Las piezas de acero fundido para centrales nucleares presentan altos requisitos de seguridad, calidad superficial, calidad interna y propiedades mecánicas. Sin embargo, durante los procesos de fundición, transferencia y vertido, impurezas como escoria de acero, materiales refractarios de cuchara e inclusiones de óxido se mezclan inevitablemente con el acero fundido. El uso de filtros cerámicos espumados para filtrar el acero fundido elimina o reduce eficazmente la cantidad de escoria e inclusiones de acero mezcladas con el metal fundido, mejorando la pureza de la aleación de fundición. Esto da como resultado piezas fundidas con superficies lisas, calidad interna uniforme y fiable, rendimiento estable, bajas tasas de desperdicio, menores costos de retrabajo y ciclos de producción más cortos.

En la fundición en arena, con el proceso de colada y mazarota ya determinado, la calidad de la pieza depende en gran medida de la calidad del acero fundido vertido en el molde. Sin embargo, el acero fundido inevitablemente contiene escoria del proceso de fundición, así como materiales refractarios de la cuchara de colada e inclusiones de óxido formadas durante el colado y el vertido. Todo esto puede causar defectos en la pieza fundida, reduciendo potencialmente sus propiedades mecánicas, maquinabilidad y apariencia, lo que finalmente resulta en retrabajo o chatarra. El uso de filtros cerámicos de espuma para purificar la aleación fundida y reducir o eliminar estas inclusiones es, sin duda, una técnica crucial para obtener piezas fundidas de alta calidad.

Este caso de aplicación proviene de un cliente de larga data de Xinda. Las piezas fundidas producidas están hechas de acero inoxidable austenítico, que se caracteriza por un alto peso de colada, una alta temperatura de vertido y una fácil oxidación de la aleación. Con base en estos exhaustivos requisitos operativos, se seleccionaron los filtros cerámicos de espuma Xinda. Este filtro cerámico de espuma posee una estructura única de esqueleto de malla tridimensional interconectada de poros curvos, lo que resulta en una porosidad abierta del 80%-90%. Emplea tres mecanismos de filtración y purificación: primero, intercepción mecánica, que impide que las inclusiones de mayor tamaño que la malla entren en la cavidad del molde; segundo, rectificación de escoria, donde el efecto rectificador del filtro mantiene lleno el sistema de colada aguas arriba, asegurando un flujo laminar estable del acero fundido filtrado, reduciendo las reacciones de oxidación y socavación, facilitando así la flotación y captura de inclusiones y reduciendo la cantidad de inclusiones secundarias aguas abajo del filtro; y tercero, adsorción profunda, donde las inclusiones finas que entran en el filtro se adsorben en el esqueleto o se atrapan en zonas muertas debido al contacto total con la compleja red cerámica tridimensional. A través de estos tres mecanismos de filtración y purificación, se pueden eliminar de manera eficiente grandes inclusiones y una gran porción de pequeñas inclusiones suspendidas de hasta decenas de micrómetros de aleaciones de fundición fundidas, mejorando significativamente la calidad de la fundición.

La fundición del cuerpo de la válvula utilizada en esta aplicación tiene requisitos de inspección de calidad extremadamente altos, con indicadores específicos como los siguientes:

Nombre de fundición: Cuerpo de válvula;

Material: CF8M;

Peso del acero fundido: 1000 kg;

Requisitos de pruebas no destructivas: Pruebas radiográficas volumétricas (RT) del 100% de la pieza fundida, Nivel 1 para extremos de soldadura, Nivel 2 para el resto;

La prueba de penetración de líquido (PT) del 100 % de las superficies externas e internas accesibles de la pieza fundida debe cumplir los siguientes requisitos:

Cualquier sangría lineal no mayor de 2 mm;

El tamaño de una sola sangría circular no mayor a 4 mm;

Hendiduras densas no mayores a 2 mm dentro de cualquier área de 100 mm x 100 mm.

Con base en el caudal por centímetro cuadrado del filtro cerámico de espuma, se seleccionaron dos filtros cerámicos de espuma de 125 x 125 x 30 mm de Xinda, que se colocaron en el canal horizontal. Para garantizar la racionalidad del proceso, se analizó el diseño del proceso completo mediante el software de simulación MAGMA para el análisis de solidificación, el análisis del flujo del molde y los cálculos de acoplamiento de flujo y transferencia de calor. Los resultados de la simulación mostraron que el llenado de acero fundido fue uniforme y no se produjeron salpicaduras de acero fundido al entrar en la pieza fundida.

La verificación de producción real muestra que el uso de un sistema de compuerta con filtro puede filtrar y purificar eficazmente el metal fundido de la aleación de fundición, eliminar o reducir inclusiones en el metal fundido de la aleación de fundición, mejorar la pureza del metal fundido de la aleación de fundición, hacer que las piezas fundidas tengan contornos claros y estructura uniforme, reducir la tasa de desperdicio, mejorar la calidad interna y superficial de las piezas fundidas, reducir los costos de reelaboración y mejorar significativamente la calidad de las piezas fundidas.