一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法及其设备

摘要

本发明属于金属材料制备领域，公开了一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法及其设备。所述方法以干法或者湿法铺制的金属纤维毡作为原材料，采用连续的传送带送入连续烧结炉，进行连续辊压–烧结而成。设备在传送带的前进方向依次设置铺毡装置、两辊式预压机、连续烧结炉和切片装置，铺毡装置、两辊式预压机之间的传送带下方设有电阻丝加热烘干装置，连续烧结炉内分为预加热段、保温段和降温段，连续烧结炉内填充还原性气体或者惰性气体，连续烧结炉的保温段内设置2～10组两辊式压机。与传统的间歇法及设备相比，本发明提出的连续生产方法及设备可大幅提高生产效率，显著降低生产成本。

权利要求

1.一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法，包括铺毡工序、干燥工序、压实工序、烧结工序、压制成型工序和切片工序，其特征在于：所述铺毡工序、干燥工序、压实工序、烧结工序、压制成型工序和切片工序是连续不间断的，材料在烧结的过程中连续通过连续烧结炉的预加热段、保温段和降温段，并且在多组两辊式压机的连续轧制下直接烧结成型。

2.根据权利要求1中所述的一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法，其特征在于：所述铺毡工序是指将金属短纤维投入干法铺毡机中，通过气流沉积的方法连续铺制成纤维毡；或者将金属短纤维投入到添加有水溶性粘结剂的搅拌槽中配制成均匀的悬浮液，通过真空网带的方法连续铺制成纤维毡；所述金属短纤维的长度为1.0～10.0mm。

3.根据权利要求1中所述的一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法，其特征在于：所述干燥工序是指将铺毡工序铺制而成的纤维毡通过传送带传送至电阻丝加热烘干装置进行干燥；所述压实工序是指将干燥后的纤维毡通过传送带传送至两辊式预压机压实；压实工序是对单层纤维毡进行压实，或者是将多层不同规格的纤维毡进行压实。

4.根据权利要求1中所述的一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法，其特征在于：所述烧结工序是指经过压实工序压实后的纤维毡由传送带以0.1m/min至1.0m/min的线速度进入连续烧结炉的预加热段进行加热，然后进入保温段进行烧结，最后进入降温段进行降温；所述烧结工序是在还原性气氛或者惰性气氛的保护下进行，烧结温度控制在1050℃～1300℃之间。

5.根据权利要求4中所述的一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法，其特征在于：所述还原性气氛为干燥的氢气；所述惰性气氛为氩气或氮气。

6.根据权利要求1中所述的一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法，其特征在于：所述压制成型工序是指纤维毡在连续烧结炉中烧结的同时，在传送带的传送下在保温段中连续通过2～10组两辊式压机，在两辊式压机的压力下压制成型。

7.根据权利要求1中所述的一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法，其特征在于：所述切片工序是指烧结降温、压制成型的纤维毡在传送带的作用下从连续烧结炉中输送至切片装置进行剪切。

8.一种实现权利要求1所述的连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法的设备，其特征在于：该设备包括传送带、铺毡装置、两辊式预压机、连续烧结炉和切片装置，以传送带的前进方向依次设置铺毡装置、两辊式预压机、连续烧结炉和切片装置，铺毡装置、两辊式预压机之间的传送带下方设有电阻丝加热烘干装置，连续烧结炉内分为预加热段、保温段和降温段，连续烧结炉内填充还原性气体或者惰性气体，连续烧结炉的保温段内设置2～10组两辊式压机。

9.根据权利要求8中所述的设备，其特征在于：所述铺毡装置为气流沉积方法的干法铺毡机或者真空网带方法的湿法铺毡机。

10.根据权利要求8中所述的设备，其特征在于：所述两辊式压机的轧辊材料为耐热不锈钢，轧辊直径为100mm～500mm；轧辊的表面采用等离子喷涂的方法喷涂一层耐高温氧化物陶瓷涂层。

说明书

一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法及其设备

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料制备领域，具体涉及一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法及其设备。

背景技术

[0002] 烧结金属纤维过滤材料是一种高效的新型滤材，具有耐高温、耐腐蚀、纳污能力强和过滤精度高等优点。烧结金属纤维过滤材料可广泛应用于石油化工、聚酯化纤、生物医药和食品饮料等行业的流体过滤，同时可应用于火力发电和钢铁冶金等技术领域的高温烟气粉尘过滤。

[0003] 目前，这种烧结金属纤维烧结过滤材料的生产广泛采用干法铺毡-真空烧结和湿法铺毡-真空烧结两种方法。中国发明专利公开书CN103170186A公开的干法铺毡-真空烧结法是以长度为10～80mm的金属短纤维为原材料，通过气流沉积的原理铺制单位克重为50～1000g/m2的松软的金属纤维毡。根据产品的设计，通常把两到四层不同单位克重和不同过滤精度的单层金属纤维毡叠加在一起，放入真空烧结炉中烧结成成品。高温真空烧结是在
1000～1300℃的温度和真空的状态下保温3～10小时。这种方法是一个间歇式的生产方法，干法铺毡和真空烧结都是独立的步骤，真空烧结炉的升温和降温过程缓慢，生产周期可能长达30个小时。湿法铺毡-真空烧结法只是在铺毡的步骤与前述方法不同，湿法铺毡是把金属短纤维均匀地分散在添加了水溶性粘结剂的水溶液中，通过真空网带铺制均匀的金属纤维毡。然后采用真空烧结的方法烧结成成品。这两种的缺点都是间歇式的生产方法，生产周期长，成本高，导致了烧结金属过滤材料价格昂贵。尽管这种烧结金属纤维过滤材料有着其他过滤材料许多不可比拟的优点，但是也无法把这种过滤材料推广到更加广泛的应用领域。

发明内容

[0004] 针对现有生产方法存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法。

[0005] 本发明的另一目的在于提供一种实现上述连续生产烧结金属纤维过滤材料的设备。

[0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现：

[0007] 一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法，包括铺毡工序、干燥工序、压实工序、烧结工序、压制成型工序和切片工序，所述铺毡工序、干燥工序、压实工序、烧结工序、压制成型工序和切片工序是连续不间断的，材料在烧结的过程中连续通过连续烧结炉的预加热段、保温段和降温段，并且在多组两辊式压机的连续轧制下直接烧结成型。

[0008] 所述铺毡工序是指将金属短纤维投入干法铺毡机中，通过气流沉积的方法连续铺制成纤维毡；或者将金属短纤维投入到添加有水溶性粘结剂的搅拌槽中配制成均匀的悬浮液，通过真空网带的方法连续铺制成纤维毡；所述金属短纤维的长度为1.0～10.0mm。

[0009] 所述干燥工序是指将铺毡工序铺制而成的纤维毡通过传送带传送至电阻丝加热烘干装置进行干燥；所述压实工序是指将干燥后的纤维毡通过传送带传送至两辊式预压机压实；压实工序是对单层纤维毡进行压实，或者是将多层不同规格的纤维毡进行压实。

[0010] 所述烧结工序是指经过压实工序压实后的纤维毡由传送带以0.1m/min至1.0m/min的线速度进入连续烧结炉的预加热段进行加热，然后进入保温段进行烧结，最后进入降温段进行降温；所述烧结工序是在还原性气氛(优选干燥的氢气)或者惰性气氛(优选氩气、氮气)的保护下进行，烧结温度控制在1050℃～1300℃之间。

[0011] 所述压制成型工序是指纤维毡在连续烧结炉中烧结的同时，在传送带的传送下在保温段中连续通过2～10组两辊式压机，在两辊式压机的压力下压制成型。通过调节两辊式压机的上下辊的间隙实现金属纤维毡在连续烧结炉里烧结时所需要的压力。

[0012] 所述切片工序是指烧结降温、压制成型的纤维毡在传送带的作用下从连续烧结炉中输送至切片装置进行剪切。

[0013] 一种实现上述的连续生产烧结金属纤维过滤材料的方法的设备，该设备包括传送带、铺毡装置、两辊式预压机、连续烧结炉和切片装置，以传送带的前进方向依次设置铺毡装置、两辊式预压机、连续烧结炉和切片装置，铺毡装置、两辊式预压机之间的传送带下方设有电阻丝加热烘干装置，连续烧结炉内分为预加热段、保温段和降温段，连续烧结炉内填充还原性气体或者惰性气体，连续烧结炉的保温段内设置2～10组两辊式压机。

[0014] 所述铺毡装置为气流沉积方法的干法铺毡机或者真空网带方法的湿法铺毡机。

[0015] 所述两辊式压机的轧辊材料为耐热不锈钢(优选310不锈钢和310S不锈钢)，轧辊直径为100mm～500mm；轧辊的表面采用等离子喷涂的方法喷涂一层耐高温氧化物陶瓷涂层(优选氧化铝涂层和氧化锆涂层)。

[0016] 与现有的烧结金属纤维过滤材料的生产方法和生产设备相比，本发明具有以下优点：

[0017] (1)传统的烧结方法都是间歇式的，铺毡、压实、烧结过程都是分开进行，特别是烧结过程需要完全烧结好前一批，降温取出后再填装下一批进行烧结，

[0018] 如果是真空烧结方法，其升温和降温更加缓慢，整个烧结周期可能长达30个小时；而本发明提出的连续烧结方法，无需等待前一批的烧结完成，可实现动态连续烧结，大幅提高了生产效率，降低了生产成本，增强了产品的市场竞争力。

[0019] (2)本发明的烧结设备通过传送带将铺毡装置、两辊式预压机、连续烧结炉和切片装置连接成一体，可实现金属纤维过滤材料的连续烧结，通过设定传送带的传送速度，可以控制金属纤维过滤材料的烧结时间；连续烧结炉中设置多组两辊式压机，可以在烧结的过程中连续对传送中的纤维毡进行压制成型。

附图说明

[0020] 图1为本发明连续生产烧结金属过滤材料设备的结构示意图，其中1为铺毡装置，2为两辊式预压机，3为连续烧结炉，4为两辊式压机，5为切片装置，6为传送带，7为电阻丝加热烘干装置。

[0021] 图2为真空网带方法的湿法铺毡机的结构示意图，其中8为搅拌槽，9为真空系统，10为湿法铺毡装置，11为真空网带，12为泵。

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0023] 实施例1

[0024] 一种连续生产烧结金属纤维过滤材料的设备，如图1所示，该设备包括传送带6、铺毡装置1、两辊式预压机2、连续烧结炉3和切片装置5，以传送带6的前进方向依次设置铺毡装置1、两辊式预压机2、连续烧结炉3和切片装置5，铺毡装置1、两辊式预压机2之间的传送带6下方设有电阻丝加热烘干装置7，连续烧结炉3内分为预加热段、保温段和降温段，连续烧结炉3内填充还原性气体或者惰性气体，连续烧结炉3的保温段内设置2～10组两辊式压机4。所述铺毡装置1为气流沉积方法的干法铺毡机或者真空网带方法的湿法铺毡机。所述两辊式压机4的轧辊材料为310不锈钢，轧辊直径为100mm～500mm；轧辊的表面采用等离子喷涂的方法喷涂一层氧化铝涂层。

[0025] 所述真空网带方法的湿法铺毡机如图2所示，包括搅拌槽8和湿法铺毡装置10；所述搅拌槽8和湿法铺毡装置10之间以管道相连，管道上设置了泵12；湿法铺毡装置10内设置真空网带11和真空系统9，真空系统9位于真空网带11的下方并且紧贴真空网带11，湿法铺毡装置10的进液口位于真空网带11的上方；传送带6和真空网带11在同一水平面上。

[0026] 实施例2

[0027] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0028] 将长度为9mm，直径为12μm的316L不锈钢纤维投入干法铺毡机中，通过气流沉积的方法连续铺制克重为600g/m2的纤维毡，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，然后经过两辊式预压机2压实后，由传送带6以0.8m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在5组两辊式压机4的连续轧制下在1180℃的温度下烧结2小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氢气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置5剪切成1m×1m的尺寸。产品的厚度为0.45mm，过滤精度是30μm。

[0029] 实施例3

[0030] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0031] 将长度为7.5mm，直径为22μm的Fe-Cr-Al纤维投入干法铺毡机中，通过气流沉积的方法连续铺制克重为600g/m2的纤维毡，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，然后经过两辊式预压机2压实后，由传送带6以1.0m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在3组两辊式压机4的连续轧制下在1250℃的温度下烧结2小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氢气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置5剪切成1m×1m的尺寸。产品的厚度为0.42mm，过滤精度是40μm。

[0032] 实施例4

[0033] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0034] 将长度为5mm，直径为12μm的Fe-Cr-Al纤维投入干法铺毡机中，通过气流沉积的方法连续铺制克重为750g/m2的纤维毡，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，然后经过两辊式预压机2压实后，由传送带以1.0m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在3组两辊式压机4的连续轧制下在1250℃的温度下烧结2小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氩气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置5剪切成1m×1m的尺寸。产品的厚度为0.52mm，过滤精度是30μm。

[0035] 实施例5

[0036] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0037] 将长度为3mm，直径为12μm的316L不锈钢纤维投入干法铺毡机中，通过气流沉积的2
方法连续铺制克重为550g/m的纤维毡，同时把长度为10mm，直径为8μm的316L不锈钢纤维投入到另一台干法铺毡机中，通过气流沉积的方法连续铺制克重为350g/m2的纤维毡；将这两种纤维毡通过纤维毡自动叠加装置叠加在一起，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，然后经过两辊式预压机2压实后，由传送带6以1.0m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在8组两辊式压机4的连续轧制下在1200℃的温度下烧结3小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氢气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置5剪切成1m×1.5m的尺寸。制成的烧结金属纤维毡过滤材料为两层结构。产品的厚度为0.58mm，过滤精度是20μm。

[0038] 实施例6

[0039] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0040] 将长度为6mm，直径为12μm的Fe-Cr-Al纤维投入干法铺毡机中，通过气流沉积的方法连续铺制克重为350g/m2的纤维毡，同时把长度为10mm，直径为8μm的Fe-Cr-Al纤维投入到另一台干法铺毡机中，通过气流沉积的方法连续铺制克重为450g/m2的纤维毡；将这两种纤维毡通过纤维毡自动叠加装置叠加在一起，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，然后经过两辊式预压机2压实后，由传送带6以1.0m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在8组两辊式压机4的连续轧制下在1230℃的温度下烧结2小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氢气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置5剪切成1m×1.5m的尺寸。制成的烧结金属纤维毡过滤材料为两层结构。产品的厚度为0.60mm，过滤精度是20μm。

[0041] 实施例7

[0042] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0043] 将长度为5mm，直径为4.5μm的316L不锈钢纤维投入到添加有LYN型水溶性高分子粘结剂的搅拌槽8中配制成均匀的悬浮液，将悬浮液连续泵入湿法铺毡装置10的真空网带11上，利用真空网带11下方的真空系统9透过真空网带11的网眼将液相抽走，真空网带11的表面形成一层均匀的金属纤维过滤毡，通过这种真空网带的方法连续铺制克重为300g/m2的纤维毡，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，然后经过两辊式预压机2压实后，由传送带6以0.8m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在5组两辊式压机4的连续轧制下在1080℃的温度下烧结2小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氢气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置
5剪切成1m×1m的尺寸。产品的厚度为0.22mm，过滤精度是10μm。

[0044] 实施例8

[0045] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0046] 将长度为5mm，直径为8μm的316L不锈钢纤维投入到添加有LYN型水溶性高分子粘结剂的搅拌槽8中配制成均匀的悬浮液，将悬浮液连续泵入湿法铺毡装置10的真空网带11上，利用真空网带11下方的真空系统9透过真空网带11的网眼将液相抽走，真空网带11的表面形成一层均匀的金属纤维过滤毡，通过这种真空网带的方法连续铺制克重为350g/m2的纤维毡。将长度为7mm，直径为12μm的316L不锈钢纤维溶于卡波树脂941(Carbopol941)中配制成均匀的悬浮液，通过上述同样的真空网带的方法连续铺制克重为450g/m2的纤维毡；将这两种纤维毡通过纤维毡自动叠加装置叠加在一起，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，再经过两辊式预压机2压实后，由传送带6以0.8m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在5组两辊式压机4的连续轧制下在1100℃的温度下烧结2小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氢气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置5剪切成1m×1m的尺寸。制成的烧结金属纤维毡过滤材料为两层结构。产品的厚度为0.54mm，过滤精度是20μm。

[0047] 实施例9

[0048] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0049] 将长度为5mm，直径为7μm的Fe-Cr-Al纤维投入到添加有聚乙烯醇(PVA)的搅拌槽8中配制成均匀的悬浮液，将悬浮液连续泵入到湿法铺毡装置10的真空网带11上，利用真空网带11下方的真空系统9透过真空网带11的网眼将液相抽走，真空网带11的表面形成一层均匀的金属纤维过滤毡，通过这种真空网带11的方法连续铺制克重为600g/m2的纤维毡，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，然后经过两辊式预压机2压实后，由传送带6以0.8m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在3组两辊式压机4的连续轧制下在1150℃的温度下烧结2小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氢气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置5剪切成1m×1m的尺寸。产品的厚度为0.38mm，过滤精度是10μm。

[0050] 实施例10

[0051] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0052] 将长度为5mm，直径为22μm的Fe-Cr-Al纤维投入到添加有LYN型水溶性高分子粘结剂的搅拌槽8中配制成均匀的悬浮液，将悬浮液连续输送到湿法铺毡装置10的真空网带上，利用真空网带11下方的真空系统9透过真空网带11的网眼将液相抽走，真空网带11的表面形成一层均匀的金属纤维过滤毡，通过这种真空网带的方法连续铺制克重为750g/m2的纤维毡，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，然后经过两辊式预压机2压实后，由传送带6以0.8m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在5组两辊式压机4的连续轧制下在1230℃的温度下烧结2小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氢气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置5剪切成1m×1m的尺寸。产品的厚度为0.45mm，过滤精度是40μm。

[0053] 实施例11

[0054] 采用实施例1所述设备进行连续生产烧结金属纤维过滤材料：

[0055] 将长度为5mm，直径为7μm的Fe-Cr-Al纤维投入到添加有聚乙二醇的搅拌槽8中配制成均匀的悬浮液，将悬浮液连续泵入到湿法铺毡装置10的真空网带11上，利用真空网带11下方的真空系统9透过真空网带11的网眼将液相抽走，真空网带11的表面形成一层均匀的金属纤维过滤毡，通过这种真空网带的方法连续铺制克重为350g/m2的纤维毡。将长度为
7mm，直径为12μm的Fe-Cr-Al纤维溶于LYN型水溶性高分子粘结剂中配制成均匀的悬浮液，通过上述同样的真空网带的方法连续铺制克重为450g/m2的纤维毡；将这两种纤维毡通过纤维毡自动叠加装置叠加在一起，经传送带6传送至电阻丝加热烘干装置7进行干燥，再经过两辊式预压机2压实后，由传送带6以0.8m/min的线速度送入连续烧结炉3的预加热段，进入连续烧结炉3的保温段在5组两辊式压机4的连续轧制下在1190℃的温度下烧结2小时，连续烧结炉3内填充的保护气氛是干燥的氢气；最后进入连续烧结炉3的降温段进行降温，冷却后的产品被切片装置5剪切成1m×1m的尺寸。制成的烧结金属纤维毡过滤材料为两层结构。产品的厚度为0.54mm，过滤精度是20μm。

[0056] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。