ФИЛЬТРУЮЩИЙ УЗЕЛ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА

Решение относится к металлургии, в частности к конструкции фильтров для комплексной обработки (очистки и модифицирования) расплавленного металла.
Известен фильтр для очитки расплавленного металла (патент РФ на полезную модель №48992, С22В 9/02, опуб. 18.07.2005), содержащий корпус, в котором установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде щелевой решетки из параллельно и вертикально расположенных керамических пластин, имеющих форму прямоугольных треугольников, образующих своими гипотенузами наклонную плоскость с карманом в ее нижней части для удаления включений.
Однако этот фильтр не обеспечивает комплексной обработки расплавленного металла.
Патентом РФ №2174894, B22F 3/11, опуб. 20.10.2001 защищен способ изготовления пористых фильтрующих структур для очистки металлов, согласно которому в качестве высокопористого материала для изготовления каркаса используют поролон с сообщающимися каналами, в качестве твердой фазы - пастообразную суспензию, в которой наполнителем являются отходы металлургического производства - шлаки и другие керамические материалы, формирование пористой структуры достигают при выгорании каркаса во время спекания.
Эта пористая структура также не обеспечивает комплексную обработку металла, а только его очистку.
2
3
2
2
В качестве прототипа принята пористая керамическая структура для комплексной обработки расплавленного металла (Патент РФ №2022039, С22В 9/02, опуб. 30.10.1994). Структура является фильтроэлементом из AlO+ZrO, TiО (корунда, окиси циркония, окиси титана) с покрытием из SiC (карбида кремния) и позволяет осуществить одновременно очистку и модифицирование расплавленного металла.
2
2
Несмотря на высокие положительные свойства, обеспечиваемые известным фильтрующим узлом, используемая структура достаточно сложна по составу из-за использования довольно дорогих компонентов ZrO и ТiO. Роль SiC - только для модифицирования расплава. Как показывают испытания, механические характеристики получаемого металла также могут быть повышены за счет повышения фильтрующих свойств структуры.
Решаемая задача - совершенствование фильтрующего узла при упрощении состава пористой структуры за счет применения более доступных и дешевых компонентов.
Технический результат - повышение механических свойств обрабатываемого металла, практически полное исключение усадочных дефектов и получение мелкого литого зерна за счет эффекта суспензионной разливки с одновременной очисткой металла от шлаковых и мелкодисперсных неметаллических включений.
Этот технический результат достигается тем, что в фильтрующем узле для комплексной обработки расплавленного металла, включающем фильтроэлемент, представляющий собой пористую спеченную керамическую структуру, использована пористая спеченная керамическая структура на основе карбида кремния, при этом фильтроэлемент снабжен охватывающим его оребренным снаружи металлическим холодильником с образованием конуса по ходу движения металла.
Обеспечивается одновременное фильтрационное рафинирование и модифицирование с конечным эффектом суспензионного литья.
Для изготовления пористой структуры фильтроэлемента используется основа - карбид кремния. Карбид кремния обладает необходимыми теплофизическими свойствами для интенсивной передачи теплоты от фильтруемого расплава к боковому холодильнику. Коэффициент теплопроводности  при 0°С,  при 800°С
Предлагаемый фильтрующий узел приведен на чертеже.
Он содержит фильтроэлемент 1, представляющий собой пористую спеченную керамическую структуру из карбида кремния. Он снабжен металлическим холодильником 2 в виде металлического пластинчатого радиатора, образующие конус, в котором жестко установлен фильтроэлемент 1. Металлическое оребрение способствует образованию микрохолодильников в фильтруемом металле с эффектом суспензионного литья.
2
3
2 (1:1)
Фильтроэлемент 1 изготавливают методом дублирования полимерной матрицы (ППУ ЭО 100). Огнеупорную суспензию готовят на основе порошка карбида кремния в количестве 60-70%, с добавками АlО, SiO в количестве 40-30%. После формообразования фильтр сушат с последующим спеканием при температуре 1750°С. Фильтроэлементу придают преимущественно конусообразную форму для интенсивного образования затвердевшего слоя металла. В заключение фильтр жестко фиксируют в металлическом холодильнике. Материал холодильника - СЧ, сталь.
Устанавливают фильтроэлемент 1 с холодильником 2 в литейную форму для заливки металла. При заливке металла 3 происходит одновременно очистка металла от загрязнений и частичное снятие теплоты перегрева холодильником 2. Образовавшийся на поверхности холодильника 2, контактирующей с фильтроэлементом 1, тонкий слой
затвердевшего расплава является источником твердых фаз микрохолодильников 4 или дополнительных центров кристаллизации, что приводит к измельчению зерна или к эффекту суспензионной заливки (модифицирование).
Технология опробовалась на отливке «КАРТЕР ТЕПЛООБМЕННИКА» из сплава АК9ч, ГОСТ 1583-93, массой 5,3 кг., температура заливки 650-670°С. Контролировались механические свойства сплава без термической обработки.
Результаты испытаний.
Контролируемый параметр
По технологии прототипа
С предлагаемым фильтрационным узлом
1. Прочность на разрыв, МПа
162
181
2. Относительное удлинение, %
1,5
3
3. Твердость по Бринелю
50
60
На изломе отливки наблюдалось мелкое литое зерно, на макроструктуре отсутствовали усадочные дефекты, на микро - отсутствие шлаковых и мелкодиспесных неметалличесих включений.