CN107052253A - 一种铸铁件过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的铸铁件过滤器，包括过滤件，过滤件包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，骨架为陶瓷基材料制得，其为轻质刚性材料；隔离单元为耐高温脆性材料制得；包覆层为含碳材料制得，其为耐高温低导热系数材料。本发明公开的过滤器，通过采用的独特的骨架、隔离单元和包覆层结构，从而起到过滤金属溶液的同时，易于在浇铸结束后对滤渣废弃物进行处理，通过包覆层、脆性的隔离单元与骨架的分离作用，而便于分解，降低再处理成本，提高后处理的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸件制造工具，尤其是钢/铁/铜/铝/锡/铅液等高温流体铸造工具，特别是一种铸铁件过滤器。
背景技术
金属液浇铸是通过将液态的合计注入模具的模腔中使之凝固而得到铸件的工艺。如铁合金浇铸(氧化铝rroalloy casting)将液态的铁合金(俗称铁水)注入模中使之凝固成型的工艺过程。绝大多数品种的铁合金生产为火法冶金过程。除铝热法、钨铁和真空固态脱碳法还原产品之外，铁合金的火法冶金过程最终都得到液态的铁合金。除粒化外，浇铸是将液态铁合金变成固态铁合金最常用的方法。夹渣是影响铸造产品质量的一个关键因素。故而在铸造工艺流程中对金属液中熔渣含量控制以及熔渣的再生成等方面的控制是铸造行业的重点研究方向。
大型铸铁件生产成本高，生产周期长，一个夹杂物在某些关键部位的出现就有可能导致整个铸件的报废。如果夹杂缺陷是在机加工时才发现，将导致铸件的加工成本浪费，如何把大型铸铁件的夹杂废品率降至最低，最有效的方法是控制铁水的含渣量，从而降低熔渣的残留。
过滤网技术，由于能是否高效第滤除金属溶体中的熔渣杂志，从而较大幅度第提高金属铸件的内在质量和合格率，因而在铸造行业特别是精密铸造行业中迅速推广，目前已经在铝、镁、铜、铁、钢等合金铸造中被推广和使用；但是在高温合金铸造领域，过滤网包括陶瓷过滤网的质量仍未能满足需要，效费比较低，成本高昂。并且在铸造后，熔渣与过滤网被金属液凝固形成一个整体，废弃物后处理困难，滤网与金属分离不易，分离成本高昂。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开的过滤器，通过采用的独特的骨架和包覆层结构，从而起到过滤金属溶液的同时，易于在浇铸结束后对滤渣废弃物进行处理，通过包覆层与骨架的分离作用，而便于分解，降低再处理成本，提高后处理的效率，并且具有良好的高温承受能力，适用于高温金属铸造。
本发明公开的铸铁件过滤器，包括过滤件，过滤件包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，
骨架为陶瓷基材料制得，其为轻质刚性材料；
隔离单元为耐高温脆性材料制得；
包覆层为含碳材料制得，其为耐高温低导热系数材料。本方案的过滤器，针对现有技术中过滤器成本高、后处理不易等问题，再过滤器中以轻质耐高温的符合结构过滤件为核心，从而在改善产品对浇铸环境适应性的前提下，也通过包覆层改善后处理性能，并配合隔离单元的耐高温脆性材料的脆性，在浇铸渣块后处理中利用材料的脆性实现骨架与外部渣块的快速分离(此时还可以实现骨架的回收再利用)，在从而降低熔渣废弃块的结合牢固程度，通过含碳材料的包覆层在浇铸时对骨架进行隔温绝热保护，而在后处理过程中，凝固后的熔体与包覆层之间形成明显的相态界面，该界面具有较强的界面张力而使其较易被分离，同时配合陶瓷基材料的骨架，其具有较好的破碎性，从而在后处理中增强了废弃块的处理便利性，并且因陶瓷基材料和含碳材料的特性，使其在后处理中不易发生混杂，从而明显改善处理成本和效率。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，耐高温脆性材料为硬质脆性的钨钢。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，隔离单元为钨钢薄层。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，隔离单元的钨钢薄层厚度为0.05-0.3微米。本方案通过控制钨钢薄层的厚度，一方面降低成本，起到增强和保护过滤件特别是骨架的同时，另一方面该厚度范围内的钨钢薄层在为骨架提供保护的同时，还可以凭借薄层的撞击破碎能力降低骨架与外部结构的分离性能，从而提升对产品的回收和后处理能力。
作为一种优选，陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.15-0.18％、碳酸镁2.0-3.5％、碳酸钙1.0-2.0％、碳酸氢钠1.20-1.40％、余量为氧化铝及不可避免的杂质。本方案通过采用少量的萤石在陶瓷基材料骨架烧结定型是起到部分助熔粘接定型的作用，这里控制萤石用量，可以恰到好处地调整加工过程中氧化铝的熔化，从而，同时适量的碳酸镁、碳酸钙起到辅助造孔和与氧化铝配合增强陶瓷性能出作用，碳酸氢钠在调节原料pH环境的同时，主要起到了造孔的效能，通过原料配合而获得轻质强度合适的多孔陶瓷材料。
作为一种优选，陶瓷基材料的原料还包括占原料总质量的0.3-0.5wt％的碳纤维或者陶瓷纤维中至少一种，碳纤维或陶瓷纤维为长度0.1-0.3mm，直径10-20微米的短纤维。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，过滤件包括至少一层过滤单元。本方案通过采用多层过滤单元配合的形式，从而利用过滤单元材料与熔体凝固后界面相容差异(界面效应使其具有较好的分离破碎效果)同时配合陶瓷基材料骨架的相对脆性，从而有利于在过滤后进行渣块分割破碎。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，过滤单元为具有过滤孔的隔栅结构。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，同一过滤单元上的过滤孔的规格相同。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，至少部分相邻两个过滤单元上的过滤孔的规格不同。本方案通过不同规格的过滤孔，可以在过滤过程中对熔渣进行分级，从而在渣块分割破碎后直接实现了熔渣的分级处理，帮助熔渣在后期分离回收。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，当相邻两个过滤单元上的过滤孔的规格不同时，靠近铸模进料口的过滤单元上的过滤孔的尺寸小于远离铸模进料口的过滤单元上的过滤孔的尺寸。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，陶瓷基材料为泡沫陶瓷材料(孔隙率为80-90％，从而具有良好的密度控制能力，并且在使用中发生裂纹时，可以利用熔体的填充凝固对缝隙裂纹进行填充，从而降低浇铸风险，提高生产安全性)。
本发明公开的铸铁件过滤器的一种改进，过滤器还包括整流腔，整流腔沿铁水流动方向设置在过滤件部，并且位于铸模进料口前，整流腔雨铸模进料口联通。
本发明公开的铸铁件过滤器在实现对合金熔体熔渣高效过滤的同时，还充分利用不同表面性能物质间界面效应所导致的分离作用，并配合过滤器结构的强度差异有利于在浇铸后对废渣进行破碎、分级与回收，从而降低浇铸作用中的生产与应用成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中铸铁件过滤器，包括过滤件，过滤件包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，骨架为陶瓷基材料，其为轻质刚性材料；隔离单元为耐高温脆性材料制得；包覆层为含碳材料，其为耐高温低导热系数材料。
实施例2
本实施例中铸铁件过滤器，包括2层过滤单元组成的过滤件，每一层过滤单元包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，骨架为陶瓷基材料，其为轻质刚性材料；隔离单元为耐高温脆性材料制得；包覆层为含碳材料，其为耐高温低导热系数材料。
实施例3
本实施例中铸铁件过滤器，包括3层过滤单元组成的过滤件，每一层过滤单元包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，骨架为陶瓷基材料，其为轻质刚性材料；隔离单元为耐高温脆性材料制得；包覆层为含碳材料，其为耐高温低导热系数材料。
在本发明方案中过滤件中还可以根据熔体含渣量、产品规格、熔渣尺寸分布等对过滤单元层数进行调整，可以设置更多层的过滤单元，也可以适当调整层数，以获得更好的过滤效果，并且降低滤网应用和后期废渣的处理成本。
与上述实施例相区别的，耐高温脆性材料为硬质脆性的钨钢。
与上述实施例相区别的，隔离单元为钨钢薄层。
与上述实施例相区别的，过滤单元为具有过滤孔的隔栅结构。
与上述实施例相区别的，同一过滤单元上的过滤孔的规格相同。
与上述实施例相区别的，至少部分相邻两个过滤单元上的过滤孔的规格不同，如当过滤件包括2层过滤单元时可以是规格完全相同的两层过滤单元，也可以是不同的；包括三层时，可以为三层的规格是相同的，也可以为其中两层规格相同，该相同规格的两层可以相邻也可以为另外不相同的那一层所间隔等，在层数更多时候，相邻两层过滤单元的规格可以相同，也可以不同。
与上述实施例相区别的，当相邻两个过滤单元上的过滤孔的规格不同时，靠近铸模进料口的过滤单元上的过滤孔的尺寸小于远离铸模进料口的过滤单元上的过滤孔的尺寸。
与上述实施例相区别的，陶瓷基材料为泡沫陶瓷材料。
与上述实施例相区别的，过滤器还包括整流腔，整流腔沿铁水流动方向设置在过滤件部，并且位于铸模进料口前，整流腔雨铸模进料口联通。
本实施例中陶瓷基材料即泡沫陶瓷材料的原料主要为，wt％：萤石0.15-0.18％、碳酸镁2.0-3.5％、碳酸钙1.0-2.0％、碳酸氢钠1.20-1.40％、余量为氧化铝及不可避免的杂质。
本实施例中陶瓷基材料其组成技术方案还可以为包括而不限于以下所列技术方案中任一：
1、陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.15％、碳酸镁3.5％、碳酸钙1.2％、碳酸氢钠1.40％、余量为氧化铝及不可避免的杂质。
2、陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.16％、碳酸镁2.0％、碳酸钙1.4％、碳酸氢钠1.30％、余量为氧化铝及不可避免的杂质。
3、陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.17％、碳酸镁3.0％、碳酸钙1.6％、碳酸氢钠1.20％、余量为氧化铝及不可避免的杂质。
4、陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.18％、碳酸镁2.5％、碳酸钙1.0％、碳酸氢钠1.25％、、余量为氧化铝及不可避免的杂质。
5、陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.155％、碳酸镁2.7％、碳酸钙2.0％、碳酸氢钠1.36％、余量为氧化铝及不可避免的杂质。
6、陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.175％、碳酸镁3.2％、碳酸钙1.5％、碳酸氢钠1.27％、余量为氧化铝及不可避免的杂质。
7、陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.165％、碳酸镁2.9％、碳酸钙1.7％、碳酸氢钠1.32％、余量为氧化铝及不可避免的杂质。
包括而不限于以上陶瓷基材料的技术方案中，杂质元素的总量应当不高于0.07％，单一组成不高于0.03％。
与上述实施例相区别的，区别之处还可以为如下任一情形：a、陶瓷基材料的原料还包括占原料总质量的0.3-0.5wt％的碳纤维，碳纤维为长度0.1-0.3mm，直径10-20微米的短纤维；b、陶瓷基材料的原料还包括占原料总质量的0.3-0.5wt％的陶瓷纤维，陶瓷纤维为长度0.1-0.3mm，直径10-20微米的短纤维；c、陶瓷基材料的原料还包括占原料总质量的0.3-0.5wt％的碳纤维和陶瓷纤维，碳纤维和陶瓷纤维为长度0.1-0.3mm，直径10-20微米的短纤维；
上述方案中，纤维为长度0.1mm(还可以为包括而不限于以下列举中的任一：0.2、0.3、0.14、0.16、0.17、0.19、0.22、0.23、0.25、0.27、0.28、0.29以及0.1-0.3mm范围内的其它任意值)，直径(最大径)10微米(还可以为包括而不限于以下列举中的任一：11、12、13、14、15、16、17、18、19、20以及10-20微米范围内的其它任意值)的短纤维；碳纤维和陶瓷纤维(包括两者各自单独存在或者共同存在的情形，均可以满足以下限定)的总量为0.3wt％(总量还可以为包括而不限于以下列举中的任一：0.31wt％、0.32wt％、0.33wt％、0.34wt％、0.35wt％、0.36wt％、0.37wt％、0.38wt％、0.39wt％、0.40wt％、0.41wt％、0.42wt％、0.43wt％、0.44wt％、0.45wt％、0.46wt％、0.47wt％、0.48wt％、0.49wt％、0.50wt％以及0.3-0.5wt％范围内的其它任意值)。
以下实施例为例来分别说明本申请技术方案的优异之处：
实施例11
本实施例中铸铁件过滤器，包括过滤件，过滤件包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，骨架为普通氧化铝陶瓷；隔离单元为0.05微米厚的钨钢薄层；包覆层为抗氧化耐高温石墨层。本实施例样品10件，均满足以下性能：最高耐高温不低于1800℃(指最高稳定工作温度，下同)；抗热震性为1350-20℃水冷6次不裂(样品在1350℃下以20℃水急冷不裂，下同)；抗折强度大于5MPa；抗压强度大于26MPa；与金属熔体接触面反应层厚度不大于40微米；荷重软化温度大于1800℃(指2kg/c㎡荷重下测定的开始软化温度，下同)。
实施例12
本实施例中铸铁件过滤器，包括过滤件，过滤件包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，作为骨架的陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.15％、碳酸镁3.5％、碳酸钙1.2％、碳酸氢钠1.40％、余量为氧化铝及不可避免的杂质；隔离单元为0.17微米厚的钨钢薄层；包覆层为抗氧化耐高温碳纤维层。本实施例样品10件，均满足以下性能：最高耐高温不低于1850℃；抗热震性为1400-20℃水冷6次不裂；抗折强度大于6MPa；抗压强度大于28MPa；与金属熔体接触面反应层厚度不大于30微米；荷重软化温度大于1950℃。
实施例13
本实施例中铸铁件过滤器，包括过滤件，过滤件包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，作为骨架的陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.15％、碳酸镁3.5％、碳酸钙1.2％、碳酸氢钠1.40％、0.3-0.5wt％的碳纤维、余量为氧化铝及不可避免的杂质；碳纤维为长度0.1mm，直径10微米的短纤维；隔离单元为0.10微米厚的钨钢薄层；包覆层为抗氧化耐高温炭黑涂层。本实施例样品10件，均满足以下性能：最高耐高温不低于1850℃；抗热震性为1400-20℃水冷6次不裂；抗折强度大于6MPa；抗压强度大于28MPa；与金属熔体接触面反应层厚度不大于30微米；荷重软化温度大于1950℃。
实施例14
本实施例中铸铁件过滤器，包括2层过滤单元组成的过滤件，每一层过滤单元包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，骨架为普通氧化铝陶瓷；包覆层为抗氧化耐高温石墨层；隔离单元为0.15微米厚的钨钢薄层；该两层过滤单元均具有过滤孔，且规格相同。本实施例样品10件，均满足以下性能：最高耐高温不低于1800℃；抗热震性为1400-20℃水冷6次不裂；抗折强度大于5.5MPa；抗压强度大于27MPa；与金属熔体接触面反应层厚度不大于40微米；荷重软化温度大于1800℃。
实施例15
本实施例中铸铁件过滤器，包括3层过滤单元组成的过滤件，每一层过滤单元包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，作为骨架的陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.15％、碳酸镁3.5％、碳酸钙1.2％、碳酸氢钠1.40％、余量为氧化铝及不可避免的杂质；隔离单元为0.20微米厚的钨钢薄层；包覆层为抗氧化耐高温碳纤维层；该3层过滤单元均具有过滤孔，且规格相同。本实施例样品10件，均满足以下性能：最高耐高温不低于1850℃；抗热震性为1400-20℃水冷6次不裂；抗折强度大于7MPa；抗压强度大于28MPa；与金属熔体接触面反应层厚度不大于30微米；荷重软化温度大于1950℃。
实施例16
本实施例中铸铁件过滤器，包括4层过滤单元组成的过滤件，每一层过滤单元包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，作为骨架的陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.15％、碳酸镁3.5％、碳酸钙1.2％、碳酸氢钠1.40％、0.3-0.5wt％的碳纤维、余量为氧化铝及不可避免的杂质；碳纤维为长度0.1mm，直径10微米的短纤维；隔离单元为0.25微米厚的钨钢薄层；包覆层为抗氧化耐高温炭黑涂层；该4层过滤单元分为规格不同的两组，各自间隔设置。本实施例样品10件，均满足以下性能：最高耐高温不低于1850℃；抗热震性为1400-20℃水冷8次不裂；抗折强度大于8MPa；抗压强度大于28MPa；与金属熔体接触面反应层厚度不大于30微米；荷重软化温度大于2000℃。
实施例17
本实施例中铸铁件过滤器，包括4层过滤单元组成的过滤件，每一层过滤单元包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，作为骨架的陶瓷基材料的原料主要为，wt％：萤石0.15％、碳酸镁3.5％、碳酸钙1.2％、碳酸氢钠1.40％、0.3-0.5wt％的碳纤维、余量为氧化铝及不可避免的杂质；碳纤维为长度0.1mm，直径10微米的短纤维；隔离单元为0.03微米厚的钨钢薄层；包覆层为抗氧化耐高温炭黑涂层；该4层过滤单元的规格不同，靠近铸模进料口的过滤单元上的过滤孔的尺寸小于远离铸模进料口的过滤单元上的过滤孔的尺寸。本实施例样品10件，均满足以下性能：最高耐高温不低于1850℃；抗热震性为1400-20℃水冷8次不裂；抗折强度大于8MPa；抗压强度大于29MPa；与金属熔体接触面反应层厚度不大于30微米；荷重软化温度大于2050℃。
如上述举例所示，包括而不限于上述实施例的本发明方案与现有技术相比，对过滤器在耐高温、抗热震、强度、抗熔体熔蚀性等方面的性能有明显改善，同时在浇铸后的后期渣块处理中还节约了30％以上的人力和时间消耗，并且在采用适当的力度敲击隔离单元后可以使得隔离单元破碎而取得完整的骨架，进而对骨架进行回收再利用。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铸铁件过滤器，包括过滤件，所述过滤件包括骨架、形成于骨架外侧的隔离单元以及形成于隔离单元外侧的包覆层，
所述骨架为陶瓷基材料制得，其为轻质刚性材料；
所述隔离单元为耐高温脆性材料制得；
所述包覆层为含碳材料制得，其为耐高温低导热系数材料。
2.根据权利要求1所述的铸铁件过滤器，其特征在于：所述耐高温脆性材料为硬质脆性的钨钢。
3.根据权利要求2所述的铸铁件过滤器，其特征在于：所述隔离单元为钨钢薄层。
4.根据权利要求3所述的铸铁件过滤器，其特征在于：所述隔离单元的钨钢薄层厚度为0.05-0.3微米。
5.根据权利要求1所述的铸铁件过滤器，其特征在于：所述过滤件包括至少一层过滤单元。
6.根据权利要求5所述的铸铁件过滤器，其特征在于：所述过滤单元为具有过滤孔的隔栅结构。
7.根据权利要求6所述的铸铁件过滤器，其特征在于：所述同一过滤单元上的过滤孔的规格相同。
8.根据权利要求7所述的铸铁件过滤器，其特征在于：所述至少部分相邻两个过滤单元上的过滤孔的规格不同。
9.根据权利要求8所述的铸铁件过滤器，其特征在于：当相邻两个过滤单元上的过滤孔的规格不同时，靠近铸模进料口的过滤单元上的过滤孔的尺寸小于远离铸模进料口的过滤单元上的过滤孔的尺寸。
10.根据权利要求1-6任一所述的铸铁件过滤器，其特征在于：所述陶瓷基材料为泡沫陶瓷材料。
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