CN112059165B - 一种铸造用钢水过滤网的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸造用钢水过滤网的制备方法，本发明属于铸造材料技术领域，制备的钢水过滤网由耐高温陶瓷纤维经编浸渍胶液制成，比铁水过滤网拥有更强的抗冲击性，本发明公开的制备方法制备的钢水过滤网能有效去除金属熔体中的气泡、夹灰氧化物以及各种夹杂物等有害杂质、稳定金属熔体流量，从而从根本上尽量消除铸件的气眼、渣眼、砂眼，大大提高铸件的成品率，改善铸件质量。

Description

一种铸造用钢水过滤网的制备方法

技术领域

本发明涉及铸造材料技术领域，尤其涉及一种铸造用钢水过滤网的制备方法。

背景技术

在铸造生产中，铸钢件、铸铁件及其他合金铸件，由于种种原因很容易产生渣眼、砂眼、气眼等质量问题，因此除去金属熔体中非金属夹杂物，对提高铸件成品率，改善铸件质量，具有重大的技术价值和经济价值。与其他各类过滤网比较，耐高温纤维铸造过滤网价格低廉、使用方便、不改变铸件金属组成成分、滤渣效果好、发气量低。另外，它同样具有耐高温、耐烧蚀、化学稳定性好、耐金属熔体冲刷、良好的强度。因此耐高温纤维铸造过滤网是各类金属熔体的理想过滤材料。它还可以用于化工腐蚀液体和高温气体的过滤。耐高温纤维铸造过滤网被广泛用来对各类金属熔体进行过滤净化处理，通过过滤网过滤，可以达到有效地去除金属熔体中的气泡、氧化物以及各种夹杂物等有害杂质，从而从根本上消除铸件的气眼、渣眼、砂眼，大大提高铸件的成品率，提高铸件的内在质量和外观质量;改善铸件的力学性能：可以使铸件的硬度提高且表面硬度均匀，提高铸件的抗弯强度;改变铸件的石墨形态，使石墨尺寸减小、厚度变薄、形状稍弯曲;改变铸件的机械加工性能，提高加工效率。耐高温纤维水过滤网，可有效地去除熔液中的气泡、氧化物，以及各种夹杂物等有害杂质，大大提高铸件的成品率、提高制品质量，且避免了其他金属成分渗进熔液的弊端，不影响合金成分组成，以保证铸件的品质；改善铸件的力学性能，可以使铸件硬度提高且表面硬度均匀，提高铸件的抗弯强度；改变铸件的机械加工性能，提高加工效率。与各类滤网相比较，耐高温纤维过滤网不影响合金组成成分；因纤维自身有吸附杂质的作用，故过滤效果更好。另外，耐高温纤维过滤网同样具有耐高温、网眼稳定性好、使用方便等优点。而且有利于废料的回炉利用（废料回炉后，网片浮于熔液表面）。耐高温纤维过滤网布是高档合金铸件的理想过滤材料。传统的铁水过滤网由高硅氧玻璃纤维编织成网，再经浸涂酚醛树脂耐火涂料制成。酚醛树脂在氮气气氛下烧蚀，减少了氧化作用，残留率高，因此相比在氧气条件下烧蚀稳定性高，但并不意味着酚醛树脂经过氮气处理可以提高其稳定性，其所指的是其烧蚀环境条件，而这种条件在铸造过滤时应用难以施行。中国专利CN106390599B公开了一种铸造用钢水过滤网的制备方法与传统的制备方法无异，区别在于在氮气氛围下环保化工序（高温降解），使有害化气体提前释放，以减少过滤铁水时，排放的有害气体量，但排放气体的总量并没与因此显著减少，而实际过程中，因为高温降解，酚醛树脂提前分解，刚度或耐火度会造成下降，冲刷性能也因此降低，而且过滤网持续工作时间也显著下降，并不符合工业化生产条件，实际反而降低了铁水过滤网的使用性能，另外其改进后的发气量的测试方法也并不满足QJ-999-1986铁水过滤网技术条件的标准所规定的方法，且改进后的发气量、常温强度等也并不满足铁水过滤网规定的要求，人们早在高硅氧玻璃纤维网，浸涂酚醛树脂及烘干处理，目的是为了提高其刚性和耐火度以及使用性能，性能良好的铁水过滤网甚至可以多次利用，降低生产成本，过去三十余年人们追求铸造过滤网具有更好的综合性能，以获得更好的铸造效果，钢水过滤网的要求更高，本领域技术人员亟待开发出一种铸造用钢水过滤网的制备方法以满足现有的应用市场和性能需求。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提供一种铸造用钢水过滤网的制备方法。

一种铸造用钢水过滤网的制备方法，包括以下步骤：

第一步，调配浸渍胶液：室温下，按重量份数计，将浆料45~60份与有机稀释剂25~30份均匀混合得渍胶液；浆料的成分为苯并噁嗪氰酸酯、酚醛型氰酸酯和苯并噁嗪、改性固化剂的混合物，其质量比为苯并噁嗪氰酸酯:苯并噁嗪:酚醛型氰酸酯:改性固化剂＝15~18:1~3:2~4:0.3~0.5；

第二步，按所制备的过滤网的厚度1~1.5mm、网孔宽度1~1.5mm、长度1~1.5mm分布，将耐高温陶瓷纤维，通过多股充纱罗织工艺制备成经轴，纱线线密度为80~100tex，捻度为250~300捻/m，在牵拉密度7~8横列/cm，送经比3~4，并在上胶量5~10%下，浸渍丙烯酸树脂软化液后，在140~180℃烘干4~6min，采用经编网格工艺制备耐高温陶瓷纤维过滤网；在热处理炉末端进行表面处理，将调配好的浸渍胶液输入浸胶槽内，浴比1:40~50，耐高温陶瓷纤维过滤网通过浸胶槽的浸透5~10min，再通过压辊的挤压后导入立式烘道烘干，温度为180℃~220℃，烘干交联1~2h后，得到陶瓷铸造用钢水过滤网。

进一步的，所述的耐高温陶瓷纤维的成分为SiO252~53%、Al2O345~46%、TiO21.5~2%、Fe2O30.5~1%，平均直径1.6~1.8μm。

进一步的，所述的丙烯酸酯丙烯酸树脂软化液为20号丙烯酸酯树脂乳液或21号丙烯酸酯树脂乳液中的其中一种。

进一步的，所述苯并噁嗪氰酸脂树脂的制备方法为将85~95份甲醛54~58份4,4’-二氨基二苯甲烷溶于60~70份二氧六环加入装有回流冷凝装量的反应釜中并加入质量分数10~15份的质量分数5~8%的氢氧化钠溶液调节-5℃冰浴下反应0.5~1h，准确称取11~13份双酚A溶于25~30份的二氧六环中，快速滴加至反应釜中，升漏至回流温度反应5h，然后蒸除大量溶剂产物用二氯甲烷溶解和氢氧化钠溶液洗涤，再用蒸馏水冲洗3次分液真空干燥24h后，转移至反应温度-30~-15℃，配有温度计、搅拌器和滴液漏斗的反应釜中，加入质量分数5~8%的溴化氰丙酮溶液，并将三乙胺加入到反应釜中，搅拌2~4h，并用冰水洗涤所得产物，将产物65~70℃干燥2~2.5h，得到苯并噁嗪氰酸酯。

进一步的，所述改性固化剂为1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-苯基-4,5-二（氰乙氧亚甲基）咪唑中的其中一种。

进一步的，所述第一步有机稀释剂为丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、环己酮、丙二醇单甲醚的其中一种或多种的混合物。

本发明的有益效果：

本发明公开的浸渍胶液苯经过焰烧蚀后，致密，树脂炭化颗粒较大，烧蚀裂纹明显减少，致密的炭化层具有一定附着强度，可以进一步保护内部树脂基体和陶瓷纤维，从而使苯并嘧嗪树脂的烧蚀率低，表现出更耐烧的特性，发气量、常温强度工作温度得到显著提高，苯并噁嗪氰酸酯和苯并噁嗪具有固化时体积变化小，以线型苯并噁嗪为骨架，酚羟基被氰酸酯官能团所替代而形成的苯并噁嗪氰酸酯，它可以通过氰酸酯官能团的三环化反应交联固化形成网状大分子，具有比苯并噁嗪更高的耐热氧化性能和耐高温烧蚀性能，而且将苯并噁嗪与苯并噁嗪氰酸酯、酚醛型氰酸酯进行共混有良好的加工工艺性、固化过程中无小分子释放、收缩率小，三者之间具有共交联反应，包括苯并噁嗪的恶嗪环发生开环聚合，与氰酸酯发生共聚反应，体系中存在咪唑改性固化剂，生成亚胺基或三聚环结构，对-OCN的反应具有催化作用，实现浸渍胶液的多重固化反应，并采用耐高温陶瓷纤维网，耐火工作温度得到提高。

本发明相比现有技术，具有如下优点：

本发明并未采用以往铸造过滤网所采用的酚醛树脂，且使用了改性固化剂，采用苯并噁嗪氰酸脂作为浆料的主要物质，既可以发生苯并噁嗪的开环聚合，又可以发生氰酸脂的三聚环固化，实现多重交联固化反应，本发明也并没有采用高硅氧玻璃纤维，采用的是耐高温陶瓷纤维网，本发明公开的制备方法制备的钢水过滤网可有效去除金属熔体中的气泡、夹灰氧化物以及各种夹杂物等有害杂质、稳定金属熔体流量，从而从根本上消除铸件的气眼、渣眼、砂眼，大大提高铸件的成品率，提高铸件的内在质量和外观质量，进而改善铸件机械性能：可以使铸件硬度提高，且表面硬度均匀和提高铸件的抗弯强度，改变铸件的石墨形态，使石墨尺寸减小、厚度变薄、形状稍弯曲。改变铸件的机械加工性能，提高加工效率。

具体实施方式

实施例1

第一步，调配浸渍胶液：室温下，按重量份数计，将浆料60份与丙酮和丙二醇单甲醚按质量比1∶1的混合物组成的有机稀释剂30份均匀混合得渍胶液；浆料的成分为苯并噁嗪氰酸酯、酚醛型氰酸酯和苯并噁嗪、改性固化剂的混合物，其质量比为苯并噁嗪氰酸酯:苯并噁嗪:酚醛型氰酸酯:改性固化剂＝18:1:2:0.3；

第二步，按所制备的过滤网的厚度0.35mm、网孔宽度1.5mm、长度1.5mm分布，将耐高温陶瓷纤维，通过SGE2319-7经编机多股充纱罗织工艺制备成经轴，纱线线密度为100tex，捻度为300捻/m，在牵拉密度8横列/cm，送经比4，并在上胶量10%下，浸渍丙烯酸树脂软化液后，在180℃烘干6min，采用经编网格工艺制备耐高温陶瓷纤维过滤网；在热处理炉末端进行表面处理，将调配好的浸渍胶液输入浸胶槽内，浴比1:50，耐高温陶瓷纤维过滤网通过浸胶槽的浸透10min，再通过压辊的挤压后导入立式烘道烘干，温度为220℃，烘干交联2h后，得到陶瓷铸造用钢水过滤网，所述的耐高温陶瓷纤维的成分为SiO₂52%、Al₂O₃45%、TiO₂2%、Fe2O₃1%，平均直径1.8μm，所述的丙烯酸酯丙烯酸树脂软化液为20号丙烯酸酯树脂乳液进一步的，所述苯并噁嗪氰酸脂树脂的制备方法为将85份甲醛54份4,4’-二氨基二苯甲烷溶于60份二氧六环加入装有回流冷凝装量的反应釜中并加入质量分数10份的质量分数5%的氢氧化钠溶液调节-5℃冰浴下反应0.5h，准确称取11份双酚A溶于25份的二氧六环中，快速滴加至反应釜中，升漏至回流温度反应5h，然后蒸除大量溶剂产物用二氯甲烷溶解和氢氧化钠溶液洗涤，再用蒸馏水冲洗3次分液真空干燥24h后，转移至反应温度-15℃，配有温度计、搅拌器和滴液漏斗的反应釜中，加入质量分数8%的溴化氰丙酮溶液，并将三乙胺加入到反应釜中，搅拌2h，并用冰水洗涤所得产物，将产物70℃干燥2.5h，得到苯并噁嗪氰酸酯，所述改性固化剂为1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑。酚醛型氰酸酯购自Lonza的Primaset PT-30，苯并噁嗪购自山东科尔本新材料有限公司的BZ1101。

实施例2

第一步，调配浸渍胶液：室温下，按重量份数计，将浆料45份与丁酮、甲基异丁基酮、环己酮按质量比1∶1∶1的混合物组成的有机稀释剂25份均匀混合得渍胶液；浆料的成分为苯并噁嗪氰酸酯、酚醛型氰酸酯和苯并噁嗪、改性固化剂的混合物，其质量比为苯并噁嗪氰酸酯:苯并噁嗪:酚醛型氰酸酯:改性固化剂＝18:3:4:0.5；

第二步，按所制备的过滤网的厚度0.35mm、网孔宽度1.5mm、长度1.5mm分布，将耐高温陶瓷纤维，通过SGE2319-7经编机多股充纱罗织工艺制备成经轴，纱线线密度为80tex，捻度为250捻/m，在牵拉密度8横列/cm，送经比4，并在上胶量5%下，浸渍丙烯酸树脂软化液后，在140℃烘干4min，采用经编网格工艺制备耐高温陶瓷纤维过滤网；在热处理炉末端进行表面处理，将调配好的浸渍胶液输入浸胶槽内，浴比1:40，耐高温陶瓷纤维过滤网通过浸胶槽的浸透5min，再通过压辊的挤压后导入立式烘道烘干，温度为180℃℃，烘干交联1h后，得到陶瓷铸造用钢水过滤网，所述的耐高温陶瓷纤维的成分为SiO₂52%、Al₂O346%、TiO₂1.5%、Fe₂O₃0.5%，平均直径1.6μm，所述的丙烯酸酯丙烯酸树脂软化液为21号丙烯酸酯树脂乳液，所述苯并噁嗪氰酸脂树脂的制备方法为将85份甲醛54份4,4’-二氨基二苯甲烷溶于60份二氧六环加入装有回流冷凝装量的反应釜中并加入质量分数10份的质量分数5%的氢氧化钠溶液调节-5℃冰浴下反应0.5h，准确称取11份双酚A溶于25份的二氧六环中，快速滴加至反应釜中，升漏至回流温度反应5h，然后蒸除大量溶剂产物用二氯甲烷溶解和氢氧化钠溶液洗涤，再用蒸馏水冲洗3次分液真空干燥24h后，转移至反应温度-30℃，配有温度计、搅拌器和滴液漏斗的反应釜中，加入质量分数5%的溴化氰丙酮溶液，并将三乙胺加入到反应釜中，搅拌2h，并用冰水洗涤所得产物，将产物65℃干燥2h，得到苯并噁嗪氰酸酯，所述改性固化剂为1-氰乙基-2-苯基-4,5-二（氰乙氧亚甲基）咪唑。

酚醛型氰酸酯购自Ciba的PEX371，苯并噁嗪购自山东科尔本新材料有限公司的BZ1102。

对比例1

本对比例与实施例2相比，在第一步步骤中，省去改性固化剂成分，除此外的方法步骤均相同。

对比例2

本对比例与实施例2相比，在第一步步骤中，省去苯并噁嗪成分，除此外的方法步骤均相同。

对比例3

本对比例与实施例2相比，在第一步步骤中，省去酚醛型氰酸酯成分，除此外的方法步骤均相同。

对比例4

本对比例与实施例2相比，在第二步步骤中，将陶瓷铸造用钢水过滤网替换为高硅氧玻璃纤维网，纤维购自陕西兴平的行业通用典型产品网孔尺寸1.6×1.6mm厚度0.35mm孔隙率40，适用于铸铁铸铜铸铝使用，除此外的方法步骤均相同。

将实施例和对比例制备的钢水过滤网进行性能测试，测试结果见表1

表1各实施例和对比例钢水过滤网的性能测试结果

项目	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
							工作温度℃	1620	1620	1620	1620	1620	1620
1600℃持续工作时间min	8.7min	8.5min	7.4min	8.6min	7.1min	60s
							1450℃持续工作时间min	＞10	＞10	＞10	＞10	＞10	＞10
刚度gf/cm	14.9	15.3	14.1	14.2	14.5	12.4
							发气量cm<sup>3</sup>/g	46.5	47.5	47.1	49.3	52.1	48.9
耐高温铁水冲刷性能kg/cm<sup>2</sup>	6.5	6.4	5.9	5.8	5.6	6.4
							常温强度kgf/4根	15.6	15.9	15.3	15.5	15.3	11.4

注：检测参照QJ-999-1986铁水过滤网技术条件进行测试。

Claims (6)

1.一种铸造用钢水过滤网的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，调配浸渍胶液：室温下，按重量份数计，将浆料45~60份与有机稀释剂25~30份均匀混合得渍胶液；浆料的成分为苯并噁嗪氰酸酯、酚醛型氰酸酯和苯并噁嗪、改性固化剂的混合物，其质量比为苯并噁嗪氰酸酯:苯并噁嗪:酚醛型氰酸酯:改性固化剂＝15~18:1~3:2~4:0.3~0.5；

第二步，按所制备的过滤网的厚度0.2~0.3mm、网孔宽度1~1.5mm、网孔长度1~1.5mm分布，将耐高温陶瓷纤维，通过多股充纱罗织工艺制备成经轴，纱线线密度为80~100tex，捻度为250~300捻/m，在牵拉密度7~8横列/cm，送经比3~4，并在上胶量5~10%下，浸渍丙烯酸树脂软化液后，在140~180℃烘干4~6min，采用经编网格工艺制备耐高温陶瓷纤维过滤网；在热处理炉末端进行表面处理，将调配好的浸渍胶液输入浸胶槽内，浴比1:40~50，耐高温陶瓷纤维过滤网通过浸胶槽的浸透5~10min，再通过压辊的挤压后导入立式烘道烘干，温度为180℃~220℃，烘干交联1~2h后，得到陶瓷铸造用钢水过滤网。

2.根据权利要求1所述的一种铸造用钢水过滤网的制备方法，其特征在于，所述第二步的耐高温陶瓷纤维的成分为SiO₂52~53%、Al₂O₃45~46%、TiO₂1.5~2%、Fe₂O₃0.5~1%，平均直径1.6~1.8μm。

3.根据权利要求1所述的一种铸造用钢水过滤网的制备方法，其特征在于，所述第二步的丙烯酸树脂软化液为20号丙烯酸酯树脂乳液或21号丙烯酸酯树脂乳液中的其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种铸造用钢水过滤网的制备方法，其特征在于，所述第一步苯并噁嗪氰酸脂树脂的制备方法为将85~95份甲醛、54~58份4,4’-二氨基二苯甲烷，溶于60~70份二氧六环后，加入装有回流冷凝装量的反应釜中并加入质量分数10~15份的质量分数5~8%的氢氧化钠溶液调节-5℃冰浴下反应0.5~1h，准确称取11~13份双酚A溶于25~30份的二氧六环中，快速滴加至反应釜中，升温至回流温度反应5h，然后蒸除大量溶剂产物用二氯甲烷溶解和氢氧化钠溶液洗涤，再用蒸馏水冲洗3次分液真空干燥24h后，转移至反应温度-30~-15℃，配有温度计、搅拌器和滴液漏斗的反应釜中，加入质量分数5~8%的溴化氰丙酮溶液，并将三乙胺加入到反应釜中，搅拌2~4h，并用冰水洗涤所得产物，将产物65~70℃干燥2~2.5h，得到苯并噁嗪氰酸酯。

5.根据权利要求1所述的一种铸造用钢水过滤网的制备方法，其特征在于，所述第一步改性固化剂为1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑 、1-苄基-2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-苯基-4,5-二（氰乙氧亚甲基）咪唑中的其中一种。

6.根据权利要求1所述的一种铸造用钢水过滤网的制备方法，其特征在于，所述第一步有机稀释剂为丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、环己酮、丙二醇单甲醚的其中一种或多种的混合物。