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铸造工程
Foundry Engineer ing
铸造工艺
大型球墨铸铁件的过滤新技术
孙中民
(无锡市铸造学会,江苏无锡214072)
摘要:为解决大型球墨铸铁件使用过滤片过程中存在的问题,提出了冲压型直孔过滤片的过滤
机制,并对其进行了模拟和实际浇注试验,使生产的过滤片具有优异的过铁能力,以及不易堵
塞、不易破碎等性能,详细分析了浇注系统设计对铁水过滤的影响。结果表明,大型球墨铸铁
件要得到好的过滤效果,除了需要有高性能的过滤片,一个设计合理且与过滤片的放置相匹配
的浇注系统是必须具备的条件
关键词:球墨铸铁件;过滤片;浇注系统
中图分类号:TG250.3文献标识码:A文章编号:1673-3320(2015)03-0036-04
A New Filtration Technology for Large Ductile Iron Castings
SUN Zhongmin
(Wuxi Foundry Society, Wuxi 214072, Jiangsu, China)
Abstract: To solve the problems existing in the filter process for large ductile iron castings, the filtering
mechanism of pressing straight hole filter was put forward, and the simulation and actual casting test
were conducted to make the filter with excellent ability of filtering molten iron and without blocked and
broken. The effects of gating system design on filtering molten iron were analyzed in detail. The results
show that except for using a filter with high performance, a reasonable gating system which matches with
the placement of filters is the necessary condition to get a good filtering effect
Key words: ductile iron casting: filter; gating system
由于对大型球墨铸铁件质量要求的提高,过体力学原理的。在金属液流到冲压型直孔过滤片前
滤技术应用在铸件生产上的重要作用被越来越多表面时,受到过滤片的阻挡,这个阻挡作用降低了
的铸造工作者所认识。但是,国内在大型铸铁件流速。由于金属液与夹杂物的密度不同,这就能够
上使用过滤片的过程中存在着两大主要问题:①用物理的方法分离这些密度比金属液小的夹杂物,
过滤片容易破碎;②过滤片容易堵塞。通过研究使其上浮到浇道的上面部位,从而得到在过滤片前
找到了一种新的过滤机制,生产出的冲压型直孔面分离夹杂物的效果。这种过滤机制被称为阻挡液
过滤片解决了以上两大问题,使大型球墨铸铁件流分离杂质机制,其原理如图1所示。
的过滤变为可行。目前国内已有一些著名的铸造
厂在大型风电铸件及大型柴油机机体等铸件生产
FATSO
上成功使用这种过滤技术。
2
4
1新过滤机制的提出
1新过滤机制
通过试验发现,金属液的过滤也是可以遵循流
图1阻挡液流分离杂质过滤机制示意
收稿日期:2014-09-04
作者简介:孙中民(1963-),男,高级工程师,主要从事铸铁生产技术的研究
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2015年第3期
ww.ututu.com
大型球墨铸铁件的过滤新技术孙中民
图1中区域①是紊流的区域,由于金属液的自片前为素流,过滤后液流就变为层流。观察到的
由下落会在浇道里产生较高的流速。所有出现在过滤片周围区域情况更清晰地证实了图1所示的新
紊流区域里的氧化物以及所有外来夹杂物,如砂的过滤机制。
子和耐火材料粒子等,其密度(约2.3g/cm3)低
于铁液(7g/cm3)的密度。当金属液遇到过滤片
2过滤用陶瓷过滤片要具备的条件
时,区域②形成了阻挡的状态,金属液流的速度
从模拟试验中理解了较轻的夹杂物能从密度
变慢了,导致密度小的夹杂物上浮而分离:区域大的金属液中上浮而分离出来,从而得到清洁的
③是通过密度差使得在过滤片前端形成的凝聚夹金属液。但是,在这过程中由于金属液的温度和
杂物上浮到金属液的表面。经过过滤片之后变为密度都很高,陶瓷过滤片存在着过载的危险
层流区域④,这有助于抑制金属液的二次氧化。
陶瓷材料没有确切的熔点,但是有一个熔化的
这个效果也是非常重要的,因为在经过过滤片之范围,该范围在不同的条件下随着浇注温度和时间
后再产生的夹杂物大部分肯定会进入到型腔,从不同而改变。浇注的高度和速度也对其有重要的影
而导致铸件缺陷的产生l。
响,速度越快,在过滤片上的动压力就越高。
1.2新过滤机制的验证
Pan=0c/2
(1)
1.2.1用水作为流体进行的模拟试验
从式(1)可以看出,金属液每增加1倍速度
如图2所示,试验时用水作为流体,模拟流体(c),作用在过滤片上的动压力(Pan)就会增加
流过冲压型直孔过滤片。在流体里加上一些有颜4倍;同时,流动的金属液密度(6)对动压力也
色的颗粒,这些颗粒的密度与水相同,使得这些有很大的影响。铁水密度是水的7倍左右,使得
颗粒和水之间不会有任何自行分离的情况。过滤铁液在流经浇注系统时会产生一个高的动压力作
片前端的紊流和经过过滤片之后的层流在图2中很用在陶瓷过滤片上。
容易被看清。
另一个对陶瓷过滤片有重要影响的参数是温
度。在铸铁件浇注过程中,过滤片必须要持续在
1300~1500℃的温度下工作。一般情况下,薄
过滤片
壁小型铸件主要采用高的浇注温度以避免造成冷
图2用水作为流体的模拟试验
隔问题,低的浇注温度主要用在大型铸件上。同
样,在小型铸件的生产中采用较短的浇注时间和
1.2.2用球墨铸铁铁水进行浇注试验
较低的浇注高度,而较长的浇注时间及较高的浇
用球墨铸铁铁水在潮模砂中进行浇注试验,
注高度则用于较大铸件的生产。短的浇注时间和
通过石英玻璃窗观察在冲压型直孔过滤片前后铁
低的浇注高度在小型铸件中平衡了较高的浇注温
水的流动状态及夹杂物的运动状态,见图32。
度,较低的浇注温度在大型铸件里平衡了较长的
浇注时间和较高的浇注高度。也可以说,在小型
铸件浇注时陶瓷过滤片达到过热而高温强度很低
时,浇注过程已经结東了。
上浮的夹杂物
鉴于上述现象,认为过滤片的损坏主要有两
个原因:①温度在瞬间剧增,对过滤片产生严重
紊流
层流
的影响;②过滤片的过载是因为在高温条件下,
过滤片承受的“液流动压力”时间过长。由于过
滤片损坏而产生质量问题的铸件中,这两种原因
有不同的现象:第一种原因通常会发现比较大而
图3球墨铸铁铁水试验状况
几乎没有变形的过滤片碎片,过滤片在浇注过程