技術(shù)指導(dǎo)：纖維過濾器的實(shí)際應(yīng)用效果

玄武

在鑄造生產(chǎn)中，由于非金屬夾雜物等鑄造缺陷導(dǎo)致的鑄件廢品一般占廢品總數(shù)的50%～60%.采用金屬液過濾器技術(shù)可以有效地減少或消除其中的各種非金屬夾雜物，凈化液態(tài)鑄造合金。

    泡沫陶瓷過濾器（CFF，即CeramicFoamFilter）是采用聚氨酯泡沫塑料為載體，經(jīng)過水解后將他浸入到由陶瓷粉末、黏結(jié)劑、助燒結(jié)劑、懸浮劑等制成的涂料中，然后擠掉多余涂料，使陶瓷涂料均勻涂敷于載體骨架成為坯體，再把坯體烘干并經(jīng)高溫焙燒而成。

    1過濾機(jī)理泡沫陶瓷過濾器通過對金屬液的3種物理化學(xué)作用，分離液態(tài)鑄造合金中的夾雜物，達(dá)到凈化金屬液的效果[45].1）濾餅機(jī)制：復(fù)雜的泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)，可以高效率地機(jī)械擋渣，當(dāng)金屬液通過結(jié)構(gòu)復(fù)雜的泡沫陶瓷過濾器時，通過過濾介質(zhì)的機(jī)械分離作用，把大于過濾器表面孔眼的夾雜物濾除，并使之沉淀在過濾器液態(tài)金屬流入端，成為過濾器的一個組成部分。隨著夾雜物在過濾器表面上堆積數(shù)量的增多，逐漸形成了一層“濾餅”，使金屬液流道進(jìn)一步變細(xì)，因而新增的過濾介質(zhì)表面可以濾除更為細(xì)小的夾雜物，與此同時，介質(zhì)內(nèi)部也有過濾作用，在貫穿于陶瓷體的眾多小孔中，有的呈現(xiàn)微小狹縫，有的存在死角，這些變化不同的區(qū)域都是截獲夾雜物的可能位置，過濾器內(nèi)部也存在“濾餅”效應(yīng)。

    2）表面效應(yīng)：當(dāng)金屬液流經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷體時，被分割成許多細(xì)小的流股，增大了金屬液中夾雜物與過濾介質(zhì)的接觸面積及接觸幾率，由于過濾器表面是極微小的凸凹面，凹塊尺寸約為1～10μm，對夾雜物有靜電吸附和黏附截流作用。

    3）整流效應(yīng)：金屬液流過泡沫陶瓷過濾器時，被分割成許多細(xì)小單元的流股，其直徑較小，從而使雷諾數(shù)（Re=vd/r）變小，使液流趨于層流運(yùn)動。當(dāng)金屬液處于層流狀態(tài)時，由于熔融金屬液的密度遠(yuǎn)大于夾雜物的密度，因而使夾雜物有充分的時間上浮除去，也即泡沫陶瓷過濾器能輔助橫澆道擋渣。澆注系統(tǒng)中放置過濾器后，金屬液流動的助力增加，在橫澆道中流動的金屬液容易形成充滿運(yùn)動，并使流速降低，有利于夾雜物上浮，并滯留在橫澆道頂面。

    2泡沫陶瓷的應(yīng)用2.1鋁合金鑄造過濾鋁合金在熔化和形成鑄件的過程中，容易吸收氣體和混入非金屬雜物，從而降低了鑄件的使用性能和加工性能。目前研制成功的泡沫陶瓷過濾片為鋁合金鑄件生產(chǎn)提供了一種新型的、高效率的過濾器。不同于通常的單層鉆孔篩板和玻璃纖維篩網(wǎng)，而是有著多層網(wǎng)絡(luò)和彎曲的通孔，能充分地濾除鋁合金熔體中的細(xì)小非金屬夾雜物，從而提高了鑄件的質(zhì)量。泡沫陶瓷過濾片用于鋁合金熔體的過濾，通常選用堇青石質(zhì)，網(wǎng)眼尺寸為0.8～1.0mm.西安飛機(jī)制造公司采用（90mm×80mm×20mm）泡沫陶瓷濾片，使油泵彎管頭、離合器殼、變扭器殼體等鑄件的合格率提高了40%～70%，僅此一項(xiàng)，就為該公司每年新增產(chǎn)值200萬元，實(shí)現(xiàn)利稅30萬元。

    2.2銅合金鑄造過濾有色金屬熔體（黃銅、青銅、鋅、錫）在鑄造過程中，同樣也會產(chǎn)生氧化和非金屬雜物，出現(xiàn)大量的廢品，若采用泡沫陶瓷濾片可大大降低廢品率。過濾銅合金熔體通常選用堇青石質(zhì)，網(wǎng)眼尺寸為1.0～1.2mm.2.3鋼鐵鑄造過濾泡沫陶瓷同樣適用于球磨鑄鐵、合金鋼、不銹鋼等高溫合金的鑄造過濾。鋼鐵合金比重較大，熔點(diǎn)高，要求泡沫陶瓷的高溫強(qiáng)度、軟化溫度以及抗熱沖擊性都要比過濾鋁、銅高。通常選用氧化鋁和碳化硅質(zhì)的泡沫陶瓷過濾片，濾片的網(wǎng)眼尺寸為2～3mm.2.4汽車尾氣凈化處理器催化劑載體隨著我國汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車尾氣排放已成為環(huán)境污染的主要來源。由于泡沫陶瓷具有比表面積高、熱穩(wěn)定性好、耐磨、不易中毒、低密度，已廣泛作為汽車尾氣催化凈化器載體使用。將泡沫陶瓷汽車尾氣催化凈化器安裝在汽油車排氣管中，可以使汽油車排出的CO，HC，NOx有害氣體轉(zhuǎn)化成CO2，H2O，N2，轉(zhuǎn)化率可達(dá)90%以上；用在柴油車上，碳粒凈化率在50%以上。當(dāng)泡沫陶瓷濾芯積滿碳粒時，可以采用催化氧化法或電控燃燒法再生，不斷消除沉積的碳粒，達(dá)到長期使用的目的。

    2.5其他應(yīng)用在高溫條件下，泡沫陶瓷具有優(yōu)良的熱輻射特性，被用于強(qiáng)化傳熱和多孔介質(zhì)的燃燒技術(shù)中，效果顯著。泡沫陶瓷還可以做成光觸媒載體，在泡沫陶瓷載體上涂覆納米二氧化鈦，受紫外線激發(fā)，具有強(qiáng)烈的光催化氧化降解特性，可催化降解有機(jī)物和微生物，從而凈化空氣。泡沫陶瓷還可以做成化工塔填料，布?xì)獠牧希簹庠罟?jié)能燃燒板等。

    綜上所述，泡沫陶瓷的應(yīng)用將會給現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代生活帶來極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。由于泡沫陶瓷使用方便、價格便宜、制造工藝簡單，通過材質(zhì)的選擇和工藝控制，可以制成適合于不同用途的泡沫陶瓷產(chǎn)品。具有優(yōu)良特性的泡沫陶瓷已被越來越多的人所認(rèn)識，他將廣泛應(yīng)用于冶金、化工、環(huán)保、節(jié)能、醫(yī)學(xué)、電子等領(lǐng)域，前景十分廣闊。

    3試驗(yàn)結(jié)果在泡沫陶瓷材料方面，本試驗(yàn)室也開展了一些研究工藝。主要是通過試驗(yàn)驗(yàn)證各種工藝參數(shù)對泡沫陶瓷過濾器性能的影響，找出更加合理的、完善的工藝參數(shù)，以提高過濾器性能和生產(chǎn)出過濾溫度更高的、過濾鋼液及高溫合金的氧化鋯基泡沫陶瓷過濾器。試驗(yàn)結(jié)果表明：1）ZrO2基泡沫陶瓷過濾器的制備應(yīng)選用80%的磷酸二氫鋁水溶液作黏結(jié)劑；2）ZrO2基泡沫陶瓷過濾器（燒結(jié)助劑為Al2O3）的陶瓷粉料最佳比例為：w（ZrO2）=80%，w（Al2O3）=20%；3）泡沫陶瓷的抗壓強(qiáng)度隨Al2O3含量的增加而增大，但當(dāng)Al2O3含量達(dá)到10%時抗壓強(qiáng)度增長緩慢；4）泡沫陶瓷的抗彎強(qiáng)度隨Al2O3含量的增加而增大，但當(dāng)Al2O3含量達(dá)到20%時抗彎強(qiáng)度出現(xiàn)峰值，之后隨Al2O3含量的增加而減小；5）燒結(jié)過程中的升溫制度是關(guān)鍵，應(yīng)采用慢速升溫制度。燒結(jié)速率如下：500℃以下1～2℃/min；500℃以上為3℃/min.4泡沫陶瓷過濾器的發(fā)展趨勢如前所述，近20年來，經(jīng)過鑄造工作者的努力，泡沫陶瓷過濾器及其在液態(tài)鑄造合金過濾領(lǐng)域的應(yīng)用已得到了長足的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)迄今已有近10條泡沫陶瓷過濾器生產(chǎn)線投入生產(chǎn)，年生產(chǎn)總量已達(dá)數(shù)百萬片。但據(jù)測算，我國鑄造行業(yè)的潛在年需求量約1億片左右。因此，在新的世紀(jì)，泡沫陶瓷過濾器的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用推廣工作尚需繼續(xù)加強(qiáng)，而且工作重點(diǎn)應(yīng)放在以下幾個方面：1）開發(fā)生產(chǎn)燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時間短的新型低成本泡沫陶瓷過濾器；2）開發(fā)生產(chǎn)適用于各種活性合金、高溫物理化學(xué)性能穩(wěn)定的新型泡沫陶瓷過濾器；3）開發(fā)生產(chǎn)適用于熔模鑄造、金屬型鑄造等特種鑄造工藝的異形泡沫陶瓷過濾器；4）深入研究泡沫陶瓷過濾器的過濾凈化機(jī)制和對金屬凝固過程的影響機(jī)制；5）系統(tǒng)研究泡沫陶瓷過濾器的應(yīng)用技術(shù)，包括孔徑和厚度的選擇、安放方式和澆鑄系統(tǒng)的設(shè)計、澆鑄溫度和速度及金屬液壓頭的控制等；6）開展泡沫陶瓷過濾器的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化工作。



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