原子力発電所の鋳鋼部品は、安全性能、表面品質、内部品質、機械的特性において高い要求が求められます。しかしながら、製錬、移送、注湯工程において、鋼スラグ、鍋耐火物、酸化物系介在物などの不純物が溶鋼に混入することは避けられません。発泡セラミックフィルターを用いて溶鋼をろ過することで、溶鋼に混入する鋼スラグや介在物を効果的に除去または低減し、鋳造合金の純度を向上させることができます。その結果、滑らかな表面、均一で信頼性の高い内部品質、安定した性能、低いスクラップ率、手直しコストの削減、そして生産サイクルの短縮を実現できます。

砂型鋳造では、湯口と押湯のプロセスが既に決まっているため、鋳物の品質は鋳型に流し込まれる溶鋼の品質に大きく左右されます。しかし、溶鋼には、製錬工程で生じたスラグ、取鍋からの耐火物、そして出湯と注湯時に形成される酸化物系介在物などが必然的に含まれています。これらはすべて鋳物に欠陥を引き起こし、機械的特性、被削性、外観を低下させる可能性があり、最終的には手直しやスクラップにつながります。発泡セラミックフィルターを用いて溶融合金を精製し、これらの介在物を低減または除去することは、高品質の鋳物を得るための重要な技術であることは間違いありません。

このアプリケーションケースは、Xindaの長期顧客からのものです。生産される鋳物はオーステナイト系ステンレス鋼で作られており、ゲート重量が大きく、鋳込み温度が高く、合金が酸化しやすいという特徴があります。これらの包括的な運用要件に基づいて、Xindaの発泡セラミックフィルターが選択されました。この発泡セラミックフィルターは、独自の3次元相互接続された湾曲した気孔メッシュスケルトン構造を持ち、80％～90％の開気孔率を実現します。3つのろ過および浄化メカニズムを採用しています。1つ目は機械的遮断で、メッシュサイズよりも大きな介在物が鋳型キャビティに侵入するのを防ぎます。2つ目はスラグの精留で、フィルターの整流効果により上流のゲートシステムが満たされた状態になり、ろ過された溶鋼の安定した層流が確保され、酸化および精錬反応が減少し、介在物の浮上と捕捉が促進され、フィルター下流の二次介在物の量が減少します。 3つ目は深層吸着です。フィルターに侵入した微細介在物は、複雑な三次元セラミックネットワークとの完全な接触により、スケルトンに吸着されるか、デッドゾーンに捕捉されます。これら3つの濾過・浄化メカニズムにより、溶融鋳造合金から大型介在物だけでなく、数十マイクロメートル程度の微細な浮遊介在物の大部分を効率的に除去し、鋳造品質を大幅に向上させます。

このアプリケーションで使用されるバルブ本体の鋳造品には、次のような具体的な指標を伴う極めて高い品質検査要件があります。

鋳造名: バルブボディ;

材質：CF8M;

溶鋼重量：1000kg

非破壊検査要件: 鋳造物の 100% 体積放射線検査 (RT)、溶接端部はレベル 1、残りはレベル 2。

鋳物の外面およびアクセス可能な内面の 100% 液体浸透 (PT) テストは、次の要件を満たす必要があります。

2mm以下の線状のへこみ。

単一の円形のくぼみの大きさは 4 んん 以下。

100mm×100mmの領域内での密集したへこみの深さは2mm以下。

発泡セラミックフィルターの平方センチメートルあたりの流量に基づき、最終的にXinda製の125×125×30mmの発泡セラミックフィルター2枚を選定し、水平ランナーに設置しました。プロセスの合理性を確保するため、完成したプロセス設計はMAGMAシミュレーションソフトウェアを用いて凝固解析、モールドフロー解析、流動伝熱連成計算などを行いました。シミュレーション結果から、溶鋼の充填はスムーズで、鋳片への溶鋼の飛散は見られないことが示されました。

実際の生産検証により、フィルター付きの湯口システムを使用すると、鋳造合金の溶融金属を効果的に濾過・精製でき、鋳造合金の溶融金属内の介在物を除去または低減でき、鋳造合金の溶融金属の純度が向上し、鋳造部品の輪郭が明瞭で構造が均一になり、スクラップ率が低減し、鋳物の内部品質と表面品質が向上し、手直しコストが低減し、鋳物の品質が大幅に向上することが分かりました。