CFF Filtration

При фильтрации по методу CFF используются керамические пенообразные фильтры для удаления неметаллических включений и частиц оксидов из расплавленного алюминия в процессе литья. В настоящее время эта технология является наиболее широко применяемым методом очистки расплава на алюминиевых литейных заводах и в литейных цехах по всему миру; она позволяет улавливать включения размером до 10–20 микрон при сохранении высокой скорости потока металла. Правильный выбор размера пор фильтра, его габаритов и места установки напрямую определяет эффективность удаления включений и конечное качество отливки.

Что такое CFF-фильтрация и почему она важна?

CFF — это аббревиатура от «керамический пенофильтр» — пористая керамическая структура с открытыми порами, через которую проходит расплавленный алюминий в процессе литья. По мере того как металл протекает через извилистую сеть взаимосвязанных пор, взвешенные неметаллические частицы (преимущественно оксид алюминия, шпинели и карбиды) улавливаются на внутренних поверхностях благодаря сочетанию механического просеивания, глубинной фильтрации и поверхностной адгезии.

Металлические литые детали присутствуют примерно в 90 процентах промышленных товаров и оборудования — от критически важных для безопасности конструкционных элементов самолетов и блоков двигателей автомобилей до повседневных бытовых предметов. Однако на практике расплавленный алюминий всегда содержит некоторое количество примесей и включений, которые негативно влияют на качество конечного литого изделия. Эти включения возникают из нескольких источников:

• Оксидные пленки — в процессе плавки и переработки на поверхности расплавленного металла образуется пленка, состоящая в основном из оксида алюминия и оксидов легирующих элементов. Операции перемешивания, разлива и перекачки разрушают эту пленку и рассеивают её в расплаве.
• Эрозия огнеупорных материалов — С течением времени футеровка печи и желоба выделяет частицы, которые попадают в металл.
• Остатки флюса и шлак — побочные продукты процессов дегазации и рафинирования зерна.
• Запертые ядра газовой пористости — мелкодисперсные неметаллические твердые вещества выступают в качестве центров зарождения водородной пористости в процессе затвердевания.

Даже при тщательной очистке расплава в затвердевшем металле остаются некоторые мелкодисперсные неметаллические твердые частицы. Хотя такие примеси могут быть допустимы в некоторых черновых отливках, они становятся недопустимыми в высококачественных алюминиевых отливках — особенно в тех случаях, когда требуется гладкая поверхность или когда механические свойства должны соответствовать требованиям аэрокосмической или автомобильной промышленности, таким как те, что определены в стандарте ASTM B26/B26M для песчаных отливок из алюминиевых сплавов.

Фильтрация по методу CFF получила широкое признание в отрасли как наиболее эффективный и экономичный способ снижения содержания этих включений при литье алюминиевых деталей.

 

Explore Our Ceramic Foam Filter

Как работает процесс фильтрации CFF?

Механизм фильтрации внутри керамического пенофильтра более сложен, чем простое процеживание. Одновременно действуют три различных механизма улавливания:

1. Механическое просеивание (фильтрация осадка) — частицы, размер которых превышает размеры пор, физически задерживаются на входной поверхности фильтра. Со временем образуется “налет” из задержанных включений, который сам по себе действует как фильтр с более мелкой ячейкой — повышая эффективность, но постепенно ограничивая пропускную способность.

2. Глубинная фильтрация — более мелкие частицы, проникающие через поры поверхности, попадают внутрь фильтра, где сталкиваются с клеточными стенками и опорами на извилистом пути потока. Силы Ван-дер-Ваальса и разница в смачиваемости между керамической поверхностью и частицей-включением приводят к их адгезии.

3. Химическая/поверхностная адгезия — керамический материал (как правило, на основе оксида алюминия или карбида кремния) специально подбирается таким образом, чтобы обычные включения оксида алюминия преимущественно смачивались и прилипали к поверхности фильтра, а не оставались в потоке металла.

В результате правильно подобранный фильтр CFF позволяет улавливать включения — от крупных оксидных наслоений (размером в сотни микрон) до мелкодисперсных частиц размером 10–20 микрон — при этом обеспечивая расход металла, достаточный для практического литья.

Именно сочетание всех трёх механизмов делает фильтрацию по технологии CFF гораздо более эффективной, чем использование простых сетчатых фильтров или фильтров из стекловолоконной ткани при работе с расплавленным алюминием.

Из чего изготавливаются керамические пенофильтры?

Понимание того, как изготавливаются керамические пенофильтры, помогает объяснить, почему качество продукции у разных поставщиков различается — и почему эта разница в качестве сказывается на результатах литья.

Как изготавливаются керамические пенофильтры?

Производственный процесс состоит из следующих основных этапов:

1. Подготовка шаблона из пенопласта — Полиуретановая пена с открытыми порами вырезается в соответствии с требуемой формой и размерами фильтра. Количество пор (измеряемое в порах на дюйм, или ppi) в этом шаблоне определяет конечный размер пор фильтра.
2. Пропитка керамической суспензией — пенопласт погружают в керамическую суспензию, приготовленную на основе оксида алюминия, карбида кремния, оксида циркония или их смесей в зависимости от предполагаемого применения. Суспензия равномерно покрывает каждую ребра жесткости и стенки ячеек пенопласта.
3. Удаление избыточного шлама — пропитанная пена проходит через валики или станцию сжатого воздуха для удаления излишков суспензии, что позволяет избежать закупорки открытых пор.
4. Сушка — контролируемая низкотемпературная сушка позволяет удалить влагу, не вызывая растрескивания свеженанесенного покрытия.
5. Обжиг и спекание — изделие обжигается при температуре от 1200 °C до 1600 °C. Полиуретановая пена полностью сгорает, оставляя после себя жесткую керамическую копию исходной структуры пены — взаимосвязанную сеть полых керамических перемычек с открытой пористостью.
6. Контроль качества — Готовые фильтры проходят испытания на соответствие габаритам, весу, прочности на сжатие в холодном состоянии, равномерность пористости и проницаемость. Испытания на термический шок — как правило, путем заливки жидкого алюминия через фильтр, установленный в литниковой системе, — позволяют убедиться, что фильтр способен выдержать резкий скачок температуры до 700–750 °C без образования трещин.

После завершения процесса литья тестовые фильтры разрезают на участки и исследуют под микроскопом, чтобы убедиться в том, что частицы примесей эффективно удерживаются по всей толщине фильтра, а не только на его поверхности.

Для стандартных операций на алюминиевых литейных и разливных цехах керамические пенофильтры на основе оксида алюминия обеспечивают оптимальный баланс между эффективностью фильтрации, термостойкостью и стоимостью.

Свяжитесь с нами для получения технической консультации

Какой размер пор следует выбрать для фильтрации методом CFF?

Размер пор — выражаемый в единицах «пор на дюйм» (ppi) — является важнейшим параметром при выборе керамического пенофильтра. Более высокое значение ppi означает меньший размер пор и более тонкую степень фильтрации, но при этом и более высокое сопротивление потоку.

Очень важно правильно подобрать этот компромисс. Если плотность сетки (ppi) слишком низкая, мелкие включения проходят сквозь нее и попадают в отливку. Если плотность сетки (ppi) слишком высокая, возникает преждевременное забивание, снижается скорость разлива и возникает риск образования холодных швов или дефектов разлива — особенно на тонкостенных отливках, где текучесть металла и без того находится на пределе.

Какой класс PPI подходит для вашей области применения?

Литейные предприятия, выпускающие несколько линеек продукции, часто имеют в наличии два или три сорта по показателю ppi и выбирают их в зависимости от требований к качеству каждого конкретного заказа на литье.

Для литейных цехов по производству первичного алюминия, выпускающих слитки для прокатки или заготовки для экструзии, наиболее распространённым и универсальным сортом является 30 ppi. Для автомобильных конструкционных отливок всё чаще требуется марка 40 ppi или более тонкая, что обусловлено техническими требованиями производителей оригинального оборудования (OEM), устанавливающими максимально допустимое содержание включений на единицу площади отполированного поперечного сечения — эти стандарты можно найти в рекомендациях Алюминиевой ассоциации и в отдельных технических условиях OEM на отливки.

Как фильтрация CFF способствует повышению качества литья?

Практические преимущества эффективной фильтрации CFF проявляются по целому ряду показателей качества:

• Качество поверхности — удаление оксидных наслоений и скоплений частиц позволяет устранить наиболее распространённую причину появления поверхностных дефектов, микроотверстий и шероховатостей на обработанных поверхностях.
• Механические свойства — включения выступают в качестве концентраторов напряжений. Их удаление повышает прочность на разрыв, усталостную прочность и относительное удлинение — что особенно важно для автомобильных и авиакосмических деталей, от которых зависит безопасность.
• Обрабатываемость — Включения твердых оксидов и шпинели приводят к преждевременному износу инструмента при обработке с ЧПУ. Более чистый металл означает более длительный срок службы инструмента и снижение затрат на обработку.
• Сниженная пористость — мелкие неметаллические частицы служат центрами зародышеобразования для растворенного водорода, в результате чего образуются газовые поры. Их отфильтровывание в сочетании с дегазацией позволяет свести пористость к минимуму.
• Выход в последующих технологических процессах — В случае таких продуктов, как алюминиевая фольга, заготовки для корпусов банок и литографический лист, даже мельчайшие включения приводят к образованию микроотверстий или поверхностных полос, что влечет за собой брак рулонов. Фильтрация по технологии CFF на литейном цехе является основной линией защиты.

Если на вашем предприятии уже используются желоба и системы транспортировки с керамиковолокнистой футеровкой, то установка фильтра CFF подходящего размера в линию желобов не представляет сложности и обеспечивает немедленное и ощутимое улучшение качества.

Где следует разместить фильтр CFF в литейной системе?

Расположение фильтра влияет как на эффективность фильтрации, так и на удобство эксплуатации. Две наиболее распространённые конфигурации:

Поточная фильтрация (литейный цех/непрерывная ливка) — фильтр размещен в специальном фильтрующем блоке, установленном в желобе между установкой дегазации и литейной формой или лотком. Это является стандартной практикой при литье заготовок и слябов методом DC (direct chill). Как правило, перед началом литья фильтрующий ящик предварительно нагревают до 500–600 °C, чтобы предотвратить термический шок и преждевременное отставание металла.

Фильтрация в системе подачи литней смеси (литейное производство/гравитационное литье) — керамический пенопластовый фильтр устанавливается непосредственно в литниковую систему песчаной или постоянной формы. Металл проходит через фильтр под давлением, создаваемым в заливной чаше. Такой подход широко применяется при гравитационном литье и литье в песчаные формы профильных алюминиевых деталей.

Каждый из этих подходов имеет свои преимущества. Поточная фильтрация в литейном цехе позволяет обрабатывать большие объемы металла и может сочетаться с другими этапами обработки расплава. Фильтрация в системе литниковых каналов проще и дешевле, но ограничена меньшими объемами разливки. На многих предприятиях используются оба метода — грубая фильтрация в литейном цехе с последующей более тонкой фильтрацией в системе литниковых каналов отдельной формы для обеспечения максимальной чистоты.

установка CFF в литейную систему

Какие типичные проблемы возникают при фильтрации методом CFF?

Почему фильтр трескается при ударе металла?

Растрескивание под воздействием термического шока возникает, когда на холодный или недостаточно предварительно нагретый фильтр поступает расплавленный алюминий температурой 700 °C или выше. Решением этой проблемы является надлежащий предварительный нагрев — необходимо довести температуру фильтра как минимум до 400–500 °C перед контактом с металлом. Стандартной практикой является использование инфракрасных нагревателей или газовых горелок, установленных в корпусе фильтра.

Почему поток металла замедляется или останавливается в середине заливки?

Преждевременное забивание, как правило, означает, что поступающий металл загрязнён сильнее, чем ожидалось, либо степень очистки по ppi слишком высока для данной нагрузки по включениям. В качестве вариантов решения можно перейти на более крупный класс ppi, увеличить площадь фильтра (использовать фильтр большего размера или несколько фильтров, установленных параллельно) либо улучшить обработку расплава на предшествующих этапах — обеспечить более эффективную дегазацию, обработку флюсом или удаление шлака до того, как металл поступит в фильтр.

Почему в отливках по-прежнему появляются включения даже после фильтрации?

Если после фильтрации в металле по-прежнему присутствуют включения, следует проверить участки, расположенные ниже фильтра. Частыми причинами являются повторное окисление в желобах, турбулентная подача металла или эрозия огнеупорной футеровки между фильтром и формой. Фильтрация CFF позволяет очистить металл только в точке фильтрации — все, что находится за этой точкой, также требует контроля. Использование высококачественных огнеупорных футеровок желобов помогает предотвратить повторное загрязнение отфильтрованного металла.

Как оценить поставщика фильтров CFF

Не все керамические пенофильтры одинаковы. Некачественные фильтры характеризуются неравномерным распределением пор, слабыми ребрами жесткости, из-за которых частицы керамики попадают в расплав (образуя новые включения), или нестабильными размерами, из-за чего они не входят в фильтрующий блок должным образом. При оценке поставщиков обратите внимание на следующее:

• Данные о прочности на сжатие при низких температурах — не менее 0,8–1,0 МПа для фильтров на основе оксида алюминия с плотностью 30 ppi.
• Протоколы испытаний на пористость и проницаемость — подтверждает однородность структуры пор.
• Сертификаты химического состава — проверяет, соответствует ли состав керамики заявленным характеристикам.
• Гарантии соблюдения допусков на размеры — как правило, ± 1,0 мм по длине и ширине, ± 0,5 мм по толщине.
• Подтверждённый опыт в области литья алюминия — ищите поставщиков, которые работают с авторитетными литейными заводами и цехами, а не просто предлагают товары по низкой цене.

Керамические пенофильтры работают в комплексе с другими средствами обеспечения качества расплава — роторами для дегазации, устройствами для измельчения зерна и теплоизоляцией печи. Поставщик, который понимает эту общую картину и может дать рекомендации по выбору фильтров, их размещению и методам предварительного нагрева, приносит больше пользы, чем тот, кто просто отправляет коробки с фильтрами.

Как максимально эффективно использовать фильтрацию CFF в вашем производстве

Несколько полезных привычек позволяют значительно повысить эффективность фильтрации в повседневной эксплуатации:

1. Всегда разогревайте сковороду заранее. Холодные фильтры растрескиваются. Предварительный нагрев до 500 °C исключает риск термического шока и предотвращает замерзание переднего края металла в порах фильтра.
2. Настройте значение ppi в соответствии с требуемым уровнем качества. Не следует применять чрезмерную степень фильтрации — это снижает расход и повышает риск засорения. Не следует и снижать степень фильтрации — это негативно скажется на качестве отливок.
3. Перед использованием проверьте каждый фильтр. Обратите внимание на наличие трещин, сколов по краям и забитых пор. Поврежденный фильтр хуже, чем его отсутствие, поскольку он создает ложное чувство безопасности.
4. Отслеживайте данные о фильтрации. Записывайте, какой класс PPI вы использовали, вес налитого материала, время протекания, а также любые проблемы с качеством на последующих этапах производства. В течение недель и месяцев эти данные позволяют выявить закономерности, которые служат ориентиром для оптимизации.
5. Обеспечьте контроль над всем, что находится ниже по потоку от фильтра. Даже самый чистый фильтрованный металл в мире может быть испорчен из-за турбулентного перехода в желобе или изношенной облицовки желоба. Защитите свои инвестиции в системы фильтрации, обеспечивая надлежащее состояние всего пути прохождения металла.

Фильтрация по методу CFF по-прежнему остается наиболее практичной, проверенной и экономически эффективной технологией производства чистых алюминиевых отливок — от стандартных слитков до самых сложных погодных деталей для аэрокосмической отрасли. Именно правильный подход к выбору, размещению и эксплуатации фильтров позволяет добиться не просто хороших, а отличных результатов.

 

Часто задаваемые вопросы

1. Что означает аббревиатура CFF в области фильтрации?

CFF — это аббревиатура от «керамический пенофильтр» — пористое керамическое устройство, используемое для удаления неметаллических включений и частиц оксидов из расплавленного алюминия в процессе литья.

2. Как работает фильтрация по методу CFF?

Расплавленный алюминий проходит через сеть взаимосвязанных пор керамического пенообразного фильтра. Включения улавливаются с помощью трёх механизмов: механического просеивания на поверхности, глубинной фильтрации вдоль внутренних стенок ячеек и химической адгезии между керамикой и частицами оксида.

3. Что означает показатель ppi в керамических пенофильтрах?

PPI — это сокращение от «поры на дюйм» (pores per inch). Этот показатель отражает количество отверстий пор на линейный дюйм поперек рабочей поверхности фильтра. Более высокое значение ppi означает более мелкие поры, более эффективное удаление включений, но более низкую скорость прохождения металла.

4. Какой класс PPI чаще всего применяется при литье алюминия?

30 ppi — это наиболее широко используемый класс для литья обычных алюминиевых заготовок и слябов. В автомобилестроении и аэрокосмической отрасли обычно требуется класс 40 ppi или выше для более строгого контроля включений.

5. Какую температуру выдерживают керамические пенопластовые фильтры?

Керамические пенофильтры на основе оксида алюминия, применяемые при литье алюминия, рассчитаны на непрерывную эксплуатацию при температурах до 1100 °C — что значительно превышает типичную температуру переработки расплавленного алюминия, составляющую 700–750 °C.

6. Нужно ли предварительно нагревать керамические пенопластовые фильтры?

Да. Фильтры следует предварительно нагреть до температуры не менее 400–500 °C перед контактом с расплавленным металлом. Отказ от предварительного нагрева приводит к растрескиванию от термического шока и создает риск застывания металла в порах фильтра.

7. Можно ли повторно использовать керамические пенопластовые фильтры?

Нет. Фильтры CFF являются расходными материалами одноразового использования. После одной заливки пористая структура заполняется уловленными включениями, а керамика может частично разрушиться, что делает повторное использование неэффективным и рискованным.

8. Какие включения удаляются из алюминия при фильтрации методом CFF?

Фильтрация по методу CFF позволяет улавливать пленки и частицы оксида алюминия (Al₂O₃), шпинели оксида магния, карбиды, остатки флюса и другие неметаллические твердые вещества, находящиеся во взвешенном состоянии в расплавленном алюминии — как правило, размером до 10–20 микрон при использовании фильтра с плотностью 40 ppi.

9. Где следует разместить керамический пенофильтр в литьевой системе?

В литейных цехах фильтр устанавливается в подогреваемый фильтрующий ящик, расположенный в литьевом канале между установкой дегазации и литейной формой. На литейных предприятиях он размещается непосредственно в литнике или системе литников формы.

10. Что произойдет, если будет использован неправильный класс ppi?

Слишком грубый фильтр пропускает мелкие включения, что ухудшает качество отливки. Слишком мелкий фильтр преждевременно забивается, замедляет поток металла и может привести к образованию холодных швов или неполному заполнению формы.

12/08/2026