[發(fā)明專利]一種外加電場作用下蜂窩陶瓷過濾鋼中夾雜物的方法

有效

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• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112692238B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁磊;田晨;劉震麗;張浩;李延;賈磊;于景坤
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: B22C9/08
• 分類號: B22C9/08;C04B35/66;C04B35/10;C04B38/10
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 孫奇

本發(fā)明涉及鋼中夾雜物吸附與過濾領(lǐng)域，特別涉及一種外加電場作用下蜂窩陶瓷過濾鋼中夾雜物的方法。該方法以鋁碳質(zhì)蜂窩陶瓷材料為主體，過濾和凈化過程中在蜂窩陶瓷材料上施加一個穩(wěn)定的外加電場，最終達到凈化鋼液的目的，具體包括以下步驟：(1)蜂窩陶瓷制備；(2)蜂窩陶瓷燒結(jié)成型；(3)外加電場強化過濾。利用本方法提升了鋼中夾雜物的吸附能力，在蜂窩陶瓷外表面構(gòu)建成新的高吸附能力的表面以及更多新的細小的微孔與介孔結(jié)構(gòu)，最終在實現(xiàn)了進一步強化和穩(wěn)定蜂窩陶瓷結(jié)構(gòu)的同時又再次提升了蜂窩陶瓷對鋼中夾雜物的吸附與過濾性能，實現(xiàn)鋼液的潔凈化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼中夾雜物吸附與過濾領(lǐng)域，特別涉及一種外加電場作用下蜂窩陶瓷過濾鋼中夾雜物的方法。

背景技術(shù)

基于大型鑄鐵件和鑄鋼件的體積和質(zhì)量要求的特殊性，其局部缺陷將使整體鑄件報廢，導(dǎo)致其成品率往往較低。其中，一半以上的致廢原因是由夾雜物所造成的。因此，如何降低和去除大型鑄件中夾雜物是冶金過程中的一項重要任務(wù)，也是近年來冶金學(xué)者十分關(guān)注的研究重點。

要生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)異的大型鑄件，首要的問題必須獲得潔凈的金屬熔體。雖然目前開發(fā)了較多應(yīng)用于冶煉過程中的夾雜物去除技術(shù)，諸如，氣體攪拌、渣洗、真空處理、控流及電磁凈化等，但對細小夾雜物仍不能很好地去除。在澆鑄過程中，這些細小夾雜連同二次夾雜及外來夾雜，將直接進入鑄件形成質(zhì)量缺陷。因此，現(xiàn)行的夾雜物去除技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足需求，迫切需要進一步研究和開發(fā)去除夾雜物的新技術(shù)和新工藝。

近年來，泡沫陶瓷過濾技術(shù)因其可有效去除金屬熔體中夾雜物且操作簡便，已普遍應(yīng)用于有色金屬和小型鑄鐵件的熔體凈化領(lǐng)域。泡沫陶瓷一般采用有機泡沫或稱海綿浸漬法，經(jīng)浸漬掛漿、干燥、燒結(jié)而制成，可根據(jù)有機泡沫孔徑不同而制成6-70ppi孔徑之間的三維彎曲貫通過濾氣孔。基于機械攔截、濾餅效應(yīng)、深床吸附及整流效應(yīng)等機理，可去除金屬熔體中的大部分夾雜。基于其良好的實際應(yīng)用效果，大型鑄件領(lǐng)域一直具有非常迫切地應(yīng)用該技術(shù)需求。然而，如將泡沫陶瓷應(yīng)用于大型鑄件領(lǐng)域的夾雜物過濾，卻存在如下諸多問題：

(1)泡沫陶瓷的孔壁為中空結(jié)構(gòu)，強度較低，經(jīng)大量的高溫鐵液熱沖擊，易產(chǎn)生斷裂掉渣，該渣一旦進入鑄件，將引起整個大型鑄件報廢。

(2)由于泡沫陶瓷的氣孔均為三維彎曲孔道，其過濾效率極其低下，過長的澆鑄時間將直接影響大型鑄件的凝固質(zhì)量。

(3)由于澆鑄時間過長，將使鐵液溫降嚴重，造成局部鐵液凝固而堵塞過濾孔道，導(dǎo)致澆鑄過程中止。

因此，如何改進泡沫陶瓷孔道結(jié)構(gòu)，增加其高溫強度及通鐵量，大幅提高其過濾效率，并保證其過濾安全性，是將陶瓷過濾技術(shù)應(yīng)用于大型鑄件領(lǐng)域的關(guān)鍵前提條件。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述問題，本發(fā)明提供一種外加電場作用下蜂窩陶瓷過濾鋼中夾雜物的方法，利用該方法使鋼液在凝固前，在外加電場的作用下通過蜂窩陶瓷有效的過濾鋼中所含夾雜物，最終達到凈化鋼液的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種外加電場作用下蜂窩陶瓷過濾鋼中夾雜物的方法，以鋁碳質(zhì)蜂窩陶瓷為主體，在鋼液過濾和凈化過程中在陶瓷材料上施加一個穩(wěn)定的外加電場，最終達到凈化鋼液的目的，具體包括以下步驟：

(1)蜂窩陶瓷制備：以板狀剛玉、YSZ和鱗片石墨為陶瓷基主體原料，按質(zhì)量比8.5：0.5：1進行配料，同時外加以陶瓷基主體原料的質(zhì)量百分比為5％的結(jié)合劑、10％的造孔劑、1-3％抗氧化劑以及1-3％的有機增塑劑，之后進行混料并對蜂窩陶瓷進行擠壓成型；

(2)蜂窩陶瓷燒結(jié)成型：將步驟(1)中制備好的蜂窩陶瓷埋入石墨粉中，在1250℃的燒制溫度下，燒制3小時成型；

(3)外加電場強化過濾：將燒結(jié)成型的蜂窩陶瓷置于澆鑄模具頂部，并在蜂窩陶瓷上通入一個穩(wěn)定的外加直流電場，之后將鋼液逐漸倒入模具進行定向凝固，最終得到高質(zhì)量的潔凈鋼錠。