Yazarlar: Nick Child, Foseco International Limited Evren Arıkan, Foseco Türkiye
Zorluk derecesi yüksek ve aynı zamanda daha fazla filtreleme verimliliğine gereksinimi olan çelik döküm uygulamalarında, tutarlı performans sağlayan filtreleme sistemlerine ihtiyaç duyulduğu görülmekteydi. Bunun sonucunda STELEX ürün ailesini tamamlayan, özellikleri arttırılmış, zirkon bazlı seramik filtreler geliştirilmiştir.
Geçmiş
Çelik döküm parçalar, geniş uygulama alanı olan genellikle çok bileşenli ve karmaşık sistemlerin yüksek teknoloji içeren elemanlarıdır. Bu dökümler birçok endüstride kullanılmaktadır, örneğin:
• Demiryolu Araçları – motor ve fren gibi emniyet parçaları
• Enerji – yüksek basınç pompa ve valfleri, nükleer reaktör parçaları gibi ağır işe dayanıklı emniyet kritik dökümler
• Savunma Sanayi – askeri platform parçaları ve askeri uçakların emniyet kritik bileşenleri için yüksek özellikli dökümler.
Üretilen çelik dökümlerin karmaşıklığı ve sağlamlığı hızla artmakta ve piyasanın talebinde bir düşüş beklenmemektedir. Örneğin, otomotiv sektöründe çalışma sıcaklıkları gitgide artmakta olan yüksek verimli motorların turbo besleme muhafazaları ve ekzoz manifoltlarında paslanmaz çelik kullanılmaktadır.
Seramik köpük filtreler çelik döküm sektöründe ilk olarak 1980’lerin sonlarında kullanıldı ve çelik filtrasyon sistemleri ve uygulamaları ile ilgili teknoloji sürekli geliştirdi. Şimdi, seramik köpük filtreler en ufak bir inklüzyonun bile hurdaya neden olabileceği küçük parçlardan, 40 tonu aşan ağırlıktaki döküm parçalara kadar uygulanmaktadır. Filtreler, dökümcüler için çok sayıda fayda sağlamak adına başlıca iki işlevi yerine getirir:
• Filtreleme
- Sıvı metal içerisindeki metalik olmayan inklüzyonları filtre ön yüzünde tutmak; küçük parçacıklar daha sonra filtre yapısı içerisindeki çeşitli kimyasal ve fiziksel mekanizmalar sayesinde tutulmaktadır.
Çeşitli araştırmalar filtrelerin yaklaşık %80 verimle inklüzyonu önlediğini göstermektedir.
• Akış Kontrolü
- Metal akışındaki enerjiyi azaltarak kalıp dolumu esnasında türbülans oluşumunu en aza indirmek.
Çelik dökümde filtrasyonun faydaları parça sağlamlığının artması, daha az hurda, daha az düzeltici işlem süresi ve maliyeti, döküm yüzeyi kalitesinin artması ve muayene işlemelerinin azaltılması olarak belgelenmiştir.
Modern Döküm dergisi “48. Dünya Döküm Rakamları” çelik döküm global üretiminin 11 milyon ton olduğunu göstermektedir. Pazar araştırmaları, dünyada üretilen çelik döküm parçaların %8’den azının filtre edildiğini tahmin etmektedir, bu da 10 milyon tondan fazla dökümün filtrelenmediğini işaret etmektedir.
Foseco, çelik filtrasyon teknolojisinin yaygınlaşmasının neden daha hızlı olmadığı ve daha yüksek bir seviyeye ulaşmadığını anlamak için bir piyasa araştırması yaptı. Döküm boyutu (bugünün şartlarıyla bazı döküm parçalar filtrelemek için çok büyük), döküm tipi (bazı döküm parçalarda kalite beklentisi çok düşük olabiliyor), coğrafya (işgücü maliyetlerinin düşük olduğu yerlerde taşlama-kaynak işçiliği tercih edilebiliyor) gibi birçok neden sayılabilir. Birçok dökümhanenin filtrasyon teknolojisini kullandığı biliniyor ancak yalnızca belirli oranda parçada filtre uygulamaktalar; bunun nedeni, filtre uygulamasının problem yaratma ve döküm prosesinde (özellikle kalıp dolumunda) süreksizliğe neden olması endişesidir. Bunların yanında döküm üreticileri tarafından yüksek verimli filtrelere talep olduğu açık bir şekilde tespit edilmiştir.
STELEX ZR ULTRA’nın Gelişimi
Zorlu uygulamalarda daha tutarlı bir performans sağlanan, süzme verimliliği geliştirilmiş bir çelik döküm filtreleme sistemine ihtiyaç doğmuştu. Bunun sonucunda STELEX ürün yelpazesini tamamlayacak, özellikleri geliştirilmiş zirkon esaslı seramik köpük filtreler piyasaya sunulmuştur.
STELEX ZR ULTRA gelişmiş zirkon seramik teknolojisine dayanır ve filtre çevresini saran seramik bir çerçeve içermektedir. Bu kombinasyon filtre ağırlığını düşürürken, sıvı çeliğin ilk darbe ve filtreden geçişi sırasında gereken mukavemeti sağlamaktadır. Düşük ağırlık, filtre yapısı içerisinde gözenek tıkanmasını azaltır ve ince gözenekli filtre ile daha tutarlı performans sağlar. Buna ek olarak, çerçeve ve seramiğin sağlamlığı sayesinde filtre ufalanması minimuma indirilmiştir, dolayısıyla döküm parçada oluşabilecek filtre ile ilgili potansiyel hatalar azaltılmıştır.
Yeni filtreler iki farklı porozitede üretilmektedir:
• STELEX ZR ULTRA 10 – İri gözenekli
• STELEX ZR ULTRA 15 – İnce gözenekli
STELEX ZR ULTRA karakterizasyonu
STELEX ZR ULTRA 10 ile amaçlanan filtreye temas eden metalin donmasını önlemek ve filtre tıkanma öncesi metal akış hızı ve kapasite açısından tekrarlanabilir performans sağlayan bir filtre olmasıdır . STELEX ZR ULTRA 15 ise yüksek özellikler içeren ve daha fazla sağlamlık gerektiren, yüksek alaşımlı döküm uygulamaları için gelişmiş filtrasyon verimliliği sağlamaktadır.
Foseco filtre ürünlerini tanımlamak ve karşılaştırmak için çok çeşitli laboratuvar testleri uygulamaktadır. Buna ek olarak, testler ve değerlendirmeler laboratuar test dökümhanesinde ergimiş çelik ile gerçekleştirilir ve daha sonra gerçek dökümhanelerde denenir.
STELEX ZR ULTRA filtrelerin geliştirmesinde kullanılan testlerin bazıları burada ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Hava Akışı / Basınç Düşüşü
Testin Amacı
Test, bir filtreden belirli hızlarda hava geçerken oluşan direnci ölçmek için kullanılır. Filtenin alt ve üst bölgesindeki hava basıncı karşılaştırılarak “Basınç Düşüşü” değeri elde edilir. Bu sonuçlar, o filtrenin ergimiş metal akışına karşı göstereceği direnci belirler.
Ortam Basıncı ve İç Basınç Arasındaki Fark ile Basınç Düşüşünün Belirlenmesi
Hava emiş oranı 300, 600, 900 ve 1200 m3/saat