专利名称:一种铸钢陶瓷过虑器及快速烧成工艺的制作方法
本发明属于铸造领域。
泡沫陶瓷过滤技术起源于七十年代末，根据《Trans AFs》1978 Vol 186 P479-486，1980 Vol 188 P595-600和《modern Casting》1979 No 3 P64-65介绍，铝合金泡沫陶瓷过滤器1978年开始用于铝合金铸件的过滤，并取得了良好的效果。尽管这项技术在铝合金上应用了多年，但对于黑色金属还是一项新的领域，文献《Casting engineering & Foundry world》1984 Fall P39-40，《Foundzy M&T》Jan 1985 P72-73指出，1984年美国Conso-Licated铝合金公司首先使用在高温下充分烧结的“selee/Fe”泡沫陶瓷过滤器过滤普通碳钢和马氏体时效硬化不锈钢取得了满意的结果。《Trans AFS》1985 Vol 193 P867-870，P177-182，P171-176等文献研究了泡沫陶瓷过滤器的使用方法，以及对铸钢性能的影响和挡渣机理。上述文献表明用泡沫陶瓷过滤器过滤铸钢对去除熔炼和充型过程中形成的非金属夹杂物具有明显效果，能降低铸件废品率和焊补率，提高铸件各方面的性能(机械性能、机加工性能等)。而过滤的关键在于过滤器，它决定了过滤效果，所以过滤器的制造工艺就成为铸造过滤技术的一个中心环节，该制造工艺的优劣影响了铸件的成本，经济适用的过滤器制作工艺，能降低的过滤器的成本，是过滤器推广应用的必要条件。传统的制作工艺是将泡沫陶瓷过滤器在烧结点以上的温度下保温数小时(参见美国专利3962081，3845181，4056586，3947363)，这样消耗了大量的能源，增加了成本;现在的国外铸钢泡沫陶瓷过滤器是采用刚玉、氧化或碳化硅烧结而成(参见《Trans AFS》1985 Vol 193 P867-870，《Foundry Jrade Journal》Jan 17 1985 P15-21，这些耐火材料具有较高的成本，按我国耐火材料价格粗略计算，生产成本是我们研制泡沫陶瓷过滤器的五倍以上。
本发明的泡沫陶瓷过滤器是借助于疏松多孔、亲水而柔软的聚胺脂泡沫塑料制成的，这种泡沫材料有大量相互连通的孔隙，孔隙四周环绕着网状的柔软泡沫材料，所使用的泡沫塑料每厘米5～7个孔，确保必要的过滤表面，使泡沫塑料的厚度为20-25厘米，孔隙率＞90%。
制作过滤器所使用的陶瓷材料主要根据被过滤金属液的需要来决定，最终制成的过滤器能低抗钢水的冲击和侵蚀。本发明所采用的过滤器材料是以高铝矾土为主，辅加少量耐火粘土、Mgo、Tio2、Y2o3、Ceo2等氧化物。高铝矾土主要含Al2O3和SiO2，在高温下烧结形成莫来石和刚玉相，具有很高的耐火度和热震稳定性，而且在我国蕴藏量丰富，价格远低于刚玉、氧化钉和碳化硅。通常，浆料含水10～30%，以保证浆料具有一定的流动性;耐火粘土是一种理想的添加剂，一方面具有流变功能，使浆料具有所需的触变性能，另一方面节省陶瓷成分，对烧结起一定促进作用;加入少量MgO、Y2O3，在高温下，分别与氧化铝发生固相反应，在颗粒的接触表面形成MgO·Al2O3(尖晶石)和3Y2O3·5Al2O3相，包裹在氧化铝颗粒表面，使氧化铝晶粒之间接触和质点的扩散受到阻障，抑制了氧化铝晶粒的长大，最终使制品具有微晶组成的微观结构，从而提高了强度，一般加入量为MgO0.2-1.5%，Y2O30.5～2%;在浆料中加入0.2-1%的TiO2，烧结成过程中TiO2与主晶相氧化铝形成置换型固溶体，由于Ti+4离子的电价比Al+3离子高，故造成了氧化铝晶格的缺位，缺位附近的质点所受的束缚力减弱而处于活化状态;这样就有利于质点迁移扩散，同时高价Ti+4离子在高温下还会发生变价，变成低价的Ti+3离子，进一步增加了晶格缺陷而活化了晶格，从而大大促进了烧结。0.2-1%CeO2能降低Al2O3-SiO2的共熔点，对烧结起促进作用;此外还加入适量的Al(H2PO4)3作为中温粘结剂，保证陶瓷体在完全烧结以前具有足够的强度而不致于变形破坏。将上述各种材料均匀混合，加入浓度为50～70的Al(H2PO4)3水溶液，充分搅拌。制备好陶瓷浆料以后，将泡沫塑料浸入浆料中使之饱和，并不断揉搓，使陶瓷浆均匀地分布在整个泡沫材料内，再挤掉多余的陶瓷浆，使泡沫塑料丝状体上留下一层很薄的浆液，然后将浸上浆料的坯体干燥，加热烧掉有机泡沫，烧结陶瓷涂层，由此生产出具有复杂互连通孔的，其外形如泡沫塑料的陶瓷体。泡沫陶瓷过滤器可根据过滤工艺要求制成任何所需的形状、大小。本发明铸钢泡沫陶瓷过滤器所使用的主要材料价格低兼，在我国有丰富的资源，便于推广使用。
本发明干燥坯体的方法有两种，一种是在100℃下烘干2小时，另一种是在大气下自然干燥24小时;干燥后将坯体加热到300～500℃下保温0.5～1小时，使聚氨脂泡沫发挥、燃烧，此段升温速度2～7℃/分钟为宜;随后快速升温(尽量快)至1500～1600℃保温2-10分钟，最后得到完全烧结的陶瓷制品。
本发明和国外现有泡沫陶瓷过滤器相比，具有成本低，制作周期短等特点。这种铸钢泡沫陶瓷过滤器可以用于过滤碳钢、不锈钢，对去除在熔炼和充型过程中产生的一次非金属夹杂和二次氧化夹杂有明显效果。使用泡沫陶瓷过滤器过滤铸钢件，能降低废品率和焊补率，提高铸件内在质量和表面质量，增加钢水的收得率和成品率;提高铸件韧性指标，改善其组织均匀性;减少机加工刀具损耗。从而减少了能耗，提高劳动生产率。和其他种类的过滤器相比(如蜂窝直孔型、芯型、网型等过滤器)，泡沫陶瓷过滤器具有过滤效果好，对合金无污染等特点。
在我国，铸钢件(或铸锭)的过滤，特别是大型铸钢件的过滤问题，一直未得到满意的解决，本发明的泡沫陶瓷过滤器目前已过滤400公斤的高温钢水(浇注温度1650℃)，通过对浇注过程的观察和过滤后对过滤器的检查，发现正确地使用泡沫陶瓷过滤器不会对钢水充型造成明显的阻碍，过滤器在浇注后完好无损，可望用于更大的铸钢件过滤。本发明的铸钢泡沫陶瓷过滤器不仅能用于型内过滤也能用于型外过滤，为我国大型铸钢件(或铸锭)的过滤提供了良好的发展前景和可靠的保证。本发明泡沫陶瓷过滤器，在使用时，仅须在原有铸造工艺的基础上做简单的修正，使用十分方便。
实施例使用22毫米厚的聚氨脂泡沫塑料，每厘米6个孔，使用陶瓷浆料有下列成分80-95%的高铝矾土(特级)，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%浓度为50～70%的Al(H2PO4)3水溶液。将泡沫塑料浸入浆料，揉搓以除去空气，使孔洞充满浆料，泡沫纤维丝也涂挂上了浆料，挤出孔洞内多余的浆料，使纤维丝上均匀地涂挂上一层陶瓷浆料。泡沫陶瓷坯体在80-120℃下烘干1-3小时，以3-6℃/分钟的加热速度升温至400℃，保温0.5-0.6小时，以驱除水份，使泡沫塑料挥发以至烧掉，而不破坏坯体的形状，随后以尽量快的速度加热到1500-1600℃保持2-10分钟，使陶瓷体充分烧结，而后炉冷至200℃左右，取出坯体，即具有聚氨脂泡沫形状的泡沫陶瓷过滤器。
最终泡沫陶瓷过滤器的性能及规格参数如下常温抗压强度 93.5牛顿/厘米2常温抗弯强度 50.0牛顿/厘米2高温抗压强度(1000℃下) 82.8牛顿/厘米2耐火度 ≥1750℃发气性 3.1厘米3/克真比重 2.34克/厘米3结构均匀性 良好厚度 22毫米孔洞数 6孔/厘米孔隙率 80%
权利要求
1.一种铸纲过滤器。其特征在于将聚氨脂泡沫塑料经由80-95%高铝矾土、7-17%耐火粘土、0.2-1.5%MgO、0.5-2%Y2O3、0.2-1%CeO2经搅拌后添加10-30%浓度为50-70%Al(H2PO4)3水溶液浸泡后经烘干后烧结而成。
2.如权利要求
1所述其特征在80-120℃烘干1-3小时→以3-6℃/分钟加热到400℃保温0.5-0.6小时→升温至1500-1600℃保温2-10分钟→降温至200℃。
专利摘要
本发明提供了一种高效率的泡沫陶瓷过滤器用于过滤钢水，这种过滤器具有成本低、制作简便、使用效果好、抗钢水冲击和侵蚀能力强等特点，对于大型铸钢件的过滤具有良好的前景。本发明所采用的陶瓷材料成分有80～95％的高铝矾土、7-17％的耐火粘土、0.2-1.5MgO、0.5-2％Y
文档编号C04B35/06GK87100034SQ87100034
公开日1988年4月13日 申请日期1987年1月6日
发明者叶荣茂, 杨弋涛, 王惠光 申请人:哈尔滨工业大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan