As peças fundidas de aço para usinas nucleares possuem altos requisitos em termos de segurança, qualidade superficial, qualidade interna e propriedades mecânicas. No entanto, durante os processos de fusão, transferência e vazamento, impurezas como escória de aço, materiais refratários da panela de fundição e inclusões de óxido inevitavelmente se misturam ao aço fundido. O uso de filtros de cerâmica espumada para filtrar o aço fundido remove ou reduz eficazmente a quantidade de escória e inclusões misturadas ao metal fundido, melhorando a pureza da liga fundida. Isso resulta em peças fundidas com superfícies lisas, qualidade interna uniforme e confiável, desempenho estável, baixas taxas de refugo, custos de retrabalho reduzidos e ciclos de produção mais curtos.

Na fundição em areia, com o processo de canais de alimentação e massalotes já definido, a qualidade da peça fundida depende em grande parte da qualidade do aço fundido vertido no molde. No entanto, o aço fundido inevitavelmente contém escória do processo de fusão, bem como materiais refratários da panela de fundição e inclusões de óxido formadas durante o vazamento e a sangria. Todos esses elementos podem criar defeitos na peça fundida, reduzindo potencialmente suas propriedades mecânicas, usinabilidade e aparência, levando, em última instância, a retrabalho ou descarte. O uso de filtros cerâmicos de espuma para purificar a liga fundida e reduzir ou eliminar essas inclusões é, sem dúvida, uma técnica crucial para a obtenção de peças fundidas de alta qualidade.

Este caso de aplicação provém de um cliente de longa data da Xinda. As peças fundidas produzidas são feitas de aço inoxidável austenítico, caracterizado por grande peso de alimentação, alta temperatura de vazamento e fácil oxidação da liga. Com base nesses requisitos operacionais abrangentes, foram selecionados os filtros de espuma cerâmica da Xinda. Este filtro de espuma cerâmica possui uma estrutura única de malha de poros curvos interconectados tridimensionalmente, resultando em uma porosidade aberta de 80% a 90%. Ele emprega três mecanismos de filtração e purificação: primeiro, interceptação mecânica, bloqueando inclusões maiores que o tamanho da malha, impedindo sua entrada na cavidade do molde; segundo, retificação da escória, onde o efeito retificador do filtro mantém o sistema de alimentação a montante cheio, garantindo um fluxo laminar estável do aço fundido filtrado, reduzindo as reações de oxidação e abrasão, facilitando assim a flutuação e captura de inclusões e reduzindo a quantidade de inclusões secundárias a jusante do filtro; Em terceiro lugar, ocorre a adsorção profunda, onde inclusões finas que entram no filtro são adsorvidas na estrutura ou retidas em zonas mortas devido ao contato total com a complexa rede cerâmica tridimensional. Por meio desses três mecanismos de filtração e purificação, o filtro pode remover com eficiência inclusões grandes e uma grande parte das minúsculas inclusões em suspensão, com tamanho de até dezenas de micrômetros, de ligas fundidas, melhorando significativamente a qualidade da fundição.

O corpo da válvula utilizado nesta aplicação possui requisitos de inspeção de qualidade extremamente elevados, com os seguintes indicadores específicos:

Nome da peça fundida: Corpo da válvula;

Material: CF8M;

Peso do aço fundido: 1000 kg;

Requisitos de Ensaios Não Destrutivos: Ensaio radiográfico volumétrico (RT) de 100% da peça fundida, Nível 1 para as extremidades da solda, Nível 2 para o restante;

O ensaio de penetração de líquido (PT) a 100% nas superfícies externas e internas acessíveis da peça fundida deve atender aos seguintes requisitos:

Qualquer indentação linear não superior a 2 mm;

O tamanho de uma única reentrância circular não deve ser superior a 4 mm;

Recuos densos não maiores que 2 mm em qualquer área de 100 mm x 100 mm.

Com base na vazão por centímetro quadrado do filtro de espuma cerâmica, dois filtros de espuma cerâmica de 125*125*30mm da Xinda foram selecionados e instalados no canal horizontal. Para garantir a racionalidade do processo, o projeto completo foi analisado utilizando o software de simulação MAGMA para análise de solidificação, análise de fluxo no molde e cálculos de acoplamento de fluxo e transferência de calor. Os resultados da simulação mostraram que o preenchimento com aço fundido ocorreu de forma uniforme e não houve respingos de aço fundido na peça fundida.

A verificação em produção real demonstra que o uso de um sistema de alimentação com filtro pode filtrar e purificar eficazmente o metal fundido da liga de fundição, remover ou reduzir inclusões, melhorar a pureza do metal fundido, produzir peças fundidas com contornos nítidos e estrutura uniforme, reduzir a taxa de refugo, melhorar a qualidade interna e superficial das peças fundidas, reduzir os custos de retrabalho e melhorar significativamente a qualidade das peças fundidas.