Фильтр из пенопласта для расплавленного металла позволяет отфильтровывать неметаллические примеси в процессе литья металла.
Наличие неметаллических примесей, попадающих в расплав на протяжении всего процесса плавки и литья жидкого металла, негативно сказывается на качестве выплавленного металла. Об этом хорошо известно как сталеплавильщикам, так и литейщикам, и металлообработчикам.
В подавляющем большинстве случаев неметаллические включения представляют собой тугоплавкие оксиды, температура плавления которых превышает температуру плавления стали. В основном это оксиды магния, кальция, алюминия и кремния, входящие в состав шлака и футеровочного материала. Значительная часть неметаллических включений образуется в расплаве в результате раскисления стали. Растворимость оксидов в чистом железе незначительна или полностью отсутствует.
Неметаллические включения чаще всего представляют собой твердые компактные частицы. Оксидные пленки в расплаве находятся в жидком состоянии, но их вязкость значительно превышает вязкость расплавленного металла. Содержание этих примесей можно значительно снизить. Этого можно достичь с помощью целого ряда мер, включая качественное отсечение шлака, снижение эрозии футеровки сталеплавильных агрегатов, стальных желобов, стальных литейных и промежуточных ковшей, продувку расплава инертными газами, а также применение фильтрации металла с использованием различных вариантов и методов фильтрации.
В связи с тем, что размеры неметаллических включений варьируются в очень широких пределах — от долей микрона до десятков миллиметров, степень очистки металла и, соответственно, его качество зависят от того, какие методы очистки применялись при его производстве.
Оксиды и газовые пузырьки, плотность которых в несколько раз ниже плотности жидкого железа, при определенных условиях, описываемых хорошо известными физическими законами, способны полностью подняться на поверхность расплава. Однако выполнение этих условий практически невозможно. В частности, с увеличением времени пребывания расплава в сталеплавильных агрегатах и снижением его вязкости усиливается износ футеровки и происходит вторичное насыщение расплава неметаллическими включениями. Интенсивная обработка расплава инертным газом позволяет удалить не более 15% неметаллических включений, при этом большинство частиц размером менее 50 микрон остаются в жидком металле.
Мы хотели бы подробнее остановиться на самом деликатном методе очистка металла, когда насыщение расплава неметаллическими примесями неизбежно. Данный метод заключается в фильтрации металла через пенофильтр для расплавленного металла и позволяет удалить практически все имеющиеся неметаллические включения и пузырьки газа.
Фильтры представляют собой объемную керамическую пену, изготовленную из высокоогнеупорных материалов, с заданным количеством отверстий и определенной удельной поверхностью.
Механизм очистки расплава с использованием керамических пенопластовых фильтров довольно сложен и до конца не изучен, однако эффективность очистки этим способом можно назвать уникальной. Это могут подтвердить работники литейных цехов, которые используют аналогичные материалы иностранного производства для изготовления высококачественных отливок.
В зависимости от типа фильтра «Molten Metal Foam» и его конфигурации можно осуществлять как полную, так и выборочную дегазацию расплава. Когда загрязненный металл проходит через фильтр, внутри керамического основания индуцируется электромагнитное поле (ЭМП), которое можно регулировать с помощью фазы и химического состава, а также удельной поверхности керамики и расхода металла. При прохождении через керамический фильтр поток жидкого металла не только очищается, но и дополнительно гомогенизируется. Это, разумеется, влияет на качество отливки.
Мировой опыт использования керамических пенофильтров для очистки низкоплавких металлов, а также фильтрации стали при прецизионном литье методом литья в выпаливаемые формы, при условии внесения соответствующих конструктивных усовершенствований, позволит очищать гораздо большие объемы жидкого металла.
По мере забивания фильтров на одном уровне металл поднимается на следующий уровень фильтров, которые могут иметь иную конструкцию и количество отверстий. На верхнем уровне отверстий в перегородке фильтров нет. Таким образом, при разливании металла в соответствии с его уровнем можно контролировать качество слитков по содержанию неметаллических включений. В отверстиях перегородки можно устанавливать “грубые” и “тонкоячеистые” фильтры.
В настоящее время совместно с рядом металлургических предприятий ведутся подготовительные работы по апробации данного метода очистки жидкого металла от неметаллических включений, а также по испытанию составов и параметров керамических фильтров.