專(zhuān)利名稱(chēng)：用于過(guò)濾熔融金屬的過(guò)濾器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過(guò)濾器的制造領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種用于過(guò)濾熔融金屬的過(guò)濾器及其制造方法。
背景技術(shù)：
金屬液的凈化對(duì)提高鑄件的力學(xué)性能起到重要作用。目前用于金屬液凈化的過(guò)濾裝置為陶瓷過(guò)濾器，可有效截獲金屬液中的有害雜質(zhì)并使金屬液由紊流變?yōu)閷恿鳎鸬絻艋途|(zhì)作用。陶瓷過(guò)濾器按照結(jié)構(gòu)可分為泡沫陶瓷過(guò)濾器和直孔陶瓷過(guò)濾器。目前用于鑄鋼的過(guò)濾器幾乎全部是泡沫陶瓷過(guò)濾器。在所有的熔融金屬用泡沫過(guò)濾器當(dāng)中，對(duì)于鑄鋼用泡沫過(guò)濾器的要求最高，這是由于鑄鋼熔融金屬有著較高的熔融溫度。在此溫度下，過(guò)濾器需要保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度、抗熱震性、和較低的比熱容。其中，影響抗熱震性的因素包括材料的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、材料固有強(qiáng)度、斷裂韌性等。一般地講，熱膨脹系數(shù)越小，材料因溫度變化而引起的體積變化小，相應(yīng)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力小，抗熱震性越好；熱導(dǎo)率大，材料內(nèi)部的溫差越小，由溫差引起的應(yīng)力差越小，抗熱震性越好；材料固有強(qiáng)度越高，承受熱應(yīng)力而不致破壞的強(qiáng)度越大，抗熱震性好。對(duì)于陶瓷材料而言,材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和幾何形狀也是影響因素。一般地講，材料組織相對(duì)疏松，有一定氣孔率，有適當(dāng)?shù)奈⒘鸭y存在，都可以提高斷裂能，使材料在熱沖擊下不致被破壞。但是材料組織相對(duì)疏松，也會(huì)降低材料的機(jī)械強(qiáng)度，因此在過(guò)濾器的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱震性之間容易存在矛盾。傳統(tǒng)的用于鑄鋼的泡沫過(guò)濾器的制備依賴(lài)于氧化鋯。例如CN200710139288. O即披露一種氧化鋯質(zhì)泡沫陶瓷過(guò)濾器。這是由于氧化鋯具有高的機(jī)械強(qiáng)度，即使采用多孔的泡沫結(jié)構(gòu)，也能保持良好的機(jī)械性能，但是，由于鋯是一種稀有金屬，雖然過(guò)濾效果好，其高昂的價(jià)格嚴(yán)重限制其在鑄鋼及其他高溫金屬液過(guò)濾領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，只是用于特種鋼或者高附加值的鋼或合金的鑄造。CN201010511259. 4涉及一種氧化釔泡沫陶瓷過(guò)濾器及其制備方法，與氧化鋯質(zhì)過(guò)
濾器一樣，其高昂的造價(jià)是使用廠家所難以接受的。CN1449312A公布了一種用于過(guò)濾熔融金屬的過(guò)濾器，過(guò)濾器包含開(kāi)孔多孔材料，該材料包含了與含碳結(jié)構(gòu)的膠粘劑粘結(jié)在一起的耐火材料粒子。該發(fā)明要求控制過(guò)濾器的燒成氣氛，以控制碳-碳粘結(jié)的質(zhì)量和水平，即在燒成開(kāi)始時(shí)，向燃燒室內(nèi)注入空氣，然后停止注入以保證燃燒室內(nèi)氧的合理水平，這種方法在生產(chǎn)上難以控制，容易造成產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定。另外，如果在耐火材料中不使用鋯，燒成中會(huì)出現(xiàn)較大的收縮，產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)降低，不能生產(chǎn)大的過(guò)濾器，且在燒成中有較大的氧化。另外，根據(jù)該專(zhuān)利的制備方法，為滿(mǎn)足鑄鋼液的過(guò)濾需要，也必須采用氧化鋯，采用其他原料作為陶瓷材料，所制得的過(guò)濾器的機(jī)械性能得不到要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于改進(jìn)熔融金屬過(guò)濾器的抗熱震性和高溫抗沖擊性的新的技術(shù)方案。在本發(fā)明的一般方面，用于過(guò)濾熔融金屬的泡沫過(guò)濾器包含粘接材料和被該粘接材料粘接在一起的陶瓷材料，所述粘接材料包含網(wǎng)絡(luò)狀碳連接的碳基體，所述陶瓷材料中一部分是球形顆粒材料。在具體的實(shí)施方式中，所述球狀顆粒材料是主要含氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦，氧化鎂、或含兩種這些氧化物的材料。作為優(yōu)選方式，氧化硅球狀材料加入量是陶瓷材料總重的f 10%。除氧化硅之外的其他球狀陶瓷材料的使用比例可以為陶瓷材料總重的1(Γ35%之間。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，過(guò)濾器的制備原料包含25-44%的陶瓷材料、56-75%的富碳材料，所述富碳材料包含上述粘接材料和無(wú)機(jī)碳，并且，不多于50%的陶瓷材 料以球狀顆粒形式引入。進(jìn)一步地，該無(wú)機(jī)碳是石墨，含量不超過(guò)過(guò)濾器總重的20%。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，該無(wú)機(jī)碳是石墨和炭黑的混合物，其中炭黑含量不超過(guò)過(guò)濾器總重的10%。作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選配方，制備原料以質(zhì)量份計(jì)主要由下列成分組成剛玉，10-18 ;氧化鋁粉，10-18 ;石墨，6-15 ;木質(zhì)素，15-25 ;炭黑，6_15 ;以及富碳粘結(jié)劑，20-40。其中，炭黑的用量?jī)?yōu)選不超過(guò)石墨的量。更優(yōu)選為石墨量的1/3 2/3。本發(fā)明還涉及上述過(guò)濾器的方法，包括下列步驟1)將包含陶瓷材料、粘接材料以及其他成分用液體載體配制成漿料；2)將配制好的漿料涂掛在開(kāi)孔多孔材料上形成至少一層耐火涂層；3)將形成耐火涂層的開(kāi)孔多孔材料任選地進(jìn)行浸潰處理；4)在還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。作為優(yōu)選方式，所述浸潰材料是樹(shù)脂、木質(zhì)素、纖維素、浙青或焦油中的一種或多種。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，在步驟2)和3)之間還包括在100-200°C之間干燥涂掛有耐火涂層的開(kāi)孔多孔材料。本發(fā)明通過(guò)將陶瓷材料的一部分以球形顆粒形式引入，意外地提高了熔融金屬過(guò)濾器的抗熱震性和高溫抗沖擊性。在本發(fā)明的其他方面，通過(guò)對(duì)配方、粒徑等進(jìn)行了優(yōu)選，進(jìn)一步改善了抗熱震性和抗壓強(qiáng)度。尤其通過(guò)向產(chǎn)品中引入了高比例的碳成分，不僅降低了成本，而且降低了產(chǎn)品的比熱容，易于啟動(dòng)過(guò)濾，不易導(dǎo)致熔融金屬在啟動(dòng)時(shí)的結(jié)晶。
具體實(shí)施例方式除非特別說(shuō)明，本文在提到成分比例時(shí)皆以質(zhì)量百分比計(jì)算。在本發(fā)明中，由粘接材料粘接的陶瓷材料可以是本領(lǐng)域中任何已知的耐火陶瓷材料，其提供過(guò)濾器所要求的對(duì)熔融金屬的侵蝕作用和高溫的耐受性。適用于本發(fā)明的耐火陶瓷材料的例子包括礬土、氧化鋁、鋯英粉、氧化鎂、莫來(lái)石、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、鋯剛玉、鋯剛玉莫來(lái)石、剛玉粉、粘土、葉臘石、硅灰石、藍(lán)晶石、硅線(xiàn)石、碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鈣、碳化鋁、尖晶石、阿隆、鎂阿隆、塞隆、塞隆-碳化硅、塞隆-剛玉-碳化硅、橄欖石、富鋁紅柱石等。這些材料的粒徑通常在200目以下，更優(yōu)選在325目以下。本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)在于，將部分的耐火陶瓷材料以球狀顆粒引入。引入球狀顆粒，能夠提高產(chǎn)品的抗熱震性和高溫抗沖擊性。所述高溫抗沖擊性是指在高溫下(例如對(duì)于鋼液過(guò)濾器而言，在例如1100°C下)耐受金屬熔融液的沖擊的性能。在典型的實(shí)施方式中，球狀顆粒材料是主要含氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦，氧化鎂、或含兩種前述氧化物的材料。上述球形陶瓷材料具有優(yōu)勢(shì)的可能的原因是，球狀材料具有低膨脹系數(shù)，能夠提高產(chǎn)品的抗熱震性。同時(shí)利于產(chǎn)品中材料的緊密堆積，使產(chǎn)品高溫抗熱沖擊性提高。在本發(fā)明的應(yīng)用例中，氧化硅球狀材料加入量基于陶瓷材料總重為f 10%，例如5 8%。發(fā)明人沒(méi)有嘗試加入更多的球狀氧化硅，這是由于擔(dān)心加入過(guò)多的氧化硅會(huì)不適當(dāng)?shù)亟档瓦^(guò)濾器的軟化溫度。其他陶瓷材料的使用比例可以為陶瓷材料總重的1(Γ35%之間，例如15 30%之間，再例如20 25%之間。粘接材料包括碳基體,其將耐火材料粘接在一起。粘接材料優(yōu)選是焦炭或者半焦炭的形式，其通過(guò)在無(wú)氧氣條件下將有機(jī)富碳材料加熱至50(Tll0(rC而得到。陶瓷材料與粘接材料相對(duì)比例的范圍可以是至少50%的耐火材料，不多于50%的粘接材料；在一種具體實(shí)施方式
中，使用至少55%的耐火材料，不多于45%的粘接材料，例如至少60%的耐火材料，不多于40%的粘接材料。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，用于過(guò)濾熔融金屬的過(guò)濾器的制備原料包含25-44%的陶瓷材料、56-75%的富碳材料。其中，不多于50%的陶瓷材料用球狀顆粒形式引入。富碳材料包含上述粘接材料和無(wú)機(jī)碳。在一種具體實(shí)施方式
中，該無(wú)機(jī)碳是石墨，含量不超過(guò)過(guò)濾器總重的20%;在另一種實(shí)施方式中，將石墨和炭黑配合使用具有有益技術(shù)效果。石墨具有良好的導(dǎo)熱性能，也具有較小的密度、良好的耐高溫性和化學(xué)穩(wěn)定性、耐侵蝕。但是，石墨的粒度較大，單獨(dú)使用時(shí)所得漿料的流動(dòng)性不佳，本發(fā)明選擇粒徑較小的炭黑，與粒度較大的石墨一起使用，可以填充在石墨的縫隙之間，有利于改善漿料的涂掛性。炭黑屬非晶質(zhì)碳素材料，易與金屬硅反應(yīng)，在鋼中難于溶解，可改善產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械性能和高溫性能。引入炭黑的另一個(gè)原因是用炭黑部分代替石墨，可以降低制備漿料時(shí)對(duì)水的需要量，改善漿料的流變性能。該高碳相充分利用了碳材料的高的耐火度、良好的導(dǎo)熱性、低的熱膨脹系數(shù)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和耐侵蝕性，使得制得的產(chǎn)品具有很好的抗熱震性、抗熱沖擊性、高的抗折強(qiáng)度等性能。同時(shí)碳的來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，可以降低過(guò)濾器的原料成本。在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施方式中，過(guò)濾器主要由剛玉、氧化鋁粉、石墨、炭黑、木質(zhì)素和上述粘接材料制成。在這里，將剛玉和氧化鋁粉搭配，用于形成過(guò)濾器中的非碳材料。剛玉具有高的莫氏硬度，賦予過(guò)濾器較高的剛性和機(jī)械強(qiáng)度。但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，單純使用剛玉，所形成漿料的涂掛性較差，即不利于漿料涂掛在下文提到的泡沫材料的表面?；旌弦匝趸X粉，則明顯提高漿料的涂掛性。剛玉的粒徑優(yōu)選在325目以下，氧化鋁粉的粒徑優(yōu)選在I一 10微米的范圍。本發(fā)明中，基于100份原料總量(不包含水)，優(yōu)選引入10-18份、更優(yōu)選13-16份的剛玉和10-18份、更優(yōu)選13-16份的氧化鋁粉。發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述非碳材料材料的引入總量不到40%，不低于20%，既可以保持過(guò)濾器的機(jī)械強(qiáng)度，也可以控制其重量和造價(jià)，最重要的是降低產(chǎn)品的比熱容，有利于在使用過(guò)程中金屬液的快速啟動(dòng)。剛玉與氧化鋁的合理搭配，可以改善產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)，有效提高產(chǎn)品的各項(xiàng)性能。在前述較佳實(shí)施方式中，基于100份原料總量(不包含水)，優(yōu)選引入6-15份、更優(yōu)選8-13份的石墨，優(yōu)選引入6-15份、更優(yōu)選8-13份的炭 黑。作為優(yōu)選方案，炭黑的用量不超過(guò)石墨的量，優(yōu)選小于石墨的用量，例如，其用量為石墨量的1/3 2/3。炭黑的用量超過(guò)石墨，在某些實(shí)施方式中可能會(huì)對(duì)過(guò)濾器的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生不利影響，最終降低過(guò)濾器的抗熱震性。本發(fā)明中使用的石墨的粒徑通常在200目以下，典型地在325目以下，這樣，相應(yīng)地使用粒徑在粒徑更小的炭黑。在使用平均粒徑ΙΟΟμπι左右的石墨的情況下，可以使用粒徑為1(Γ50μπι的炭黑。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，使用了平均粒徑在5(Γ70μπι的石墨，相應(yīng)地使用粒徑在5 15 μ m范圍的炭黑。本發(fā)明更優(yōu)選使用含量大于99. 0%，粒度小于10微米的炭黑。發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，使用更小顆粒的炭黑，即粒徑在10(T900nm、更優(yōu)選在10(T500nm之間的炭黑，所得過(guò)濾器的抗熱震性被提高。不希望受理論的束縛，一個(gè)可能的原因是較小的炭黑粒徑提高了過(guò)濾器的導(dǎo)熱性能。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在原料配方中引入金屬硅粉和/或鋁粉。金屬硅有利于提高產(chǎn)品的抗氧化性。加入少量鋁粉可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品的常溫耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度。另外，金屬Al/Si釋放出的一氧化硅、一氧化鋁氣體遇氧氣或二氧化碳?xì)怏w會(huì)反應(yīng)生 成氧化鋁和氧化硅，沉積在氣孔內(nèi)的固體表面上，堵塞氣孔，有利于抗氧化性的提高。在本發(fā)明中，硅粉和鋁粉的引入量合計(jì)在廣5%之間。在存在金屬硅的情況下，優(yōu)選在富碳材料中包含炭黑，炭黑粒度優(yōu)選小于10微米。炭黑屬非晶質(zhì)碳素材料，易與金屬硅反應(yīng)，在鋼中難于溶解，可改善產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械性能和高溫性能。一般地，將上述各成分與液體載體混合，形成漿料。所使用的液體載體可以水、甲醇、乙醇、石油醚等，實(shí)際使用中水是優(yōu)選的。漿料中還可以包含少量的其他助劑，例如懸浮劑、消泡劑、濕潤(rùn)劑、分散劑、活性劑等等。這些助劑是現(xiàn)有技術(shù)所已知的。接下來(lái)，將配制好的漿料涂掛在泡沫材料上形成至少一層耐火涂層。泡沫材料例如為聚氨酯泡沫，用于為過(guò)濾器提供多孔，使得制成的過(guò)濾器中包含不規(guī)則或隨機(jī)分布的孔，這些孔作為熔融金屬的通道。這些孔可以全部或部分互通或可以有多個(gè)通道，使熔融金屬通過(guò)。在涂掛后，優(yōu)選將涂有漿料的泡沫材料進(jìn)行烘干，烘干后的產(chǎn)品進(jìn)行浸潰處理。所述浸潰處理，是指用含有樹(shù)脂、木質(zhì)素、纖維素、浙青或焦油的稀溶液浸潰中的干燥的坯體。作為替換方式，該浸潰步驟也可以在燒結(jié)之后進(jìn)行。通過(guò)浸潰工藝使制品開(kāi)口氣孔降低，殘?zhí)刻岣?，從而提高產(chǎn)品的常溫/高溫強(qiáng)度、抗熱震性和抗熱沖擊性。為更好的提高浸潰效率，可采用專(zhuān)用真空一壓力油浸設(shè)備。即將烘干好的產(chǎn)品放入容器中，蓋上容器蓋，抽真空注入浸潰料并保壓一段時(shí)間。接下來(lái)，在惰性氣氛或者還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度適宜控制在5000C 1100°C。在燒結(jié)之前，可選地在100-200°C之間干燥涂掛有耐火涂層的開(kāi)孔多孔材料。
實(shí)施例1
將38wt%鋯莫來(lái)石粉、38 wt %的浙青、20%的球形氧化鈦、O. 5%的金屬硅粉和O. 5%的鋁粉、1. 5 wt %分散劑和1.5 wt %活性劑中加入水制成漿料。將該漿料用來(lái)涂覆切割好的50*50*22、10PPI聚氨酯泡沫。涂掛好漿料的泡沫進(jìn)行干燥后再用稀釋的漿料進(jìn)行噴涂后再干燥，干燥后的產(chǎn)品采用170°C左右的浙青在真空氣氛下進(jìn)行浸潰，然后在950°C下進(jìn)行燒結(jié)，得樣品。將樣品放入馬弗爐中在1100°C中保溫10分鐘，取出后立即放在常溫的水中，進(jìn)行抗熱震性試驗(yàn)，反復(fù)操作，進(jìn)行8次后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為1. 35Mpa。以50kg、1630°C、澆注壓頭為500mm的鋼水進(jìn)行澆注試驗(yàn)，檢測(cè)樣品經(jīng)受住澆注不破損。比較例I
重復(fù)實(shí)施例1，不同之處在于，氧化鈦是普通粉末粉末，粒徑是Γ4μπι的粉末。進(jìn)行6次熱震性試驗(yàn)后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為1.03Mpa。實(shí)施例2
將19%的尖晶石粉、42%的浙青、35%的剛玉粉(其中一半為球形材料)、3%硅溶膠、O. 5%金屬鋁粉、O. 5%的分散劑混合。用高效混料器把粉料及水混合制成漿料，該漿料用來(lái)涂覆 50*50*22、10PPI聚氨酯泡沫。涂掛好的泡沫進(jìn)行干燥后再用稀釋的漿料涂掛一次后再干燥，然后產(chǎn)品采用液體酚醛樹(shù)脂進(jìn)行浸潰處理，最后在1000°C下進(jìn)行燒結(jié)，得樣品。將樣品在馬弗爐中在1100°C中保溫10分鐘，取出后立即放在常溫的水中，進(jìn)行抗熱震性試驗(yàn)，反復(fù)操作，進(jìn)行8次后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為2. 20Mpa。在1630°C下50公斤鋼水進(jìn)行澆注試驗(yàn)，產(chǎn)品沒(méi)有破碎，澆注壓頭為650mm。比較例2
重復(fù)實(shí)施例2，不同之處在于，剛玉粉是普通粉末。粒徑是的粉末。進(jìn)行3次熱震性試驗(yàn)后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為1. 55Mpa。在澆注壓頭為650mm，1630°C下50公斤鋼水進(jìn)行澆注試驗(yàn)，產(chǎn)品出現(xiàn)局部破碎。實(shí)施例3
將27%的塞隆-碳化硅粉、18%石墨、42. 5%的浙青、10%的球形氧化鋯、2%活性二氧化娃、O. 5%的分散劑混合。用一個(gè)高效混料器把上述材料及水混合制成一定黏度的衆(zhòng)料?；熘频臐{料用來(lái)涂覆50*50*22、10PPI聚氨酯泡沫。涂掛好的聚氨酯泡沫進(jìn)行干燥后再用稀釋的漿料噴涂一次后再干燥，然后產(chǎn)品采用焦油進(jìn)行浸潰處理，在800°C下在無(wú)氧氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，得樣品。將樣品在馬弗爐中在1100°C中保溫10分鐘，取出后立即放在常溫的水中，進(jìn)行抗熱震性試驗(yàn)，反復(fù)操作，進(jìn)行10次后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為1. 63Mpa。在1630°C下進(jìn)行鋼水澆注試驗(yàn)，產(chǎn)品沒(méi)有破碎。比較例3
重復(fù)實(shí)施例3，不同之處在于，氧化鋯為普通粉末，粒徑為5 10 μ m。進(jìn)行3次熱震性試驗(yàn)后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為1. 43Mpa。在1630°C下進(jìn)行鋼水澆注試驗(yàn)，產(chǎn)品出現(xiàn)裂紋。實(shí)施例4
將20%的納米鋯剛玉粉、19%的球形氧化鋁粉、15%的石墨、10%的炭黑、34%的浙青，1%金屬硅粉、O. 5%的分散劑和O. 5%活性劑的混合物用水形成漿料?；熘频臐{料用來(lái)涂覆50*50*22、10PPI聚氨酯泡沫。涂掛好的聚氨酯泡沫進(jìn)行干燥后再用稀釋的衆(zhòng)料噴涂一次后再干燥，然后產(chǎn)品采用焦油進(jìn)行浸潰處理，在800°C下在無(wú)氧氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，得樣品。將樣品在馬弗爐中在1100°C中保溫10分鐘，取出后立即放在常溫的水中，進(jìn)行抗熱震性試驗(yàn)，反復(fù)操作，進(jìn)行12次后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為2. lOMpa。在1630°C下進(jìn)行鋼水澆注試驗(yàn)，產(chǎn)品沒(méi)有破碎。比較例4
重復(fù)實(shí)施例4，不同之處在于，使用普通氧化鋁粉，粒徑為3飛μ m。樣品進(jìn)行5次熱震性試驗(yàn)后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為1.82Mpa。在1630°C下進(jìn)行鋼水澆注試驗(yàn)，產(chǎn)品局部破碎。 實(shí)施例5
采用納米葉臘石40% (其中一半為球形顆粒)、石墨15%、浙青40%、硅溶膠2%、聚乙烯醇1%、球形熔融硅微粉4%，在一個(gè)高速混料機(jī)內(nèi)依次加入上述粉料和水制成漿料，然后涂掛于50*50*22、10PPI的聚氨酯海綿上干燥,最后于900°C無(wú)氧氣氛下燒結(jié),得樣品。將樣品在馬弗爐中在1100°C中保溫10分鐘，取出后立即放在常溫的水中，進(jìn)行抗熱震性試驗(yàn)，反復(fù)操作，進(jìn)行6次后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為1. 35Mpa。在1630°C下進(jìn)行鋼水澆注試驗(yàn)，產(chǎn)品沒(méi)有破碎。比較例5
重復(fù)實(shí)施例5，不同之處在于，葉臘石是普通粉末，粒徑為2 10 μ m。進(jìn)行3次熱震性試驗(yàn)后，過(guò)濾器開(kāi)裂。常溫耐壓強(qiáng)度為1. 02Mpa。在1630°C下進(jìn)行鋼水澆注試驗(yàn)，產(chǎn)品出現(xiàn)破碎。實(shí)施例6-13
按表I是配方制成尺寸為50 * 50 * 15mm的過(guò)濾器，對(duì)所得過(guò)濾器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。表2中，常溫耐壓強(qiáng)度是按照GB/T25139-2010測(cè)得，反映過(guò)濾器的機(jī)械強(qiáng)度。常溫耐壓強(qiáng)度越高，過(guò)濾器在運(yùn)輸和使用過(guò)程中越不易破損。另外，通常來(lái)說(shuō)，常溫耐壓強(qiáng)度越高，過(guò)濾器的高溫耐壓強(qiáng)度會(huì)越高。密度反映過(guò)濾器的比熱容。密度越小，過(guò)濾器在過(guò)濾器熔融金屬時(shí)吸收的熱量會(huì)越小，熔融金屬發(fā)生凝固的可能性會(huì)越小。表I實(shí)施例6-13原料配比表
權(quán)利要求
1.一種用于過(guò)濾熔融金屬的泡沫過(guò)濾器，包含粘接材料和被該粘接材料粘接在一起的 陶瓷材料，所述粘接材料包含網(wǎng)絡(luò)狀碳連接的碳基體，所述陶瓷材料中一部分是球形顆粒 材料。
2.如權(quán)利要求I所述的過(guò)濾器，所述陶瓷材料是選自礬土、氧化鋁、鋯英粉、氧化鎂、鋯 莫來(lái)石、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、鋯剛玉、鋯剛玉莫來(lái)石、剛玉粉、粘土、葉臘石、硅灰石、藍(lán) 晶石、硅線(xiàn)石、尖晶石、阿隆、鎂阿隆、塞隆、塞隆-碳化硅、塞隆-剛玉-碳化硅、和橄欖石中 的一種或多種。
3.如權(quán)利要求I所述的過(guò)濾器，其中，所述球狀顆粒材料是主要含氧化硅、氧化鋁、氧 化鋯、氧化鈦，氧化鎂、或含兩種這些氧化物的材料。
4.如權(quán)利要求3所述的過(guò)濾器，其中，氧化硅球狀材料加入量是陶瓷材料總重的 I 10%。
5.如權(quán)利要求3所述的過(guò)濾器，其中，除氧化硅之外的其他球狀陶瓷材料的使用比例 為陶瓷材料總重的10 35%之間。
6.如權(quán)利要求I所述的過(guò)濾器，其中，所述粘接材料由浙青、焦油、和富碳樹(shù)脂的一種 或多種在無(wú)氧條件下加熱至500-110(TC形成。
7.如權(quán)利要求I所述的過(guò)濾器，其中，過(guò)濾器的制備原料包含25-44%的陶瓷材料、 56-75%的富碳材料，所述富碳材料包含上述粘接材料和無(wú)機(jī)碳，并且，不多于50%的陶瓷材 料以球狀顆粒形式引入。
8.如權(quán)利要求7所述的過(guò)濾器，其中，該無(wú)機(jī)碳是石墨，含量不超過(guò)過(guò)濾器總重的20%。
9.如權(quán)利要求7所述的過(guò)濾器，其中，該無(wú)機(jī)碳是石墨和炭黑的混合物，其中炭黑含量 不超過(guò)過(guò)濾器總重的10%。
10.如權(quán)利要求7所述的過(guò)濾器，其中，制備原料以質(zhì)量份計(jì)主要由下列成分組成剛玉，10-18 ；氧化招粉，10-18 ；石墨,6-15 ；木質(zhì)素，15-25 ；炭黑，6-15 ；富碳粘結(jié)劑，20-40。
11.如權(quán)利要求10所述的過(guò)濾器，其特征在于，炭黑的用量不超過(guò)石墨的量。
12.如權(quán)利要求11所述的過(guò)濾器，其特征在于，炭黑的用量為石墨量的1/3 2/3。
13.如權(quán)利要求10所述的過(guò)濾器，其特征在于，炭黑的粒徑小于10微米。
14.如權(quán)利要求13所述的過(guò)濾器，其特征在于，炭黑的粒徑在10(T900nm之間。
15.如權(quán)利要求14所述的過(guò)濾器，其特征在于，炭黑的粒徑在10(T500nm之間。
16.如權(quán)利要求7至15任一項(xiàng)所述的過(guò)濾器，進(jìn)一步包含f5%的硅粉和/或鋁粉。
17.如權(quán)利要求16所述的過(guò)濾器，其中，在富碳材料中包含炭黑，炭黑粒度小于10微米。
18.用于生產(chǎn)權(quán)利要求I至15任一項(xiàng)所述的過(guò)濾器的方法，包括下列步驟1)將包含陶瓷材料、粘接材料以及其他成分用液體載體配制成漿料；2)將配制好的漿料涂掛在開(kāi)孔多孔材料上形成至少一層耐火涂層；3)將形成耐火涂層的開(kāi)孔多孔材料任選地進(jìn)行浸潰處理，4)在還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述浸潰材料是樹(shù)脂、木質(zhì)素、纖維素、浙青或焦油中的一種或多種。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在步驟2)和3)之間還包括在100-200°C之間干燥涂掛有耐火涂層的開(kāi)孔多孔材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于過(guò)濾熔融金屬的泡沫過(guò)濾器，包含粘接材料和被該粘接材料粘接在一起的陶瓷材料，所述粘接材料包含網(wǎng)絡(luò)狀碳連接的碳基體，所述陶瓷材料中一部分是球形顆粒材料。本發(fā)明通過(guò)將陶瓷材料的一部分以球形顆粒形式引入，意外地提高了熔融金屬過(guò)濾器的抗熱震性和高溫抗沖擊性。在本發(fā)明的其他方面，通過(guò)對(duì)配方、粒徑等進(jìn)行了優(yōu)選，進(jìn)一步改善了抗熱震性和抗壓強(qiáng)度。尤其通過(guò)向產(chǎn)品中引入了高比例的碳成分，不僅降低了成本，而且降低了產(chǎn)品的比熱容，易于啟動(dòng)過(guò)濾，不易導(dǎo)致熔融金屬在啟動(dòng)時(shí)的結(jié)晶。
文檔編號(hào)B01D39/14GK102989235SQ20121057367
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者祝建勛, 劉敬浩, 楊淑金 申請(qǐng)人:濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司