AT396875B

AT396875B - Keramikfilter

Info

Publication number: AT396875B
Application number: AT0288689A
Authority: AT
Original assignee: Fischer Ag Georg
Priority date: 1989-01-11
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1993-12-27
Also published as: NL9000009A; MX173465B; JPH02229515A; IT9019040A1; FI900143A0; NO900129L; NO175874C; GB2227185A; GB2227185B; FR2641475B1; AR243093A1; AU4773690A; CH679746A5; KR900011502A; CA2007450A1; NO900129D0; BR9000098A; NO175874B; ZA90198B; IT1238156B

Description

AT 396 875 B

Die Erfindung betrifft einen Keramikfilter zum Filtrieren von Metallschmelzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Derartige Keramikfilter sind seit längerem bekannt und werden mit gutem Erfolg in Gießereien eingesetzt, um Verunreinigungen wie Schlacken, Sand und Feuerfestmaterialien aus den herzustellenden Gußteilen femzuhalten.

Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur werden üblicherweise durch tränken von organischem Schaumstoff, etwa Polyurethanschaum, mit einem niedrigviskosen Keramikschlicker oder durch Tränken mit einem hochviskosen Schlicker und Ausquetschen des Schlickerüberschusses über Walzenpaare gefertigt. Bei Verwendung eines niedrigviskosen Schlickers erhält man eine gleichmäßige Verteilung des Keramikmaterials über den Schaum. Bei Verwendung eines hochviskosen Schlickers können je nach Stauchhärte des Schaums, der Walzeneinstellung und der Rheologie des Schlickers Anhäufungen von Schlickermasse im Inneren oder an den parallel zur Transportrichtung durch die Walzen verlaufenden Seiten entstehen.

Damit die Filterwirkung gewährleistet ist, muß der Filter eine hohe Zuverlässigkeit bezüglich der thermischen und mechanischen Eigenschaften gegenüber dem flüssigen Metall aufweisen. Bei bekannten Filtern kommt es - abhängig von der Belastung · bei einem gewissen prozentualen Anteil immer wieder zu Brüchen und Erosion der Keramik im flüssigen Metall. Dies tritt insbesondere im Bereich der sich im wesentlichen in Durchströmrichtung der Metallschmelze erstreckenden Seitenflächen, auch wenn sich in deren Bereich eine vermehrte Materialansammlung durch entsprechendes Walzen befindet, sowie an nach außen offenen Hohlstegen der Schaumstruktur auf. Letztere entstehen dadurch, daß beim Imprägnieren des Schaumstoffs ein Teil des Schlickers beim Transport der imprägnierten Schäume wieder abgetragen wird und beim Ausbrennen des Schaumstoffs der dabei auftretende Dampfdruck an den exponierten Zellstegen zu mehr oder weniger schlitzförmigen Öffnungen führt

Aus WO 82/03339 ist ein Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur auf der Basis hochschmelzender Keramik bekannt, der durch Imprägnieren eines organischen Schaumstoffmaterials mit einem hochviskosen Keramikschlicker, Trocknen, Erhitzen und Entfernen des Schaumstoffmaterials und Calcinieren erzeugt wird. Überschüssiger Schlicker wird nach dem Durchtränken des Schaumstoffs entfernt, indem der imprägnierte Schaumstoff durch ein System von Walzenpaaren geführt wird. Zusätzlich können an der Oberfläche des Filters liegende exponierte Zellstege gegen Abbrechen gesichert werden, indem der getrocknete, imprägnierte Schaumstoff zusätzlich an der Oberfläche einer weiteren Imprägnierung mit einem keramischen Schlicker unterworfen wird. Hierdurch wird gleichzeitig die Temperaturbeständigkeit des Filters erhöht. Diese Nachimprägnierung ist jedoch einerseits insofern nachteilig, als infolge hiervon nicht nur die exponierten Zellstege, sondern auch darunter liegende Bereiche des Filters mit einem zusätzlichen Schlickerauftrag versehen werden, der die Durchlässigkeit des Filters beeinträchtigt, und führt andererseits nicht zu einer für viele Anwendungsfälle ausreichenden Festigkeit, und zwar insbesondere bei größeren Fallhöhen der Metallschmelze, so daß immer noch relativ häufig Brüche und Erosion auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Keramikfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das eine erhöhte mechanische und thermische Stabilität gegenüber Metallschmelzen besitzt

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

Hierdurch wird erreicht daß die Filter im Bereich der umlaufenden Seitenflächen einen geschlossenen Rahmen aufweisen, bisbesondere werden hierbei die freien Zellstege an den Durchströmflächen durch eine Beschichtung verschlossen, die die Porosität des Filters nicht beeinträchtigt

Im Bereich der umlaufenden Seitenflächen (im Falle eines Filters mit runder oder ovaler Grundfläche ist nur eine umlaufende Seitenfläche vorhanden) des Schaumstoffs des in den Abmessungen des herzustellenden Filters vorliegenden organischen Schaums wird soviel Material mit feuerfesten Eigenschaften in den Schaumstoff eingebracht daß sich in deren Bereich auf der gesamten Länge in Umfangsrichtung eine geschlossene Schicht mit einer Tiefe von 0,5 bis 3 mm ergibt, und eine Nachbehandlung in Form einer Beschichtung der freien Zellstege an den Durchströmflächen der Schaumstruktur wird mit einem Material mit feuerfesten Eigenschaften vorgenommen.

Die Beschichtung der freien Zellstege erfolgt vorzugsweise in einer Stärke von 0,1 bis 1 mm, wobei insbesondere die Beschichtungsmasse in einer Menge von 40 bis 400 mg/cm^ aufgetragen wird.

Bevorzugt wird die geschlossene Schicht an den Seitenflächen ebenso wie die Beschichtung der freien Zellstege aus dem zum Imprägnieren verwendeten Keramikschlicker hergestellt. Hierfür verwendete Materialien sind an sich bekannt. Es kommen beispielsweise Substanzen mit einem Hauptbestandteil aus AI2O3 oder andere hochfeuerfeste, insbesondere hochtonerdehaltige Stoffe wie Sillimannit, Mullit oder

Schamotte infiage. Die Viskosität des verwendeten Schlickers liegt vorteilhafterweise im Bereich von 10* bis 2*10^ eps bei 20 U/min. Gegebenenfalls kann anstelle des zum Imprägnieren verwendeten Schlickers für die Herstellung der geschlossenen Schicht und/oder der Beschichtung der freien Zellstege auch ein anderer Schlicker aus feuerfestem Material oder aber ein an Luft abbindendes Mittel mit feuerfesten Eigenschaften wie beispielsweise Wasserglas, Kieselsol, Harze, Aluminiumphosphate, Zirkonoxidchlorid, Ethyisilicat verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert. -2-

AT396875B

Fig. 1 zeigt einen schematisierten, vergrößerten, ausschnittweisen Schnitt durch einen Keramikfilter vor dem Brennen.

Fig. 2a und 2b zeigen eine AusfÜhrungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer umlaufenden geschlossenen Schicht.

Fig. 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsformen eines Verfahrens zur Herstellung von zwei gegenüberliegenden geschlossenen Randschichten.

Fig. 5 zeigt eine Prüfanordnung für Keramikfilter.

In Fig. 1 ist im Schnitt ein Rohfilter vor dem Brennen dargestellt, bei dem ein Schaumstoffgerüst (1) aus organischem Material wie etwa Polyurethanschaum od. dgl., das beispielsweise quaderförmig mit vier aneinandergrenzenden umlaufenden Seitenflächen (2) und zwei einander gegenüberliegenden parallelen Durchströmflächen (3) ist, zunächst mit einem hochviskosen Keramikschlicker (4) imprägniert worden ist Wie nachfolgend im einzelnen ausgeführt wird, wird an allen Seitenflächen (2) eine beschlossene Schicht (5) einer Tiefe von 0,5 bis 3 mm aus feuerfestem Material, insbesondere aus dem ebenfalls zum Imprägnieren verwendeten Schlicker, erzeugt Außerdem werden freie Zellstege (6) an den Durchströmflächen (3) mit einer Beschichtung (7) aus feuerfestem Material, insbesondere aus dem auch zum Imprägnieren verwendeten Schlicker, versehen. Nach dem Brennen ist das Schaumstoffgerüst ausgebrannt und der Schlicker verfestigt

Gemäß Fig. 2a und 2b kann man zur Erzielung einer umlaufenden geschlossenen Schicht (5) im Bereich der Seitenflächen (2) das mit dem Schlick»- getränkte Schaumstoffgerüst (1) mittels eines Stempels (8), der die gleiche Grundfläche wie das Schaumstoffgerüst (1) aufweist soweit zusammendrücken, daß überschüssiger Schlicker in den Bereich der Seitenflächen (2) gelangt und sich teilweise auf der Außenseite wulstartig ansammelt, wie in Fig. 2a angedeutet ist Beim Entspannen des Schaumstoffgerüsts (1) durch Anheben des Stempels (8) bildet sich ein allseitig geschlossener Rahmen aus Schlicker, da der überschüssige Wulst aus Schlicker an den Seitenflächen (2) sich beim Entspannen gleichmäßig über die Seitenflächen (2) verteilt. Anschließend wird der imprägnierte Schaum getrocknet und gebrannt sowie vor oder nach dem Brennen mit der Beschichtung (7) versehen.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist kann das Schaumstoffgerüst (1) auch nach dem Tränken mit Schlick» durch ein sich öffnendes Bandpaar (9) geführt werden, zwischen dem das getränkte Schaumstoffgerüst (1) zunächst zusammegedrückt wird, wodurch überschüssiger Schlicker seitlich nach außen gedrückt wird und dort einen entsprechenden Wulst bildet. Beim weiteren Hindurchlaufen durch das Bandpaar (9) wird das Schaumstoffgerüst (1) wieder entspannt und der Schlickerwulst über die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen (2) gleichmäßig verteilt, so daß sich zwei gegenüberliegende geschlossene Schichten (5) ausbilden.

Gemäß Fig. 4 werden die geschlossenen Schichten (5) dadurch erzeugt, daß die imprägnierten und getrockneten Schaumstoffgerüste (1) mittels eines horizontalen Förderers (10) durch ein senkrecht stehendes Walzenpaar (11) hindurchgeführt werden, das auf zwei gegenüberliegende Seitenflächen (2) jeweils entsprechendes feuerfestes Material, Schlicker od» an Luft äbbindendes Material, aufträgt und in die Porenstruktur bis zu der vorgesehenen Tiefe eindrückt. Auf den Walzenoberflächen wird hierbei immer eine gleichmäßige Schichtdicke aus aufzutragendem Material etwa mittels eines Räkels od» eines Walzenstuhls sicirergestellt.

Diese Methode zur Erzeugung von geschlossenen Schichten (5) kann d»jenig»i von Fig. 3 nachgeschaltet sein, um alle vier Seitenflächen (2) mit einer geschlossenen Schicht (5) zu versehen. Jedoch können auch zwei Einrichtungen gemäß Fig. 4 mit einer Station zum Drehen d» Schaumstoffstrukturen (1) um 90° hintereinandergeschaltet sein, um alle vi» Seitenflächen (2) mit einer geschlossenen Schicht (5) zu versehen.

Stattdessen kann man die geschlossene Schicht (5) aber auch derart erzeugen, daß man die Seitenflächen (2) der Schaumstoffstruktur (1) mit einer Schicht aus Schaumstoffmaterial mit entsprechend feiner Porenzahl v»klebt oder mit einem Gespinst von feinen Klebstoffäden versieht. Beim Imprägnieren mit dem Schlicker bleiben die kleinen Poren bzw. Zwischenräume im umlaufenden Seitenrandb»eich mit Schlick» gefüllt, wodurch sich eine umlaufende geschlossene Schicht (5) ausbildet.

Die Methode gemäß Fig. 4 kann auch dazu benutzt werden, die Seitenfläche (2) eines bereits gebrannten Filters mit einer geschlossenen Schicht (5) aus an Luft abbindendem Material mit feuerfesten Eigenschaften zu versehen.

Außerdem kann die Methode von Fig. 4 dazu verwendet werden, um die Beschichtung (7) entweder nach dem Trocknen und vor dem Brennen in Form eines Schlickers oder nach dem Brennen in Form eines an Luft abbindenden Materials mit feuerfesten Eigenschaften aufzubringen.

Bei der Anwendung schaumkeramischer Filter zur Filtration von Metallschmelzen wie Gußeisen (etwa GGL, GGG, GT Ni-Resist) im Gießsystem kommt es schlagartig zu einer thermischen wie auch statischen Belastung der Filter durch den anströmenden, flüssigen Werkstoff. Der Grad der thermischen Belastung ist mehr oder weniger von der Zusammensetzung und der Eigenschaft des gebrannten Schlickers abhängig, der zur Herstellung des Keramikfilters eingesetzt wurde.

Weitere stabilitätsbeeinflussende Merkmale sind die Auflageflächen (Widerlager) des Filters in der Form sowie die strukturbedingte Eigenform des Filters. Letzteres läßt sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung deutlich ohne nachteilige Beeinflussung der Durchflußrate für den flüssigen Werkstoff verbessern. -3-

Claims

AT 396 875 B Dementsprechend kann der erfindungsgemäße Filter im Gegensatz zu herkömmlich hergestellten weitaus höheren Belastungen (Fall- und Druckhöhen) in der Anwendung ausgesetzt werden. Dies läßt sich mit der in Fig. 5 dargestellten Prüfanordnung nachweisen. Die dargestellte Prüfanordnung umfaßt ein Reservoir (12) zur Aufnahme von flüssigem Werkstoff, das bodenseitig durch einen Stopfen (13) verschlossen ist Unterhalb des Reservoirs (12) befindet sich eine Filteraufnahme (14) mit einer standartisierten Kemmarke (15), die ein zu prüfendes Filter (16) von beispielsweise einer Größe von 50 mm x 50 mm x 22 mm aufnimmt Zwischen dem Reservoir (12) und der Filteraufnahme (14) befindet sich ein Fallrohr (17), das beispielsweise um Abschnitte (171) vorbestimmter Länge verlängerbar ist Die zu prüfenden Filter (16) werden in die Prüfmarke (15) eingelegt und nach Ziehen des Stopfens (13) mit einer vorbestimmten Art und Menge Eisen beaufschlagt und durchströmt Erfindungsgemäß hergestellte Keramikfilter der angegebenen Größe (mit umlaufender geschlossener Schicht (5) einer Stärke von 2 mm und einer Beschichtung (7) einer Stärke von 0,5 mm) wurden mit im wesentlichen gleichen Keramikfiltem, die allerdings in herkömmlicher Weise nur unter Imprägnieren ohne Schicht (5) und Beschichtung (7) hergestellt wurden und damit den gleichen Durchflußwiderstand besaßen, unter Verwendung der in Fig. 5 dargestellten Prüfanordnung und GGL als Werkstoff verglichen. Das Gewichtsspektrum war bei beiden Filterarten im wesentlichen gleich. Außerdem wurden beide Filterarten der gleichen Ofenreise unterworfen. Das Ergebnis ist in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. herk. hergest. erf. hergest heik. hergest erf. hergest Gießhöhe 450 mm 450 mm 527 mm 527 mm Gießtemp. °C 1440-1379 1440-1379 1438-1380 1438-1380 Anzahl geprüfter Filter 5 5 5 5 davon gebrochen 3 0 4 0 davon intakt 2 5 1 5 PATENTANSPRÜCHE 1. Keramikfilter mit offenzeiliger Schaumstruktur auf der Basis hochschmelzender Keramik zum Filtrieren von Metallschmelzen, mit zwei gegenüberliegenden quer zur Durchströmrichtung der Metallschmelze verlaufenden Durchströmflächen und wenigstens einer sich im wesentlichen in Durchströmrichtung erstreckenden Seitenfläche, wobei ein organisches Schaumstoffmaterial mit einem hochviskosen Keramikschlicker imprägniert, nach einem Trocknen das Schaumstoffmaterial durch Erhitzen entfernt und das verbliebene Keramikmaterial gebrannt sowie gegebenenfalls eine oberflächenseitige Nachbehandlung mit feuerfestem Material nach dem Trocknen vorgenommen ist, dadurch gekennzeichnet» daß die Seitenfläche(n) (2) in Umfangsrichtung insgesamt mit einer geschlossenen Schicht (5) aus feuerfestem Material einer Tiefe von 0,5 bis 3 mm versehen sind.
2. Keramikfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Zellstege (6) der Schaumstruktur an den Durchströmflächen (3) durch eine Beschichtung (7) aus feuerfestem Material verschlossen sind.
3. Keramikfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (7) in einer Stärke von 0,1 bis 1 mm aufgetragen ist
4. Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) und/oder Beschichtung (7) aus feuerfestem Material aus dem zum Imprägnieren verwendeten Keramikschlicker hergestellt sind. -4- AT396875B
5. Verfahren zum Herstellen eines Keramikfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein organischer Schaum in den Abmessungen des herzustellenden Filters mit einem hochviskosen Schlicker aus hochschmelzendem Keramikmaterial imprägniert, getrocknet, zum Entfernen des organischen Schaums erhitzt und calciniert wird, wobei gegebenenfalls eine oberflächenseitige Nachbehandlung mit einem Material mit feuerfesten Eigenschaften vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der umlaufenden Seitenfläche(n) des Schaumstoffs soviel Material mit feuerfesten Eigenschaften in den Schaumstoff eingebracht wird, daß sich in deren Bereich auf der gesamten Länge in Umfangsrichtung eine geschlossene Schicht mit ein«1 Tiefe von 0,5 bis 3 mm ergibt
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Nachbehandlung in Form einer Beschichtung der freien Zellstege an den Durchströmflächen der Schaumstruktur mit einem Material mit feuerfesten Eigenschaften vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß die Beschichtung der freien Zellstege in einer Stärke von 0,1 bis 1 mm und 40 bis 400 mg/cm2 Beschichtungsmasse vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der organische Schaum nach dem Imprägnieren mittels eines Stempels, der dieselbe Grundfläche wie der Schaum aufweist zusammengedrückt wird, wonach man den Schaum entspannen läßt
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der imprägnierte organische Schaum zum Ausquetschen überflüssigen Schlickers durch ein sich öffnendes Bandpaar geführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Porenzahl des organischen Schaumes an der umlaufenden Seitenfläche(n) derart verkleinert wird, daß sich dort beim Imprägnieren die geschlossene Schlickerschicht ausbildet
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Porenzahl durch Ankleben von Schaummaterial mit feinerer Porenzahl entsprechend der Schichtdicke der geschlossenen Schlickerschicht verklemmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Porenzahl durch Aufbringen eines Gespinsts von feinen Klebstoffäden auf die umlaufende Seitenfläche(n) verkleinert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der imprägnierte, getrocknete und ungebrannte Schaum mit den Seitenflächen durch wenigstens ein senkrecht stehendes Walzenpaar geführt wird, durch das hochviskoser Schlicker aufgetragen und mit der vorgesehenen Tiefe in den Schaum gedrückt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der gebrannte Filter mit seinen Seitenflächen durch wenigstens ein senkrecht stehendes Walzenpaar geführt wird, das ein an Luft abbindendes Mittel mit feuerfesten Eigenschaften aufträgt und mit der vorgesehenen Tiefe in den Filter drückt
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der imprägnierte, getrocknete und ungebrannte Schaum durch ein senkrecht stehendes Walzenpaar geführt wird und dabei die freien Zellstege mit einem hochviskosen Schlicker beschichtet
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dm gebrannte Füter durch ein senkrecht stehendes Walzenpaar geführt wird und die freien Zellstege dabei mit einem an Luft abbindenden Mittel mit feuerfesten Eigenschaften beschichtet werden. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -5-