專利名稱:一種鑄鋼陶瓷過慮器及快速燒成工藝的制作方法
本發(fā)明屬于鑄造領(lǐng)域。
泡沫陶瓷過濾技術(shù)起源于七十年代末，根據(jù)《Trans AFs》1978 Vol 186 P479-486，1980 Vol 188 P595-600和《modern Casting》1979 No 3 P64-65介紹，鋁合金泡沫陶瓷過濾器1978年開始用于鋁合金鑄件的過濾，并取得了良好的效果。盡管這項技術(shù)在鋁合金上應(yīng)用了多年，但對于黑色金屬還是一項新的領(lǐng)域，文獻(xiàn)《Casting engineering & Foundry world》1984 Fall P39-40，《Foundzy M&T》Jan 1985 P72-73指出，1984年美國Conso-Licated鋁合金公司首先使用在高溫下充分燒結(jié)的“selee/Fe”泡沫陶瓷過濾器過濾普通碳鋼和馬氏體時效硬化不銹鋼取得了滿意的結(jié)果?！禩rans AFS》1985 Vol 193 P867-870，P177-182，P171-176等文獻(xiàn)研究了泡沫陶瓷過濾器的使用方法，以及對鑄鋼性能的影響和擋渣機理。上述文獻(xiàn)表明用泡沫陶瓷過濾器過濾鑄鋼對去除熔煉和充型過程中形成的非金屬夾雜物具有明顯效果，能降低鑄件廢品率和焊補率，提高鑄件各方面的性能(機械性能、機加工性能等)。而過濾的關(guān)鍵在于過濾器，它決定了過濾效果，所以過濾器的制造工藝就成為鑄造過濾技術(shù)的一個中心環(huán)節(jié)，該制造工藝的優(yōu)劣影響了鑄件的成本，經(jīng)濟適用的過濾器制作工藝，能降低的過濾器的成本，是過濾器推廣應(yīng)用的必要條件。傳統(tǒng)的制作工藝是將泡沫陶瓷過濾器在燒結(jié)點以上的溫度下保溫數(shù)小時(參見美國專利3962081，3845181，4056586，3947363)，這樣消耗了大量的能源，增加了成本;現(xiàn)在的國外鑄鋼泡沫陶瓷過濾器是采用剛玉、氧化或碳化硅燒結(jié)而成(參見《Trans AFS》1985 Vol 193 P867-870，《Foundry Jrade Journal》Jan 17 1985 P15-21，這些耐火材料具有較高的成本，按我國耐火材料價格粗略計算，生產(chǎn)成本是我們研制泡沫陶瓷過濾器的五倍以上。
本發(fā)明的泡沫陶瓷過濾器是借助于疏松多孔、親水而柔軟的聚胺脂泡沫塑料制成的，這種泡沫材料有大量相互連通的孔隙，孔隙四周環(huán)繞著網(wǎng)狀的柔軟泡沫材料，所使用的泡沫塑料每厘米5～7個孔，確保必要的過濾表面，使泡沫塑料的厚度為20-25厘米，孔隙率＞90%。
制作過濾器所使用的陶瓷材料主要根據(jù)被過濾金屬液的需要來決定，最終制成的過濾器能低抗鋼水的沖擊和侵蝕。本發(fā)明所采用的過濾器材料是以高鋁礬土為主，輔加少量耐火粘土、Mgo、Tio2、Y2o3、Ceo2等氧化物。高鋁礬土主要含Al2O3和SiO2，在高溫下燒結(jié)形成莫來石和剛玉相，具有很高的耐火度和熱震穩(wěn)定性，而且在我國蘊藏量豐富，價格遠(yuǎn)低于剛玉、氧化釘和碳化硅。通常，漿料含水10～30%，以保證漿料具有一定的流動性;耐火粘土是一種理想的添加劑，一方面具有流變功能，使?jié){料具有所需的觸變性能，另一方面節(jié)省陶瓷成分，對燒結(jié)起一定促進作用;加入少量MgO、Y2O3，在高溫下，分別與氧化鋁發(fā)生固相反應(yīng)，在顆粒的接觸表面形成MgO·Al2O3(尖晶石)和3Y2O3·5Al2O3相，包裹在氧化鋁顆粒表面，使氧化鋁晶粒之間接觸和質(zhì)點的擴散受到阻障，抑制了氧化鋁晶粒的長大，最終使制品具有微晶組成的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高了強度，一般加入量為MgO0.2-1.5%，Y2O30.5～2%;在漿料中加入0.2-1%的TiO2，燒結(jié)成過程中TiO2與主晶相氧化鋁形成置換型固溶體，由于Ti+4離子的電價比Al+3離子高，故造成了氧化鋁晶格的缺位，缺位附近的質(zhì)點所受的束縛力減弱而處于活化狀態(tài);這樣就有利于質(zhì)點遷移擴散，同時高價Ti+4離子在高溫下還會發(fā)生變價，變成低價的Ti+3離子，進一步增加了晶格缺陷而活化了晶格，從而大大促進了燒結(jié)。0.2-1%CeO2能降低Al2O3-SiO2的共熔點，對燒結(jié)起促進作用;此外還加入適量的Al(H2PO4)3作為中溫粘結(jié)劑，保證陶瓷體在完全燒結(jié)以前具有足夠的強度而不致于變形破壞。將上述各種材料均勻混合，加入濃度為50～70的Al(H2PO4)3水溶液，充分?jǐn)嚢?。制備好陶瓷漿料以后，將泡沫塑料浸入漿料中使之飽和，并不斷揉搓，使陶瓷漿均勻地分布在整個泡沫材料內(nèi)，再擠掉多余的陶瓷漿，使泡沫塑料絲狀體上留下一層很薄的漿液，然后將浸上漿料的坯體干燥，加熱燒掉有機泡沫，燒結(jié)陶瓷涂層，由此生產(chǎn)出具有復(fù)雜互連通孔的，其外形如泡沫塑料的陶瓷體。泡沫陶瓷過濾器可根據(jù)過濾工藝要求制成任何所需的形狀、大小。本發(fā)明鑄鋼泡沫陶瓷過濾器所使用的主要材料價格低兼，在我國有豐富的資源，便于推廣使用。
本發(fā)明干燥坯體的方法有兩種，一種是在100℃下烘干2小時，另一種是在大氣下自然干燥24小時;干燥后將坯體加熱到300～500℃下保溫0.5～1小時，使聚氨脂泡沫發(fā)揮、燃燒，此段升溫速度2～7℃/分鐘為宜;隨后快速升溫(盡量快)至1500～1600℃保溫2-10分鐘，最后得到完全燒結(jié)的陶瓷制品。
本發(fā)明和國外現(xiàn)有泡沫陶瓷過濾器相比，具有成本低，制作周期短等特點。這種鑄鋼泡沫陶瓷過濾器可以用于過濾碳鋼、不銹鋼，對去除在熔煉和充型過程中產(chǎn)生的一次非金屬夾雜和二次氧化夾雜有明顯效果。使用泡沫陶瓷過濾器過濾鑄鋼件，能降低廢品率和焊補率，提高鑄件內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量，增加鋼水的收得率和成品率;提高鑄件韌性指標(biāo)，改善其組織均勻性;減少機加工刀具損耗。從而減少了能耗，提高勞動生產(chǎn)率。和其他種類的過濾器相比(如蜂窩直孔型、芯型、網(wǎng)型等過濾器)，泡沫陶瓷過濾器具有過濾效果好，對合金無污染等特點。
在我國，鑄鋼件(或鑄錠)的過濾，特別是大型鑄鋼件的過濾問題，一直未得到滿意的解決，本發(fā)明的泡沫陶瓷過濾器目前已過濾400公斤的高溫鋼水(澆注溫度1650℃)，通過對澆注過程的觀察和過濾后對過濾器的檢查，發(fā)現(xiàn)正確地使用泡沫陶瓷過濾器不會對鋼水充型造成明顯的阻礙，過濾器在澆注后完好無損，可望用于更大的鑄鋼件過濾。本發(fā)明的鑄鋼泡沫陶瓷過濾器不僅能用于型內(nèi)過濾也能用于型外過濾，為我國大型鑄鋼件(或鑄錠)的過濾提供了良好的發(fā)展前景和可靠的保證。本發(fā)明泡沫陶瓷過濾器，在使用時，僅須在原有鑄造工藝的基礎(chǔ)上做簡單的修正，使用十分方便。
實施例使用22毫米厚的聚氨脂泡沫塑料，每厘米6個孔，使用陶瓷漿料有下列成分80-95%的高鋁礬土(特級)，7-17%耐火粘土，0.2-1.5%MgO、0.5-2%Y2O3，0.2-1%TiO2，0.2-1%CeO2，添加10～30%濃度為50～70%的Al(H2PO4)3水溶液。將泡沫塑料浸入漿料，揉搓以除去空氣，使孔洞充滿漿料，泡沫纖維絲也涂掛上了漿料，擠出孔洞內(nèi)多余的漿料，使纖維絲上均勻地涂掛上一層陶瓷漿料。泡沫陶瓷坯體在80-120℃下烘干1-3小時，以3-6℃/分鐘的加熱速度升溫至400℃，保溫0.5-0.6小時，以驅(qū)除水份，使泡沫塑料揮發(fā)以至燒掉，而不破壞坯體的形狀，隨后以盡量快的速度加熱到1500-1600℃保持2-10分鐘，使陶瓷體充分燒結(jié)，而后爐冷至200℃左右，取出坯體，即具有聚氨脂泡沫形狀的泡沫陶瓷過濾器。
最終泡沫陶瓷過濾器的性能及規(guī)格參數(shù)如下常溫抗壓強度 93.5牛頓/厘米2常溫抗彎強度 50.0牛頓/厘米2高溫抗壓強度(1000℃下) 82.8牛頓/厘米2耐火度 ≥1750℃發(fā)氣性 3.1厘米3/克真比重 2.34克/厘米3結(jié)構(gòu)均勻性 良好厚度 22毫米孔洞數(shù) 6孔/厘米孔隙率 80%
權(quán)利要求
1.一種鑄綱過濾器。其特征在于將聚氨脂泡沫塑料經(jīng)由80-95%高鋁礬土、7-17%耐火粘土、0.2-1.5%MgO、0.5-2%Y2O3、0.2-1%CeO2經(jīng)攪拌后添加10-30%濃度為50-70%Al(H2PO4)3水溶液浸泡后經(jīng)烘干后燒結(jié)而成。
2.如權(quán)利要求
1所述其特征在80-120℃烘干1-3小時→以3-6℃/分鐘加熱到400℃保溫0.5-0.6小時→升溫至1500-1600℃保溫2-10分鐘→降溫至200℃。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種高效率的泡沫陶瓷過濾器用于過濾鋼水，這種過濾器具有成本低、制作簡便、使用效果好、抗鋼水沖擊和侵蝕能力強等特點，對于大型鑄鋼件的過濾具有良好的前景。本發(fā)明所采用的陶瓷材料成分有80～95％的高鋁礬土、7-17％的耐火粘土、0.2-1.5MgO、0.5-2％Y
文檔編號C04B35/06GK87100034SQ87100034
公開日1988年4月13日 申請日期1987年1月6日
發(fā)明者葉榮茂, 楊弋濤, 王惠光 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan