專利名稱：一種用于過濾熔融金屬的過濾器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過濾器的制造領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于過濾熔融金屬的過濾器及其制造方法。

背景技術(shù)：
目前，美國專利5104540(CORNING公司)出示了一種用于過濾熔融金屬的碳涂覆多孔燒結(jié)陶瓷過濾器，包含從耐火材料形成的單片基料，如氧化鋁、莫來石、鋯英粉、氧化鋯、尖晶石、堇青石、鋰、硅酸鋁、鈦酸鹽、長石、石英、氣相氧化硅、碳化硅、高嶺土、鈦酸鋁、硅酸鹽、鋁酸鹽及它們的混合物。碳質(zhì)涂料應(yīng)用于過濾網(wǎng)表面或當(dāng)作灼熱涂料來用。
US5520823是只用于過濾熔融鋁金屬的過濾器。膠粘劑采用硼硅酸鹽玻璃。盡管該過濾器包括石墨，但由于在空氣中燒結(jié)相當(dāng)量的石墨損失掉了。損失掉的碳限制了過濾器的使用，使之只能用于過濾鋁金屬，而不能用于熔融鐵及鋼金屬過濾。
WO0218075公布了一種用于過濾熔融金屬的過濾器，過濾器包含開孔多孔材料，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。即在這種過濾器中除碳粘合劑外沒有其它粘合機(jī)制。
眾所周知，可以使用碳來提高針對于熔融金屬的耐火性能。含有碳的耐火材料可以經(jīng)受住熔融金屬更高的溫度，防止金屬滲透、在高溫下有很高的強(qiáng)度，以及更好的抗熱震效果。然而，碳粘合劑粘結(jié)的過濾器在室溫下強(qiáng)度很低，同時(shí)其易吸潮，影響產(chǎn)品在高溫下的使用。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于過濾熔融金屬的過濾器及其制造方法，以提高過濾器常溫機(jī)械性能以及耐高溫強(qiáng)度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案 一種用于過濾熔融金屬的過濾器，包括開孔多孔材料、粘結(jié)劑和陶瓷粉，所述陶瓷粉通過所述粘結(jié)劑粘接在所述開孔多孔材料上。
優(yōu)選地，在上述過濾器中，所述陶瓷粉包括鋯莫來石、莫來石、剛玉粉、粘土、葉臘石、硅灰石、藍(lán)晶石、硅線石、尖晶石或橄欖石中的一種或多種。
優(yōu)選地，在上述過濾器中，所述粘結(jié)劑包括炭黑、石墨、碳、瀝青、焦油、合成瀝青、合成樹脂、天然樹脂、無煙煤、磷酸二氫鋁、鋁溶膠、硅鋁膠、硅溶膠、PVA、白乳膠、糊精、淀粉、CMC或MC中的一種或多種。
優(yōu)選地，在上述過濾器中，所述粘結(jié)劑與所述陶瓷粉重量比例為至少50％的粘結(jié)劑∶不多于50％的陶瓷粉。
優(yōu)選地，在上述過濾器中，所述粘結(jié)劑與所述陶瓷粉重量比例為50％～70％的粘結(jié)劑∶30％～50％的陶瓷粉。
本發(fā)明還公開了一種用于過濾熔融金屬的過濾器的制造方法，包括 將陶瓷粉、粘結(jié)劑、添加劑和液體載體配制成漿料； 將配制好的漿料涂掛在開孔多孔材料上形成至少一層耐火涂層； 將形成耐火涂層的開孔多孔材料在燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述陶瓷粉、粘結(jié)劑和分散劑的總重量與液體載體的重量比例至少為70％∶30％。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述陶瓷粉、粘結(jié)劑和分散劑的含量為 20～45wt％的陶瓷粉； 52～78wt％的粘結(jié)劑； 1～9wt％的添加劑。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述液體載體為水。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述開孔多孔材料為網(wǎng)狀開孔聚氨酯泡沫。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述燒結(jié)溫度不超過1150℃。
優(yōu)選地，在上述方法中，在步驟“將形成耐火涂層的開孔多孔材料在燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)”之前還包括在100-200℃之間干燥形成耐火涂層的開孔多孔材料。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述陶瓷粉包括鋯莫來石、莫來石、剛玉粉、粘土、葉臘石、硅灰石、藍(lán)晶石、硅線石、尖晶石或橄欖石中的一種或多種。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述粘結(jié)劑包括炭黑、石墨、碳、瀝青、焦油、合成瀝青、合成樹脂、天然樹脂、無煙煤、磷酸二氫鋁、鋁溶膠、硅鋁膠、硅溶膠、PVA、白乳膠、糊精、淀粉、CMC或MC中的一種或多種。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述粘結(jié)劑與所述陶瓷粉重量比例為至少50％的粘結(jié)劑∶不多于50％的陶瓷粉。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述粘結(jié)劑與所述陶瓷粉重量比例為50％～70％的粘結(jié)劑∶30％～50％的陶瓷粉。
上述過濾器中通過增加粘結(jié)劑的組分和含量，結(jié)合陶瓷粉使用使得過濾器的機(jī)械性能大大增強(qiáng)，增加了過濾器的耐高溫性能，因此該過濾器可以過濾苛刻溫度的熔融金屬，經(jīng)過濾器過濾的鑄件其抗拉強(qiáng)度、延伸率等機(jī)械性能都明顯提高。另外，過濾器生產(chǎn)中選用的組分比較經(jīng)濟(jì)，且在生產(chǎn)過程中比較容易實(shí)現(xiàn)，所以該過濾器制作更經(jīng)濟(jì)。

具體實(shí)施例方式 下面對設(shè)計(jì)到的名詞進(jìn)行解釋 PVA英文全稱polyvinyl alcohol；中文全稱聚乙烯醇。
CMC英文全稱Carboxyl methyl Cellulose；中文全稱羧甲基纖維素鈉。
MC甲基纖維素。
開孔多孔材料是指一種在實(shí)體材料中包含規(guī)則、部分規(guī)則、不規(guī)則或隨機(jī)分布的孔，這些孔為熔融金屬的通道。這些孔可以全部或部分交互交流或可以有多個(gè)通道，使熔融金屬通過?？妆旧泶笮〖靶螤羁梢允且?guī)則或不規(guī)則的。例如，這些孔可以由一系列平行的通道，可以線性穿過該實(shí)體材料，這些通道有任何需要的橫截面，例如，圓形的、橢圓形、三角形互連通道等，與天然泡沫相似的孔狀分布。首選的開孔多孔材料是可以商業(yè)購買到的擁有相對規(guī)則分布的網(wǎng)狀開孔聚氨酯泡沫。眾所周知，該類材料可以被用于過濾熔融金屬的耐火材料過濾器生產(chǎn)廠家。
下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種用于過濾熔融金屬的過濾器及其制造方法，以提高過濾器耐高溫性能以及過濾器的機(jī)械性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用如下技術(shù)方案，在本發(fā)明中將過濾器的耐火成分較之現(xiàn)有技術(shù)作出主要改變，其對應(yīng)的生產(chǎn)方法作出相應(yīng)的改進(jìn)。
一種用于過濾熔融金屬的過濾器，包括開孔多孔材料、粘結(jié)劑和陶瓷粉，陶瓷粉通過粘結(jié)劑粘接在開孔多孔材料上。
上述陶瓷粉主要選自鋯莫來石、莫來石、剛玉粉、粘土、葉臘石、硅灰石、藍(lán)晶石、硅線石、尖晶石或橄欖石中的一種或多種。
其中，粘結(jié)劑分為碳質(zhì)材料和粘結(jié)材料，兩者的主要功用就是用于粘結(jié)陶瓷粉在開孔多孔材料上，碳質(zhì)材料主要選自炭黑、石墨、碳、瀝青、焦油、合成瀝青、合成樹脂、天然樹脂或無煙煤；而粘結(jié)材料主要選自磷酸二氫鋁、鋁溶膠、硅鋁膠、硅溶膠、PVA、白乳膠、糊精、淀粉、CMC或MC中的一種或多種。
粘結(jié)劑與陶瓷粉重量比例至少為50％的粘結(jié)劑∶不多于50％的陶瓷粉。更優(yōu)地，粘結(jié)劑與陶瓷粉重量比例為50％～70％的粘結(jié)劑∶30％～50％的陶瓷粉。
本發(fā)明還公開了一種用于過濾熔融金屬的過濾器的制造方法，包括 將陶瓷粉、粘結(jié)劑、添加劑和液體載體配制成漿料； 將配制好的漿料涂掛在開孔多孔材料上形成至少一層耐火涂層； 將形成耐火涂層的開孔多孔材料在燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)。
其中，陶瓷粉、粘結(jié)劑和分散劑的總重量與液體載體的重量比例至少為70％∶30％；優(yōu)選地至少為75％∶25％；更為優(yōu)選地為80％∶20％。
陶瓷粉、粘結(jié)劑和分散劑的含量分別為 20～45wt％的陶瓷粉； 52～78wt％的粘結(jié)劑； 1～9wt％的添加劑。
添加劑主要是分散劑和活性劑，其中液體載體為水，還可以為甲醇或者乙醇。
在燒結(jié)之前還包括在100-200℃之間干燥涂掛有耐火涂層的開孔多孔材料。
燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)溫度不超過1150℃，更為可取的是不超過1100℃。燒結(jié)環(huán)境為缺氧氣氛下進(jìn)行，例如在氮、氬、真空等無氧氣氛中，或者“還原氣氛”中，如氫和/或一氧化碳、煤氣中。燒結(jié)一般是在一個(gè)烘干爐或窯爐內(nèi)進(jìn)行，但也可以使用其它形式的熱源進(jìn)行燒結(jié)，如進(jìn)行無線頻率加熱的微波。
陶瓷粉包括鋯莫來石、莫來石、剛玉粉、粘土、葉臘石、硅灰石、藍(lán)晶石、硅線石、尖晶石或橄欖石中的一種或多種。
粘結(jié)劑包括炭黑、石墨、碳、瀝青、焦油、合成瀝青、合成樹脂、天然樹脂、無煙煤、磷酸二氫鋁、鋁溶膠、硅鋁膠、硅溶膠、PVA、白乳膠、糊精、淀粉、CMC或MC中的一種或多種。
粘結(jié)劑與陶瓷粉重量比例為至少50％的粘結(jié)劑∶不多于50％的陶瓷粉。更優(yōu)選的粘結(jié)劑與陶瓷粉重量比例為50％～70％的粘結(jié)劑∶30％～50％的陶瓷粉。
陶瓷粉及碳材料粒子大小可以小于50μM，更為可取的是小于30μM，甚至小于20μM。
實(shí)施例一 將45wt％剛玉粉、50wt％碳、2wt％鋁硅膠、1.5wt％分散劑和1.5wt％活性劑中加入水制成漿料。其中剛玉粉、碳、鋁硅膠、分散劑和活性劑的總重量與水的重量比例為100％∶12％。
將該漿料用來涂覆切割好的聚氨酯泡沫。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，然后在950℃下進(jìn)行燒結(jié)。
實(shí)施例二 在29％尖晶石粉、56％碳、12％硅溶膠、2.5％的分散劑和0.5％活性劑中加入水形成漿料。其中尖晶石粉、碳、硅溶膠、的分散劑和活性劑的總重量與水的重量比例為100％∶18％。
漿料是用一個(gè)高效混料器把粉料及水混合制成的，該漿料用來涂覆聚氨酯泡沫。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，在1100℃下進(jìn)行燒結(jié)。
實(shí)施例三 在30％莫來石粉、47％碳、20％高軟化點(diǎn)瀝青、2％聚乙烯醇、2％的分散劑和1.0％活性劑中加入水。其中莫來石粉碳、高軟化點(diǎn)瀝青、聚乙烯醇、的分散劑和活性劑的總重量與水的重量比例為100％∶20％。
漿料是用一個(gè)高效混料器把莫來石粉、碳、高軟化點(diǎn)瀝青、聚乙烯醇及水混合制成的?；熘频臐{料用來涂覆聚氨酯泡沫。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，在1150℃下在無氧氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。
實(shí)施例四 40％電熔莫來石粉、20％的剛玉粉、20％的片狀石墨粉、10％無定型石墨4％羧甲基纖維素、0.5％的分散劑和0.5％活性劑，在上述粉末中加入水。其中耐火材料與水的重量比例為100％∶22％。漿料是用一個(gè)高效混料器把各種粉料及水混合制成的?；熘频臐{料用來成型聚氨酯泡沫。成型好的聚氨酯泡沫進(jìn)行干燥后再用稀釋的漿料噴涂一次后再在120℃左右下干燥，在1120℃下在無氧氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。
過濾器中不同的粘結(jié)劑和陶瓷粉對鑄件過濾前后性能對比表
按上述四種配方制成的過濾器尺寸為50*50*15mm，在1650℃下過濾了50kgZG45鋼水，結(jié)果是該過濾器經(jīng)受住了該檢測條件，并且按要求對熔融鋼水進(jìn)行了過濾。通過過濾后對鑄件的檢測發(fā)現(xiàn)，鑄件抗拉強(qiáng)度、延伸率、組織結(jié)構(gòu)有了明顯改善抗拉強(qiáng)度提高幅度在4.0-7.5％，延伸率提高在9.5-15.0％；鑄件金相組織有了很大改善，過濾前后基體都為鐵素體和珠光體，過濾后組織中的鐵素體明顯變細(xì)，這有利于性能提高。通過對過濾前后鑄件斷口進(jìn)行掃描電鏡微觀分析發(fā)現(xiàn)，未過濾鑄件斷口有硫化物夾雜，而采用過濾器過濾后發(fā)現(xiàn)鑄件斷口無夾雜物。
對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于過濾熔融金屬的過濾器，其特征在于，包括開孔多孔材料、粘結(jié)劑和陶瓷粉，所述陶瓷粉通過所述粘結(jié)劑粘接在所述開孔多孔材料上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾器，其特征在于，所述陶瓷粉包括鋯莫來石、莫來石、剛玉粉、粘土、葉臘石、硅灰石、藍(lán)晶石、硅線石、尖晶石或橄欖石中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過濾器，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括炭黑、石墨、碳、瀝青、焦油、合成瀝青、合成樹脂、天然樹脂、無煙煤、磷酸二氫鋁、鋁溶膠、硅鋁膠、硅溶膠、PVA、白乳膠、糊精、淀粉、CMC或MC中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾器，其特征在于，所述粘結(jié)劑與所述陶瓷粉重量比例為至少50％的粘結(jié)劑∶不多于50％的陶瓷粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過濾器，其特征在于，所述粘結(jié)劑與所述陶瓷粉重量比例為50％～70％的粘結(jié)劑∶30％～50％的陶瓷粉。
6.一種用于過濾熔融金屬的過濾器的制造方法，其特征在于，包括
將陶瓷粉、粘結(jié)劑、添加劑和液體載體配制成漿料；
將配制好的漿料涂掛在開孔多孔材料上形成至少一層耐火涂層；
將形成耐火涂層的開孔多孔材料在燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉、粘結(jié)劑和分散劑的總重量與液體載體的重量比例至少為70％∶30％。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉、粘結(jié)劑和分散劑的含量為
20～45wt％的陶瓷粉；
52～78wt％的粘結(jié)劑；
1～9wt％的添加劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述液體載體為水。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或9所述的方法，其特征在于，所述開孔多孔材料為網(wǎng)狀開孔聚氨酯泡沫。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述燒結(jié)溫度不超過1150℃。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在步驟“將形成耐火涂層的開孔多孔材料在燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)”之前還包括在100-200℃之間干燥涂掛有耐火涂層的開孔多孔材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉包括鋯莫來石、莫來石、剛玉粉、粘土、葉臘石、硅灰石、藍(lán)晶石、硅線石、尖晶石或橄欖石中的一種或多種。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括炭黑、石墨、碳、瀝青、焦油、合成瀝青、合成樹脂、天然樹脂、無煙煤、磷酸二氫鋁、鋁溶膠、硅鋁膠、硅溶膠、PVA、白乳膠、糊精、淀粉、CMC或MC中的一種或多種。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑與所述陶瓷粉重量比例為至少50％的粘結(jié)劑∶不多于50％的陶瓷粉。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑與所述陶瓷粉重量比例為50％～70％的粘結(jié)劑∶30％～50％的陶瓷粉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于過濾熔融金屬的過濾器，包括開孔多孔材料、粘結(jié)劑和陶瓷粉，所述陶瓷粉通過所述粘結(jié)劑粘接在所述開孔多孔材料上。上述過濾器中通過增加粘結(jié)劑的組分和含量，結(jié)合陶瓷粉使用使得過濾器的機(jī)械性能大大增強(qiáng)，增加了過濾器的耐高溫性能，因此該過濾器可以過濾苛刻溫度的熔融金屬，經(jīng)過濾器過濾的鑄件其抗拉強(qiáng)度、延伸率等機(jī)械性能都明顯提高。另外，過濾器生產(chǎn)中選用的組分比較經(jīng)濟(jì)，且在生產(chǎn)過程中比較容易實(shí)現(xiàn)，所以該過濾器制作更經(jīng)濟(jì)。
文檔編號C22B9/02GK101810972SQ20101015159
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者祝建勛, 劉敬浩 申請人:濟(jì)南圣泉倍進(jìn)陶瓷過濾器有限公司