VLIV CHEMICKÉHO SLOŽENÍ KERAMICKÝCH FILTRŮ S PŘÍMÝMI OTVORY NA MIKROČISTOTU FILTROVANÉ OCELI

Transkript

1 VLIV CHEMICKÉHO SLOŽENÍ KERAMICKÝCH FILTRŮ S PŘÍMÝMI OTVORY NA MIKROČISTOTU FILTROVANÉ OCELI THE EFFECT OF THE CHEMICAL COMPOSITION OF THE CERAMIC FILTERS WITH DIRECT CAPILLARIES ON MICRO- CLEANE OF THE FILTERED STEEL Jiří Bažan a, Karel Stránský b, Jana Dobrovská a, František Kavička b, Antonín Rek c, Jaroslav Belko d a) VŠB-TU, FMMI, 17. listopadu 15, Ostrava-Poruba, ČR, jiri.bazan@vsb.cz, jana.dobrovska@vsb.cz b) VUT v Brně, FSI, Technická 2, Brno, ČR, stransky@fme.vutbr.cz, kavicka@fme.vutbr.cz c) Ústav přístrojové techniky Akademie věd České republiky, v.v.i., Královopolská 147, Brno, ČR, a.rek@centrum.cz d) VOP-26 Šternberk, s.p., divize VTÚO Brno, PO Box 45, 66 5 Brno, ČR, belko@vtuo.cz Abstract This papers deals with the effect of chemical composition of the oxide ceramic filters on the filtration efficiency of low carbon steel by means of series eight filters. These filters had direct (straight) capillaries. Low carbon steel had a basic composition in wt. %.26 C,.88 Mn,.51 Si,.21 P,.13 S was melted in induction furnaces and deoxidized by means of manganese and silicon. The series of specially prepared eight ceramics filters were created with a different oxide basis of these ceramics. The increasing thermodynamic stability of the used filters was possible to evaluate in the following range: Cr 2 O 3, TiO 2, SiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3, 3Al 2 O 3.2 SiO 2, RK5 and filter MgO.Al 2 O 3. By means of quantitative metallographic analyses was estimated that the efficiency of filtration is a functions of thermodynamic stability of oxide components of ceramics filters. The higher thermodynamic stability of the ceramic filters corresponds with better metallographic micro-clean of the filtrated steels. Abstrakt V příspěvku je pojednáno o vlivu chemického složení oxidických keramických filtrů na účinnost filtrace nízkouhlíkové oceli sérií osmi filtrů s přímými otvory. Nízkouhlíková ocel o základním chemickém složení v hm.%,26 C;,88 Mn;,51 Si;,21 P;,13 S byla vytavena v indukční peci a dezoxidována manganem a křemíkem. Podle termodynamické stability oxidických složek použité keramiky, které tvoří bázi jednotlivých keramických filtrů, je možno tyto speciálně připravené filtry seřadit do následující rostoucí posloupnosti termodynamické stability Cr 2 O 3, TiO 2, SiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3, 3Al 2 O 3.2 SiO 2, RK5 a MgO.Al 2 O 3. Experimentálně, srovnáním s nefiltrovanou ocelí, bylo na podkladě kvantitativních metalografických analýz ukázáno, že účinnost filtrace je ovlivňována termodynamickou stabilitou oxidických složek keramického filtru a je zároveň funkcí metody kvantitativního měření mikročistoty. Vyšší stabilitě filtru odpovídá vyšší mikročistota filtrované oceli. 1

2 Úvod V rámci řešení dílčí etapy grantového projektu Termodynamika a kinetika adsorpce prvků a částic při průtoku slitin železa keramickými filtry (projekt GAČR reg. číslo 16/6/393) byla též řešena otázka vlivu chemického složení oxidických keramických filtrů na účinnost filtrace nízkouhlíkové oceli sérií osmi filtrů s přímými otvory (tyto typy filtrů se označují též jako filtry cedítkové, popřípadě sítka). Speciální sérii keramických filtrů s přímými otvory vyrobila spol. s r. o. KERAMTECH Žacléř. Šlo o sedm filtrů typu 22 z oxidické keramiky Cr 2 O 3, TiO 2, SiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3, 3Al 2 O 3.2 SiO 2, MgO.Al 2 O 3. K této sérii filtrů byl navíc přiřazen ještě filtr RK5 na mullitické bázi, vyráběný v KERAMTECH Žacléř, s.r.o., určený k filtraci oceli. Filtry měly následující základní parametry: průměr filtru 6 mm, průměr otvoru (kapiláry) 5,5 mm, počet otvorů 37 a výšku filtru 7 mm. Schéma umístění jednotlivých keramických filtrů do vtokového systému během filtrace oceli je znázorněno na obr. 1. Po filtraci oceli jednotlivými typy filtrů, a zatuhnutí oceli ve vtokovém systému, byly keramické filtry pomocí řezů mechanickou pilou vyjmuty z vtokového systému, a ocel nad filtrem a pod filtrem sloužila k odběru vzorků ke stanovení chemické a metalografické mikročistoty. Jednotlivé filtry byly poté diamantovou pilou příčně rozříznuty ve směru os kapilár a na plochách řezů byly následně připraveny metalografické výbrusy. Na výbrusech proběhla poté kvantitativní metalografická analýza mikročistoty spojená s kvantitativní energiově disperzní analýzou chemického složení vměstků v oceli zatuhlé ve filtru na vstupu do filtru a výstupu z filtru. Zároveň s tím bylo podrobně analyzováno chemické složení struskového povlaku tvořícího se Obr. 1 Schéma uložení keramického filtru během filtrace na povrchu jednotlivých kapilár filtru a také základní chemické složení keramické hmoty použitých typů filtrů v místech, které nebyly během filtrace v kontaktu s taveninou oceli. K analýzám byl použit mikroanalytický komplex JEOL JSM 84/LINK. Experimenty a měření Filtrovaná ocel měla následující chemické složení (v hm.%),26 C;,88 Mn;,51 Si;,21 P;,13 S;,5 Al celk a,5 Ca celk, přičemž vlastní filtrace taveniny oceli proběhla při teplotě 165 C. Tavenina oceli byla dezoxidována pouze manganem a křemíkem. Průběh všech experimentálních a analytických prací je podrobně popsán ve výzkumné zprávě [1] a kvantitativní měření metalografické mikročistoty je taktéž podrobně popsáno v práci [2]. Výsledky kvantitativních mikroanalýz struskového povlaku na povrchu kapilár jednotlivých typů filtrů jsou uspořádány v tabulce 1, přičemž báze použité keramiky je v této tabulce vždy vyznačena tučně. Mikroanalýzou s plochy bylo stanoveno vždy ve dvou místech průměrné chemické složení hlavních složek keramiky ve střední části keramiky filtru, tj. v oblasti neovlivněné kontaktem s proudící filtrovanou ocelí, a v povrchové části kapiláry, která je během filtrace trvale v kontaktu s proudící filtrovanou ocelí. Tato měření proběhla jednak v horní, vstupní části filtru, jednak v dolní, výstupní části filtru. V tabulce 1 jsou uvedeny výsledné průměrné hodnoty chemického složení střední části keramiky (značeno keramika) a 2

3 též výsledné průměrné hodnoty chemického složení okrajové části keramiky (značeno povlak). Dále jsou v téže tabulce uvedeny hodnoty rozdílů: střed okraj (značeno rozdíl). Tabulka 1. Změny ve složení keramiky na povrchu stěn v povlaku kapilár filtrů: symbol ( ) značí úbytek, symbol (+) značí přírůstek oxidické složky keramiky na povrchu [hm. %] Al 2 O 3 1 MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 S K 2 O CaO TiO 2 Cr 2 O 3 MnO Fe 2 O 3 keramika 1,16 81,8 12,1,9,265,135,32,15,7 4,155 povlak 1,27 81,55 11,32,8,245,137,71,21 1,23 3,429 rozdíl +,11 -,25 -,69 -,1 -,2 +,2 +,39 +,6 +1,16 -,726 Cr 2 O 3 2 MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 S K 2 O CaO TiO 2 Cr 2 O 3 MnO Fe 2 O 3 keramika,33 9,75 9,765,15,27,16,18 79,29,85,835 povlak 1,96 24,33 36,485,9,26,42 7,46 2,53 19,26 7,23 rozdíl +1,63 +15,255 26,72 +,75 -,1 +,26 7,28-76,76 +19,175 +6,392 TiO 2 3 MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 S K 2 O CaO TiO 2 Cr 2 O 3 MnO Fe 2 O 3 keramika,41 11,93 11,2,2,2,12 75,84,5,,46 povlak,36 7,23 9,13,,15,8 59,87,7 1,1 22,1 rozdíl -,5-4,7-1,89 -,2 -,13 +,4-15,97 +,2 +1,1 +21,55 ZrO 2 4 MgO Al 2 O 3 SiO 2 S K 2 O CaO TiO 2 Cr 2 O 3 MnO Fe 2 O 3 ZrO 2 keramika,34 11,325 9,82,315,1,22,6 1,165,34 76,53 povlak,52 9,95 11,68,245,9 1,69,2 7,225 1,35 68,8 rozdíl +,18-2,23 1,86 -,7 -,1 +1,47 -,4 +6,6 +1,1-8,45 SiO 2 5 MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 S K 2 O CaO TiO 2 Cr 2 O 3 MnO Fe 2 O 3 keramika,36 8,38 85,91,3,42,85,55,7 1,77 2,455 povlak,61 1,78 72,72,2,59,15 1,92,2 12,46,765 rozdíl +,25 +2,4-13,19 -,1 +,17 +,65 1,37 -,5 +1,69-1,69 RK5 6 MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 S K 2 O CaO TiO 2 Cr 2 O 3 MnO Fe 2 O 3 keramika 1,24 71,14 22,99,12,54,14,32,4,3 3,46 Povlak 1,31 6,26 28,78,5,54,54,67,6 4,65 3,13 Rozdíl +,7-1,88 +5,79 -,7 +,4 +,35 +,2 +4,62 -,33 Filtr 7 MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 S K 2 O CaO TiO 2 Cr 2 O 3 MnO Fe 2 O 3 keramika,94 56,38 39,84,3,31,17,33,4,3 1,96 Povlak,89 59,47 27,56,3,12,12,82,4 9,92 1,4 Rozdíl -,5 +3,9-12,28 -,19 -,5 +,49 +9,89 -,82 Filtr 8 MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 S K 2 O CaO TiO 2 Cr 2 O 3 MnO Fe 2 O 3 keramika 24,54 64,1 8,34,6,2,23,12,41,18,1 2,11 povlak 18,94 48,86 8,34,46,22,33,43,67,65 1,14 2,74 rozdíl -5,6-15,15 +,4 +,2 +,1 +,31 +,26 +,47 +1,13 +18,63 Poznámky: Filtr 6 (RK5) filtr provozně vyráběný v KERAMTECH Žacléř, s.r.o. na mullitické bázi, určený k filtraci oceli ; Filtr 7 (3 Al 2 O 3.2 SiO 2 ); Filtr 8 (MgO.Al 2 O 3 ); Protože změny chemického složení a též mikromorfologie řezu keramiky filtru mezi keramikou, která nebyla ovlivněna kontaktem s taveninou oceli a povrchem kapiláry ovlivněným kontaktem s filtrovanou taveninou oceli se projevily jako silně významné, označili jsme oblast změn na povrchu kapiláry pracovně jako struskový povlak. Příklad morfologických změn na povrchu kapiláry po filtraci a zatuhnutí taveniny oceli ve filtru u keramiky typu SiO 2 je na obr. 2. Ze snímku rozhraní: taveninou neovlivněná keramika struskový povlak filtrovaná a ve filtru zatuhlá ocel, pořízeného elektronovým rastrovacím mikroskopem v zobrazení sekundárních elektronů je patrno, že mikromorfologie struskového povlaku se významně odlišuje od mikromorfologie základní, kontaktem s filtrovanou taveninou neovlivněné, keramické hmoty. Tloušťka povlaku je u tohoto typu filtru přibližně o 3

4 hodnotě 5 až 65 µm. Z výsledků analýz v tabulce 1 plyne, že obsah základní složky v oxidické keramice filtru je vždy nižší než bylo její původní, tj. výchozí složení před filtrací. Tento úbytek hlavní složky keramiky během filtrace přitom roste v posloupnosti jednotlivých oxidických keramik filtrů takto (v hm.%): Al 2 O 3,25; MgO. Al 2 O 3 3,8; RK5 5,9; ZrO 2 8,45; SiO 2 13,19; 3Al 2 O 3.2SiO 2 14,57; TiO 2 15,97; Cr 2 O 3 76,76. Porovnáme-li nejmenší úbytek, který je u filtru Al 2 O 3 a největší úbytek, který provází filtr Cr 2 O 3, s hlediska Gibbsovy energie (volné entalpie tvorby) obou oxidů, pak je zřejmé, že keramický filtr s nejmenším úbytkem má významně vyšší termodynamickou stabilitu, než keramický filtr Obr. 2 Filtr SiO 2 kontakt kapiláry s ocelí s největším úbytkem (absolutní hodnota Gibbsovy energie oxidu Al 2 O 3 je významně vyšší, než absolutní hodnota Gibbsovy energie oxidu Cr 2 O 3. K objasnění příčinné souvislosti úbytků celé série osmi keramických filtrů jsme proto použili semiempirickou rovnici ( M ) = GMx / yo.( M xoy ) hm. zlomek výchozí, (1) x O y hm.% úbytek pomocí níž byla celá experimentálně odzkoušená série osmi filtrů seřazena podle Gibbsovy energie oxidu, který tvoří bázi příslušného filtru. Zhodnocení výsledků experimentů a měření Tabulka 2 Data jednotlivých keramik filtrů stanovená podle tabulky 1, rovnice (1) a liter. [3] Číslo filtru Typ filtru G MxOy GMx / yo.( M xoy ) hm. zlomek výchozí (kcal/mol M x O y ) [kcal/(mol O).(hm.zl.)] [hm.%] 1 Al 2 O 3 273,1 (91,3)* 74,46,25 2 Cr 2 O 3 174,6 (58,2)* 46,14 76,66 3 TiO 2 155,9 (77,95)* 59,11 15,97 4 ZrO 2 191,9 (95,95)* 73,43 8,45 5 SiO 2 153,3 (76,65)* 65,85 13,19 6 RK5 podle složení **) 82,38 5,9 7 3Al 2 O 3.2 SiO 2 podle složení***) 81,86 9,19 8 MgO.Al 2 O 3 podle složení +) 84,8 2,75 ( M x O y ) hm.% úbytek Poznámky k tab. 2: *) redukováno na mol kyslíku; **) stanoveno podle změřeného chemického složení oxidu Al 2 O 3 a SiO 2 ve filtru RK5 viz poznámka u tabulky 1; ***) stanoveno podle oxidů Al 2 O 3 a SiO 2 s redukcí na mol O; +) podle oxidů MgO, Al 2 O 3 na mol (atom) O; G =15, 2 kcal/mol [3]. MgO Hodnoty Gibbsovy energie jednotlivých oxidů tvořících bázi série osmi keramických filtrů byly převzaty z literatury [3] pro teplotu 15 K a jsou uspořádány v tabulce 2. K výpočtu podle semiempirické rovnice (1) byly redukovány na jedem mol (atom) kyslíku v oxidu tvořícím bázi příslušného typu filtru (tabulka 2) a poté násobeny změřeným hmotnostním zlomkem oxidu tvořícím bázi daného typu filtru a spolu s úbytkem zaneseny též do tabulky 2. 4

5 U těch typů keramických filtrů jejichž bázi tvoří více než jeden typ oxidu byla hodnota příslušné Gibbsovy energie stanovena podle výsledků analýz chemického složení keramiky v tabulce 1 (šlo o filtry číslo 6, 7 a 8). Rostoucí termodynamická stabilita hlavní oxidické složky použitých keramických filtrů je pro názornost uvedena též na obr. 3. Z grafu názorně plyne, že stabilita základní oxidické složky příslušného typu keramického filtru roste v pořadí filtrů Cr 2 O 3, TiO 2, SiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3, 3 Al 2 O 3.2SiO 2, RK5, MgO.Al 2 O 3,. Nejvyšší hodnotu Gibbsova energie báz keramiky - (kcal / mol O).(hm.zl.) Cr2O3 TiO2 SiO2 ZrO2 Al2O3 Báze keramiky filtru 3Al2O3.2 SiO2 RK5 Obr. 3 Vztah Gibbsovy energie k filtru MgO.Al2O3 Gibbsovy energie stanovené podle rovnice (1)-její pravé strany, má filtr MgO.Al 2 O 3. Dalším cílem práce bylo stanovit, do jaké míry ovlivňuje chemické složení k filtraci použitých keramických filtrů výslednou mikročistotu filtrované oceli. Tato mikročistota byla stanovena kvantitativně dvojím způsobem, zevrubně popsaným ve výzkumné zprávě [2]: a) Při prvním způsobu byl na 49 zorných polích stanoven průměrný počet vměstků připadajících na jeden mm 2 plochy metalografického výbrusu (byla použita metoda vypracovaná pro účely přejímek speciální vojenské techniky [2]); b) Při druhém způsobu byla aplikována kvantitativní metoda měření mikročistoty oceli podle DIN 5 62 na stupnici řady K. Mikročistota filtrované oceli (vměstků / mm čtvereční) Al2O3 RK5 TiO2 ZrO2 Cr2O3 SiO2 NF*) Báze keramického filtru (dezoxidace Mn+Si) MgO.Al2O3 3Al2O3.2SiO2 Mikročistota filtrované oceli (dle DIN K) Al2O3 Cr2O3 RK5 NF*) ZrO2 SiO2 Báze keramického filtru (dezoxidace Mn+ Si) MgO.Al2O3 3Al2O3.2SiO2 TiO2 Obr. 4 Vliv keramických filtrů na čistotu měřenou jako: počet vměstků/mm 2 Obr. 5 Vliv keramických filtrů na čistotu měřenou podle DIN 5 62 stupnice K V obou případech byla měřena mikročitota oceli filtrované celou sérií keramických filtrů vzhledem k oceli nefiltrované, značené NF*). a) Kvantitativní metalografickou analýzou mikročistoty bylo proměřením 49 zorných polí na každém vzorku filtrované oceli stanoveno pořadí filtrů vzhledem k mikročistotě nefiltrované oceli - NF, vyjádřené počtem vměstků na mm 2 plochy metalografického výbrusu, je na obr. 4. Z grafického znázornění plyne, že prvních šest filtrů Al 2 O 3, RK5, TiO 2, ZrO 2, Cr 2 O 3 a SiO 2 zajišťuje mikročistotu oceli během filtrace lepší než má nefiltrovaná ocel NF*). Zbývajícím dvěma typům filtrů MgO.Al 2 O 3 a 3Al 2 O 3.2SiO 2 odpovídá po filtraci mikročistota filtrované oceli horší než nefiltrované oceli NF*). Rozdíl mikročistoty oceli 5

6 filtrované prvními dvěma filtry Al 2 O 3 a RK5 s vysokou termodynamickou stabilitou a posledními dvěma filtry MgO.Al 2 O 3 a 3Al 2 O 3.2SiO 2 činí téměř dvojnásobek (obr. 4 viz mikročistota oceli při použití prvních dvou filtrů a posledních dvou filtrů). Při tomto měření byly registrovány společně oxidické i sulfidické vměstky od velikosti 5 µm a větší. b) Kvantitativní analýzou mikročistoty podle normy DIN 5 62 s hodnocením podle stupnice K, která hodnotí společně oxidy a sulfidy a též podíl jemných vměstků, je pořadí keramických filtrů podle dosažené mikročistoty filtrované oceli znázorněno na obr. 5. (Poznamenejme, že citovaná norma DIN 5 62 rozlišuje podle rostoucí velikosti vměstků ve sledovaném počtu zorných polí deset stupňů K (nejjemnější), K1, K2, K3, K4, ). Z obr. 5 plyne, že pouze tři keramické filtry Al 2 O 3, Cr 2 O 3 a RK5) zaručují lepší mikročistotu po filtraci podle stupnice jemných vměstků K než má nefiltrovaná ocel NF*). U zbývajících pěti typů keramických filtrů má ocel po filtraci horší mikročistotu než ocel nefiltrovaná. Rozdíl mikročistoty oceli filtrované prvními třemi filtry a zbývajícími pěti filtry činí pro stupnici K přibližně taktéž dvojnásobek nejlepších dosažených hodnot (obr. 5 viz mikročistota ocelí při použití prvních tří filtrů a posledních pěti filtrů). Hodnotíme-li mikročistotu oceli podle normy DIN 5 62, avšak například podle stupnice K3 zahrnující hrubší vměstky s vyloučením vměstků jemných, potom získáme graf na obr. 6. Na tomto grafu je pořadí prvních tří filtrů Al 2 O 3, RK5 a Cr 2 O 3 takové, že mikročistota těmito filtry filtrované oceli je lepší než oceli nefiltrované NF*). Zbývajícím pěti typům filtrů pak odpovídají hodnoty mikročistoty horší, než má nefiltrovaná ocel. Tento graf měření mikročistoty oceli podle DIN 5 62 K3 lze přibližně srovnat s měřením jehož výsledky jsou na obr. 4 neboť v obou případech byly na metalografických výbrusech měřeny hrubší vměstky. Porovnáme-li nyní výsledky kvantitativních analýz mikročistoty získané metodikou a) používanou v oblasti vojenské techniky, a původně značené TPZ-M23-89 [2] a dále metodikou b) podle DIN 5 62 K i K3, potom získáme v obou případech shodný výsledek, podle něhož mají největší filtrační účinnost keramické filtry s přímými otvory na bázi Al 2 O 3 a RK5. Filtrační účinnost mikročistoty je možno v tomto případě hodnotit srovnáním mikročistoty filtrované oceli s mikročistotou nefiltrované oceli (v takovém případě běží v podstatě o relativní filtrační účinnost). Podle použité metodiky hodnocení a) TPZ-M23-89 a metodiky hodnocení b) DIN 5 62 a změřených hodnot mikročistoty v práci [2] je možno v obecném případě vyjádřit filtrační účinnost vztahem ( i) ( i) (i) N nefiltrováno N filtrováno Účinnost filtrace keramického filtru M X O y =. 1 [%], (2) ( i) N kde Mikročistota filtrované oceli (dle DIN K3) Al2O3 RK5 Cr2O3 NF*) ZrO2 Báze keramiky filtru (dezoxidace Mn + Si) SiO2 Obr. 6 Vliv keramických filtrů na čistotu měřenou podle DIN 5 62 stupnice K3 nefiltrováno (i) N nefiltrováno je počet vměstků v oceli nefiltrované a MgO.Al2O3 3Al2O3.2SiO2 TiO2 (i) N filtrováno počet vměstků v oceli filtrované, který byl změřen vždy stejnou metodikou (i). Při měření mikročistoty metodikou a) získáme filtrační účinnosti pro vměstky od 5 µm a větší 6

7 Al 2 O (a) ( a) ( a) 48,6 27,3 3 =.1= 43,8 % a (3) ( a) 48,6 RK5 (a) ( 48,6 a ) ( a) 4,8 =. 1 = 16, %. (4) ( a) 48,6 Měříme-li mikročistotu metodikou b) na stupnici K, popřípadě K3 získáme filtrační účinnosti následovně při měření na stupnici K pro jemnější vměstky Al 2 O (b-k) ( b K ) ( b K ) =.1= 41,5 % a (5) ( b K ) 826 RK5 (b-k) ( b K ) ( b K ) =.1= 14,8 %. (6) ( b K ) 826 Měříme-li mikročistotu hrubších vměstků na stupnici K3 získáme filtrační účinnosti Al 2 O (b-k3) ( b K 3) ( b K 3) =.1= 75, % a (7) ( b K 3) 16 RK5 (b-k3) ( b K 3) ( b K 3) 16 8 =.1= 5, %. (8) ( b K 3) 16 Z orientačního výpočtu účinností filtrace jednotlivými typy filtrů je zároveň patrno, že účinnost korundového filtru je lepší než filtru vyrobeného pod označením RK5. Provedeme-li vzájemné srovnání filtrů při měření jednou a) i druhou metodikou b) K, pak získáme průměrné hodnoty účinnosti pro filtr Al 2 O 3 42,7 % a pro filtr RK5 15,4 %. Dále z porovnání účinnosti obou filtrů při filtraci jemnějších vměstků K a hrubších vměstků K3 plyne, že oba filtry, tj. filtr Al 2 O 3 i RK5, zachycují s větší účinností vměstky hrubší, než vměstky jemnější. Tato tendence, projevující se v růstu filtrační účinnosti s rostoucí velikostí vměstků je u obou filtrů pozorovatelná v rámci rostoucí posloupnosti stupnic K, K1, K2, K3 a K4. K demonstraci tohoto jevu jsou v tabulce 3 uspořádány původní změřené hodnoty mikročistoty nefiltrované oceli (NF) a oceli filtrované oběma typy keramických filtrů. Tabulka 3 Mikročistoty (změřené počty vměstků) nefiltrované oceli NF*) a oceli filtrované filtry Al 2 O 3 a RK5 [2] Metodika měření b) DIN 5 62 K K1 K2 K3 K4 nefiltrováno NF*) počet vměstků filtr Al 2 O 3 počet vměstků účinnost % podle (2) 41,5 59, 79,8 73,1 ( 11,1**) filtr RK5 počet vměstků účinnost % podle (2) 14,8 19,4 28, 5, 1, Poznámky: *) nefiltrovaný vzorek oceli; **) mikročistota nefiltrované oceli je u stupnice K4 (malý počet hrubších vměstků) v tomto případě lepší než oceli filtrované. Pro názornost je porovnání filtrační účinnosti obou filtrů (tj. Al 2 O 3 a RK5, pro počty vměstků při hodnocení podle normy DIN stupnice K až K4, číselně uvedených v tabulce 3) na obr. 7a a 7b. Z porovnání obou grafů plyne, že relativní filtrační účinnost se při filtraci oxidických i sulfidických vměstků s jejich 1 1 velikostí postupně zvyšuje. Oba filtry tedy 8 8 zachycují hrubší vměstky (stupnice K4) 6 6 účinněji než velmi jemné vměstky (stupnice K). Má-li i nefiltrovaná ocel velmi dobrou mikročistotu a obsahuje-li jen malý počet hrubších vměstků (velké jednotky až malé Účinnost filtrace Al2O3 fitru % Stupnice K až K4 Obr. 7a Filtr Al2O3 Účinnost filtrace RK5 filtru % Stupnice K až K4 Obr.7b Filtr RK5 7

8 desítky počtu vměstků) mohou být rozdíly mezi filtrovanou a nefiltrovanou oceli v rámci běžného statistického rozptylu měření. Z experimentálních výsledků série osmi keramických filtrů zároveň plyne, že lze z hlediska výsledné mikročistoty oceli očekávat značně rozdílnou filtrační účinnost jednotlivých typů filtrů. Jestliže použijeme k vzájemnému porovnání filtrační účinnosti jako srovnávacího měřítka mikročistotu nefiltrované oceli a zároveň rozdílné metodiky kvantitativního hodnocení této mikročistoty může se stát, že podle rozložení velikostního spektra nekovových vměstků vyhoví podmínce kladné relativní filtrační účinnosti keramického filtru rozdílně široké spektrum keramických filtrů. To je demonstrováno pomocí grafů na obr. 4 a 5. V prvém případě splnilo tuto podmínku šest typů filtrů, ve druhém pouze tři typy filtrů. (Poznamenáváme, že kladnou relativní filtrační účinností se rozumí v tomto případě lepší mikročistota filtrované oceli než mikročistota oceli nefiltrované). Závěr Bylo ukázáno, že podle termodynamické stability oxidických složek použité keramiky, které tvoří bázi jednotlivých keramických filtrů, je možno tyto speciálně připravené filtry seřadit do následující rostoucí posloupnosti termodynamické stability Cr 2 O 3, TiO 2, SiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3, 3Al 2 O 3.2 SiO 2, RK5 a MgO.Al 2 O. Experimentálně, srovnáním s nefiltrovanou ocelí, bylo na podkladě kvantitativních metalografických analýz mikročistoty zjištěno, že účinnost filtrace je ovlivňována termodynamickou stabilitou oxidických složek keramického filtru a je také závislá na použité metodě kvantitativního měření mikročistoty. Vyšší termodynamické stabilitě oxidické keramiky filtru odpovídá vyšší mikročistota filtrované oceli. Autoři děkují Grantové agentuře České republiky za podporu poskytnutou grantovými projekty 16/6/393, 16/8/66 a 16/8/1243 v rámci kterých mohl být příspěvek realizován a také prezentován. Literatura [1] REK, A. STRÁNSKÝ, K.: Filtrace tekuté oceli keramickými filtry, výsledky analýz část VII. Výzkumná zpráva: VOP-26 Šternberk, s.p., divize VTÚO Brno, 27, 39 s., 68 obrázků. [2] BELKO, J. STRÁNSKÝ, K.: Hodnocení mikročistoty filtrovaných ocelí (sady X/1 a X/2). Výzkumná zpráva: VOP-26 Šternberk, s.p., divize VTÚO Brno, 27, 7 s., 5 tab., 37 obrázků. [3] SMITHELLS, C.J.: Metals reference book, Volume I, Fourth edition. Butterworths, London 1967, 37 s. 8