过滤技术在减少铸钢件夹杂物中的作用.doc

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1、过滤技术在减少铸钢件夹杂物中的作用2011-11-1412:44:17作者：郑丹来源：美国西利公司武汉分公司浏览次数：42郑  丹美国西利公司武汉分公司（博韦尔西利工程材料有限公司）武汉解放大道21号汉正街都市工业区A100 摘要：宏观氧化物夹杂的存在是铸钢件生产中最为麻烦的问题之一。这些夹杂物大大地增加铸钢件生产的工作量，在有些情况下还导致铸件的报废。本文讨论了铸钢件中这些宏观夹杂物的形成机制。由于过滤器能有效地捕获和保留非金属夹杂物，且夹杂物在通过过滤器时相对较短的传输距离，因此对液态金属过滤是一种有效的分离固态和液态夹杂物的实用技术。对用过的西利过滤器的扫描电镜和能谱分析表明：由

2、于钢液再氧化而产生的液态宏观氧化物夹杂润湿且粘附于氧化锆泡沫过滤器上；由于过滤器对浇注系统流动的调整作用降低了紊流，也有助于减少钢液的氧化。本文提出了过滤器尺寸选定应遵循的原则，讨论了一些过滤应用中出现的常见问题，如堵塞和充型减慢等问题。最后，以用于大输送量水闸机构的大加工量的 活塞和气缸铸钢件为例，说明了过滤对提高铸钢件质量的效果：使用过滤前，全部24件合格的铸件在加工被报废；使用过滤后，共生产200件活塞和气缸铸件，加工后没有一件因夹杂而报废。关键词：过滤；过滤器；夹杂物；铸钢件；浇注系统1．前言      在今天的全球市场上要保持竟争力，经济地生产洁净的铸钢件已变得越来越重要。表

3、面或皮下的宏观氧化物夹杂的存在会大大地降低砂型铸造的钢钢件的加工性能和力学性能。宏观氧化夹杂物现在仍然是铸钢件中最为麻烦的非金属夹杂物。      本文将论述宏观氧化物夹杂的形成机制，使用过滤器分离夹杂物的原理，过滤器尺寸的确定和安放的原则。还讨论了一些与过滤应用相关的常见问题。此外，还列举了一个应用西利过滤器而提高铸件质量的例子。2．宏观氧化物夹杂的来源      在商品铸钢件中观察到的宏观氧化物夹杂的尺寸范围从直径3mm到大于50mm，在铸件表面形成一个深达6mm或更深的坑。由于上浮作用，宏观氧化物夹杂几乎总是位于铸件上箱表面或皮下（图1）。过去35年来，众多的研究者研究了氧化物夹

4、杂的形成问题[1-6]。由美国铸钢协会（SFSA）和联合碳化物公司的研究者的研究结果是这一问题的权威总结[3，5，6]。早在上世纪60年代初期的BattelleMemorial学院，由美国铸钢协会赞助的研究工作得出宏观氧化物夹杂主要来源于钢水浇注期间的再氧化和熔融的浇包耐火材料的结论[3]。来自于商品铸件和实验铸件的宏观氧化夹杂物的组成描给在SiO2-Al2O3-MnO+FeO伪三元系相图中（图2）。这些宏观氧化夹杂物的化学成分受到钢水成分（主要是Mn/Si比）和加入的强脱氧剂（Al,Ti,Zr）的强烈影响。研究者的结论是宏观氧化物夹杂形成于型腔外及浇注期间存在于浇注系统中的硅砂的卷入

5、。一但进入型腔，夹杂物上浮至上箱铸件表面导致嵌入的表面缺陷。基于成分的不同，这些夹杂物大致在1149°-1260°C之间凝固。早期的研究得到两个重要的结论：1)宏观氧化夹杂物只要存在氧的情况下，不管是空气中的氧还是与钢液有接触的耐火材料，就会产生；2)问题的解决需在在钢液进入型腔前的浇注系统中将宏观氧化夹杂物去除。      联合碳化物公司的Farrel,Bilek和Hilty研究了脱氧夹杂物和再氧化夹杂物的形成机制[5]。他们的结论是大尺寸的氧化物夹杂是浇注期间再氧化的结果。Farrel等人认为再氧化产物要明显大于脱氧产物，并且在硅锰等较弱脱氧剂的情况下数量较多。在铝脱氧钢中最初生成

6、的再氧化夹杂物是串状或丛状的氧化铝。随着再氧化的进行，夹杂物中氧化铝所占的百分比不断下降，而硅、锰所占的百分比不断上升。Farrel等人提出的再氧化夹杂物和脱氧夹杂物的形成机制示于图3中。得于的结论之一是问题的解决将更多的是一个机械的而非化学的问题。改变脱氧工艺将使再氧化产生的夹杂物的成分发生改变，但不能阻止其产生。另外的研究也得出再氧化是铸钢中宏观氧化物夹杂的主要原因的结论[6]。在由美国铸钢协会赞助的工业调查中，收集了395个在生产厂浇注的商品铸件和试验铸件。这项研究的结果是再氧化夹杂占宏观氧化物夹杂的83%。这项研究的夹杂物的各种来源分布如图4。所有上述的研究都指出再氧化是铸钢件

7、中夹杂物产生的主要原因。只要钢液在含氧的大气中浇注，或与含氧的耐火材料（特别是那些氧化硅材料）接触，钢液在进入型腔前形成再氧化夹杂物就是不可避免的。改变脱氧工艺不能阻止再氧化产物的形成而只能改变再氧化产物的成分。因此，使用过滤器在浇注系统中去除宏观氧化夹杂物是解决这个总是的有吸引力的方法。3．夹杂物的去除通过对取自生产的商品铸件的浇注系统中用过的过滤器断面的金相分析，研究了网状泡沫陶瓷过滤器对氧化夹杂物的滤出能力。使用光学显微镜和电子显微镜研究