[发明专利]用于过滤熔融金属的过滤器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及过滤器的制造领域，更具体地说，涉及一种用于过滤熔融金属的过滤器及其制造方法。

背景技术

金属液的净化对提高铸件的力学性能起到重要作用。目前用于金属液净化的过滤装置为陶瓷过滤器，可有效截获金属液中的有害杂质并使金属液由紊流变为层流，起到净化和均质作用。陶瓷过滤器按照结构可分为泡沫陶瓷过滤器和直孔陶瓷过滤器。目前用于铸钢的过滤器几乎全部是泡沫陶瓷过滤器。在所有的熔融金属用泡沫过滤器当中，对于铸钢用泡沫过滤器的要求最高，这是由于铸钢熔融金属有着较高的熔融温度。在此温度下，过滤器需要保持足够的机械强度、抗热震性、和较低的比热容。其中，影响抗热震性的因素包括材料的热膨胀系数、导热系数、材料固有强度、断裂韧性等。一般地讲，热膨胀系数越小，材料因温度变化而引起的体积变化小，相应产生的温度应力小，抗热震性越好；热导率大，材料内部的温差越小，由温差引起的应力差越小，抗热震性越好；材料固有强度越高，承受热应力而不致破坏的强度越大，抗热震性好。 对于陶瓷材料而言，材料的内部组织结构和几何形状也是影响因素。一般地讲，材料组织相对疏松，有一定气孔率，有适当的微裂纹存在，都可以提高断裂能，使材料在热冲击下不致被破坏。但是材料组织相对疏松，也会降低材料的机械强度，因此在过滤器的机械强度和抗热震性之间容易存在矛盾。

传统的用于铸钢的泡沫过滤器的制备依赖于氧化锆。例如CN200710139288.0即披露一种氧化锆质泡沫陶瓷过滤器。 这是由于氧化锆具有高的机械强度，即使采用多孔的泡沫结构，也能保持良好的机械性能，但是，由于锆是一种稀有金属，虽然过滤效果好，其高昂的价格严重限制其在铸钢及其他高温金属液过滤领域中的广泛应用，只是用于特种钢或者高附加值的钢或合金的铸造。

CN201010511259.4涉及一种氧化钇泡沫陶瓷过滤器及其制备方法，与氧化锆质过滤器一样，其高昂的造价是使用厂家所难以接受的。

CN1449312A公布了一种用于过滤熔融金属的过滤器，过滤器包含开孔多孔材料，该材料包含了与含碳结构的胶粘剂粘结在一起的耐火材料粒子。该发明要求控制过滤器的烧成气氛，以控制碳-碳粘结的质量和水平，即在烧成开始时，向燃烧室内注入空气，然后停止注入以保证燃烧室内氧的合理水平，这种方法在生产上难以控制，容易造成产品质量的不稳定。另外，如果在耐火材料中不使用锆，烧成中会出现较大的收缩，产品的机械强度会降低，不能生产大的过滤器，且在烧成中有较大的氧化。另外，根据该专利的制备方法，为满足铸钢液的过滤需要，也必须采用氧化锆，采用其他原料作为陶瓷材料，所制得的过滤器的机械性能得不到要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于改进熔融金属过滤器的抗热震性和高温抗冲击性的新的技术方案。

在本发明的一般方面，用于过滤熔融金属的泡沫过滤器包含粘接材料和被该粘接材料粘接在一起的陶瓷材料，所述粘接材料包含网络状碳连接的碳基体，所述陶瓷材料中一部分是球形颗粒材料。

在具体的实施方式中，所述球状颗粒材料是主要含氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛，氧化镁、或含两种这些氧化物的材料。

作为优选方式，氧化硅球状材料加入量是陶瓷材料总重的1~10%。除氧化硅之外的其他球状陶瓷材料的使用比例可以为陶瓷材料总重的10~35%之间。

在本发明的另一种实施方式中，过滤器的制备原料包含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无机碳，并且，不多于50%的陶瓷材料以球状颗粒形式引入。

进一步地，该无机碳是石墨，含量不超过过滤器总重的20%。

作为进一步的优选，该无机碳是石墨和炭黑的混合物，其中炭黑含量不超过过滤器总重的10%。

作为本发明的一个优选配方，制备原料以质量份计主要由下列成分组成：刚玉，10-18；氧化铝粉，10-18；石墨，6-15；木质素，15-25；炭黑，6-15；以及富碳粘结剂，20-40。其中，炭黑的用量优选不超过石墨的量。更优选为石墨量的1/3~2/3。

本发明还涉及上述过滤器的方法，包括下列步骤：1）将包含陶瓷材料、粘接材料以及其他成分用液体载体配制成浆料；2）将配制好的浆料涂挂在开孔多孔材料上形成至少一层耐火涂层；3）将形成耐火涂层的开孔多孔材料任选地进行浸渍处理；4）在还原气氛下进行烧结。

作为优选方式，所述浸渍材料是树脂、木质素、纤维素、沥青或焦油中的一种或多种。

作为进一步的优选，在步骤2）和3）之间还包括：在100-200℃之间干燥涂挂有耐火涂层的开孔多孔材料。