Les pièces en acier moulé des centrales nucléaires sont soumises à des exigences élevées en matière de sécurité, de qualité de surface, de qualité interne et de propriétés mécaniques. Cependant, lors des opérations de fusion, de transfert et de coulée, des impuretés telles que des scories d'acier, des matériaux réfractaires de poche et des inclusions d'oxyde se mélangent inévitablement à l'acier en fusion. L'utilisation de filtres en céramique expansée pour filtrer l'acier en fusion permet d'éliminer ou de réduire efficacement la quantité de scories et d'inclusions, améliorant ainsi la pureté de l'alliage de coulée. Il en résulte des pièces moulées aux surfaces lisses, d'une qualité interne uniforme et fiable, aux performances stables, avec de faibles taux de rebut, des coûts de retouche réduits et des cycles de production plus courts.

En fonderie sable, le système d'alimentation et le système de masselottes étant déjà définis, la qualité de la pièce moulée dépend largement de la qualité de l'acier en fusion versé dans le moule. Or, cet acier contient inévitablement des scories issues de la fusion, ainsi que des matériaux réfractaires provenant de la poche de coulée et des inclusions d'oxyde formées lors de la coulée. Tous ces éléments peuvent engendrer des défauts dans la pièce moulée, réduisant potentiellement ses propriétés mécaniques, son usinabilité et son aspect, et entraînant en fin de compte des retouches ou sa mise au rebut. L'utilisation de filtres en céramique expansée pour purifier l'alliage en fusion et réduire, voire éliminer, ces inclusions est sans aucun doute une technique essentielle pour obtenir des pièces moulées de haute qualité.

Ce cas d'application provient d'un client de longue date de Xinda. Les pièces moulées produites sont en acier inoxydable austénitique, caractérisé par un poids d'alimentation élevé, une température de coulée élevée et une forte oxydation de l'alliage. Compte tenu de ces exigences opérationnelles complexes, les filtres en céramique alvéolaire Xinda ont été sélectionnés. Ce filtre possède une structure unique de mailles courbes interconnectées tridimensionnelles, offrant une porosité ouverte de 80 à 90 %. Il met en œuvre trois mécanismes de filtration et de purification : premièrement, l'interception mécanique, empêchant les inclusions plus grandes que la taille des mailles de pénétrer dans la cavité du moule ; deuxièmement, la rectification du laitier, où l'effet rectifiant du filtre maintient le système d'alimentation en amont plein, assurant un flux laminaire stable de l'acier fondu filtré, réduisant les réactions d'oxydation et de corrosion, facilitant ainsi la remontée et la capture des inclusions et réduisant la quantité d'inclusions secondaires en aval du filtre ; et troisièmement, l'adsorption profonde, où les fines inclusions pénétrant dans le filtre sont adsorbées sur la structure ou piégées dans des zones mortes grâce au contact total avec le réseau céramique tridimensionnel complexe. Grâce à ces trois mécanismes de filtration et de purification, il peut éliminer efficacement les grosses inclusions et une grande partie des minuscules inclusions en suspension, aussi petites que quelques dizaines de micromètres, des alliages de coulée en fusion, améliorant ainsi considérablement la qualité de la coulée.

Le corps de vanne moulé utilisé dans cette application doit répondre à des exigences de contrôle de qualité extrêmement élevées, avec les indicateurs spécifiques suivants :

Nom de la pièce moulée : Corps de soupape ;

Matériau : CF8M ;

Poids de l'acier en fusion : 1000 kg ;

Exigences en matière de contrôle non destructif : contrôle radiographique volumétrique à 100 % de la pièce moulée, niveau 1 pour les extrémités soudées, niveau 2 pour le reste ;

Les essais de pénétration de liquide (PT) à 100 % des surfaces extérieures et intérieures accessibles de la pièce moulée doivent satisfaire aux exigences suivantes :

Toute indentation linéaire ne dépassant pas 2 mm ;

La taille d'une seule indentation circulaire ne doit pas dépasser 4 mm ;

Indentations denses ne dépassant pas 2 mm dans une zone de 100 mm x 100 mm.

En fonction du débit par centimètre carré du filtre en céramique poreuse, deux filtres Xinda de 125 × 125 × 30 mm ont été sélectionnés et installés dans le canal horizontal. Afin de garantir la rationalité du procédé, la conception finale a été analysée à l'aide du logiciel de simulation MAGMA pour l'analyse de la solidification, l'analyse de l'écoulement dans le moule et les calculs de couplage entre l'écoulement et le transfert de chaleur. Les résultats de la simulation ont montré que le remplissage en acier fondu était régulier et qu'aucune projection d'acier fondu n'était observée dans la pièce moulée.

La vérification en production montre que l'utilisation d'un système d'alimentation avec filtre permet de filtrer et de purifier efficacement le métal en fusion de l'alliage de fonderie, d'éliminer ou de réduire les inclusions dans le métal en fusion de l'alliage de fonderie, d'améliorer la pureté du métal en fusion de l'alliage de fonderie, de produire des pièces moulées aux contours nets et à la structure uniforme, de réduire le taux de rebut, d'améliorer la qualité interne et de surface des pièces moulées, de réduire les coûts de retouche et d'améliorer significativement la qualité des pièces moulées.