泡沫陶瓷过滤器
泡沫陶瓷过滤器早用于化工方面[15]。是用陶瓷浆料浸涂在泡沫塑料上经过高温焙烧而制成。其特点是:具有联接通孔的三维网状骨架结构;孔隙率大(一般大于85%~90%);比重小、耐热;压力损失较小,可作为性能良好的过滤材料。1978年美国的d和on在浇注系统中应用泡沫陶瓷过滤器获得成功,并在1980年4月美国第84届铸造年会上发表了他们的研究成果。国内也研制出多种钢液用的泡沫陶瓷过滤器[16~19]。由北京昌平特种陶瓷材料研究所在清华大学指导下研究开发的我国条净化金属液的泡沫陶瓷过滤器生产线已建成投产。
泡沫陶瓷过滤器净化机制主要有以下几个方面:
(1)泡沫陶瓷过滤器辅助横浇道挡杂:在浇注系统中放泡沫陶瓷过滤器后,金属液流动阻力增加,横浇道中金属液易形成充满流动,并使流速降低,这就有利于夹杂上浮停留在顶部。
(2)机械筛分挡杂:当铁水通过结构复杂的泡沫陶瓷体时,通过机械筛分作用,把大于过滤器表面孔眼的夹杂物滤除并沉积在过滤器表面,成为过滤介质的一个组成部分。随着夹杂物在过滤器表面堆积数量的增多,形成了“滤饼”,从而使金属液流道变细,因而在过滤器表面上可滤除更细小的夹杂物。与此同时,过滤净化也在过滤介质内部进行,属于深层过滤,在贯穿于陶瓷体中众多的不规则小孔中,有的呈现微小缝隙,有的是死角,这些变化不同的区域都可使夹杂物被截获。
(3)吸附机制:当液态金属流过结构复杂的泡沫陶瓷体时,被分割成许多细小流股,增大了液态金属中夹杂物与过滤介质的接触面积和接触机率。由于静电引力作用,使微小夹杂物向过滤介质迁移而吸附在过滤器的面壁上。吸附机制的捕杂效率可用下式表达[12]:
3过滤器在浇注系统中位置的确定
由于在浇注系统中放置过滤器,必然会减小有效流通截面积,增大流动阻力,从而使单位时间流量下降。同时,由于金属液的冲刷,必须保证过滤器有足够的强度、刚度和热稳定性。
3.1网型过滤器在浇注系统中位置的确定
正确放置过滤网对保证过滤效果有重要意义。常见位置如图2。
有人[20]对上述几种安放位置做了对比试验,结果如下:(1)过滤后网的完好率:图2d为100%,c为60%,b和a为0。(2)过滤效果:图2d理想,c较佳,b和a欠佳。(3)作者通过水模拟实验得到的过滤效果与上述生产实际过滤效果相吻合。故推荐采用图2 d位置。
3.2芯型及泡沫陶瓷过滤器在浇注系统中位置的确定。芯型及泡沫陶瓷过滤器由于具有一定厚度(通常5~10以上),有足够的刚度和强度。常见位置如图3。
图3 a、b、c为过滤器垂直放置,金属液对过滤器冲刷大,过滤器必须有足够的强度、刚度和热稳定性。浇道结构需做较大变动。图3d、f被过滤住的夹杂物在过滤器下面堆积,极易形成“滤饼”,流阻力。图3 e在过滤器上方有集渣包,有利于夹杂上浮聚集。图3g可保证充型速度不变。被截获的夹杂物上浮至横浇道顶部。
4放置过滤器处浇道断面积的确定
浇注系统结构必须保证不因放置过滤器而减小充型速度。过滤器不能做为阻流断面
