专利名称：一种铸造用直孔陶瓷过滤器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及硅酸盐材料、工业陶瓷领域，特别涉及一种用于制备铸造工艺中过滤铁水、铝水等金属液体中杂质的直孔陶瓷过滤器、制备该直孔陶瓷过滤器的材料以及制造方法。
背景技术：
目前，用于金属液净化的过滤装置为陶瓷过滤器，它可有效截获金属液中的有害杂质并使金属液由紊流变为层流 ，起到净化和均质作用。陶瓷过滤器按照结构可分为泡沫陶瓷过滤器和直孔陶瓷过滤器。其中，直孔陶瓷过滤器是近年来开发出的新型陶瓷过滤器，具有外观规整度好、过滤性能佳等特点。直孔陶瓷过滤器通常是采用成品的莫来石与其他成分混合后制作，其中莫来石通常用烧结法或电熔法等人工合成，因此价格相对比较昂贵。另外，尽管莫来石是一种优良的耐高温材料，但是其冷态结构强度比较低，因此易碎。中国专利文献95226135. 9公开了一种蜂窝陶瓷铸铁过滤器。该蜂窝陶瓷铸铁过滤器基体以莫来石和堇青石混合材料为原料采用蜂窝陶瓷成型技术制备而成，外型为方形，孔型为方孔，孔径为2-3mm,筋厚O. 3-0. 6mm0该实用新型开孔率高，有效过滤面积大，烧铸流量大，并可有效减少涡流，使铁水注入平衡、均匀，有效提高了铸件的纯度和质量。但该实用新型采用的莫来石和堇青石均为合成原料，成本较高，且外型、孔型单一。
发明内容
本发明旨在提供一种直孔陶瓷过滤器的制备方法，以解决现有技术中直孔陶瓷过滤器制备成本高的技术问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于制备铸造用直孔陶瓷过滤器的材料，该材料包括以下重量份的组份熟焦宝石50-70重量份；氧化铝20-40重量份；以及粘土 3-10重量份。进一步地,该材料还包括2-8重量份的滑石。进一步地，熟焦宝石的颗粒度< 200目，氧化铝的粒度< 325目，粘土的颗粒度< 500目，滑石的颗粒度< 500目。进一步地，熟焦宝石中Al2O3的含量彡42%,氧化铝中Al2O3的含量彡98%,粘土中Al2O3的含量彡30%。根据本发明的另一方面，提供了一种直孔陶瓷过滤器的制备方法，将上述任一项材料经过捏合、粗练、陈腐、精练、成型、定型、干燥、切割、吹灰、烧成工艺制得直孔陶瓷过滤器，其中，捏合步骤包括将材料加入粘结剂、大豆油和/或液压油及水混合均匀，大豆油和/或液压油的加入总量为材料重量的3% -8%。进一步地，干燥步骤是采用60°C -120°C的箱式烘房对坯体进行循环暖风干燥。根据本发明的再一方面，提供了一种铸造用直孔陶瓷过滤器，采用上述制备方法制得，该直孔过滤器包括以下质量百分含量的化学成分=Al2O3 55 % -75 % ；Si0220% -40% ；MgOO. 5% -3% ;以及余量杂质。进一步地，直孔陶瓷过滤器包括以下质量百分含量的晶相组份莫来石60% -80% ;刚玉 15% -35% ;玻璃相 5% -15% ;以及石英 0-5%。应用本发明的用于制备直孔陶瓷过滤器的材料制备直孔陶瓷过滤器，材料成本低廉，无需采用合成材料，降低了生产成本。另外，由于采用了本发明提供的材料，直孔陶瓷过滤器的制备过程中烧结温度范围宽，烧结过程易于控制，并且制得的直孔陶瓷过滤器具有耐骤冷骤热，冷热态机械强度大等优点。
具体实施方式
·需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。在本发明的一种典型的实施方式中，用于制备直孔陶瓷过滤器的材料包括以下重量份的组份熟焦宝石50-70重量份；氧化招20-40重量份；以及粘土 3-10重量份,该材料经过捏合、粗练、陈腐、精练、成型、定型、干燥、切割、吹灰、烧成工艺制得直孔陶瓷过滤器。本发明提供的材料替代了现有的莫来石，本领域技术人员采用现有工艺步骤即可制备出直孔陶瓷过滤器。该材料成本低廉，无需采用合成材料，降低了生产成本。另外，通过实验数据可以得出，由于采用了本发明提供的材料，直孔陶瓷过滤器的制备过程中烧结温度范围宽，经高温一次合成烧结即可完成，过程易于控制，并且制得的直孔陶瓷过滤器具有耐骤冷骤热，冷热态机械强度大等优点。本发明制得的直孔陶瓷过滤器，由于制备直孔陶瓷过滤器的材料包括50-70重量份的熟焦宝石；20-40重量份的氧化铝；以及3-10重量份的粘土，经过上述加工步骤，原料中的物质发生化学及物理变化，使得制得的直孔陶瓷过滤器包括以下质量百分含量的化学成分Al20355 %-75% ;Si02 20% -40% ；MgO 0· 5%-3% ;以及余量杂质；同时测定其晶相组份的质量百分含量为莫来石60% -80%，刚玉15% -35%，玻璃相5% -15%，以及石英0-5%。因为莫来石具有良好的高温力学以及高温热学性能，具有高温结构强度高、高温蠕变率低、热膨胀系数低、抗化学侵蚀性强、抗热震性能高等特点；刚玉具有冷热态结构强度高、抗化学侵蚀性强等特点。结合二者性能优势，制备的直孔陶瓷过滤器具有耐骤冷骤热，冷热态机械强度大，抗热冲击力强，抗渣性强，荷重转化点高，并具有极高的化学稳定性(甚至不溶于氢氟酸)和极强的抗化学腐蚀性等特点。在本发明的一种典型的实施方式中，用于制备直孔陶瓷过滤器的材料还包括2-8重量份的滑石。滑石加入起到的是助烧剂的作用，当氧化铝含量较高时，烧成温度将提高，为了降低烧成成本及保证适当的收缩比，可以加入适量的滑石以保证烧成温度稳定及收缩比一致。在本发明的其他实施方式中，可以根据实际需要添加其他添加剂，例如，为了增加泥料的保水性添加甘油做保水剂。优选地，熟焦宝石的颗粒度<200目，氧化铝的粒度< 325目，粘土的颗粒度<500目，滑石的颗粒度< 500目。材料各组份的粒度达到此种要求后，可以进一步提高产品的冷热压强度及产品的抗热震性能。优选地，熟焦宝石中Al2O3的含量彡42%，氧化铝中Al2O3的含量彡98%，粘土中Al2O3的含量> 30%，具有此种Al2O3含量的材料生产出的产品，耐火度较高，能够达到过滤铁水(1300-1500°C )的要求。本发明还提供了一种采用上述任一种用于制备直孔陶瓷过滤器的材料制备而成的直孔陶瓷过滤器，上述材料经过捏合、粗练、陈腐、精练、成型、定型、干燥、切割、吹灰、烧成工艺制得所述直孔陶瓷过滤器。其中，捏合步骤包括将材料加入粘结剂、增塑剂、润滑剂及水混合均匀。增塑剂、润滑剂均可以选用本领域常规使用的试剂，例如PVA、桐油等。优选地，加入大豆油和/或液压油作为增塑剂和润滑剂，即将材料加入粘结剂、大豆油和/或液压油及水混合均匀，大豆油和/或液压油的加入总量为材料重量的3% -8%。粘结剂的加入量为材料重量的6% _11%，以保证成型后的坯体在干燥后有足够的强度适合于后道工序的切割要求。优选地，粘结剂为羟丙基纤维素、甲基纤维素或桐油中的一种或一种以上的组合，采用该粘结剂具有干燥坯体强度高的优势。水的加入量为材料重量的17% -22%，使得成型过程出现的产品缺陷少，产品合格率高。在本发明的一种典型的实施方式中，采用挤出成型工艺制得坯体。采用挤出成型工艺制备的直孔陶瓷过滤器过滤性能佳，生产成本较低，还可设计具有高开孔率的圆孔、三角孔、方孔、六角孔等孔型结构。优选地，定型步骤是采用箱式微波炉对坯体定型，干燥步骤是采用箱式烘房60°C-12(TC循环暖风对坯体进行干燥，循环暖风可使坯体加热均匀，不至于局部升温，坯体燃烧。烧成步骤是坯体在1350°C _1420°C的推板窑中烧制1-2小时。因为本发明采用的材料是未充分转化合成的材料，因此其烧结温度范围宽，经高温一次合成烧结即可完成，烧结过程易于控制。在本发明的实施例中，直孔陶瓷过滤器截面可为方形、长方形、圆形；孔型可为圆孔、椭圆孔、三角孔、方孔、六方孔。过滤器截面形状与孔型可根据需要组合设计。实施例1直孔陶瓷过滤器截面为方形，孔型为方孔，壁厚O. 3mm-l. 5mm可调，孔宽1.2mm-3.5mm可调。采用过200目筛的熟焦宝石53重量份、过325目筛的氧化铝40重量份、过500目筛的粘土 5重量份和过500目筛的滑石2重量份混合成200Kg的材料，外加材料重量4%的羟丙基纤维素，球磨2小时，过100目筛后，加入材料总重量20%的水、3%的桐油和3%的菜油，在捏合机中捏合20min，经练泥机练泥3遍后陈腐18-24小时，陈腐后的泥料经真空练泥后，选用方形方孔模具挤出成型。挤出坯体经箱式微波炉定型后在60°C-12(TC箱式烘房中进行循环暖风干燥，干燥后的坯体切割成相应厚度，吹灰后于推板窑中1420°C /2h烧成即得方形方孔莫来石刚玉质直孔陶瓷过滤器。实施例2直孔陶瓷过滤器截面为长方形，孔型为六方孔，壁厚O. 3mm-l. 5mm可调，六方孔外接圆直径2.0mm-5.0mm可调。采用过200目筛的熟焦宝石65重量份、过325目筛的氧化铝27重量份、过500目筛的粘土 5重量份和过500目筛的滑石3重量份混合成200Kg的材料，其中所采用的熟焦宝石中Al2O3的含量彡42%,氧化铝中Al2O3的含量彡98%,粘土中Al2O3的含量>30%。外加材料重量4%的羟丙基纤维素，球磨2小时，过100目筛后，加入材料总重量18%的水、6%的优质大豆油，在捏合机中捏合20min，经练泥机练泥3遍后陈腐18-24小时，陈腐后的泥料经真空练泥后，选用长方形六方孔模具挤出成型。挤出坯体经箱式微波炉定型后在60°C _120°C箱式烘房中进行循环暖风干燥，干燥后的坯体切割成相应厚度，吹灰后于推板窑中1380°C /2h烧成即得长方形六方孔莫来石刚玉质直孔陶瓷过滤器。实施例3直孔陶瓷过滤器截面为方形，孔型为圆孔，壁厚O. 3mm-1. 5mm可调，圆孔直径1.0mm-3.5mm可调。采用过200目筛的熟焦宝石70重量份、325目筛的氧化铝22重量份、过500目筛的粘土 5重量份和过500目筛的滑石3重量份混合成200Kg的材料，其中所采用的熟焦宝石中Al2O3的含量彡42%，氧化铝中Al2O3的含量彡98%，粘土中Al2O3的含量> 30%。外加材料重量4%的羟丙基纤维素，球磨2小时，过100目筛后，加入材料总重量18%的水、6%的液压油，在捏合机中捏合20min，经练泥机练泥3遍后陈腐18-24小时，陈腐后的泥料经真空练泥后，选用长方形六方孔模具挤出成型。挤出坯体经箱式微波炉定型 后在60°C _120°C箱式烘房中进行循环暖风干燥，干燥后的坯体切割成相应厚度，吹灰后于推板窑中1360°C /2h烧成即得方形圆孔莫来石刚玉质直孔陶瓷过滤器。实施例1-3制得的直孔陶瓷过滤器经化学滴定法测定其各氧化物的质量百分含量，经XRD (X射线衍射)法检测其晶相组份组成，结果如表一。表一
实施例1实施例2实施例3 化学成分Al2O3 69.8% 62.3% 59.5%
(质量百分含量)SiO2 28.5% 35.5% 38.2%
MgO 0.72% 1.09% 1.11%
晶雛份難石 69.70/0 70.8Q/O 61.8Q/0
(质量百分含量) 刚玉 15.6% 16.4% 15.7%
玻璃相 10.3% 7.9% 14.6%
石英 1.4% 1.7% 4.7%本发明实施例1-3制得的直孔陶瓷过滤器选用原材料成本低廉，经高温一次合成，可耐1550°C高温铁水急(直)冲，而现有技术中的直孔陶瓷过滤器选用莫来石作材料成本高，而且只能达到耐1400°C高温铁水急(直)冲的性能指标。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于制备铸造用直孔陶瓷过滤器的材料，其特征在于，包括以下重量份的组份 熟焦宝石50-70重量份； 氧化铝 20-40重量份；以及 粘土 3_10重量份。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，还包括2-8重量份的滑石。
3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述熟焦宝石的颗粒度<200目，所述氧化铝的粒度< 325目，所述粘土的颗粒度< 500目，所述滑石的颗粒度< 500目。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述熟焦宝石中Al2O3的含量>42%，氧化铝中Al2O3的含量彡98%，粘土中Al2O3的含量彡30%。
5.一种铸造用直孔陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于，将权利要求1-4任一项所述的材料经过捏合、粗练、陈腐、精练、成型、定型、干燥、切割、吹灰、烧成工艺制得所述直孔陶瓷过滤器，其中，所述捏合步骤包括将所述材料加入粘结剂、大豆油和/或液压油及水混合均匀，所述大豆油和/或液压油的加入总量为所述材料重量的3% -8%。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述干燥步骤是采用60°C_120°C的箱式烘房对坯体进行循环暖风干燥。
7.—种铸造用直孔陶瓷过滤器，其特征在于，采用权利要求5-6任一项所述的制备方法制得，所述直孔过滤器包括以下质量百分含量的化学成分 Al2O3 55% -75% ； SiO2 20% -40% ； MgO 0.5% -3% ；以及余量杂质。
8.根据权利要求7所述的铸造用直孔陶瓷过滤器，其特征在于，所述直孔陶瓷过滤器包括以下质量百分含量的晶相组份 莫来石 60% ~80 % ； 刚玉 15% -35% ； 玻璃相 5%-15 %;以及 石英 0-5%。
全文摘要
本发明公开了一种用于制备铸造用直孔陶瓷过滤器的材料、直孔陶瓷过滤器及其制备方法。该用于制备直孔陶瓷过滤器的材料包括以下重量份的组份熟焦宝石50-70重量份；氧化铝20-40重量份；以及粘土3-10重量份。直孔陶瓷过滤器的制备方法是采用蜂窝陶瓷成型技术，包括将上述材料与粘结剂、保水剂充分混合后加入增塑剂、润滑剂及水捏合、粗练、陈腐、精练、成型、定型、干燥、切割、吹灰、烧成工艺制得直孔陶瓷过滤器。用于制备该直孔陶瓷过滤器的材料成本低廉，烧结过程中合成莫来石刚玉，降低了生产成本。
文档编号C22B9/02GK102992781SQ20111027181
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者祝建勋, 李顺, 徐传伟, 杨仁民 申请人:济南圣泉倍进陶瓷过滤器有限公司