 编辑导语：为了减少或消除铸钢件中的各种夹杂物，在浇注系统上采用泡沫陶瓷过滤器，根据铸件的结构和浇注系统特点确定放置位置、选择型号、设计底座。在核电用铸钢阀件上进行生产验证，通过RT检测铸件内、外表面超标夹渣、夹砂类缺陷明显减少；PT检测产品合格率达到94.8%。 砂型铸造工艺生产过程中，在浇冒口工艺已经确定的情况下，铸件质量很大程度上取决于充入铸型的钢液质量，钢液在浇注过程中会混有熔炼时产生的钢渣、钢包耐火材料、出钢和浇注过程中形成的氧化夹杂物，这些杂质都可能在铸件中形成缺陷，降低铸件的力学性能，并对铸件的加工性能和外观产生影响，最终导致铸件返修或报废。为了减少或消除铸件中的各种夹杂物，采用泡沫陶瓷过滤器能够净化铸造合金金属液，从而获得高质量铸件。 1 泡沫陶瓷过滤器的净化机制 泡沫陶瓷过滤器所具有的独特三维连通曲孔网状骨架结构，使其具有高达80%～90%的开口孔隙率，并具有以下三种过滤净化机制： （1）机械拦截，将尺寸大于网孔的较大夹渣物阻挡住，而不能进入型腔。 （2）整流浮渣，即过滤器的整流作用，使过滤器前的浇道处于充满状态，使过滤后的钢水呈平稳层流状态，钢液的氧化和冲刷反应减弱，从而使夹杂物易于上浮和捕获，使过滤器后的二次夹杂物数量减少。 （3）深层吸附，即进入过滤器内部的细小夹杂物，由于与流经复杂三维陶瓷网络充分接触而被吸附于骨架上或被滞留于网络死角中。 它通过这三种过滤净化机制，可高效地滤除铸造合金金属液中的大块夹杂物和很大部分小至数十微米的微小悬浮夹杂物，从而显著改善铸件质量。 核电用奥氏体不锈钢铸件重量大，浇注温度高，合金易氧化，因此选用锆质泡沫陶瓷过滤器。 2 泡沫陶瓷过滤器的使用要求 （1）泡沫陶瓷过滤器的放置 根据需要可以设置在直浇道下方、直浇道出口、横浇道和内浇口位置，也可以配合陶管使用。尽量靠近铸件和尽量减小铸造合金的金属液冲刷力。 （2）泡沫陶瓷过滤器的规格选择 高温下过滤器能承受金属液冲刷的时间是有限的，通常对过滤器单位面积过滤的金属液量要加以限制。一般不锈钢铸钢件每平方厘米最大可过滤3～6 kg，碳钢铸钢件每平方厘米过滤1.5～3 kg，孔径选用6 PPI和10 PPI。 （3）浇注系统的设计 通过设定浇注系统各部分截面积比来保证适宜的流速。在浇注系统中最小的截面积称为控流面积，因为这一区域控制着熔铸金属液的流动速度。为减小过滤器对铸造合金金属液流速的影响，过滤器的过流面积应远大于浇注系统的控流面积。过滤器不应成为浇注系统的控流截面。推荐用于铸钢件的过滤网面积是控流面积的4～6倍。 （4）过滤器座的设计。 过滤器需要固定在过滤器座上，才能使过滤器安装方便和牢固可靠，在安放处的铸型支撑面上要做圆角以防止冲砂。同时注意上箱砂型对应过滤器四周要有3～5 mm的压边，过滤器四周留有1～1.5 mm的间隙及集砂槽，以防止掉落砂子，同时为防止合箱压坏过滤器，其表面应低于分型面0.5～1 mm，大尺寸过滤器的支撑面宽度要大于10 mm。目前大尺寸的过滤器，在使用实践中专门设计了配套的陶瓷底座，过滤器直接放置在陶瓷底座里面，陶瓷底座两端使用胶带密封，下箱直浇道第二截铸管使用胶带密封，在使用过程中要注意保护不能有浮砂或夹杂物掉落进去，以免影响过滤效果。 3 生产实践 阀体铸件，材质CF8，浇注钢液重量1 000 kg。无损检测要求100%铸件体积射线检测（RT），焊端1级，其余2级；100%铸件外表面及可视内表面液体渗透（PT）检测需符合任何线性显示不大于2 mm；单个圆形显示的尺寸不大于4 mm；密集显示在任何100 mm×100 mm面积内不大于2 mm。 （1）浇注系统设计 根据泡沫陶瓷过滤器每平方厘米过流流量及供应商提供的过滤器规格，选用125 mm×125 mm×30 mm过滤器两片，放置在横浇道上，具体浇注系统设计如图1所示。设计完成后的工艺方案用MAGMA模拟软件进行凝固分析、充型流动分析、流动和传热耦合计算分析，从图2的模拟结果来看，钢液充型平稳，进入铸件的钢液无飞溅现象。
图1 浇注系统过滤器安放位置
图2 MAGMA模拟结果
图3 泡沫陶瓷过滤器放置位置 （3）熔炼与浇注 采用中频炉+AOD熔炼工艺进行熔炼，并浇注钢液。 （4）液体渗透检测（PT）结果 图4是铸件PT检测结果，使用陶瓷过滤器后铸件内、外表面超标夹渣、夹砂类缺陷明显很少，特别是铸件的上箱外表面没有冒口位置及内腔上表面极少有铸造缺陷，相比于未安放过滤器的产品，有明显的提高。
图4 铸件PT检测结果 （5）射线检测（RT）结果 未使用泡沫陶瓷过滤器时，铸件射线检测缺陷较多，主要缺陷为夹渣、气孔缺陷，平均合格率约70%,铸件内部质量不稳定。使用泡沫陶瓷过滤器后，射线检测的内部质量，平均合格率达到94.8%，远高于未放过滤网的产品的合格率，减少了产品的焊补工作量、焊条成本、焊补返修时间等，具有明显的提高产品质量的效果。小批量生产跟踪验证时的RT效果见表1。 表1 小批量铸件试制的RT检测数据
4 结语 （1）为了减少或消除铸钢件中的各种夹杂物，根据铸件的结构和浇注系统特点确定泡沫陶瓷过滤器放置位置、选择型号、设计底座。 （2）在核电用铸钢阀件上进行生产验证，通过RT检测铸件内、外表面超标夹渣、夹砂类缺陷明显很少。 （3）PT检测结果显示，未使用泡沫陶瓷过滤器时，铸件合格率约70%,铸件内部质量不稳定；使用泡沫陶瓷过滤器后，合格率达到94.8。
作者单位：安徽应流集团霍山铸造有限公司 编辑审核：柳建国 微信编辑：蔡文娟 |
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