D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.03.008 第21卷第3期 北京科技大学学报 Vol.21N0.3 1999年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 1999 高温合金冶炼过程中泡沫陶瓷 过滤器的作用 郭晓倬董建新胡尧和谢锡善 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要使用X射线衍射仪、MAAS自动图像仪及气体分析，对I'(美国HITEC公司产)过滤器 与2（昌平产ZO,基泡沫）过滤器在高温合金冶炼过程中的过滤效果及其组织结构变化进行对 比分析.研究结果表明，2种过滤器对钢中氧化物夹杂均有显著去除效果，并且过滤器的组织 结构会对其高温性能、冲击性能及过滤作用产生一定的影响， 关键词过滤：过滤器：泡沫陶瓷过滤器：高温合金 分类号T℉703.54；TF125.6 自1978年泡沫陶瓷过滤器研制成功.，并 图像仪及气体分析，对过滤器进行X射线分析. 在高温合金冶炼中应用以来，泡沫陶瓷过滤器 表1试验方案 及其过滤作用被广泛地研究.同时，试验中发现 炉号11223344 不同过滤器在高温合金冶炼过程中的作用不尽 过滤器2无1无2”无21” 相同.为此，本文试图针对不同的泡沫陶瓷过滤 过滤钢种K3K3K3K3K17GK17GK17GK17G 器材料及不同的钢种，对比研究泡沫陶瓷过滤 器在高温合金冶炼过程中的作用，并分别对钢 2结果与分析 锭和过滤器的结构进行详细的分析， 2.12种过滤器过滤效果的比较 1试验方法 截取各钢锭的同一部位，进行夹杂物的观 察.从图1的过滤前后夹杂物的变化情况可以 试验采用的1“过滤器为美国HITEC公司 看出，已过滤钢中的夹杂物均少于未过滤钢，即 生产的Mg-PSZZrO2过滤器，其网孔分布均匀致 2种过滤器对钢中夹杂物均有明显的过滤效果， 密，盲孔少，通道多，孔筋较粗大、均匀，有足够 进一步对过滤前后钢中气体的分析可以看出， 的高温强度性能，手感坚硬不易断裂，抗弯强度 过滤器对氧化物夹杂有显著的去除效果.如第 达14.8kg/cm2:2#过滤器为昌平特种陶瓷材料 2炉钢过滤前后氧的质量分数从0.0130×10- 研究所生产的30%ZO2+70%Al0,过滤器，直观 降到0.0068×10-6.这可能是因为氧化物夹杂在 地看，网孔均匀性、致密性较1差，盲孔较多， 钢液中呈固态，而过滤器本身为氧化物成分，故 孔筋粗细不均，抗弯强度仅为6kg/cm2.因此，只 对固态氧化物夹杂的吸附较为容易，但对氨化 从表观上分析，2"过滤器的界面吸附作用应不 物的过滤效果却明显不同（见表2).这可能是 如1过滤器，而且抗冲击性能也较差. 在冶炼过程中，平均粒度为20m的氮化物 试验方案如表1所示.所有的试验均在 (TiN,最大粒度为35m)迅速溶解于合金液中， 10kg真空感应炉中进行，过滤器与砂箱加热到 即在试验条件下，氨均以溶解状态存在.而对过 900℃，浇铸前破真空放入，再抽真空进行真空 滤机理的研究表明：过滤器只对液态金属中的 浇铸，出钢温度均为1400℃.对钢锭进行金相、 固态夹杂物有显著滤除作用，因此过滤器对试 验条件下液态金属中的氨化物夹杂可能没有滤 1998-09-04收稿郭晓倬女，23岁，顾士生 除作用.用MASS金相自动分析系统对钢锭进第 21 卷 第 3 期 1 9 9 9 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i yt o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o gy B e ij i n g V d l . Z I J U n e N 0 . 3 1 9 9 9 高温 合 金 冶 炼 过 程 中泡 沫 陶 瓷 过 滤器 的作 用 郭晓掉 董建新 胡 尧和 谢锡善 北 京科技 大学材料科 学与工程 学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 使用 X 射线 衍射 仪 、 M A A S 自动 图像 仪及 气体 分析 , 对 1 ` ( 美 国 扭T E C 公 司 产 ) 过 滤器 与 2’ ( 昌平产 Z 旧 2 基 泡沫 ) 过滤 器在 高温合 金冶炼 过程 中的过 滤效果及 其 组织结 构变化 进行对 比 分析 . 研 究 结果表 明 , 2 种过滤 器对钢 中氧 化物 夹杂均 有显 著去 除效果 , 并 且过 滤器 的组织 结构会对其 高温 性能 、 冲 击性 能及过 滤作 用产 生一 定的影 响 . 关键词 过滤 : 过滤器 : 泡沫 陶瓷 过滤器 ; 高温 合金 分类号 FT 70 3 . 54: FT 1 25 . 6 自 19 7 8 年泡沫 陶瓷过 滤器研 制成功 〔` , ” , 并 在高温合金冶炼 中应用 以来 , 泡沫 陶瓷过滤器 及 其过滤作用 被广泛地研 究 . 同 时 , 试验 中发现 不 同过滤器在 高温合金 冶炼过 程中的作用 不 尽 相 同 . 为此 , 本 文试 图针 对不 同的泡沫 陶瓷 过滤 器材料及 不 同 的钢 种 , 对 比研 究泡沫 陶瓷 过滤 器 在高温 合金 冶 炼过程 中的 作用 , 并 分 别 对钢 锭和 过滤器 的结构进行 详细 的 分析 . 图 像仪 及气 体分析 , 对 过滤器 进行 X 射 线分 析 . 表 1 试验方案 炉 号 4 4 过滤器 2 扭 无 l ` 无 2 年 无 2 ` l · 过滤钢种 K 3 K 3 K 3 K 3 K 17 G K 17G K 1 7G K 1 7 G 1 试 验方 法 试验 采用 的 1 “ 过滤器 为美 国 H IT E C 公 司 生产 的 M g 一 P S z z or Z 过 滤器 , 其 网 孔分 布均匀致 密 , 盲孔 少 , 通道 多 , 孔 筋较粗大 、 均匀 , 有 足够 的高温强 度性能 , 手感坚硬不 易 断裂 , 抗弯强 度 达 14 名 k g/ c m , ; 2 ” 过滤器 为 昌平 特种 陶瓷 材料 研 究所生产的 30 % Z r O Z+ 70 % A 1 2 O 3 过滤器 , 直 观 地看 , 网孔 均匀性 、 致密性较 1 ” 差 , 盲孔较 多 , 孔筋粗细 不均 , 抗弯强 度仅为 6 k留c m , . 因此 , 只 从表观上 分 析 , 2 “ 过滤器 的 界 面 吸 附作用 应不 如 1 “ 过滤器 , 而且 抗冲击性 能也 较差 . 试验方 案如 表 1 所 示 . 所有 的 试 验均 在 10 吨 真空 感应炉中进行 , 过滤 器与砂箱加 热 到 90 0 ℃ , 浇铸前破 真空 放入 , 再抽真 空进 行真空 浇铸 , 出钢温度均为 1 4 0 ℃ . 对钢 锭进行金 相 、 19 8 一 0 . 04 收稿 郭晓淖 女 , 23 岁 , 硕士 生 2 结 果 与分 析 .2 1 2 种过 滤 器 过 滤效果 的 比较 截取 各钢 锭 的 同 一 部位 , 进行夹杂物 的观 察 . 从 图 1 的过滤前后 夹杂物的变化情况可 以 看 出 , 已过 滤 钢 中 的夹 杂 物均 少 于未 过滤钢 , 即 2 种过 滤 器对钢 中夹杂物均有 明显 的过滤 效果 . 进 一 步对 过 滤前 后 钢 中气 体 的 分 析 可 以看 出 , 过滤 器 对 氧化 物夹杂有显 著 的去 除效 果 . 如 第 2 炉 钢 过滤前 后 氧 的质 量分数从 .0 0 13 ox l o 一 ` 降到 .0 0 0 6 8 ` 10 一 ` . 这 可 能 是 因 为氧化物 夹杂在 钢液 中呈 固 态 , 而 过滤器本身为氧化物成 分 , 故 对 固 态氧 化物夹杂 的吸 附较 为容 易 , 但对 氮 化 物 的过 滤 效 果 却 明显 不 同 ( 见 表 2) . 这可 能 是 在 冶炼 过 程 中 , 平 均 粒度 为 20 林m 的氮化 物 ( IT N , 最 大粒 度 为 35 卜11 1 ) 迅 速溶解 于合 金液 中 , 即在 试验条件下 , 氮均 以溶解 状态存在 . 而对 过 滤 机理 的研 究表 明 : 过滤器 只 对 液态 金 属 中 的 固态 夹 杂 物有显 著滤 除作用 , 因此 过 滤器 对 试 验条件下 液态金 属中的氮化物夹杂可 能没有滤 除作用 . 用 M A S S 金 相 自动 分 析系统 对 钢 锭进 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 03. 008