طرح تولید فوم فیلتر سرامیکی

در انواع عملیات ریخته گری فلزات مرحله فیلتراسیون برای خارج کردن ناخالصیها و بهبود کیفیت قطعه نهایی مورد نیاز است، بر اساس نوع عملیات مورد نظر فیلتر ممکن است در دمای بالا و یا در یک محیط خورنده مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین فیلترهایی با مقاومت دمایی و خوردگی بالا مورد نیاز است.
فیلترهای سرامیکی دارای این خصوصیات هستند و کاربردهای بسیار گسترده ای پیدا کرده اند، یکی از عمده ترین موارد مصرف آنها به عنوان فیلتر مذاب در فیلتراسون مذاب فلزات حین ریخته گری انواع قطعات است. از دیگر کاربردهای آنها می توان به عنوان مثال به فیلتراسون گاز خروجی از اگزوز موتورهای دیزل اشاره کرد.
فیلترهای مصرفی در صنایع ریخته گری فلزات معمولا به دو صورت فیلترهای فومی و سلولی هستند و در این میان ۷۵% مصرف سالیانه را در آمریکا فیلترهای فومی به خود اختصاص می دهند و این امر به دلیل کارایی بالا تر آنها در میان انواع فیلترهای دیگر می باشد. فیلترهای فومی در حدود ۳۰ سال پیش به صنایع ریخته گری فلزات معرفی گردید و در انواع مختلف از نظر اندازه حفرات، شکل و ترکیبات مختلف موجود می باشند، که بسته به شرایط کاربرد(دمای کاربرد، وزن و حساسیت قطعه و فلز ریخته گری شونده) نوع مناسب آن انتخاب می گردد.
وجود ناخالصی های غیر فلزی یکی از شایع ترین عیوبی است که ریخته گران فلزات با آن مواجه هستند. حضور این ناخالصیها اثر مخربی روی سطح نهایی قطعه ریخته گری شده، خواص مکانیکی و خواص ماشین کاری آن می گذارند به حدی که یک جا بجایی شدید و یا بسته بندی محکم می تواند باعث تخریب قطعه شود. روش سنتی که برای کنترل این ناخالصیها به کار می رفت همیشه موفقیت آمیز نبود. در دهه گذشته افزایش استفاده از فیلترهای سرامیکی در ریخته گری اکثر آلیاژها و فلزات آخال زدایی از آنها را تضمین کرده است. در این میان صنعت ریخته گری به موفقیت های بیشتری دست یافت، بدلیل اینکه قطعات آن با کیفیت بهتر و ناخالصی کمتر تولید میشد، قطعات ریختگی بسیار اقتصادی تر و مطمئن تر از گذشته شدند.
آخال هایی که اکثرا غیر فلزی هستند و هنگام ریخته گری ایجاد می شوند، می توانند منابع گوناگونی داشته باشند که شامل سرباره، کف مذاب، گداز آورهای باقی مانده از عمل ذوب، ذرات دیرگداز کوره ها، ملاقه ها و بوته ها، اکسیدهای به وجود آمده به علت تلاطم هنگام ریخته گری و ذرات ماسه جدا شده از قالب ها و ماهیچه ها می باشند. روشهایی برای کنترل این آخال به وسیله ملاقه ها طراحی و آماده شده است اما با وجود دقت بسیار و حتی در بهترین شرایط هم باز آخالها و ناخالصی ها منجر به از رده خارج شدن نمونه های ریختگی میشد علاوه بر این، طراحی راهگاه های پیچیده و سیستم تغذیه برای به دام انداختن سرباره، بازده ریخته گری را به طور محسوسی کاهش داد.
به طور ایده آل استفاده از فیلترهای سرامیکی به این معناست که سیستم تغذیه می تواند برای هدف اصلی خود که رهایی قطعات از حفره های ریخته گری است مورد استفاده قرار گیرد، در حالی که آخال زدایی توسط فیلترها کنترل میشود برای اینکه یک قطعه بدون آخال بدست آید و همچنین بازده کار افزایش یابد.
عمده ترین نقش فیلتر در صنعت متالوژی خارج کردن ناخالصی های مذاب فلز قبل از ورود به قالب است. ناخالصی موجود در مذاب فلز باعث گسستگی در ساختار قطعه ریخته شده می شود و خواص مکانیکی و ماشین پذیری قطعه را کاهش می دهد.

کاربردهای فوم فیلتر سرامیکی

فیلترهای فومی سرامیکی در محدوده وسیعی از ترکیبات مختلف اکسیدی و غیر اکسیدی تولید و مصرف می شوند مانند:
سیلیکون کاربیدی
آلومینایی
مولایتی
زیرکونیایی
اسپینلی
لازم به ذکر است که هر کدام از این ترکیبات برای کاربرد خاص خود مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان مثال فیلترهای آلومینایی برای مذاب آلومینیوم، مولایتی برای سوپر آلیاژها و سیلیکون کاربیدی برای مذاب چدن مورد استفاده قرار می گیرند، که به دلیل مصرف بیشتر چدن در صنعت متالوژی فیلترهای فومی سرامیکی سیلیکون کاربایدی نسبت به سایر انواع مصرف گسترده تری دارند.

فیلترهای استفاده شده درتولید فوم فیلتر سرامیکی

سیلیکون کارباید: سیلیکون کارباید کاندیدایی برای استفاده در قطعات دما بالا و مقاوم به سایش است. در گذشته از قطعات سرامیکی از جنس آلومینا و اکسیدهای دیگر بسیار کم استفاده می شد. اما در سالهای اخیر نقطه نظرهای مستدلی برای استفاده از سرامیک ها به عنوان مواد مهندسی به جای فلزات و آلیاژهای بسیار سخت در محیطهای خشن (دمای بالا، بار زیاد، خوردگی زیاد و …) وجود دارد. که این محیطها اجازه استفاده از چنین آلیاژها و فلزاتی را نمی دهند.
امروزه نیتریدها، کاربیدها و دیگر مواد با پیوند کووالانسی به علت مقاومت زیاد در برابر حرارت و خصوصیات ویژه بیشمار دیگر مورد توجه قرار گرفته اند. علاوه بر سیلیکون نیتراید ,۴ Si 3 NO توسعه و گسترش سرامیک های سیلیکون کاربایدی در اثنای دهه های اخیر با سرعت زیادی صورت گرفته است.کاربید سیلیسیم مادهای حیاتی در صنعت است که به خاطر کاربردهای وسیعش اهمیت روزافزونی می یابد.
این ماده دارای شکل پذیری بالاست که در صنعت برای کاربردهای مختلف مثل مقاومت به خوردگی زیاد، مقاومت به سایش بالا و در کاربردهای دما بالا مثل شوک حرارتی استفاده میشود. گرچه در گستره وسیعی مصرف شده و چندین دهه است که در صنعت در دسترس است اما اگر کاربرد مناسب آن در نظر گرفته نشود این ماده غیر قابل استفاده خواهد شد. انتخاب مواد مناسب برای یک کاربرد مورد نظر بسیار مهم بوده و باعث سوددهی برای مصرف کننده می شود.

آلومینا: آلومینا دارای خواص ویژه ای است که از آن به عنوان یک ماده سرامیکی مهم یاد کرده اند آلومینا نقطه ذوب بالایی حدود C ۲۰۵۰ دارد و نسبت به حملات شیمیایی مقاوم است و خواص الکتریکی و مکانیکی قابل قبولی از خود نشان می دهد. به خاطر همین خواص در ترکیبات دیرگداز شمع اتومبیل و در وسایل الکتریکی کاربرد زیادی دارد. البته دارای معایبی هم هست، از جمله این که به دلیل سخت بودن خرد کردن آن برای رسیدن به ریزی مورد نظر دشوار است.
آلومینا می تواند به فرم های کریستالی وجود داشته باشد. مینرال طبیعی آن کراندوم است.آلومینا به صورت ترکیب با سیلیس و دیگر مینرالها در طبیعت موجود است. استفاده صحیح از فیلترها، توانایی انتشار آخال را کاهش میدهد. روشی که این فیلترها برای جدا سازی مواد دیرگداز و پوشش دهنده قالب به کار می گیرند روشن است، یعنی این کار توسط به دام انداختن فیزیکی این ناخالصیها انجام می گیرد. به دام انداختن و حذف سرباره از مذاب نیز بدین گونه صورت می گیرد که سرباره با فیلتر برخورد کرده و به آن زینتر میشود و از جریان مذاب خارج می گردد.
اکسیدهای ایجاد شده بواسطه تلاطم مذاب با به کار بردن فیلترها کاهش می یابد به علت شکل خاص فیلترها و مشبک بودن آنها، جریان مذاب و تلاطم آن به طور موثر کم شده و احتمال ایجاد اکسیدها کاهش می یابد علاوه بر این، استفاده از فیلترها این امکان را میدهد که از سیستم های راهگاهی بدون فشار استفاده شود. از آنجایی که فیلترها سرباره، تفاله و کف مذاب را می گیرند نیازی به استفاده از سیستم راهگاهی تحت فشار نیست.

اهمیت فوم سرامیکیفوم فیلتر سرامیکی در دنیای امروز

صنعت ریخته گری فلزات ششمین صنعت بزرگ در آمریکا است و سالانه به تنها ۲۰ بیلیون دلار به اقتصاد این کشور کمک میکند .
با توجه به گستردگی صنایع ریخته گری در ایران و کارخانه های عظیم ریخته گری برای انواع صنایع و مخصوصا خودروسازان استفاده از فیلترهای سرامیکی بسیار شایع و عدم تامین اینگونه از فیلترها از خارج از کشور می تواند صدمات زیادی به خودروسازان و صنایع ریخته گری وارد سازد .

کد آیسیک مرتبط با صنعت تولید فوم فیلتر سرامیکی

کد آیسیک مخفف International Standard Industrial Classification (سیستم بین المللی طبقه بندی استاندارد صنایع) است. کد گذاری به عنوان روش ساده و دقیق برای تعیین هویت کالا، قطعات ، مدارک و اموال ، سالها است که در سطح شرکت هاو زنجیره های تأمین مورد استفاده قرار می گیرد.باتوجه به جستجو های انجام شده در اطلاعات کد آیسیک اختصاصی برای تولید فوم فیلتر سرامیکی یافت نشد لذا کد آسیک فیلتر سرامیکی نسوز به شرح زیر است.
کد آیسیک فیلتر سرامیکی نسوز : ۲۶۹۲۴۱۲۳۱۴

کد تعرفه گمرکی مرتبط با صنعت تولید فوم فیلتر سرامیکی

تعرفه یا به عبارت دیگری(TARIFF) یک نوع معیار رقمی و یا عددی می باشد برای شناسی و تعیین جایگاه کالا در ترخیص کالا .
تعرفه گمرکی میزان حقوق ورودی قابل پرداخت برای ورود کالا می باشد.تعرفه گمرکی در بستر تاریخ مبتنی بر سیستم و روش های خاصی از قبیل اداره گمرک،آمار،حمل و نقل،بیمه و غیره طراحی و مورد استفاده قرار می گیرد.
باتوجه به جستجو های انجام شده در اطلاعات گمرکی کدتعرفه گمرکی اختصاصی برای تولید فوم فیلتر سرامیکی یافت نشد لذا کدتعرفه گمرکی فیلتر سرامیکی نسوز به شرح زیر است.
کد تعرفه گمرکی فیلتر سرامیکی نسوز : ۶۹۰۳

فرآیند تولید فوم فیلتر سرامیکی

روشهای تولید فوم فیلتر سرامیکی را می توان در سه دسته طبقه بندی کرد :
استفاده از اسفنج
استفاده از عوامل فوم کننده
استفاده از ماده ای به عنوان نگهدارنده فضا
روش استفاده از اسفنج اولین بار در اوایل سال ۱۹۶۰ مورد استفاده قرار گرفت، در این روش از یک اسفنج طبیعی و یا فوم پلی اورتان به عنوان قالب استفاده می شود، دوغاب سرامیکی را بر روی آن پوشش می دهند و سپس آنرا پخت می کنند.
روش دوم (استفاده از عوامل فوم کننده) بر پایه تولید حباب های هوا در مذاب سرامیک در هنگام پخت قطعه استوار می باشد، در این روش مخلوطی از ترکیب مواد سرامیکی مورد نظر و مواد آلی شکل داده می شوند، مواد آلی در هنگام پخت ایجاد حباب می کنند باعث ایجاد فوم مورد نظر می گردند، برای بدست آوردن فومی با حفرات باز و اندازه حفره مناسب باید روانسازها و عوامل فوم کننده مناسب با دقت بسیار انتخاب گردند. این روش برای اولین بار توسط ساندرمن در سال ۱۹۷۳ معرفی گردید.
برای تولید فوم سرامیکی در روش سوم (استفاده از ماده ای به عنوان نگهدارنده) از یک قطعه متخلخل به عنوان نگه دارنده استفاده می گردد، برای مثال، ابتدا نمک کلرید سدیم به صورت متخلخل شکل داده میشود و سپس آنرا در پلی کاتبوسیلان (Polycatbosilan) غوطه ور می کنند تا پلیمر درون تخلخل های قطعه نفوذ کند، سپس نمک را حل کرده و با تجزیه حرارتی پلیمر باقی مانده به فوم SiC دست پیدا می کنند.
برای تولید فیلترهای فومی سرامیکی به طور معمول از روش اول (استفاده از اسفنج) استفاده میشود. ساخت فیلتر فومی با استفاده از اسفنج و یا فوم پلیمری شامل مراحل مختلفی می باشد که عبارتند از:
– انتخاب و آماده سازی اسفنج
– تهیه دوغاب
– غوطه وری اسفنج در دوغاب
– خارج کردن دوغاب اضافی
– خشک کردن
– سوزاندن و خارج کردن اسفنج
– پخت
در این میان نقش تک تک مراحل یاد شده در خواص محصول نهایی موثر می باشد. از جمله در انتخاب اسفنج اولیه هر چه اسفنجی متخلخل تر و درشت حفره تر انتخاب شود به همین نسبت فوم هم تغییر خواهد کرد. غلظت دوغابی که قرار است اسفنج در آن غوطه ور شود نقش حیاتی در استحکام و میزان تخلخل فوم نهایی دارد. در مرحله خشک کردن است که دوغاب نشسته بر اسفنج تثبیت می شود و در واقع بر شکل و ویژگی های محصول نهایی مهر تایید زده می شود و نهایتا با پخت که در آن پودرهای دوغاب خشک شده مورد تف جوشی قرار می گیرند و به هم جوش خورده و محکم می شوند.

مواد اولیه عمده تولید فوم فیلتر سرامیکی

مواد اولیه مورد نیاز سالانه که شامل کاربید سیلیسیم، آلومینا و پلی اورتان می باشد، توسط شرکتهای داخلی مانند آلومینای جاجرم تامین شده و قیمت آن هم ارز بازار جهانی دچار تغییر خواهد شد. در واقع، تغییر قیمت مواد اولیه موجب تغییر قیمت محصول جهانی و جبران هزینه تولید می گردد.

وضعیت واحد های فعال تولید فوم فیلتر سرامیکی

در نمودار زیر تعداد و ظرفیت واحدهای فعال تولید فیلتر سرامیکی نسوز در کشور به تفکیک استان آمده است .

وضعیت واردات و صادرات فوم فیلتر سرامیکی

جدول واردات و صادرات فیلتر سرامیکی نسوز در کشور به تفکیک سال در شکل زیر آمده است.

کشورهای عمده تولید کننده فوم فیلتر سرامیکی

ایتالیا ، آلمان ، ژاپن ، چک ، آمریکا ، چین ، ایران از جمله کشور های تولید کننده فوم سرامیکی میباشند.

خلاصه بررسی فنی، مالی و بازار تولید فوم فیلتر سرامیکی

ظرفیت تولید سالیانه : ۱۵۰۰ تن
نرخ برابری دلار : ۲۵۰۰۰ تومان
مساحت زمین موردنیاز : ۳۰۰۰ مترمربع
زیربنای کل : ۱۵۰۰ مترمربع
تعداد نیروی انسانی مورد نیاز : ۳۲ نفر
میزان سرمایه گذاری ثابت : ۹.۵ میلیارد تومان
ارزش ماشین آلات و تجهیزات : ۵ میلیون تومان
نرخ بازده داخلی : ۴۴درصد

درصورت تمایل به این مطلب امتیاز دهید: