鑄鋼過濾技術(shù)實(shí)踐與創(chuàng)新

譚 鐸 王偉東

中車齊齊哈爾車輛有限公司

鑄鋼過濾技術(shù)實(shí)踐與創(chuàng)新

譚 鐸 王偉東

中車齊齊哈爾車輛有限公司

隨著工業(yè)科技和生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)及工程界對(duì)鑄件質(zhì)量尤其是鑄件表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高，經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)潔凈的鑄鋼件也變得越來(lái)越重要?；诖耍疚膶⒅胤治鎏接戣T鋼過濾技術(shù)應(yīng)用，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

鑄鋼；過濾技術(shù)；HOLLOTEX

1 、宏觀氧化物夾雜的來(lái)源

在商品鑄鋼件中觀察到的宏觀氧化物夾雜的尺寸范圍從直徑3mm到大于50mm，在鑄件表面形成一個(gè)深達(dá)6mm或更深的坑。由于上浮作用，宏觀氧化物夾雜幾乎總是位于鑄件上箱表面或皮下。過去35年來(lái)，眾多的研究者研究了氧化物夾雜的形成問題。由美國(guó)鑄鋼協(xié)會(huì)(SSFA)和聯(lián)合碳化物公司的研究者的研究結(jié)果是這一問題的權(quán)威總結(jié)。

早在上世紀(jì)60年代初期的BatetneMemioral學(xué)院，由美國(guó)鑄鋼協(xié)會(huì)贊助的研究工作得出宏觀氧化物夾雜主要來(lái)源于鋼水澆注期間的再氧化和熔融的澆包耐火材料的結(jié)論。來(lái)自于商品鑄件和實(shí)驗(yàn)鑄件的宏觀氧化夾雜物的組成描給在isq一1A2O3一Mno+eFo偽三元系相圖中。這些宏觀氧化夾雜物的化學(xué)成分受到鋼水成分(主要是M磷i比)和加入的強(qiáng)脫氧劑(從，iT，Z：)的強(qiáng)烈影響。研究者的結(jié)論是宏觀氧化物夾雜形成于型腔外及澆注期間存在于澆注系統(tǒng)中的硅砂的卷人。一但進(jìn)入型腔，夾雜物上浮至上箱鑄件表面導(dǎo)致嵌入的表面缺陷?；诔煞值牟煌?，這些夾雜物大致在11490一1260oC之間凝固。

早期的研究得到兩個(gè)重要的結(jié)論：l)宏觀氧化夾雜物只要存在氧的情況下，不管是空氣中的氧還是與鋼液有接觸的耐火材料，就會(huì)產(chǎn)生；2)問題的解決需在在鋼液進(jìn)人型腔前的澆注系統(tǒng)中將宏觀氧化夾雜物去除。

聯(lián)合碳化物公司的aFrrel，iBlek和iHvlt研究了脫氧夾雜物和再氧化夾雜物的形成機(jī)制。他們的結(jié)論是大尺寸的氧化物夾雜是澆注期間再氧化的結(jié)果。有關(guān)人員認(rèn)為再氧化產(chǎn)物要明顯大于脫氧產(chǎn)物，并且在硅錳等較弱脫氧劑的情況下數(shù)量較多。在鋁脫氧鋼中最初生成的再氧化夾雜物是串狀或叢狀的氧化鋁。隨著再氧化的進(jìn)行，夾雜物中氧化鋁所占的百分比不斷下降，而硅、錳所占的百分比不斷上升。aFrrel等人提出的再氧化夾雜物和脫氧夾雜物的形成機(jī)制示于圖3中。得于的結(jié)論之一是問題的解決將更多的是一個(gè)機(jī)械的而非化學(xué)的問題。改變脫氧工藝將使再氧化產(chǎn)生的夾雜物的成分發(fā)生改變，但不能阻止其產(chǎn)生。

2 、過濾機(jī)理

2.1 過篩原理

這是一個(gè)純物理原理，大于過濾孔直徑的顆粒物被阻擋住，只阻擋較大的顆粒物，雖然在鐵液中這種大顆粒物量較少，但其對(duì)鑄件的質(zhì)量影響較大。

2.2 過濾物堆積

后面被阻留住的雜質(zhì)不斷粘附在前面被阻留住的雜質(zhì)上，雜質(zhì)的不斷堆積，在過濾片前表面形成濾餅，因此小于過濾孔的雜質(zhì)也可以被阻擋住。由于濾餅會(huì)減少金屬液通道面積，所以隨著濾餅的逐漸變厚、變大，到一定程度就會(huì)堵住過濾片。

2.3 深層過濾

因?yàn)榻饘僖涸谶M(jìn)入過濾孔后會(huì)有小的紊流，雜質(zhì)會(huì)與過濾孔內(nèi)壁接觸使其粘附在過濾孔內(nèi)表面，但是，過大的流速會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的沖刷力，會(huì)將已粘附住的顆粒剝落下來(lái)而又進(jìn)入金屬液中。泡沫陶瓷過濾片的過濾就是基于這種深層過濾機(jī)理。但試驗(yàn)表明，當(dāng)泡沫陶瓷過濾片的厚度從22mm減小到12.7mm時(shí)，過濾效果并沒有惡化。所以目前對(duì)這種深層過濾機(jī)理在鑄件上的過濾效果還是有爭(zhēng)議的。

3 、HOLLOTEX過濾器的應(yīng)用

如圖1所示，進(jìn)行HOLLOTEX過濾器及澆注系統(tǒng)鋪設(shè)。

圖1 HOLLOTEX過濾器及澆注系統(tǒng)鋪設(shè)示意圖

3.1 過濾器過濾網(wǎng)材質(zhì)對(duì)鑄件成分的影響

對(duì)試驗(yàn)件與對(duì)比件的化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比分析，得到表1所示的結(jié)果。可以看出，試驗(yàn)件與對(duì)比件的化學(xué)成分C、Si、Mn、P、S、Cu、Cr等基本沒有變化，這就說明，在澆注過程中，過濾網(wǎng)是很穩(wěn)定的，過濾網(wǎng)材質(zhì)不會(huì)造成鑄件化學(xué)成分的改變。

表1 試驗(yàn)件與對(duì)比件化學(xué)成分對(duì)比表(w%)

3.2 鑄件機(jī)械性能對(duì)比分析

對(duì)試驗(yàn)件與對(duì)比件的機(jī)械性能(包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率、硬度等)進(jìn)行對(duì)比分析，得到如表2的數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，試驗(yàn)件抗拉強(qiáng)度提高了0.8%、延伸率提高了4.3%，屈服強(qiáng)度有所下降，硬度無(wú)變化。

表2 機(jī)械性能對(duì)比分析表

3.3 鑄件外觀缺陷量、內(nèi)部缺陷量分析

結(jié)果顯示：試驗(yàn)件外觀缺陷焊補(bǔ)量下降了8%，內(nèi)部缺陷焊補(bǔ)量下降了20%。

[1]李鵬，戴斌煜，王薇薇.鑄鋼與高溫合金泡沫陶瓷過濾技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].鑄造，2006，06：560-563.

[2]鄭丹.過濾技術(shù)在減少鑄鋼件夾雜物中的作用[A].中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)(ChinaFoundryAssociation).第十屆中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)年會(huì)會(huì)刊(論文篇)[C].中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)(ChinaFoundryAssociation)：，2012：13.

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[4]王軍，趙遠(yuǎn)明，李順，劉黨庫(kù)，趙國(guó)慶.金屬液新型過濾技術(shù)[A].中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).2014中國(guó)鑄造活動(dòng)周論文集[C].中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)，2014：4.