Фильтрация металлов. Основные типы фильтров Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

/ГТ^Г Г^ГПГГЛТГГГ/МО

- 2 (42). 20071 l£tV

.T-\

ЛИТЕЙНОЕ* ПРОИЗВОДСТВО

The main types of filters are examined. Th, n characteristics are given. The fields of their application an given.

В. В. ДАРИЧЕВ, ООО «РАНТАЛ-ИМПЭКС»

ФИЛЬТРАЦИЯ МЕТАЛЛОВ. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ФИЛЬТРОВ

Введение

Фильтрация как способ удаления нежелательных включений известен человечеству с первых шагов зарождения цивилизации. Мы каждый день получаем фильтрованную воду, не обращая на это никакого внимания. Мы фильтруем с помощью кондиционеров, промышленных систем вентиляции воздух, которым дышим. Обратим внимание на фильтрацию жидких металлов и основные типы фильтров, которые используются в настоящее время.

Фильтрация жидких расплавов в единичных случаях известна со времен первых цивилизаций, человечество всегда стремилось получить качественную сталь, которую использовали для изготовления мечей, наконечников стрел и стволов

Рис.1

Основные типы фильтров

Литниковые сита (фильтровальные сетки)

(рис. 3) - это керамические изделия с прямыми

орудий. Фильтрация в промышленных объемах отливок получила широкое распространение около 60 лет назад. На сегодняшний день в Европе за 2005 г. применяется 140 млн. фильтров для фильтрации чугуна, 20 млн. - для алюминиевого литья и 2 млн. — для отливок из стали. При этом применение и рынок фильтров растет в среднем на 3,5% в год. Если взять автомобиль среднего класса, выпускающийся в России, то в нем окажется 4,5 фильтра, если же мы посмотрим на «Феррари», то увидим 70 фильтров в разрезе технологического получения отливок для данного автомобиля.

Сегодня можно выделить две основные функции фильтров.

• Фильтры, которые улавливают включения на миллиметровом, микронном и субмикронном уровне (рис. 1).

• Фильтры, которые преобразуют турбулентный поток металла в форме на преламинарный и ламинарный, тем самым, снижая вторичное окисление металла и эрозию формы (рис. 2).

Рис.2

круглыми отверстиями диаметром 4—10 мм и толщиной 6—20 мм. В основном они размещаются в углублении на дне литниковой воронки в месте

ШЯТГ:Г: Г Г'ТШТГГГГГ

/ 2 (42). 2007 -

перехода в центральный литник. Служат для улавливания первичного шлака в начальной стадии литья, когда воронка не наполнена. Включения улавливаются механизмом процеживания, эффективность глубинной фильтрации очень мала.

Кроме того, применение фильтровальных сеток ускоряет заполнение литниковой воронки, ограничивает турбуленцию металла и возникновение завихрений над центральным литником. Фильтровальные сетки могут служить в качестве вспомогательного элемента при добавлении модификатора непосредственно в форму. Область применения — сплавы алюминия, меди, чугуна, стали.

Штампованные фильтры (рис. 4) изготавливаются штамповкой, но в отличие от фильтровальных сеток имеют большую длину (10—22 мм) и меньший диаметр (1—3 мм) круглых отверстий. Кроме более эффективной фильтрации малых частиц загрязнений и образования фильтрационного кека, в них также происходит процесс глубинной фильтрации. Область применения — сплавы алюминия, меди, чугуна, стали.

Экструдированные фильтры (рис. 5) изготавливаются вытяжкой из пластинчатого керамического материала. Благодаря применению данной технологии можно изготавливать фильтры с малой толщиной стенки и необходимой формой отверстий (прямоугольник, треугольник), которые имеют большую активную поверхность и более эффективно улавливают включения при глубинной фильтрации.

По сравнению с прессованными фильтрами они имеют меньшую теплоемкость, повышенную емкость литья, но отличаются меньшей точностью и механической прочностью. Форма фильтров ограничена наличием технологической оснастки для вытяжки, поэтому вариабельность их производства очень ограничена. Область применения — сплавы алюминия, меди, чугуна.

Пенокерамические фильтры (рис. 6, а-в) представляют собой открытую систему соединенных между собой ячеек (сот). При протекании металла в пенокерамическом фильтре происходит образование местных завихрений и частое изменение направления протекания. В результате этого включения часто вступают в контакт со стенками фильтра и налипают на них. Данная система предназначена для проведения глубинной фильтрации, при которой улавливаются мелкие включения размером до 3—5мкм. Включения, размеры которых значительно меньше размеров пор, улавливаются стенками и соединяются друг с другом, образуя «мостики», которые крепятся к стенкам фильтра. С повышением количества задержанных включений фильтр постепенно закупоривается до полной остановки потока металла. Пропускная способность фильтра зависит от количества включений, размера пор и сил сцепления, действующих

а

о

Рис. 5

между отдельными включениями и фильтром, т.е. зависят от материала фильтра.

Высокая эффективность глубинной фильтрации является главным преимуществом пенокера-мических фильтров по сравнению со всеми остальными типами. При глубинной фильтрации фильтр работает всем своим объемом, что повышает эффективность фильтрации. Пенокерамичес-

б

Рис. 6

кие фильтры имеют толщину от 8 до 50 мм и заключается в возможности использования раз-

габаритные размеры от 30 до 600 мм. Ресурс личных базовых огнеупорных материалов, а также

фильтрации составляет от 1 кг до 60 т. Большим в изготовлении фильтров разных размеров, форм

преимуществом фильтров является высокий уро- и пористости. Область применения - сплавы

вень вариабельности их изготовления, ? который алюминия, меди, чугуна, стали.