【热坛学习】过滤原理及过滤片的使用
过滤装置种类很多，从过滤方式的除渣机理来看，大致可分机械除渣和物理化学除渣两种。机械除渣作用主要是靠过滤介质的阻挡作用、摩擦力或流体的压力使杂质沉降及堵滞，从而净化熔体，物理化学作用主要是介质表面的吸附和范德华力的作用。不论是哪种作用，熔体通过一定厚度的过滤介质时，由于流速的变化、冲击或者反流作用，杂质较容易被分离掉。通常，过滤介质的空隙越小，厚度越大，金属熔体流速越低,过滤效果越好。
目前，关于熔体过滤的理论研究报道很少。理论模型并不能有效解释实际生产中存在的问题。根据Apelian等人研究，过滤介质捕捉夹杂物的速度与夹杂物在熔体中的浓度成正比。即：
式中：
δ-过滤器中捕捉的夹杂数
t- 时间
Z-距离
C-熔体中夹杂物的浓度
K-动力学参数
式中：
δm表示捕捉的最大夹杂量；
K0与熔体性质、过滤器数目、夹杂物形状尺寸等有关的动力学参数。
当上式中δ近似δm时，K值为0，表示熔体过滤完毕。
过滤技术的优点：
一、节约金属，提高铸件工艺出品率。为了在浇注过程中能减少夹杂， 往往在浇注系统上下功夫，尽量使金属液中的夹杂能在进入型腔前滞留在浇注系统中。若铸件夹杂严重，就千方百计扩大横浇道的高度、长度，增加集渣包体积， 这样就降低了铸件工艺出品率。
二、减少加工余量，提高切削性能。在工艺设计中常把铸件非加工面朝上浇注，原因是铸型的上部常有夹杂物存在，夹杂物存留在非加工表面不易被人察觉。使用过滤技术加工余量就不会增加，金属液经过滤提高了纯净度。过滤后的铸件，硬度的均匀性提高，改善了切削加工性能。
三、提高了铸件力学性能。非金属夹杂物破坏金属基体的连续性，并在夹杂物边缘产生应力集中，从而降低了力学性能，夹杂物分布在晶界易发生沿晶断裂。
过滤使铁水的流动性提高铁水过滤后非金属夹杂物减少， 而且过滤时金属液的翻动使其含气量也大大减少，降低铁水的粘度，有效晶核减少，铁水在较大的过冷度下才能成核结晶，使结晶速度加大，凝固时间明显缩短。
生产灰铸铁件时使用过滤器，能使石墨及金属在较低温度下成核， 故凝固后石墨长度减小、数量增多、分布更均匀，减弱了石墨对基体的切割作用，珠光体可得到细化且分布更加均匀。力学性能在相同条件下对比，抗拉强度提高抗弯强度提高硬度提高。
过滤网的基本功能是过滤和整流。
（1）过滤
a 上浮分离
由浇口杯注入的金属液，由于过滤网被安放在浇道或者浇口底部，金属液流一般被内浇口阻挡，在浇口中停留瞬间，使比重轻的夹杂物上浮分离，产生与底注同样的效果。
b 表面过滤
不能上浮的夹杂物在熔液通过过滤网时，大于孔径的 夹杂物被准确地捕捉而除去，而且被捕捉的夹杂物本身产生了过滤网的功能，使后进入的夹杂物被捕捉，从而提高过滤效果。
c 内部过滤
上述两种功能不能捕捉的夹杂物在通过曲折的过滤网通道时，和具有大面积的骨架冲突，由于反复吸附重新被捕捉，使过滤效果提高。
（2）整流
在浇注系统中陶瓷过滤网依靠大孔隙率加快流速，依靠骨架构造缓和流速。紊流的金属液在通过过滤器后会变为平稳的层流状态，避免金属液裹挟气体，减小金属液对型腔的冲刷，发挥浇注系统挡渣功能，避免二次氧化渣。
过滤器性能要求:
过滤器应具有良好的常温强度，在运输与操作过程中不掉渣；具有一定的高温强度，抗热震性和抗金属液冲刷能力；具有良好的化学稳定性，不与金属液发生反应；具有良好的通过金属的能力和过滤非金属夹杂的能力。
在高温下过滤器能承受金属液冲刷的时间是有限的。每平方厘米最大可过滤的金属液质量约为：灰铸铁4kg，球墨铸铁2kg，铸钢1kg。根据金属液的纯净程度，材质化学成分而有所变化。一般灰铸铁选用20ppi、15ppi或10ppi孔径；铸铜、球墨铸铁选用10ppi；铸钢选用6ppi、10ppi孔径。厚度10-40mm，大型铸件25-40mm。ppi前面的数字代表产品的孔密度。如型号20ppi代表任意1英寸长度上孔隙均匀度为20。
在浇注系统中最小截面积称为控流面积，因为这一区域控制着金属液的流动速度。
金属经过过滤器的面积应该足够大，不能因为安放了过滤器而影响到铸型的充型速度和浇注时间。为减小过滤器对金属液流速的影响，过滤器的过流面积应远大于浇注系统的控流面积。一般情况下过滤器的面积选择：铸铁2-4倍以上，铸钢4-6倍以上。
目前过滤器所用耐火骨料的熔点都远高于金属液温度，但由于选型及设计不当，过滤器有可能破碎，这主要有两个原因：一是因为过滤器耐火度不够，在高温金属液热作用下软化，强度急剧下降，如果金属液冲击力超过其承受上限，过滤器就可能局部破碎；二是过滤器抗热震性差，导致急冷急热情况下开裂造成过滤器破裂。如果碎片进入铸件，就可能使铸件报废。所以如何安全有效使用过滤器很重要。
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