一种铸铁用复合过滤器的开发-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘要:所开发的用于铸铁的双层过滤器(复合过滤器)同时具有无衰退的孕育功能和净化功能。该复合过滤器由涂挂孕育剂的第一层过滤器和比第一层过滤器更细的第二层过滤器所组成。使用复合过滤器进行了灰铸铁和球墨铸铁的浇注试验,在灰铸铁中,得到了A型石墨,提高了抗拉强度。在球墨铸铁中,石墨大小、形状变得均匀,改善了伸长率。伴随在孕育过程产生的夹杂物可以被第二层过滤器所截获。结果表明这一复合过滤器具有良好的孕育和过滤效果。
关键词:复合过滤器;孕育;铸铁;过滤;泡沫陶瓷过滤器
中图分类号:TG253　文献标识码: A　文章编号:1001-4977 (2004) 09-0717-04
铸铁生产中孕育的作用早已众所周知,灰铸铁通过孕育处理使D、E型石墨转变为A型石墨,可改善其强度和机加工性〔1~3〕,对于球墨铸铁则可以减少白口倾向,使石墨球变得均匀,从而提高伸长率和韧性。在孕育处理过程中存在着夹杂物的形成和孕育衰退的问题,从防止孕育衰退考虑希望在尽可能接近铸型之处进行处理,但伴随着处理过程所产生的夹杂物如何去除是确保高质量铸件的关键。作者建立这样一个思路,在靠近铸件的浇注系统内部利用自行研制的复合过滤器进行孕育处理的同时,把产生的夹杂物(即反应生成物)排除在铸型型腔之外。从反应效果上看,孕育剂和铁液的接触面积越大反应效果越好,过滤效率越高。为此,把具有较大比表面积的泡沫陶瓷过滤器进行组合,如使第一过滤器分担孕育功能,第二过滤器承担净化功能。作者通过考察该处理法得到的铸铁性能和复合过滤器的功能来确立这一新的处理工艺。
1　试验方法
1.1　复合过滤器
所开发的复合过滤器是由在表面涂挂处理剂(孕育剂)的10ppi (pores per inch)的泡沫陶瓷过滤器(称为第一过滤器)和20ppi的泡沫陶瓷过滤器(称为第二过滤器)组合而成的。第一过滤器的制作过程是,首先把处理剂(孕育剂)制成浆料,然后将过滤器浸泡其中使浆料涂挂在过滤器的表面,经473K烘干而成。
1.2　处理剂
试验所使用的球化剂是含5%Mg的稀土镁合金,孕育处理使用3种不同硅铁合金A, B, C,如表1所示。为提高孕育效果,在B, C中添加有Ca, Al和Ba元素。孕育剂的粒度分布如表2所示。

1.3　铸造工艺
试验中使用自行研制的尺寸为60mm×60mm×(13+13) mm的复合过滤器,浇注直径25mm,高120mm的灰铸铁(代号FC)和球墨铸铁(代号FCD)试棒,其中一组有代表性的成分如表3所示。

1.4　试验条件和检测方法
按表4和表5所示的条件进行铸造试验。在球墨铸铁试验时,事先在铁液包底添加1.5%的Fe-Si-5%Mg合金进行球化处理。

用光学显微镜观察铸铁的组织,通过EPMA分析来确认夹杂物的存在。试样加工成抗拉试棒,测量抗拉强度和伸长率。
2　试验结果及分析
2.1灰铸铁
2.1.1共晶团
使用复合过滤器浇注的灰铸铁试棒经取样、研磨、腐蚀〔3〕后,在光学显微镜下观察了共晶团组织,共晶团数的定量测量结果如表6所示,共晶团数的增加率是相对于孕育剂无添加时而言的。由结果可见,同一孕育剂添加量0.5%的较0.25%的可获得较细的共晶团组织。孕育剂C与A, B相比,得到了较细的共晶团,这是由于浇注温度较低所致。

2.1.2　石墨组织
使用含有孕育剂A的复合过滤器进行孕育处理和未实施孕育处理的石墨组织的比较结果如图1所示。未孕育的石墨组织呈微细的D, E型石墨,处理后的微细石墨几乎消失,变成大小比较均匀,无方向性的A型石墨,这种改变有利于铸件性能的改善。孕育剂B, C亦有同样的结果。截取条件FCB-1过滤器前后的横浇道进行组织观察,结果如图2所示。由此可见,流过复合过滤器的铁液凝固后的石墨组织被明显地改善。

2.1.3力学性能
图3所示的抗拉试验结果表明,铸铁的强度得以全面提高,这是因为石墨组织得到改善的结果。
2.2　球墨铸铁组织和性能
2.2.1　石墨组织
由图4可见,未经孕育处理的石墨大小不均,而经复合过滤器处理的石墨呈现均一,圆整的形状。为定量描述这种变化对石墨的粒径和形状系数(0~1,为1时表示完全的球状)的分布进行了图像解析,整理后的试验结果见图5。未经孕育处理的粒径在6.25μm以下的微细石墨比例多,而形状系数f0.8以上的分布率偏低,这反映了含有较多球化不良的石墨。

2.2.2　力学性能
图6所示的结果表明,处理后的铸铁抗拉强度略微降低2%~3%,伸长率却明显地提高了14%以上。对于强度的略降原因,将成为今后研究的课题。
2.3　复合过滤器的效果分析
剖开浇注后复合过滤器的前后截面,对第一和第二过滤器界面前后进行了显微观察,结果如图7所示。第一过滤器表面所涂挂的孕育剂毫无残留地反应完毕,达到预期作为反应室的功能(称之为处理功能),在界面上有大量的反应残留物被截住,局部还形成了滤饼。为确认这些夹杂的组成,进行了EPMA分析,结果表明其中含有Al、Ca、Si、O、S等各种元素,有理由认为,这些夹杂是由孕育反应过程产生的残留物。从第一和第二过滤器界面上的捕捉情况来看,事先设定的以去除夹杂物和反应残留物为目的的功能(称之为净化功能)也已达到了预期目的。通过这种过滤器的合理组合同时实现了处理和净化两种功能。

2.4　关于复合过滤器的有效性
复合过滤器的有效性主要表现在:①简化生产过程,使用本研究开发的铸铁孕育处理系统可以省略通常概念的孕育处理过程,从而简化铸造生产过程;②改善操作环境,与普通的处理方法相比,由于完全是在型内进行,有利于抑制环境污染;③增强处理效果,由于泡沫陶瓷过滤器的比表面积大,和铁液的接触面积也大,使孕育剂的反应效率提高,增强处理效果;④防止孕育衰退,从如前所述复合过滤器的作用考虑,可以完全防止孕育过程的衰退现象。展望该复合处理工艺的前景,可以从本试验开发的孕育-过滤复合工艺的思路出发,可望发展成球化-过滤,球化-孕育-过滤以及合金化-孕育等复合处理工艺,从而全面简化和优化铸造过程。
3　结论
(1)复合过滤器具有对铁液的孕育和净化作用。
(2)使用复合过滤器可以简化对铁液的处理过程。
(3)使用复合过滤器能够改善铸铁组织,提高铸铁品质。

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