[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全部依赖于氧化锆。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。

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，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。

CN101257957A公布的过滤器克服了在烧结过程中容易氧化的问题，具有足够的机械强度而不用担心运输以及使用中的强度问题，且能够承受熔融金属的冲击和应力。但是由于采用磷酸盐作为粘结剂，该粘结剂在高温下发生晶型转变，因此限制了它的使用。

EP1421042A1涉及用于熔融金属过滤的包括石墨化碳结合网络的过滤器，然而这些过滤器相对不耐用且机械强度低。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种新配方的熔融金属过滤器，其适于制成大规格产品，具有优异的机械强度、抗热震性，并且具有较低的热容、很好的抗侵蚀性。

为实现上述目的，本发明提供一种用于过滤熔融金属的过滤器，其制备原料以质量份计包含：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。

采用高碳材料充分利用了碳材料的高的耐火度、良好的导热性、低的热膨胀系数、化学性质稳定、耐侵蚀等，制作的产品具有很好的抗热震性、抗热冲击性、高的抗折强度等性能。同时碳的来源广泛，并且价格低廉。

优选地，上述过滤器中，制备原料以质量份计包含：刚玉，13-16；氧化铝粉，13-16；石墨，8-13；木质素，15-20；炭黑，6-10；以及富碳粘结剂，20-30。

优选地，炭黑的用量不超过石墨的量，更优选地，炭黑的用量为石墨量的1/3~2/3。

优选地，炭黑的粒径在100~900nm之间，更优选在100~500nm之间。

采用上述配方，使得根据本发明的产品的蓄热系数大大降低，热容显著降低，有利于在使用过程中金属液的快速启动，能够保证不提高浇注温度的条件下金属液快速通过过滤器而不发生金属液的凝固。

本发明还涉及一种用于过滤熔融金属的过滤器的制造方法，包括下：1）将各原料成分用水配制成浆料；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在一定温度下烘干；4）在无氧气氛和800~1150℃下进行烧结。采用该方法可以获得泡沫过滤器。