НОВОСТИ

Отрасли

Сайта

Выставки

ОБЪЯВЛЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ

ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ

МАТЕРИАЛЫ

ОСНАСТКА

ИНСТИТУТЫ

ЛИТЕРАТУРА

Борис Ланик, Павел Новотный (LANIK, Чешская Республика),
Михаил Леонтиев (ООО "КОМЕКСИМ Украина", г. Киев)

Использование керамических фильтров при производстве отливок приносит неоспоримые выгоды, которые определяются качественными и экономическими показателями. Повышение качества производимых изделий, которое определяется идеальной внешней поверхностью и чистотой внутренней структуры металла, обеспечивает возможность производства отливок боле сложных и тонкостенных конструкций. Экономические выгоды от внедрения фильтровальных технологий заключаются в снижении производственных затрат на механическую обработку отливок, уменьшении расхода расплава, и что самое главное - значительном снижении процента брака.

Благодаря выше указанным преимуществам технология фильтрования получила постоянное применение практически во всех литейных производствах Европы. Здесь не ставится вопрос о необходимости фильтрования, а решаются проблемы повышения эффективности фильтровальных технологий. Такая эффективность зависит от правильного подбора типоразмера фильтра для конкретной технологии, его размещения в литниковой системе, правильной конструкции самой литниковой системы, а также соблюдения необходимых условий на протяжении всего технологического процесса.

Для чего необходимо фильтровать?

Фильтрование способствует устранению многих недостатков отливок, достижению их высокого качества, а также решению многих производственных проблем. Это проявляется в следующем:

• Повышение однородности внутренней структуры металла.

• Улучшение механических свойств.

• Устранение целого ряда металлургических недостатков (газовые раковины, пористость, негерметичность).

• Улучшение качества поверхности.

• Значительное улучшение механической обрабатываемости изделий.

Самой главной задачей фильтрования является устранение неметаллических включений, которые наиболее влияют на качество готовой отливки. Основными источниками включений являются:

• Шлаки (первичные и вторичные).

• Продукты оксидации металла.

• Формовочные материалы и продукты эрозии форм и стержней.

• Остатки рафинаторов, расплавленные покрытия, нерастворимые части модификаторов и др.

В процессе литья включения бывают твердые, жидкие и полужидкие (вязкие). Улавливанию фильтром этих примесей способствует не только его пенистая структура, но и физические свойства керамического материала, из которого изготовлено изделие. При высокой температуре к поверхности материала фильтра прилипают как твердые, так и жидкие частицы. Примеры улавливания включений показаны на рисунке.

Cake - "фильтрационная лепешка" (шлаки и другие включения на поверхности фильтра). Slad - частички шлаков, уловленные механизмом процеживания. Al2O3 film - оксидная пленка совместно с другими включениями образует "фильтровальный мост" внутри фильтра.	Поток металла после VUKOPOR S20

Следующим преимуществом фильтрования является исключение влияний, которые проявляются в процессе литья вследствие высокой скорости и турбулентности расплава в литниковой системе и в форме. Это, прежде всего, вымывание потоком металла частиц формы или стержня, а также захват потоком расплава пузырьков газа, вследствие его завихрения. Здесь фильтр исполняет роль успокоителя, который преобразует турбулентный поток расплава на входе в ламинарный, спокойный поток на выходе. Таким образом, его применение исключает влияние "человеческого фактора" - непостоянная скорость литья, неопытность рабочего.

Учитывая все выгоды от применения фильтров, нельзя не отметить также возможность оптимизации (уменьшения) при этом литниковой системы, а как следствие, экономии жидкого металла. Это происходит за счет отказа от массивных шлакоулавливателей и больших песчаных воронок. А в случае применения экзотермических воронок убирается вся литниковая система.

В результате внедрения технологии фильтрования при производстве отливок снижаются производственные затраты, которые определяются следующими факторами:

• Экономия жидкого металла (более простая и небольшая литниковая система).

• Значительное снижение процента брака.

• Уменьшение затрат на мехобработку (вплоть до полного исключения).

• Повышение технологических возможностей производства и его производительности.

Керамические фильтры для фильтрования стали

Керамические фильтры и ситечка - керамические изделия с прямыми отверстиями по всей плоскости размерами 4-10 мм (ситечка) и 1-3 мм (фильтры), и разной толщиной. Они размещаются на дне литниковой воронки (переход в литник), и позволяют притормозить расплав вначале литья, тем самым заполнить воронку. Включения здесь улавливаются в основном за счет механизма процеживания. Однако при использовании фильтров уже присутствуют элементы глубинной фильтрации благодаря способности керамики вязать на поверхности каналов включения подобного химического состава.

Пенокерамические фильтры - образованы открытой системой взаимно присоединенных ячеек. Прохождение расплава через пенокерамический фильтр приводит к образованию местных фильтров и к частому изменению своего направления, в результате чего, включения гораздо чаще соприкасаются с керамической поверхностью и прилипают к ней.

В пенокерамических фильтрах используются все три механизмы фильтрования: процеживание, образование "фильтровальной лепешки" на входной стороне фильтра, глубинная фильтрация. Это позволяет улавливать достаточно мелкие включения (1-5 µm), которые по своим размерам гораздо меньше пор фильтра. Они прилипают к стенкам фильтра и друг к другу, образовывая "фильтровальные мосты", закрепленные на стенках фильтра. В процессе литья фильтр постепенно забивается до полной непроходимости расплава. Фильтрационный ресурс фильтра зависит от количества и величины включений, размера пор и от адгезных сил, действующих между частицами включений и стеками фильтра (т.е. от материала фильтра).

Высокая эффективность глубинной фильтрации и успокоение потока жидкого металла являются основными характеристиками пенокерамических фильтров, выгодно отличающих их от фильтров других типов. На глубинную фильтрацию влияет толщина фильтра - чем толще фильтр, тем эффективнее фильтрование. Обычно пенокерамические фильтры производятся толщиной 12-50 мм. Вариабельность производства изделий очень большая. Практически можно произвести фильтры любых размеров.

Пенокерамические фильтры Vukopor HTX изготавливаются на базе углерода, и предназначаются для фильтрования железосодержащих сплавов при температуре до 1700°С. Высокая стабильность фильтра в процессе литья, уникальная теплопроводность вместе с малым удельным весом обуславливают быстрый прогрев фильтра с минимальными тепловыми потерями. Фильтры хорошо обрабатываются и не приводят к выходу из строя инструментов при механическом удалении использованного фильтра. Благодаря своим свойствам изделия очень хорошо себя показывают в технологии прямого литья на фильтр при фильтровании тяжелых отливок.

Пенокерамические фильтры Vukopor HTX	Пенокерамические фильтры Vukopor HT

Пенокерамические фильтры Vukopor HT изготавливаются на базе ZrO2, и предназначены для фильтрования стали при температуре до 1700°С. Они отличаются высокой механической прочностью и химической чистотой. За счет более низкого фильтрационного ресурса и высокого удельного веса, который приводит к нежелательному охлаждению расплава при обычном литье, в частности в песчаные формы, изделия находят свое применение в технологии точного литья по выплавляемым моделям. Химическая чистота фильтров позволяет применять их при фильтровании низкоуглеродистых марок стали (абсолютно не науглераживают фильтруемый материал).

Варианты установки фильтров

Установка фильтра в литниковом канале.

Здесь речь идет о широко распространенных решениях размещения фильтров в распределительном канале или непосредственно под литником. Каждое решение имеет свои преимущества и недостатки, и при выборе варианта необходимо взвесить все аргументы. Большую роль при этом также играет способ установки фильтра - горизонтальный, вертикальный или наклонный. Самим оптимальным является наклонный способ, при котором изделие хорошо омывается расплавом с возможностью всплытия шлака в пространстве над фильтром, что увеличивает его фильтровальный ресурс. Наименее выгодным является горизонтальное размещение фильтра непосредственно под литником. В этом случае шлак не имеет возможности всплытия, и под давлением металла загрязняет фильтр, уменьшая тем самим его фильтровальный ресурс.

Вертикальное положение фильтров	Наклонное положение фильтров	Горизонтальное положение фильтров

Установка фильтра в экзотермической воронке.

В последнее время при литье и фильтровании стали начал широко применяться способ прямого литья на фильтр через экзотермическую воронку. Эта технология обладает следующими преимуществами:

• Краткий путь прохождения жидкого металла (без распределительных каналов) - экономия расплава.

• Плавный поток металла - исключение эрозии формы.

• Плавное застывание - самый горячий металл всегда в воронке.

• Использование всех преимуществ фильтрования.

Технология литья через экзотермическую воронку применяется для специальной категории отливок. Речь идет, прежде всего, о невысоких отливках несложной формы из марганцевых сталей (мелющие плиты, челюсти дробилок и др.).

Ниже приводятся реальные примеры использования выше указанной технологии:

1. Отливка: корпус коробки передач грузового автомобиля.

Материал: низколегированная марганцевая сталь.

Обычная технология. - заполнение формы снизу - воронка из прессованного песка - без фильтра m = 315 kg; Y = 41%	Новая технология 1. - прямое литье на фильтр - экзотермические воронки 3 шт. - фильтр Vukopor HTX 1 шт. m = 186 kg; Y = 70%	Новая технология 2. - прямое литье на фильтр - экзотермические воронки 2 шт. - фильтр Vukopor HTX 1 шт. - холодильники 6 шт. m = 168 kg; Y = 76%

• Очевидное снижение затрат - большая экономия жидкого металла (отсутствие большой воронки и литниковой системы), исключение песчаного стержня.

• Улучшение качества отливки - исключение нежелательных примесей.

2. Отливка: мелющая плита.

Материал: марганцевая сталь.

• Повышение выхода годного на 9%.

• Улучшение качества отливки - исключение нежелательных примесей.

• Уменьшение затрат на финальную обработку.

• Исключение шамотных воронок.

Фильтрование слитков и тяжелых отливок

Фильтрование жидкого металла при производстве слитков является единственным способом удаления нежелательных включений сразу после металлургической обработки. Фильтрование больших объемов расплава при высоких температу-рах требует использования специальных фильтровальных форм.

Керамические формы специальных конструкций позволяют получить следующие выгоды:

• хороший подогрев фильтров - снижение риска разрушения изделий, повышение их фильтровальных ресурсов.

• использование всех базовых механизмов фильтрации - процеживание, образование "фильтровальной лепешки" на входной стороне фильтра, глубинная фильтрация.

• спокойное наполнение формы - исключение образования вторичных включений.

• простое подключение форм к существующим литниковым системам.

Фильтровальные решетки.

Керамическая форма фильтровальной решетки состоит из двух половин и вложенных в средину пенокерамических фильтров. Количество использованных фильтров и их размеры отвечают требуемому фильтровальному ресурсу и времени литья. Этим способом можно фильтровать стальные слитки весом 2-9 т.

	Процесс заливки

Пример применения фильтровальной решетки в реальном производстве:

Фильтрование стальных слитков.

• Вес слитков - 3,8 т

• Материал - сталь 16 231

• Температура расплава - 1580 - 1600°С

• Время литья - 3,5 мин.

Техническое решение:

Фильтровальная решетка 200-140-1050.

Пенокерамические фильтры Vukopor HTX 150х150х30 ppi10 - 6 шт.

Подготовка металлической плиты	Установка фильтровальной решетки
Состав литниковой системы перед заливкой	Вид сверху через кокиль

Результатом фильтрования является получение высококачественного слитка с однородной внутренней структурой и безупречной чистотой поверхности.

При использовании современных экзотермических футеровок можно добиться еще более качественных отливок и боле высокой экономической эффективности производства слитков.

Фильтровальные карусели.

Конструкция фильтрационной карусели состоит из верхней и нижней керамических частей, ограничительных стоек и пробки. Внутри карусели вставляются шесть пенокерамических фильтров типа VUKOPOR®. Размеры карусели и фильтров отвечают требуемым литейным параметрам на данном производстве. Данное техническое решение позволяет фильтровать отливку весом 2-15 т.

	Подготовка литниковой системы с 4" каруселью в нижней половине формы отливки арматуры

Факт повышения спроса на пенокерамические фильтры говорит о том, что многие европейские производства в условиях жесткой конкуренции стремятся перейти на производство технологически более сложных отливок с оптимизацией затрат на их производство.

Наша фирма в сотрудничестве с чешской фирмой Lanik готова предложить качественные изделия под маркой VUKOPOR®. В рамках технической помощи эрудированные литейные специалисты могут предложить вам решение любых технологических проблем.

Сведения об авторах:

• Леонтиев Михаил Васильевич - директор ООО "КОМЕКСИМ Украина", телефон: +38 (044) 257-01-43, 455-73-15; e-mail: info@comexim.com.ua.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №3 (79) 2007 г.
Дата публикации: 15.03. 2007 г.