铸钢过滤技术实践与创新

谭 铎 王伟东

中车齐齐哈尔车辆有限公司

铸钢过滤技术实践与创新

谭 铎 王伟东

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随着工业科技和生产工艺的不断发展，机械制造业及工程界对铸件质量尤其是铸件表面质量的要求越来越高，经济地生产洁净的铸钢件也变得越来越重要。基于此，本文将着重分析探讨铸钢过滤技术应用，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

铸钢；过滤技术；HOLLOTEX

1 、宏观氧化物夹杂的来源

在商品铸钢件中观察到的宏观氧化物夹杂的尺寸范围从直径3mm到大于50mm，在铸件表面形成一个深达6mm或更深的坑。由于上浮作用，宏观氧化物夹杂几乎总是位于铸件上箱表面或皮下。过去35年来，众多的研究者研究了氧化物夹杂的形成问题。由美国铸钢协会(SSFA)和联合碳化物公司的研究者的研究结果是这一问题的权威总结。

早在上世纪60年代初期的BatetneMemioral学院，由美国铸钢协会赞助的研究工作得出宏观氧化物夹杂主要来源于钢水浇注期间的再氧化和熔融的浇包耐火材料的结论。来自于商品铸件和实验铸件的宏观氧化夹杂物的组成描给在isq一1A2O3一Mno+eFo伪三元系相图中。这些宏观氧化夹杂物的化学成分受到钢水成分(主要是M磷i比)和加入的强脱氧剂(从，iT，Z：)的强烈影响。研究者的结论是宏观氧化物夹杂形成于型腔外及浇注期间存在于浇注系统中的硅砂的卷人。一但进入型腔，夹杂物上浮至上箱铸件表面导致嵌入的表面缺陷。基于成分的不同，这些夹杂物大致在11490一1260oC之间凝固。

早期的研究得到两个重要的结论：l)宏观氧化夹杂物只要存在氧的情况下，不管是空气中的氧还是与钢液有接触的耐火材料，就会产生；2)问题的解决需在在钢液进人型腔前的浇注系统中将宏观氧化夹杂物去除。

联合碳化物公司的aFrrel，iBlek和iHvlt研究了脱氧夹杂物和再氧化夹杂物的形成机制。他们的结论是大尺寸的氧化物夹杂是浇注期间再氧化的结果。有关人员认为再氧化产物要明显大于脱氧产物，并且在硅锰等较弱脱氧剂的情况下数量较多。在铝脱氧钢中最初生成的再氧化夹杂物是串状或丛状的氧化铝。随着再氧化的进行，夹杂物中氧化铝所占的百分比不断下降，而硅、锰所占的百分比不断上升。aFrrel等人提出的再氧化夹杂物和脱氧夹杂物的形成机制示于图3中。得于的结论之一是问题的解决将更多的是一个机械的而非化学的问题。改变脱氧工艺将使再氧化产生的夹杂物的成分发生改变，但不能阻止其产生。

2 、过滤机理

2.1 过筛原理

这是一个纯物理原理，大于过滤孔直径的颗粒物被阻挡住，只阻挡较大的颗粒物，虽然在铁液中这种大颗粒物量较少，但其对铸件的质量影响较大。

2.2 过滤物堆积

后面被阻留住的杂质不断粘附在前面被阻留住的杂质上，杂质的不断堆积，在过滤片前表面形成滤饼，因此小于过滤孔的杂质也可以被阻挡住。由于滤饼会减少金属液通道面积，所以随着滤饼的逐渐变厚、变大，到一定程度就会堵住过滤片。

2.3 深层过滤

因为金属液在进入过滤孔后会有小的紊流，杂质会与过滤孔内壁接触使其粘附在过滤孔内表面，但是，过大的流速会产生较强的冲刷力，会将已粘附住的颗粒剥落下来而又进入金属液中。泡沫陶瓷过滤片的过滤就是基于这种深层过滤机理。但试验表明，当泡沫陶瓷过滤片的厚度从22mm减小到12.7mm时，过滤效果并没有恶化。所以目前对这种深层过滤机理在铸件上的过滤效果还是有争议的。

3 、HOLLOTEX过滤器的应用

如图1所示，进行HOLLOTEX过滤器及浇注系统铺设。

图1 HOLLOTEX过滤器及浇注系统铺设示意图

3.1 过滤器过滤网材质对铸件成分的影响

对试验件与对比件的化学成分进行对比分析，得到表1所示的结果。可以看出，试验件与对比件的化学成分C、Si、Mn、P、S、Cu、Cr等基本没有变化，这就说明，在浇注过程中，过滤网是很稳定的，过滤网材质不会造成铸件化学成分的改变。

表1 试验件与对比件化学成分对比表(w%)

3.2 铸件机械性能对比分析

对试验件与对比件的机械性能(包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率、硬度等)进行对比分析，得到如表2的数据。结果显示，试验件抗拉强度提高了0.8%、延伸率提高了4.3%，屈服强度有所下降，硬度无变化。

表2 机械性能对比分析表

3.3 铸件外观缺陷量、内部缺陷量分析

结果显示：试验件外观缺陷焊补量下降了8%，内部缺陷焊补量下降了20%。

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