摘要:金属液流经过滤介质时,由于流动在孔道内产生真空,液态金属内的夹杂和气体被负压吸附到过滤介质的表面而产生净化作用。对利用真空净化金属进行了分析,找到了影响真空度的主要因素,据此提出提高浇注速度、合理摆放铸件及正确选择过滤器位置等系列提高净化效果的措施。
关键词:净化机理;过滤器;真空
中图分类号:ＴＧ21+4 文献标识码:Ａ 文章编号:1000 8365(2005)05 0372 02
人们已经认识到的过滤净化机理有滤饼机制、表面效应及整流效应。实际上,铸造合金的过滤净化基本属于深层过滤,即杂质质点与流体的分离过程发生在过滤介质的“内部”,被滤除的杂质颗粒和气体尺寸小于或远远小于过滤介质的孔隙。是什么原因产生了这种现象?那就是:金属液内的夹杂物和气体流经过滤介质时由于流动产生的真空把它吸附到过滤介质上。
1 真空产生的原因
当液态金属流经三维过滤介质时,其通道是曲折的、随机的,因而其阻力、速度、压力都是脉动的,所以研究过程较复杂。为了简化问题,把它们简化成许多个淹没管嘴的出流,取出其中的一个加以讨论。如图1示,取ａ-ａ,ｂ-ｂ断面的伯努力方程[2]:
从上式看出:由于ｖａ<ｖｂ,括号内一定为正值,因此Ｐｂ<0,说明孔道内出现了真空。
液态金属流经过滤器时,由于金属液对过滤介质不浸润,造成它们之间会有一层气膜存在[3],如图2所示。由上述分析可知,气膜处为负压。液态金属内的夹杂和气体被负压吸附到过滤介质表面,并在那里积聚,使液态金属得到净化。
2 理论分析
怎样设计过滤器、安放过滤器,使液态金属与过滤介质相互作用产生更大的真空,从而产生更好的过滤效果,需要进一步研究。
当流体刚进入管嘴时,由于流线不能折转,首先产生收缩,形成一个收缩断面ｂ-ｂ,而后流股又逐渐扩大而充满管嘴流出。所以流体从管嘴出口流出时并不产生收缩,因此,断面收缩系数εｃ=1。真空度的效率为[3～5]:
从式(2)可知,当η→0,即浇口杯内液体的上表面积很大时,过滤器孔道中的真空度最大。将η=0代入式(1)、式(2)得
从上述分析可知:
(1)由式(1)知,η3应越小越好,一般应满足η3≤0.3。为此铸件的放置原则是:尽量增大水平截面积。一般在生产中希望增加过滤器后而不影响原工艺中的浇注时间,因而取 Ａ1≥Ａ直(Ａ直—直浇道的水平截面积)。ΔＨａｂ越小、ΔＨａｄ越大可增大真空度,因此应将过滤器安放在浇口杯中并尽量增大浇口杯与型腔顶点的落差。
(2)由式(2)知,浇注速度尽可能要快,即增大Ｖｂ,使金属液尽快把过滤器封住。
(3)由式(4)知,应使ｂ—ｂ到ｄ—ｄ断面上的各种阻力之和 ξ″越小越好。为此应将过滤器直接安放在型腔入口。
3 试验及结果
3.1 试验方案
本试验的目的是通过不同过滤方案,考察双层网型过滤器和泡沫陶瓷过滤器对铝青铜的净化效果。网型过滤器采用耐火纤维过滤网,网孔尺寸为1.5ｍｍ×1.5ｍｍ,厚度0.25ｍｍ;泡沫陶瓷过滤器尺寸为80ｍｍ×80ｍｍ×20ｍｍ,每英寸开孔数7～8个。网型过滤器和泡沫塑料过滤器都安放在与浇道搭接处,过滤面积为直浇道面积的4倍左右。
熔炼温度控制在1200℃左右,浇注温度1130～1160℃。
过滤前后铝青铜中夹杂物含量用电解法测定。
3.2 试验结果过滤前后夹杂物含量测定结果见表1。
测定结果表明经过滤后夹杂物含量显著下降。
4 结论
(1)金属液流经过滤介质时,由于流动在孔道内产生真空,液态金属内的夹杂和气体被负压吸附到过滤介质的表面而产生净化作用。
(2)提高浇注速度、合理摆放铸件及正确选择过滤器位置等措施可以增加过滤器内的真空度,提高净化效果。
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