Керамические фильтры

Назначение керамических фильтров: очистка литейных и металлургических металлических расплавов (цветные металлы и сплавы, чугун, сталь и др.) от неметаллических включений и растворенного кислорода (раскисление). Материал фильтров: карбид титана модифицированный.
Производятся в соответствии с ТУ 1595-001-75420116-2005

Фильтры керамические ФКТ

Внешний вид фильтров ФКТИзображение фильтра в разрезе
Рис. 1. Внешний вид фильтров ФКТ
Рис. 2. Изображение фильтра в разрезе

Одной из проблем литейного производства являются неметаллические включения, всегда содержащиеся в расплавленном металле и вызывающие такие литейные дефекты, как шлаковые и газовые раковины, а также, косвенно, – газовую пористость и т.д., которые снижают качество отливок и их механические свойства. Процедуры по удалению поверхностных шлаковых включений с готовых отливок заметно усложняют и удорожают процессы их обработки.

Образование и попадание неметаллических включений вызвано перемешиванием шлака с металлом при его плавке, сливе в раздаточный ковш и заливке литейной формы, в результате эрозии формовочного материала литниковой системы (экзогенные включения), а также в результате химического взаимодействия заливаемого металла с формовочным материалом и физико-химических превращений в самом металле (эндогенные включения). Применение керамических фильтров заметно снижает образование перечисленных дефектов отливок.

Действие фильтров ФКТ основано на трех эффектах:

  • Твердофазные включения, имеющие больший размер, нежели отверстия фильтра, задерживаясь на передней поверхности фильтра формируют «лепешку», на которой задерживаются более мелкие включения (рис. 3, 4). Кроме этого, благодаря микропористой структуре фильтров ФКТ, мелкие включения задерживаются на внутренней поверхности каналов фильтра за счет физической и химической адсорбции. Такое действие вызвано, кроме микропористой структуры, на относительно высоком химическом сродстве материала фильтра к неметаллическим оксидным включениям. Жидкие неметаллические включения также частично задерживаются и частично проходят через фильтр, при этом дис­пергируясь, что благоприятно сказывается на качестве отливок, т.к. вредное действие дисперсных неметаллических включений намного ниже, чем крупных.
Механизм фильтрацииМикрошлиф
Рис. 3. Механизм фильтрации
Рис. 4. Фотография микрошлифа фильтра и застывшего металла

  • Второй эффект снижения количества неметаллических включений в отливке состоит в том, что после прохождения расплава через фильтр, в литниковой системе ниже фильтра создается разрежение и формируется ламинарный поток расплава, что способствует более быстрому всплыванию легких включений из металла и их задерживанию в шлакоуловителе. Ламинарное истечение расплава из фильтра приводит к снижению брака отливок по таким дефектам, как неспаи и неслитины.

  • Кроме снижения количества как твердых, так и жидких неметаллических включений, использование фильтров ФКТ из модифицированного карбида титана позволяет снизить содержание растворенного в металле кислорода (эффект раскисления). Раскисляющая способность фильтров ФКТ позволяет снизить газовую пористость отливок, которая, в частности, формируется вследствие взаимодействия растворенных в металле кислорода и углерода при охлаждении расплавов чугунов и сталей. Данная способность присуща только фильтрам ФКТ из модифицированного карбида титана, в отличие от всех других типов фильтров, изготовленных из оксидной керамики.

    Благодаря высокой механической прочности и термостойкости фильтров, они могут устанавливаться под стояк, что также заметно уменьшает эрозию формовочной смеси под стояком.
    К преимуществам фильтров ФКТ также следует отнести их высокую теплопроводность (21 Вт/(м·К)), высокую термостойкость (выдерживают термоудар до 2000 ºС) и высокую температуру плавления TiC (около 3100 ºС).

    Специальная обработка фильтров ФКТ обеспечивает инертность карбида титана по отношению ко всем ви-дам металлических расплавов.

    Таким образом, использование фильтров ФКТ не имеет ограничений ни по температуре фильтруемых расплавов (до 2000 ºС), ни по их типу. Это является их очевидным преимуществом по сравнению с фильтрами, изготавливаемыми из традиционных видов оксидной керамики (муллит, кварц, корунд, окись циркония и др.), выбор которых четко ограничивается либо температурными ограничениями, либо типом фильтруемого сплава. 

Рекомендации к использованию

Традиционно фильтры устанавливаются в различные части литниковой системы. Высокая механическая прочность и термостойкость позволяют устанавливать фильтры ФКТ непосредственно под стояк, в этом случае струя металла падает на фильтр, который также предохраняет формовочную смесь от эрозии. Возможна установка фильтра в любой части литниковой системы в горизонтальном, вертикальном или наклонном положении. Следует, однако, отметить, что наиболее выгодным является размещение фильтра в литниковой системе до шлакоуловителя. Общий эффект удаления шлаковых включений основан не только на фильтрации, но так-же, как отмечалось выше, на успокоении потока расплава, что способствует более быстрому всплыванию шлаковых включений и их задержке в шлакоуловителе.

Опорной поверхностью фильтра служит площадь на расстоянии 3 - 5 мм от его краев.

Хранить фильтры следует в сухом месте, т.к. попадание расплавленного металла на влажный фильтр может привести к его разрушению.

Перед установкой фильтров необходимо убедиться в отсутствии повреждений и керамической крошки в теле фильтра от поврежденных изделий. При наличии засоров фильтр нужно продуть сжатым воздухом.

Размеры квадратный фильтров
Рис. 4. Размеры квадратных и прямоугольных фильтров


Размеры круглых фильтров
Рис. 4. Размеры круглых фильтров

Под заказ фильтры изготавливаются квадратными, прямоугольными и круглыми с размерами, указанными выше.

 Характеристики типовых фильтров ФКТ Диаметр отверстий, мм
2 3 4
Кол-во отверстий на 1 см2 фильтра 9,35 5,62 3,97
Площадь перфорации на 1 см2 фильтра, см2 0,29 0,40 0,50
Кол-во отверстий на линейный дюйм, ppi 8 6 5
Средняя плотность фильтра, г/см3 4
Тип фильтруемого расплава все виды цветных и черных металлов
Максимальная температура эксплуатации 2000 ºС
Материал фильтра пассивированый TiC
Температура плавления материала фильтра, ºС ≈ 3100
Теплопроводность, Вт/(м·К) 21,0
Термическое расширение при 20 ºС,×10-6/ºС 7,4
Теплоемкость при 298 К, Дж/(моль·К) 33,8
Термостойкость не менее 2-ух теплосмен 2000 ºС – комн. температура

Транспортировка: в картонных коробках керамические фильтры транспортируются как хрупкие изделия.
Хранение: хранить в сухом месте.
 

Испытания фильтров