Производитель керамических пенопластовых фильтров для литья алюминия

Проблема, о которой никто не говорит, касающаяся большинства производителей керамических пенопластовых фильтров

Вот о чём в этой отрасли говорят недостаточно часто: рынок керамических пенопластовых фильтров переполнен производителями, способными выпускать фильтры, которые выглядит в порядке, проходит базовый визуальный осмотр и отгружается в срок — но работает далеко не в соответствии с техническими характеристиками, как только по нему начинает течь расплавленный алюминий.

Последствия не всегда проявляются сразу или очевидны. Постепенно растет количество посторонних включений. Уровень брака постепенно повышается. Поступает жалоба от клиента, находящегося на последующем этапе производственного цикла. К тому моменту, когда вы отследите причину до фильтра, продукция уже отгружена.

Это руководство создано потому, что выбор производителя керамических пенопластовых фильтров — независимо от того, делаете ли вы покупку впервые или рассматриваете возможность смены поставщика — требует большего, чем просто сравнение каталогов. Для этого необходимо понимать, чем отличается действительно компетентный производитель от того, кто просто умеет привлекать заказы.

Мы рассмотрим структуру пор, химический состав материалов, механические испытания, системы управления качеством, а также то, как на практике выглядит полноценное техническое партнерство. К концу курса вы будете точно знать, какие вопросы задавать и какие ответы должны заставить вас отказаться от сотрудничества.

Чем на самом деле занимается производитель керамических пенофильтров?

Это может показаться очевидным, но стоит уточнить этот момент, прежде чем переходить к более подробному рассмотрению. Керамический пенофильтр — в контексте литья цветных металлов — представляет собой сетчатую пористую керамическую структуру, предназначенную для улавливания неметаллических включений, оксидных пленок и увлеченных твердых частиц из потоков расплавленного металла в процессе литья.

Сам процесс производства оказывается гораздо сложнее, чем думает большинство покупателей:

Пропитка полиуретановой пеной — шаблон из сетчатой полиуретановой пены с заданной геометрией пор пропитывается керамической суспензией. Именно в составе суспензии (содержание оксида алюминия, гранулометрический состав, тип связующего, реологические свойства) и заключается основная часть существенных различий между производителями.

Сушка и выжигание — пропитанный пенопласт сушат, а затем обжигают при высокой температуре. Органический пенопласт полностью сгорает, оставляя после себя керамическую копию пористой структуры исходного пенопласта. Именно на этом этапе определяются стабильность размеров, качество поверхности и целостность структуры.

Спекание — керамическая структура обжигается до конечной температуры спекания, которая определяет связь между зернами, механическую прочность, химическую стойкость и тепловые свойства. Недоспекание приводит к образованию слабых, пылеватых фильтров. Переспекание может нарушить геометрию пор и ограничить пропускную способность.

Контроль качества и упаковка — как минимум, это должно включать проверку размеров, визуальный осмотр на наличие трещин и дефектов поверхности, а также механические и химические испытания на уровне партии.

Эти этапы кажутся простыми. Но вот когда речь заходит о том, чтобы последовательно выполнять их при производстве тысяч изделий в каждой партии, с различными классами PPI, в разных размерах и с соблюдением жестких допусков на размеры — именно в этом и проявляется истинный потенциал производителя.

Как оценить производителя керамических пенопластовых фильтров перед размещением заказа?

Это вопрос, который нам чаще всего задают менеджеры по закупкам, уже имеющие негативный опыт. И, честно говоря, это именно тот вопрос, с которого стоит начать.

Какие сертификаты должен иметь надежный производитель?

 ISO 9001:2015  является базовым критерием — она свидетельствует о наличии системы управления качеством и о том, что она прошла независимый аудит. Однако сама по себе сертификация мало что говорит о качестве продукции; она лишь подтверждает, что у производителя есть документированная система её производства. Более важный вопрос заключается в том, что именно эта система на самом деле измеряет и контролирует.

Для производителей керамико-пенопластовых фильтров, поставляющих свою продукцию на смежные с автомобилестроением рынки (например, предприятия литья под давлением, выпускающие несущие детали), стандарт IATF 16949 становится всё более востребованным. Этот стандарт управления качеством в автомобильной промышленности содержит дополнительные требования к статистическому контролю процессов, анализу видов и последствий отказов, а также прослеживаемости, которые значительно выходят за рамки базовых требований стандарта ISO 9001.

Смотрите также:

• Сертификаты соответствия сырья от поставщиков глинозема (уровень чистоты, данные о размере частиц)
• Записи испытаний на уровне партии на прочность при сжатии, пористость и химический состав
• Отчеты о проверке размеров с учетом допусков, указанных заказчиком
• Лабораторные испытания, проводимые сторонними организациями, если собственные возможности производителя ограничены

Какие технические вопросы следует задавать?

Любой производитель, с которым стоит сотрудничать, должен без колебаний ответить на следующие вопросы:

• Каково содержание Al₂O₃ в ваших стандартных фильтрах из оксида алюминия и как вы его проверяете?
• Какую систему связующих веществ вы используете и оставляет ли она какие-либо остатки после спекания?
• Какова типичная прочность на сжатие для фильтров с плотностью 30 PPI и толщиной 75 мм?
• Как измерить и контролировать однородность размера пор в пределах производственной партии?
• Каковы допуски на размеры стандартного фильтра размером 12″ × 3″?
• Как упаковывать фильтры для морской перевозки в тропические страны?

Если представитель отдела продаж не может ответить на эти вопросы — или уклоняется, говоря: “Мы пришлем вам техническое описание”, — это говорит о многом в плане уровня технической компетентности, стоящей за данным продуктом.

Технические характеристики материалов: как на самом деле должны выглядеть эти цифры?

Многие покупатели при оценке обращают внимание именно на технические характеристики, и это вполне оправданно — но только в том случае, если вы знаете, какими должны быть эти показатели и как их измеряют.

Технические характеристики соответствуют стандартным отраслевым требованиям к керамическим пенофильтрам на основе оксида алюминия, применяемым в процессах литья алюминия под постоянным током и литья по выплавляемым моделям. 

Один показатель, который редко фигурирует в технических характеристиках, но имеет огромное значение на практике: стойкость к эрозии. Фильтр, который постепенно выделяет мелкие керамические частицы в поток металла — в результате эрозии поверхности под действием сдвиговых сил литейного потока — становится источником именно тех загрязнений, которые он должен предотвращать. Попросите производителей предоставить информацию о методологии и результатах испытаний на эрозию. Если у них нет таких данных, это упущение стоит тщательно изучить.

Какой размер пор на самом деле требуется для вашей области применения?

Указание неверного класса PPI является одной из наиболее распространённых и дорогостоящих ошибок в практике фильтрации. Слишком крупный класс — и вы пропустите важные включения; слишком мелкий — и это снизит скорость литья, приведёт к преждевременному забиванию фильтра и, возможно, к застыванию металла в фильтрационной коробке.

Как рейтинг PPI влияет на эффективность фильтрации?

PPI (количество пор на дюйм) представляет собой линейную величину, характеризующую плотность пор, однако зависимость между показателем PPI и фактическим пределом фильтрации является нелинейной и зависит от состава сплава. Вязкость расплавленного алюминия изменяется в зависимости от температуры и химического состава сплава, что влияет на взаимодействие частиц включений со стенками пор при различных скоростях течения.

В качестве практической основы:

Пороговые значения фильтрации являются приблизительными и зависят от температуры расплава, вязкости сплава, скорости литья и качества предварительной обработки расплава. Диапазоны данных отражают производственный опыт, накопленный при работе со многими семействами сплавов. 

Это решение не носит чисто технический характер — оно также зависит от степени чистоты поступающего расплава. На литейном производстве, где используется чистый, хорошо дегазированный первичный металл, фильтр с плотностью 30 PPI будет демонстрировать иные эксплуатационные характеристики, чем на предприятии, перерабатывающем сильно окисленный вторичный сплав. Надежный производитель обязательно поинтересуется вашими предшествующими технологическими процессами, прежде чем порекомендовать конкретный тип фильтра. Тот, кто этого не делает, просто принимает ваш заказ.

Чем отличается настоящий производитель керамических пенопластовых фильтров от торговой компании?

Это различие имеет большее значение, чем думает большинство покупателей, особенно при закупках в Азии. На рынке керамических пенопластовых фильтров действует большое количество торговых компаний — посредников, которые закупают продукцию у непосредственных производителей и перепродают её под собственным брендом или торговой маркой. В этой модели нет ничего плохого сама по себе, но она сопряжена с рисками:

• Отсутствие прямого управления технологическим процессом — в случае возникновения производственной проблемы торговая компания имеет ограниченные возможности для расследования или устранения этой проблемы у источника
• Нестабильные поставки — торговая компания может менять поставщиков в зависимости от цены или наличия товара, а это означает, что фильтр, на который вы получили право в первом месяце, в шестом месяце может быть произведён не на той же производственной линии
• Ограниченная техническая глубина — на вопросы о химическом составе связующего, характеристиках спекания или стойкости к эрозии часто уклоняются или отвечают общими фразами
• Пробелы в системе подотчетности — когда на производстве возникают проблемы и требуются быстрые ответы, торговая компания становится ещё одним звеном между вами и теми, кто действительно может решить эту проблему

Определить настоящего производителя не всегда просто, но следующие признаки помогут в этом:

• Могут ли они обеспечить доступ к объекту для проведения заводского аудита или независимой проверки?
• Есть ли у них собственное испытательное оборудование (универсальная испытательная машина для определения прочности на сжатие, рентгенофлуоресцентный анализатор для определения состава, записи данных о температуре в печи)?
• Могут ли их технические специалисты отвечать на вопросы, касающиеся технологического процесса, без обращения к внешним источникам?
• Является ли срок изготовления у них постоянным (что свидетельствует о контроле со стороны завода) или изменчивым (что указывает на привлечение сторонних поставщиков)?

Реальный пример из сферы AdTech: полная реконструкция линии термической обработки расплава на турецком литейном заводе

В начале 2020 года к нам обратился через одного из отраслевых партнеров средний по размеру алюминиевый литейный завод из Турции. Компания занималась производством автомобильных литых деталей — в основном несущих кронштейнов и компонентов шасси для европейских автопроизводителей — и недавно получила новый контракт, в котором были предъявлены значительно более жесткие требования к содержанию включений, чем те, с которыми ей приходилось иметь дело ранее.

Исходная ситуация была не самой лучшей. Их линия обработки расплава состояла из станции впрыска флюса с оборудованием для выдержки, не имела специальных средств для онлайн-дегазации, а также включала фильтрующий блок CFF, который был модернизирован на основе устаревшей конструкции желоба и не был термически оптимизирован. Они использовали фильтры с плотностью 20 PPI, закупаемые у местного дистрибьютора — никто из их технической команды не знал, кто на самом деле их производил и каковы были технические характеристики материала.

В соответствии с требованиями входного контроля их нового клиента из автомобильной отрасли индекс Бифилма должен был составлять менее 10 мм, а оценка по шкале Подбереского — P2 или выше на статистически значимой выборке из каждой партии. На существующей линии в лучшем случае удавалось достичь индекса Бифилма на уровне 25–40 мм. Разница была существенной.

Процесс оценки занял три недели. Это включало подробный анализ состава загрузки печи, протокола обработки флюсом, геометрии литниковых каналов, тепловых потерь через существующий фильтрующий ящик, а также данных о качестве, полученных из отзывов клиентов, которые ещё до вступления в силу нового контракта указывали на повторяющуюся пористость, связанную с оксидной пленкой, в определённых участках стенок отливок.

Техническое задание, которое мы разработали совместно:

Решением стало не какое-то отдельное изделие, а целая скоординированная система:

•  Ротационная установка для онлайн-дегазации  с возможностью работы в режиме двух роторов, расположенного в новом отрезке литникового канала перед фильтрующей станцией. Целевой показатель: содержание растворенного водорода ниже 0,10 мл/100 г Al на литейной станции
•  Модернизированный фильтрующий блок CFF  с надлежащей теплоизолированной огнеупорной футеровкой, оптимизированным расположением горелок для равномерного предварительного нагрева и профилированной уплотнительной прокладкой, предназначенной для устранения утечек через обходной канал — главного недостатка их первоначальной конструкции
•  Керамические пенофильтры из оксида алюминия с плотностью 30 PPI  в формате 15″ × 3″ для основной линии разливки и 12″ × 3″ для вспомогательной линии, предназначенной для обработки отливок меньшего сечения
•  Флюс для рафинирования  протокол добавления — стандартизация скорости добавления стержней TiB₂ и точки их погружения в литьевой канал, что ранее осуществлялось несогласованно

Для стабилизации процесса наращивания производства потребовалось два цикла литья. К третьей серии производства в новой конфигурации они стабильно достигали следующих показателей:

• Указатель «Бифильм»: 8–12 мм (в пределах установленного заказчиком требования — в среднем ≤10 мм; в отдельных партиях толщина иногда достигала 12 мм, что было устранено путём незначительной корректировки протокола работы печи)
• Рейтинг Подбереского: P1–P2 постоянно
• Брак готовых отливок, связанный с внутренней пористостью: от 6,81 TP3T → 2,11 TP3T
• Срок службы фильтра: постоянно 25–28 тонн на один фильтр при их скорости литья, без случаев преждевременного забивания литейных каналов в течение первых шести месяцев

Новый контракт в автомобильной отрасли был запущен в срок. Спустя два года компания ввела в эксплуатацию вторую производственную линию с такой же конфигурацией и добавила систему литья с «горячей верхней частью» для разрабатываемого ею продукта, получаемого путем ковки заготовок. Поставки фильтров — как марки 30 PPI, так и марки 40 PPI, которую они внедрили для линии по производству кованых заготовок, — с 2021 года осуществляются по квартальному рамочному заказу.

Успех этого проекта был обусловлен не каким-то одним конкретным продуктом. Дело было в готовности рассмотреть систему в целом, а не просто продать новый фильтр взамен того, который вышел из строя.

Как выглядят долгосрочные отношения с производителем керамических пенофильтров в сфере поставок?

Этот вопрос стоит затронуть напрямую, поскольку наилучшие результаты фильтрации не достигаются за счет разовых закупок. Предприятия, которые стабильно достигают своих целевых показателей качества расплава, рассматривают производителя фильтров как технического партнера, а не просто как поставщика.

На практике это означает:

Общие данные о процессах. Если показатель отходов изменяется, об этом должен знать ваш поставщик фильтров. Динамика показателей эффективности фильтрации — срок службы фильтра на тонну, частота случаев использования байпаса, результаты аудита включений — представляет собой диагностические данные. Производитель, регулярно анализирующий эти данные, может выявить тенденции до того, как они превратятся в проблемы.

Оптимизация оценки с течением времени. Состав вашего сплава меняется. Скорость литья меняется. Требования ваших клиентов меняются. Технические характеристики фильтра, которые были подходящими три года назад, сегодня могут оказаться не самыми оптимальными. Заинтересованный производитель периодически анализирует эту ситуацию и проактивно предлагает необходимые корректировки.

Планирование запасов. Производственные линии не останавливаются из-за задержки поставки фильтров. Эффективные отношения с поставщиками предполагают перспективное планирование — рамочные заказы, формирование страховых запасов, согласованные сроки поставки нестандартных размеров — благодаря чему фильтрация никогда не становится «узким местом».

Техническая поддержка на уровне завода. Дистанционное устранение неисправностей — это полезный инструмент. Однако именно при выездах на объект в ходе аттестации новой продукции, ввода линии в эксплуатацию или в тех случаях, когда постоянная проблема с качеством не поддается дистанционной диагностике, наши отношения действительно показывают свою ценность.

Как следует сравнивать предложения от нескольких производителей керамических пенопластовых фильтров?

Сравнить цены разных производителей довольно просто. А вот сравнить соотношение цены и качества — нет, и именно из-за смешения этих двух понятий на производстве в итоге оказываются фильтры, которые выглядят неплохо в заказе на поставку, но не оправдывают ожиданий в эксплуатации.

При оценке конкурирующих предложений постройте своё сравнение с учетом следующих аспектов:

Обратите внимание, что цена за единицу в этой таблице не указана в качестве отдельной категории. Это сделано намеренно. Цена за единицу имеет смысл только при оценке с учетом срока службы фильтра на тонну отлитого металла, вклада в уровень отходов и влияния на качество последующих этапов производства. Фильтр, который стоит на 20% дешевле, но служит на 30% меньше тонн — при этом способствуя увеличению количества включений — не является выгодной покупкой.

Какое место занимает фильтрация с использованием керамической пены в комплексной системе обработки расплава алюминия?

Керамический пенопластовый фильтр — это высокоэффективное средство. Сам по себе он не является полноценным решением, и если рассматривать его как таковое, то это приведет к разочарованию.

Включения, улавливаемые фильтром CFF, должны откуда-то поступать. Если в предшествующем технологическом процессе образуется большое количество оксидов — из-за плохого контроля атмосферы в печи, агрессивного флюсования, приводящего к повторному увлечению поверхностной шлаковой прослойки, или ненадлежащего дегазирования, в результате чего растворенный водород становится причиной образования мелкой пористости, — фильтр преждевременно забивается, а качество продукции на последующих этапах все равно останется нестабильным.

Последовательность действий, которая неизменно дает наилучшие результаты:

Обработка в печи — удаление щелочи, флотация крупных включений, поддержание контролируемой атмосферы во время плавки и выдержки

Онлайн-дегазация — диспергирование инертного газа с помощью роторного рабочего колеса для удаления растворенного водорода с образованием мелких пузырьков, обеспечивающее максимальную эффективность флотации включений

Фильтрация с использованием керамической пены — окончательная очистка перед загрузкой в форму. На этом этапе фильтр должен выполнять только доработку, а не основную работу

Утончение и модификация зерна — регулирование микроструктуры с помощью TiB₂ (утончение зерна) и добавок Al-Sr или Al-Na (модификация кремния в литейных сплавах)

Каждая стадия должна работать надлежащим образом, чтобы следующая стадия могла обеспечить заданную производительность. Именно поэтому сотрудничество с лучшими производителями керамических пенофильтров выходит за рамки самого фильтра и охватывает оборудование для дегазации, проектирование фильтрующих камер, разработку систем промывки и создание технологических протоколов.

Полная линейка продукции, обеспечивающая реализацию данного подхода — от роторных дегазационных установок до фильтрующих камер CFF, систем литья с горячей головкой и огнеупорных материалов для литейных каналов — доступна через  Ассортимент продукции AdTech , разработанная как единая система, а не как набор отдельных компонентов.

Заключение: что объединяет лучших производителей керамических пенофильтров

По результатам сотрудничества с литейными предприятиями на четырёх континентах можно выделить несколько факторов, которые неизменно позволяют отличить производителей, с которыми стоит налаживать партнёрские отношения, от тех, которых следует избегать:

Они понимают, какой процесс обслуживает их продукт, — а не просто сам продукт. Производитель фильтров, способный грамотно говорить об эффективности дегазации, механизмах зародышеобразования включений и влиянии добавок зерноизмельчителя на поведение потока в фильтре, — это принципиально иной подход по сравнению с тем, кто может обсуждать лишь показатели PPI и габариты.

В их производстве обеспечена прослеживаемость. Речь идет не просто о том, что “мы проверяем каждую партию”, а о наличии задокументированных протоколов испытаний, привязанных к конкретным производственным партиям и доступных по запросу. Когда в производстве возникают проблемы, именно благодаря прослеживаемости можно выявить первопричину за считанные часы, а не недели.

Они вкладывают усилия в поддержание отношений как до, так и после продажи. Сам коммерческий разговор — это самая простая часть. Настоящая ценность заключается в том, что происходит, когда вы звоните с проблемой в 23:00 перед важным выпуском.

При этом они честно говорят о том, на что способен их продукт, а на что — нет. Ни один керамический пенофильтр не избавляет от необходимости качественной предварительной очистки расплава. Любой производитель, который дает понять обратное, преувеличивает свои возможности — и не оправдает ожиданий.

 Все это — именно то, что предлагает AdTech. Если вам нужна помощь или дополнительная информация, обращайтесь к нам. 

Часто задаваемые вопросы

1. Как определить, является ли производитель керамических пенопластовых фильтров настоящим производителем или просто торговой компанией?

Попросите предоставить доступ к аудиту завода, внутреннему испытательному оборудованию и производственной документации по каждой партии. Настоящий производитель сможет без колебаний и уклонений ответить на вопросы, касающиеся технологического процесса — состава суспензии, диапазонов температур спекания, методики испытаний на эрозию. Торговая компания, как правило, не в состоянии этого сделать.

2. Какое содержание оксида алюминия должен иметь качественный керамический пенофильтр?

Стандартный сорт должен иметь чистоту ≥92% Al₂O₃. Для требовательных областей применения, таких как производство листов для аэрокосмической отрасли или конструкционных отливок для автомобилестроения, следует выбирать материал с чистотой ≥95%. Более высокое содержание оксида алюминия обеспечивает лучшую химическую стойкость при контакте с расплавленным алюминием и снижает риск загрязнения.

3. Какую прочность на сжатие следует ожидать от керамического пенопластового фильтра с плотностью 30 PPI?

Качественно изготовленный фильтр с плотностью 30 PPI и толщиной 75 мм должен обеспечивать прочность на сжатие не менее 0,8 МПа. Более низкие показатели представляют риск при нормальном давлении в ферростатической головке во время литья. Всегда запрашивайте данные испытаний партии, а не просто цифры из технического паспорта.

4. Сколько тонн металла может пропустить один керамический пенофильтр, прежде чем его потребуется заменить?

При благоприятных условиях эксплуатации — чистый расплав, правильный предварительный нагрев, надлежащая герметичность фильтрующего блока — фильтр с плотностью 30 PPI должен обеспечивать производительность от 25 до 35 тонн на одну отливку. Преждевременное забивание фильтра, как правило, свидетельствует о проблемах с качеством расплава на предыдущих этапах технологического процесса, а не о неисправности самого фильтра.

5. Влияет ли система связующих веществ в керамическом пенофильтре на качество моего сплава?

Да, и этот момент часто упускают из виду. Связующие вещества на основе фосфатов могут приводить к попаданию следовых количеств фосфора в фосфорчувствительные сплавы, в частности в некоторые составы серий 6xxx и 7xxx. Всегда уточняйте, какую систему связующих веществ использует ваш производитель и оставляет ли она какие-либо остатки после спекания.

6. Может ли производитель керамических пенопластовых фильтров изготовить фильтры нестандартных размеров для устаревшего оборудования?

Любой настоящий производитель, располагающий собственными производственными мощностями, может изготовить продукцию с индивидуальными размерами, толщиной и профилем кромок. Ключевыми факторами являются минимальный объём заказа и сроки изготовления нестандартных размеров — оба этих показателя отражают, насколько эффективно компания контролирует собственное производство.

7. Что лучше использовать для задач, требующих высокой степени чистоты: однофильтровую или двухфильтровую конфигурацию?

Для задач, требующих сверхвысокой чистоты — например, при производстве листов для аэрокосмической промышленности, литографических листов и высокопрочных поковок — всё чаще используются двухфильтровые системы, в которых на входе устанавливается фильтр с более крупными порами, а на выходе — фильтр с более мелкими. Это позволяет продлить срок службы фильтров и одновременно обеспечить более точный отбор включений, чем это возможно при использовании одного фильтра с плотностью 50 или 60 PPI.

8. Как правильно разогреть керамический пенопластовый фильтр перед использованием?

Разогрейте фильтр внутри фильтрующего блока с помощью газовой горелки, доведя температуру обоих элементов как минимум до 400–500 °C в течение не менее 10–15 минут до первого контакта с металлом. Пропуск или ускорение процесса предварительного нагрева является основной причиной растрескивания от термического шока — независимо от качества материала фильтра.

9.  Как мне оценить, действительно ли мой нынешний производитель керамических пенофильтров работает эффективно?

Отслеживайте срок службы фильтра на тонну отлитого металла, частоту случаев обхода фильтра, а также результаты аудита включений на последующих этапах производства в динамике. Если эти показатели меняются в неблагоприятную сторону, а процесс на предшествующих этапах не изменился, в первую очередь стоит проверить качество поставляемых фильтров.

10. Что должно быть предусмотрено в долгосрочном соглашении о поставках с производителем керамических пенофильтров?

Как минимум: согласованные технические условия с критериями приемки, требования к отслеживаемости партий, обязательства по срокам поставки для стандартных и нестандартных размеров, протокол технической поддержки, а также периодичность пересмотра с целью оптимизации марки по мере развития вашего производственного процесса. Производитель, который отказывается от какого-либо из этих пунктов, тем самым дает вам ценную информацию о том, как он работает.