CN101440432A - 一种纯净化冶炼钢液过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高温合金技术领域，特别涉及一种纯净化冶炼钢液过滤器，由上下两层过滤网以及两层过滤网中间的实心陶瓷球层构成。该过滤器预先放置在锭模或铸件壳型的帽口处，在钢液流过时，先从第一层过滤网中流过，钢液中的大型夹杂物过滤；然后进入到陶瓷球中，钢液中的小型夹杂物被吸附；最后经过孔径更为曲折细小的第二层过滤网，钢液中的小型夹杂物进一步被吸附，最终得到纯净化的钢液。采用本发明可以解决传统高温合金纯净化冶炼钢液过滤器过滤效率低、高温合金返回料再利用困难等问题，其过滤效果较传统过滤方法有较大提高，过滤效率可达70％以上，根据选用的过滤网和陶瓷球材质的不同，可广泛应用于生产纯净化高温合金和各种合金的需要。
Description
技术领域：
本发明属于高温合金技术领域，特别涉及一种纯净化冶炼钢液过滤器，适用于高温合金的纯净化冶炼。
背景技术：
目前，K417等高温合金及其涡轮叶片在我国的产量最大，通常精铸件的重量仅占投入料的30％。为此，在70年代金属所通过研究规定K417合金五次以内的返回料可100％再利用。但30多年来大批量的生产使返回料的使用远超过5次，再利用存在严重问题，而K417合金含有较高战略元素含量(15wt％Co，60wt％Ni)。因此，其返回料的净化和使用从资源和经济上讲都具有重大意义。这也是世界各国航空发动机生产极其关注的问题，1997年美国85％返回Ni来源于不锈钢废料，6％返回Ni来源于超合金。1998年美国超合金消耗金属Co约4000吨，其中32％的Co来源于返回料。
高温合金精密铸造涡轮叶片是先进发动机的关键部件，其技术和性能的发展是提高推重比、保证可靠性的关键。但由于精密成型后，部件难以进行全面性能检测。因此，对发动机精铸件而言，其原材料—母合金成为其质量的基础。另外，母合金质量的优劣也是决定铸件成品率、控制制造成本的重要因素。纯净度是评价高温合金母合金质量的最主要的指标，因此进行高温合金母合金纯化技术的研究对提高发动机性能和可靠性也极为重要。
如图1所示，传统高温合金纯净化冶炼钢液过滤器是在过滤器1底部开口处设有过滤网2，其不足之处在于：过滤效率低，过滤效率一般为40～60％。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种纯净化冶炼钢液过滤器，解决传统高温合金纯净化冶炼钢液过滤器过滤效率低、高温合金返回料再利用困难等问题，通过简单可行、低成本的过滤器，制备高纯净低夹杂的高温合金母合金，同时也可以进行精密铸件的浇注。
本发明的技术方案是：
一种纯净化冶炼钢液过滤器，该钢液过滤器设有上下两层过滤网：第一层过滤网和第二层过滤网，在两层过滤网中间设有陶瓷球层。
所述的纯净化冶炼钢液过滤器，第一层过滤网和第二层过滤网分别为多层网状层叠结构，叠层之间的网孔交错连通。
所述的纯净化冶炼钢液过滤器，第一层过滤网和第二层过滤网为耐火材料过滤网，陶瓷球层为耐火材料陶瓷球构成。
所述的纯净化冶炼过滤器，第一层过滤网的孔径在10～30PPi，第二层过滤网的孔径在20～40PPi，陶瓷球直径在1～10mm。
本发明的工作原理是：
事先把该过滤器放置在锭模或铸件壳型的帽口处，经过冶炼后的钢液进行浇注，在钢液流过过滤器时，先从第一层过滤网经过，钢液流过第一层过滤网后会将钢液中的大型夹杂物过滤，然后进入到陶瓷球中，由于陶瓷球的比重比钢液轻(3g/cm3)，在钢液的冲刷下会在钢液中做沉浮运动，由于钢液中的夹杂主要为氧化物或氮化物，而它们与陶瓷球有很强的亲和力。因此，钢液中的小型夹杂物被陶瓷球吸附，钢液进一步被净化，即使被陶瓷球吸附的细小夹杂物被钢液冲刷掉，但最后经过孔径更为曲折细小的第二层过滤网时，由于细小夹杂物已经长大可被第二层过滤网过滤掉，钢液进一步被净化，最终得到纯净化的钢液。
本发明的有益效果是：
1、本发明结构简单，由上下两层陶瓷过滤网和实心陶瓷球层组成，其过滤效果较传统过滤方法有较大提高，高温母合金中的夹杂物的过滤效率可达70％以上，根据选用的过滤网和陶瓷球材质的不同，可广泛应用于生产纯净化高温合金和各种合金的需要。由于有本发明钢液过滤器的存在，钢液的浇注温度可适当提高，钢液浇注过滤器的预热温度在600～1050℃之间。
2、本发明钢液过滤器经与纯净化冶炼工艺相结合，可进一步确保高温合金返回料中的O、N含量降低到10PPm以下。
3、采用本发明钢液过滤器，通过超纯冶炼技术来净化铸造高温合金的合金返回料，利用K417等高温合金返回料制备高纯净、高质量、高性能的高温合金母合金，以提高资源的利用率，特别是战略资源镍和钴。本发明研制出的高纯母合金制备技术，也为FWS10、WP13发动机的制造提供优质高温合金母合金。
附图说明：
图1为高温合金传统过滤结构示意图。
图2为本发明过滤器的结构示意图。
图3为本发明过滤效率直方示意图。
图中，1 过滤器；2 过滤网；3 第一层过滤网；4 陶瓷球层；5 第二层过滤网。
具体实施方式：
如图2所示，本发明纯净化冶炼钢液过滤器，由上下两层过滤网(第一层过滤网3和第二层过滤网5)以及两层过滤网中间的实心陶瓷球层4构成，第一层过滤网3和第二层过滤网5可以分别为多层过滤网叠层结构，叠层之间的网孔交错连通。其中，
上层过滤网(第一层过滤网3)设置于过滤器1内部，主要作用是过滤钢液中较大型夹杂物，可以根据冶炼不同的合金材料选择氧化锆、氧化铝或其它常用的泡沫陶瓷过滤网，第一层过滤网的孔径一般在10～30PPi；
两层过滤网中间的实心陶瓷球层4的作用是吸附钢液中细小夹杂物，并促进其在陶瓷球表面长大，其材质可以选择氧化锆、氧化铝或其它常用的泡沫陶瓷过滤网用陶瓷，最好选用比重较大的陶瓷球，其直径在1～10mm之间为佳；
下层过滤网(第二层过滤网5)设置于过滤器1底部开口处，其作用是过滤钢液中较细小的夹杂物，一种是：被陶瓷球吸附并长大后被钢液重新冲刷回钢液中的夹杂物，另一种是：第一层过滤网没有吸附到的较大的夹杂物，其材质的选择同第一层过滤网，孔径在20～40PPi之间。
当冶炼完毕浇注时，钢液的浇注流动顺序是：第一层过滤网→过滤网中间的耐火陶瓷球→第二层过滤网→金属模具或壳型。钢液经过第一层过滤网后会将钢液中的大型的夹杂物过滤；然后，进入到陶瓷球中，由于陶瓷球的比重比钢液轻，在钢液的冲刷下会在钢液中做沉浮运动，钢液中的夹杂为氧化物或氮化物，而它们与陶瓷球有很强的亲和力(吸附力)。因此，钢液中的小型夹杂物被陶瓷球吸附，钢液进一步被净化，最后经过孔径更为曲折细小的第二层过滤网，钢液进一步被净化，最终得到纯净化的钢液。
本发明过滤效率验证方法如下：
(一)实验方法
1、过滤净化实验：
将过滤器预烧温度960℃，在出炉前放置于锭模上，进入浇注室；
2、过滤效率验证实验：
经过滤的合金和未经过滤的合金分别各取30g，分两次实验。第一次实验是经过滤的合金，把其放在底面积为2.5cm的水冷铜坩埚中，利用真空下电弧熔炼，并快速凝固，凝固的金属块高度在0.5cm左右，并确保合金中氧化物全部浮在合金表面测量凝固液滴表面氧化物面积；第二次实验是经过滤的合金，重复上面实验，然后利用下面公式进行计算过滤效率。
E＝[(Au—Af)/Au]×100％
式中：
E——过滤效率；
Au——过滤前单位重量试样的氧化物表面积cm2/g；
Af——过滤后单位重量试样的氧化物表面积，cm2/g。
实验结果：(进行了三次实验，每次实验选用合金棒的上下两端进行实验)
表1
| 试样编号 | 过滤之前Aucm2/g | 过滤之后Afcm2/g | 过滤效率％(过滤器cm2/g) | 过滤效率％(单层过滤网20ppi) | 过滤效率％(双层过滤网20ppi) |
| 1顶 | 0.0082 | 0.00163 | 80 | 50 | 55.3 |
| 1底 | 0.0082 | 0.00158 | 80.7 | 48.2 | 56.2 |
| 2顶 | 0.0082 | 0.00176 | 78.5 | 51.2 | 48.5 |
| 2底 | 0.0082 | 0.00182 | 77.8 | 46.5 | 56.3 |
| 3顶 | 0.0082 | 0.00190 | 76.8 | 51.2 | 49.2 |
| 3底 | 0.0082 | 0.0022 | 73.2 | 47.9 | 51.6 |
表中：1 顶为试样1上端，1 底为试样1下端；2 顶为试样2上端，2 底为试样2下端；3 顶为试样3上端，3 底为试样3下端。
由表1可见，经过使用钢液过滤器过滤后的高温合金夹杂物被滤除率大为提高，单层或双层过滤网结构的传统式过滤器的过滤效率为50％左右，而本发明的钢液过滤器则过滤效率提高到了70％以上。图3是利用表1制成的过滤效过图，其更能直观的体现钢液过滤器的过滤效率过滤效果的提高情况。
Claims (4)
1、一种纯净化冶炼钢液过滤器，其特征在于：该钢液过滤器设有上下两层过滤网：第一层过滤网和第二层过滤网，在两层过滤网中间设有陶瓷球层。
2、按照权利要求1所述的纯净化冶炼钢液过滤器，其特征在于：第一层过滤网和第二层过滤网分别为多层网状层叠结构，叠层之间的网孔交错连通。
3、按照权利要求1所述的纯净化冶炼钢液过滤器，其特征在于：第一层过滤网和第二层过滤网为耐火材料过滤网，陶瓷球层为耐火材料陶瓷球构成。
4、据权利要求1所述的纯净化冶炼过滤器，其特征在于：第一层过滤网的孔径在10～30PPi，第二层过滤网的孔径在20～40PPi，陶瓷球直径在1～10mm。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Shenyang Zhongke three new materials Limited by Share Ltd Assignor: Institute of metal research, Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2011210000002 Denomination of invention: Filter for purifying smelting molten steel Granted publication date: 20100721 License type: Exclusive License Open date: 20090527 Record date: 20110124 |