CN106390599A - 一种环保型铁水过滤网的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种环保型铁水过滤网的制备方法。该方法包括以下步骤：市售高硅氧纤维网格布浸沾浆料30‑50秒；再通过压辊挤压多余浆料，在经过烘烤定型和烘烤工序最后将烘烤后的网布放置到传送带上，在氮气氛围下，进入带有通风设施的箱型设备中，网布经过温度区域进行加工处理：其中，一区 435℃停留6‑7分钟、二区 565℃停留4.5‑5.5分钟、三区 550℃停留6‑7分钟，最后得到环保型铁水过滤网。本发明通过环保化工艺处理后的产品在使用时，其放出气体量明显下降，从而降低了对操作人员的危害，有效地减弱了操作中对环境的污染。

Description

一种环保型铁水过滤网的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种过滤网制作的改进工艺,特别是用于铸造中铁水过滤网的制作工艺。
背景技术：
过滤技术作为一种先进的工艺技术对减少夹杂类、气孔类缺陷,提高铸件力学性能、加工性能有显著作用。在铸造工艺中,通常在铸造时需要在设备的浇口部位放置过滤网,除去浇铸液中的杂质,以提高铸件工艺成品率。目前,多数厂家使用直孔陶瓷过滤片、泡沫陶瓷过滤片和纤维过滤网对铁水进行过滤净化处理。这几种类型的产品各有优缺点：直孔陶瓷过滤片的强度高,但过滤能力不高；泡沫陶瓷过滤片有较好的高温性能,但容易破裂；纤维过滤网工艺简便、价格经济,但韧性不是很好,树脂涂层受热释放会气体等。
铁水纤维过滤网使用极为广泛。其以高硅氧玻璃纤维网格布为基材,表面上涂覆耐高温涂料或是树脂加工而成,具有一定刚度和硬度。近些年,铁水纤维过滤网国内的产能约1700万平方米/年,国内市场需求大约为2000万平方米/年,而且每年需求呈上涨趋势。
铸造业要绿色低碳化发展。滤网的生产工艺和制备方法就需要不断提升和改进。CN101235262A公开了一种用于缠绕型铸造过滤网的胶粘剂及制备方法,用来实现铸造用纤维过滤网缠绕型连续化生产,但是并没有涉及绿色环保化处理,使用过程中释放的大量气体,会危害操作人员健康,污染环境,也会影响铸件的品质。CN1381297A公开了铸造用过滤网制作工艺,在特定的模具中加热挤压成特定形状,但也未涉及绿色环保化化处理,使用过程中释放的大量气体,会危害操作人员健康,污染环境,也会影响铸件的品质。
酚醛树脂具有相对较高的残碳值和良好的高温力学性能,因而铁水过滤网的涂覆的涂料多用酚醛树脂。但是,在过滤铁水时的高温状况下,酚醛树脂有裂解行为,放出气体,还会消弱其力学性能。研究工作者们发现：如果在空气中,酚醛树脂受热后会转化为水,一氧化碳,二氧化碳,苯酚,烷基酚,苯,苯系物等气体；释放出的气体中含有有害物质。导致使用中会污染环境,危害操作人员的身体健康,影响产品的质量。
降低铁水纤维过滤网使用中释放的气体,避免危害人们健康、污染环境,使产品更为环保化、绿色化。为此,我们将滤网经过特殊加热工艺处理,降低其使用中的气体释放。
酚醛树脂加热过程中由于裂解有气体逸出以及树脂内部局部热应力增大,会导致树脂结构和性能的改变。因此,理解酚醛树脂裂解机理,优化工艺参数,避免树脂结构破坏作用,对于铁水纤维过滤网改进工艺具有重要意义。
酚醛树脂裂解方式是复杂的化学反应。经研究,有几种具代表性的热解机理被提出。Ouchi K指出其过程分为官能团的附加交联、交联断裂、脱氢三个阶段。Jackson W M则认为在氧化性气氛下,主要是树脂自身的氧化裂解,会转变生成羰基或是羧基官能团,而后,温度升高会导致断链反应并放出甲烷、CO、CO2、苯、苯酚等气体。Parker提出是酚醛树脂内部存在缺陷部位,这些部位的芳环位于树脂大分子空间网状结构边缘,受热时首先脱离,放出苯酚等。经研究人们发现,酚醛树脂的主要裂解区间在300-700度内。
本发明提出一种铁水过滤网环保化生产工艺的改进方法。该改进工艺生产的高硅氧玻璃纤维过滤网使用中减少了有害气体的释放,降低了对操作现场的污染和对操作人员的危害,提高产品质量。提供了环境友好的绿色化改进工艺。
发明内容：
目前,国内外铸造业生产铸件使用的铁水纤维过滤网,是以高硅氧玻璃纤维网格布为基材,表面上涂覆酚醛树脂加工而成。该种过滤网在铁水浇注时,由于受到金属液的烧灼,会释放出多种气体,经测定其中包含有：水,二氧化碳,一氧化碳,苯酚,甲酚,苯,甲苯,二甲苯,以及若干苯系物等。这些气体会导致铸件形成气孔,影响产品质量；再者,酚和苯系物等的有害气体对操作人员和环境带来了危害。
随着工业的发展,对铸件产品质量要求越来越高。铸造厂的过滤网用量也越来越大,相应地有害气体的释放量也会越来越大,造成污染环境和危害操作人员的问题。为此,本发明提出将铁水纤维过滤网生产工艺改进,环保化处理,减少使用中气体的释放,这样就可以降低因过滤网使用带来铸造厂的有害气体排放,提高铸件的品质,减少危害。
本发明提供了一种铁水过滤网环保化生产工艺的改进方法。该种改进方法是将酚醛树脂烧结的过滤网在特定温度,通入氮气情况下,经加工设备处理。经过改进工艺生产的铁水过滤网在浇注过程中释放气体减少,也会降低铸件形成气孔缺陷的概率,提高铸件品质,降低对操作人员和环境的危害。本发明创新点在于采用氮气保护,在特定温度区间加工处理滤网,减少使用时释放的气体,且基本保持其力学性能。
本发明的技术方案为：
一种环保型铁水过滤网的制备方法,包括以下步骤：
1)第一步,浸沾浆料工序：室温下,先将市售高硅氧纤维网格布浸沾浆料30-50秒；浆料的成分为酚醛树脂、醇和锆粉,其质量比为酚醛树脂：醇：锆粉＝1:5:20；
2)第二步,压浆工序：室温下,通过压辊挤压多余浆料,压辊的压力设定为2-4Pa；
3)第三步,烘烤定型工序：将网布平整铺在传送带上,经过生产线温度为120℃的一区烤箱进行烘烤定型2-3分钟,然后在温度为190℃的二区的烤箱进一步烘烤定型2-3分钟；
4)第四步,烘烤工序：将定型后的网布放入温度为220℃的烘箱中高温烘烤2.5小时；
5)第五步,产品环保化工序：将烘烤后的网布放置到传送带上,在氮气氛围下,进入带有通风设施的箱型设备中,网布经过温度区域进行加工处理：其中,一区435℃停留6-7分钟、二区565℃停留4.5-5.5分钟、三区550℃停留6-7分钟,最后得到环保型铁水过滤网。
所述的醇具体为乙醇或甲醇。
所述的锆粉纯度为63％,粒径325目,通过率98.5％。
所述的第五步中的氮气送入速度为2.0-2.5m3/h。
本发明与现有技术相比有如下特点：
铁水纤维过滤网,是以高硅氧玻璃纤维网格布为基材,表面上涂覆树脂加工而成。该种过滤网在铁水浇注时,由于受到金属液的烧灼,树脂裂解会释放出多种气体。酚醛树脂具有相对较高的残碳值和良好的高温力学性能,因而铁水过滤网的涂覆的涂料多用酚醛树脂。
根据Jackson W M的裂解机理(见下面化学式)，氧气存在会促进酚醛树脂发生氧化裂解，对其结构产生影响，导致残碳率也会降低，力学性能受到影响。
依据前人对裂解方式的研究为基础,推进行业绿色低碳化发展,我们通过大量研究和试验,加入产品环保化处理新工艺。通过新工艺处理铁水纤维过滤网涂层酚醛树脂,以求达到降低使用过程中释放气体的发气量,减少对操作人员和环境的危害,提高产品品质。因此：
首先,处理过程中,要通入保护气体氮气,防止氧气和酚醛树脂反应从而降低产品的残碳率,避免产品力学性质受影响。
再者,本发明的环保型铁水过滤网通过温度400-600度时的环保化工艺处理,使铁网上外层树脂在此阶段裂解并释放有害气体(酚等)(此时散发出的有害气体通过通风设备后再进行无害化处理。),从而在应用中过滤1000度以上的铁水时,排放的有害气体大大减少。具体体现在：
1，通过环保化工艺处理后的产品在使用时,其放出气体量明显下降。
经测定市售的铁水纤维过滤网,在1000度时其发气量为144.29ml/g。经过改进工艺处理后的滤网发气量减少至83.85ml/g。经环保化处理工艺的铁水过滤网每平方米重约2千克,每平方米滤网使用中释放的各类气体将会减少121升！
经统计,近些年铁水纤维过滤网国内的产能约1700万平方米/年,国内市场需求大约为2000万平方米/年,而且每年需求呈上涨趋势。通过本发明的工艺处理,使用铁水纤维过滤网时,将减少2.06×109升各种气体的释放！社会效益非常可观！
2，由于使用中有害气体的减少,降低了对操作现场的污染以及对操作人员的危害。
我们测定了现有产品和改进后产品在空气中高温时放出气体的成分。两者都会释放出：水,二氧化碳,一氧化碳,苯酚,酚的衍生物,苯,甲苯,苯系物,苯并呋喃,以及占吨等气体。从测定结果可知,释放的气体中都含有污染环境和危害操作人员的有害气体。经改进工艺处理后的产品在高温时释放气体量明显减少,从而降低了对操作人员的危害,保护操作人员的健康！有效地减弱了操作中对环境的污染！
3，由于铁水过滤中发气量的减少,减少气孔的出现,提高了铸件品质。
4，经测定,环保化生产工艺生产出的产品性能基本良好。依据QJ-999-1986的标准,我们测定了产品的刚度和常温强度。市售的铁水纤维过滤网经刚度为5.4gf/cm；经改进工艺处理过的产品性能良好。刚度为13.3gf/cm；表明刚度通过处理大大增强。
5，改进工艺适合广泛推广。
具体实施方式：
以下结合实例,对本发明做进一步的说明。下面的说明是以举例的方式,但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1：
室温下,先将市售高硅氧纤维网格布(孔径：1.5mm*1.5mm；二氧化硅含量96％)浸沾浆料30-50秒。浆料的成分为酚醛树脂、乙醇(纯度为99％)、锆粉(纯度为63％,粒径325目,通过率98.5％),其质量比为1:5:20。而后室温下,通过压辊挤压多余浆料,压辊的压力设定为3Pa。再将网布平整铺在传送带上,经过生产线温度为120℃的一区烤箱进行烘烤定型2分钟,然后在温度为190℃的二区的烤箱进一步烘烤定型2分钟。将定型后的网布放入温度为220℃的烘箱中高温烘烤2.5小时。最后,进行产品环保化工序处理。在17米*1.4米*0.95米的带有通风设施的箱型设备中(设备中三个温度区域每个长度4米),将烘烤后的网布放置到传送带上,通入氮气,气体送入速度为2.2m3/h,网布经过三个温度区域进行加工处理：一区435℃停留6.7分钟、二区565℃停留5分钟、三区550℃停留6.7分钟。
所得产品性能测试结果见表1。如表1所示,市售的铁水纤维过滤网在1000度时其发气量为144.29ml/g；同样在1000度时,经过改进工艺处理后的滤网发气量减少至83.85ml/g,发气量减少了41.9％！市售的铁水纤维过滤网经刚度为5.4gf/cm；常温强度为8.8kgf/4根。经改进工艺处理过的产品性能良好。刚度为13.3gf/cm；常温强度为6.1kgf/4根。刚度通过处理大大增强,常温强度则略有减弱,但总体而言,经改进工艺处理后的滤网的基本力学性质良好。
实施例2：
室温下,先将市售高硅氧纤维网格布(孔径：1.5mm*1.5mm；二氧化硅含量96％)浸沾浆料30-50秒。浆料的成分为酚醛树脂、乙醇(纯度为99％)、锆粉(纯度为63％,粒径325目,通过率98.5％),其质量比为1:5:20。而后室温下,通过压辊挤压多余浆料,压辊的压力设定为3Pa。再将网布平整铺在传送带上,经过生产线温度为120℃的一区烤箱进行烘烤定型2分钟,然后在温度为190℃的二区的烤箱进一步烘烤定型2分钟。将定型后的网布放入温度为220℃的烘箱中高温烘烤2.5小时。最后,进行产品环保化工序处理。在17米*1.4米*0.95米的箱型设备中(设备中三个温度区域每个长度4米),将烘烤后的网布放置到传送带上,通入氮气,气体送入速度为0.5m3/h,网布经过三个温度区域进行加工处理：一区235℃停留16.7分钟、二区275℃停留12.5分钟、三区285℃停留16.7分钟。所得产品性能测试结果见表1。
实施例3：
室温下,先将市售高硅氧纤维网格布(孔径：1.5mm*1.5mm；二氧化硅含量96％)浸沾浆料30-50秒。浆料的成分为酚醛树脂、乙醇(纯度为99％)、锆粉(纯度为63％,粒径325目,通过率98.5％),其质量比为1:5:20。而后室温下,通过压辊挤压多余浆料,压辊的压力设定为3Pa。再将网布平整铺在传送带上,经过生产线温度为120℃的一区烤箱进行烘烤定型2分钟,然后在温度为190℃的二区的烤箱进一步烘烤定型2分钟。将定型后的网布放入温度为220℃的烘箱中高温烘烤2.5小时。最后,进行产品环保化工序处理。在17米*1.4米*0.95米的箱型设备中(设备中三个温度区域每个长度4米),将烘烤后的网布放置到传送带上,通入氮气,气体送入速度为2.2m3/h,网布经过三个温度区域进行加工处理：一区435℃停留4.3分钟、二区565℃停留3.2分钟、三区550℃停留4.3分钟。所得产品性能测试结果见表1。
实施例4：
室温下,先将市售高硅氧纤维网格布(孔径：1.5mm*1.5mm；二氧化硅含量96％)浸沾浆料30-50秒。浆料的成分为酚醛树脂、乙醇(纯度为99％)、锆粉(纯度为63％，粒径325目,通过率98.5％),其质量比为1:5:20。而后室温下,通过压辊挤压多余浆料,压辊的压力设定为3Pa。再将网布平整铺在传送带上,经过生产线温度为120℃的一区烤箱进行烘烤定型2分钟,然后在温度为190℃的二区的烤箱进一步烘烤定型2分钟。将定型后的网布放入温度为220℃的烘箱中高温烘烤2.5小时。最后,进行产品环保化工序处理。在17米*1.4米*0.95米的箱型设备中(设备中三个温度区域每个长度4米),将烘烤后的网布放置到传送带上,通入氮气,气体送入速度为2.2m3/h,网布经过三个温度区域进行加工处理：一区435℃停留3.8分钟、二区565℃停留2.9分钟、三区550℃停留3.8分钟。所得产品性能测试结果见表1。
表1实施例1-4所得产品性能测试结果
为了推进行业绿色低碳化发展,生产中我们加入产品环保化处理新工艺。通过大量研究和试验探索出新工艺生产的优化条件。表1中结果表明,保护气体---氮气通入量的不同,加工处理滤网的温度不同以及加工处理滤网的时间长短不同都会导致产品的各种性能不同。实施例2结果显示,低浓度氮气氛围保护下,低温长时间加工处理滤网,生产的产品在使用中释放气体量大,达不到环保化的要求。实施例1,3和4的结果展示出,氮气保护下,较高温度加工处理时,处理时间增长,产品的发气量会降低。但是,加工处理时间的变长会增加制造生产的成本。综合考虑,实施例1中生产的产品使用时发气量最低且其力学性能依然基本良好。所以,环保化新工艺生产的优化条件为实施例1中所术的条件：网布经过三个不同的温度区域进行加工处理：一区435℃停留6.7分钟、二区565℃停留5分钟、三区550℃停留6.7分钟。通过三个不同温度区域不同时间的加工处理,使滤网外层酚醛树脂裂解但在过程中的结构改变又可以满足产品力学性能的要求。
由于本发明的生产工艺降低了使用产品时释放的各类气体,提高了铸件的产品品质，并降低了对操作人员的危害,保护操作人员的健康！有效地降低了操作中对环境的污染！本工艺适合广泛推广。
本发明未述事宜为公知技术。

Claims (4)

1.一种环保型铁水过滤网的制备方法，其特征为包括以下步骤：
1） 第一步，浸沾浆料工序：室温下，先将市售高硅氧纤维网格布浸沾浆料30-50秒；浆料的成分为酚醛树脂、醇和锆粉，其质量比为酚醛树脂：醇：锆粉=1:5:20；
2）第二步，压浆工序：室温下，通过压辊挤压多余浆料，压辊的压力设定为2-4Pa；
3）第三步，烘烤定型工序：将网布平整铺在传送带上，经过生产线温度为120℃的一区烤箱进行烘烤定型2-3分钟，然后在温度为190℃的二区的烤箱进一步烘烤定型2-3分钟；
4）第四步，烘烤工序：将定型后的网布放入温度为220℃的烘箱中高温烘烤2.5小时；
5）第五步，产品环保化工序：将烘烤后的网布放置到传送带上，在氮气氛围下，进入带有通风设施的箱型设备中，网布经过温度区域进行加工处理：其中，一区 435℃停留6-7分钟、二区 565℃停留4.5-5.5分钟、三区 550℃停留6-7分钟，最后得到环保型铁水过滤网。
2.如权利要求1所述的环保型铁水过滤网的制备方法，其特征为所述的醇具体为乙醇或甲醇。
3. 如权利要求1所述的环保型铁水过滤网的制备方法，其特征为所述的锆粉纯度为63%，粒径325目，通过率98.5% 。
4.如权利要求1所述的环保型铁水过滤网的制备方法，其特征为所述的第五步中的氮气送入速度为 2.0-2.5 m³/h。
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