DE7609437U1 - Poröses Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein poröses Keramikfilter rs it offenzelliger Schaumstruktur aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen, die mit einem Netzwerk aus Keramik ii sind .

Poröse Keramikfilter dieser Art sind beispielsweise dyrch die US-PS 3 097 930 bekannt geworden. Daß sie zum Filtrieren von geschmolzenen Metallen brauchbar seien, kann der älteren aber nicht vorveröffentlichten US-PS 3 893 9 "ι 7 der An-■melderin entnommen werden.

Geschmolzene Metalle, insbesondere geschmolzenes Aluminium, enthalten in der Praxis üblicherweise mitgeschleppte Feststoffe, die beim

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Gußmetallervdprodukt qualitätsmindernd v;irken können.; diese Feststoffe treten im verfestigten Metall des Gußproduktes als Einschlüsse auf

und verursachen beim Endprodukt, daß es weniger duktil ist oder schlechtere Glanz- und Eloxierungseigenschaften zeigt. Die Einschlüsse können aus verschiedenen Quellen stammen. Z.B. können diese Einschlüsse aus oberflächlichen Oxidfilmen entstehen, die vom Metall abbrechen und in das geschmolzene Metail mitgeschleppt werden. Außerdem können die Einschlüsse aus unlöslichen Verunreinigungen, wie Carbiden, Boriden und anderen Substanzen oder abgebröckelten Ofen- und Wannenbaustoffen, stammen.

Es ist natürlich in hohem Masse erwünscht, ein verbessertes Filter zu entv/ickeln, das zum Entfernen oder zumindest Vermindern der mitgeschleppten Feststoffe beim Gußprodukt verwendbar ist, insbesondere im Hinblick auf geschmolzenes Aluminium und ganz besonders z.B. dann, wenn »üas betreffende Metall bei einem Dekorationsstück — wie einer dekorativen Ausstattung — oder bei Blechen verwendet v/erden soll, die aus Aluminiumlegierungen der Reihe 500O (AlMg), 5252 (AlMg 2,5) und 5657 (AlMgO,8), hergestellt werden. Andere Aluminiumlegierungen, bei denen ein verbessertes Filtrieren von Vorteil ist, sind Kondensatorblechstreifen aus Aluminium aus der Reihe 1000 der Aluminiumlegierungen (handelsübliches Aluminium), wie die Aluminiumlegierungen 1145 und 1188, um Schweißblasenfehler bei Dünnblechschweißerzeugnissen zu vermindern und die Leistungsfähigkeit beim Walzen auf Höchstwerte zu steigern, ferner strangpreßbare hochfeste Legierungen, wie die Aluminium-

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legierungen. 2024 (AlCuMg 2} und 7075 (AlZnMgCuI ,5) , um eine hohe ültraschallqualität zu erzielen, und ferner strangpressbare Legierungen der Reihe 6000 fAlMgSi) von Aluminiumlegieriangen, v;ie die Aluminiumlegierung 6061 (AlMgSiICu) , um eine höhere Leistungsfähigkeit beim Strangpressen zu erhalten.

Die vorgenannten Einschlüsse verursachen einen Verlust der Eigenschaften bei der endgültig verfestigten Legierung und führen] zu einer Verschlechterung des Bearbeitungsnutzwertes und zum Verlust von Eigenschaften beim Fertigprodukt. Z.B. ist ein Typ eines Risses beim Endprodukt, der besonders auffällig bei dekorativen Ausstattungen oder Blechen aus der Aluminiumlegierung 5252 (AlMg2,5) ist, ein Fehler, der durch in Bearbeitungsrichtung in die Länge gezogene, in kleinsten Abmessungen vorhandene Fremdjbestandteile verursacht ist und als "linearer Fehler" ("linear defect") bekannt ist.

Scharfe Schmelzbehandlungsverfahren, wie mit Gas als Flußmittel, '■ setzen zwar das Auftreten derartiger Fehler herab, sind jedoch nicht als erfolgversprechend anzusehen, wenn für Anwendungsbereiche mit kritischen Bedingungen bestimmte Werte erreicht werden müssen, üblicherweise wird ein Filtrieren der Schmelze angewendet, um den größten Teil derartiger und auch anderer Fehler zu verringern, die durch das Vorliegen von Einschlüssen in der Schmelze verursacht werden. Die gebräuchlichste Form einer Schmelzfiltrierung umfaßt die Anwendung von in Transport- oder Gießrinnen oder im noch'flüssigen Metall am; oberen Teil eines J·. sich verfestigenden Blockes angeordneten grobmaschigen GIasge- *

webesieben. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß derartige Filter nur sum Teil wirksam sind, da sie nur größere Einschlüsse aussondern. Ein anderer angewendeter Typ eines Filters ist ein Schichtfilter, das beispielsweise aus tafelförmigem Aluminiumoxid hergestellt ist. Derartige Filter haben jedoch zahlreiche Nachteile, von denen die vielleicht wohl bedeutendste die große Schwierigkeit ist, welche das Einstellen und Aufrechterhalten der für eine wirksame Filtration erforderlichen Porengrösse bietet. Eine andere Schwierigkeit bei derartigen Filtern besteht in ihrer Neigung, eine anfängliche Menge von Metall mit einer schlechten Qualität zu erzeugen, was sich dann bei jedem nachfolgenden Gießansatz wiederholt. Dieses Verhalten resultiert aus einem sogenannten Blockendeneffekt bei den Blöcken; die Blöcke besitzen untere Enden von verhältnismäßig schlechter Qualität, die verschrottet und im Kreislauf geführt werden müssen. Desweiteren müssen die Metalle in den Schichtfiltern im schmelzflüssigen Zustand gehalten bleiben, sogar wenn die Filter nicht in Benützung sind.

Im Vergleich hierzu scheinen poröse Keramikfilter sehr günstig zu sein. Eine erfolgreiche Anwendung derartiger Filter etwa beim Filtrieren von geschmolzenen Metallen, setzt jedoch besondere physikalische und chemische Eigenschaften der Filter voraus. Insbesondere erfordern die porösen keramischen Filter mit Schaumstruktur eine bestimmte Durchlässigkeit und strukturelle Gleichförmigkeit, um das geschmolzene Metall in wirtschaft-

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lieh annehmbaren Geschwindigkeiten und Reinheitsgraden wirksam zu filtrieren. Infolgedessen muss das poröse Material einem chemischer Angriff des geschmolzenen Metalls widerstehen, um einen langdauernden und wiederholten Gebrauch des Materials als Filier zu gewährleisten.

Zur Herstellung von porösen keramischen Materialien mit Schaumstruktur sind bereits zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden. Gemäß der US-PS 3 111 396 wird ein organischer Schaumstoff mit einem feuerfesten Material imprägniert und dann zwischen Preßwalzen zusammengepreßt, um ein Entfernen von überschüssigem feuerfesten Material zu bewirken. Diese Technik ist mit dem Nachteil verbunden, daß die Aufschlämmung nicht

vollständig gleichmäßig durch die Masse des Gegenstands ver teilbar ist. Demzufolge kann es vorkommen, daß der äußere _w Bereich des Gegenstands mit der Aufschlämmung dünner als der

näher zur Mitte gelegene Bereich überzogen wird. Derartige Mangel treten besonders an den äußersten Grenzen desjenigen Durchlässigkeitsbereichs auf, der zur Anwendung bei der Herstellung von Filtern für geschmolzene Metalle als geeignet gefunden worden ist. Somit können Körper mit hoher Durchlässigkeit in unerwünschter weise schwache Oberflächen und Kanten aufweisen, wohingegen Körper mit verhältnismäßig niedriger Durchlässigkeit in unerwünschter Weise eine Blockierungslinie im Inneren des . Körpers zeigen können. Beide vorgenannten Nachteile machen

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die erhaltenen porösen Filter ungeeignet zum Filtrieren von geschmolzenem Metall.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich nun der Erfinder das Ziel gesetzt, ein poröses Keramikfilter der eingangs erwähnten Art zu

schaffen, das jesondere physikalische uri chemische Eigenschaften, wie bestimmte Durchlässigkeiten und strukturelle Gleichförmigkeit, sowie auch eine so hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, daß das Filter zur Filtration von geschmolzenen Metallen verwendbar und auf einfache vieise zu handhaben ist sowie ein weitgehendes Entfernen von im schmelzflüssigen Metall enthaltenen Feststoffen ermöglicht.

Das Verfahren zur Herstellung derartige.- Filter soll sich für eine rationelle Produktion eignen und den Filtern eine strukturelle Gleichförmigkeit, also keine Blockierungen in der Mitte und keine Schwächung an der äusseren Oberfläche und an den Randpartien, verleihen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß das FiI-

-7 "> ter eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 8000 χ 10 ' cm", eine Porosität von 0,80 bis 0,95, eine Porenanzahl von 2 bis 20 Poren je 1 cm Länge und eine Dicke von 10 bis 100 mm aufweist.

Ein derart ausgebildetes hochwirksames poröses Keramikfilter mit Schaumstruktur ist in besonderem Maße zum Filtrieren einer Vielzahl von geschmolzenen Metallen, insbesondere von geschmolzenem Aluminium, einsetzbar. Die Schmelze wird nicht verunreinigt, auch trifft keine Verschlechterung der wünschenswerten Eigenschaften beim metallischen Endprodukt ein. Auch werden bei Verwendung der Filter nach vorliegender Erfindung weitere wesentliche Vorteile erreicht, von denen einige

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nachstehend ausführlicher besprochen werden.

Im Normalfall verwendet man einen verhältnismäßig feinporigen

Filter nach vorliegender Erfindung mit einer Luftdurchlässig-

—7 2
keit von AOO bis 2500 χ 10 cm , vorzugsweise von 1000 bis

1500 χ 10"⁷ cm², einer Porosität von 0,80 bis 0,95, vorzugsweise von 0,85 bis 0,90, einer Porenanzahl von 8 bis
18, vorzugsweise 10 bis 14 Poren, je 1 cm Länge und eine
Dicke von 10 bis 100 mm, vorzugsweise 35 bis 65 mm, und
zwar insbesondere, wenn man Aluminiumlegierungen der Reihe

5000 filtriert. Wenn jedoch das zugeführte Metall besonders P

verunreinigt ist, muß man es zuvor durch ein verhältnis- I

mäßig grobporiges keramisches Filter schicken mit erfindungs- $jj gemäßer Abstufung der Eigenschaften durch die gesamte Dicke f

j hindurch dergestalt, daß auf einer Seite des Filters eine [

Luftdurchlässigkeit von 2500 bis 8000 χ 10~⁷ cm², eine I

Porosität von 0,90 bis 0,95 und eine Porenzahl von 2 jt,

bis 18 Poren je 1 cm Länge und auf der gegenüberliegenden |

-7 2 $ Seite eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 χ 10 cm ,

eine Porosität von 0,80 bis 0,95 und eine Porenanzahl von f 8 bis 18 Poren je 1 cm Länge gegeben ist. |

Wie bereits dargelegt, weist das poröse Keramikfilter nach

der Erfindung eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 400 bis

-7 2
8000 χ 10 cm und im üblicherweise bevorzugten Fall im Bereich

von 400 bis 2500 χ 10~⁷ cm² auf.

AL-862.02 ·..·*.." %."

Die Luftdurehläs-sigkeit wird mittels Blasen von Luft durch das poröse keramische Schaummaterial bei einer gemessenen Geschwindigkeit bestimmt. Der Druckabfall wird durch Messen des Druckunterschieds zwischen der in das poröse Material eintretenden Luft und der aus dem porösen Material austretenden Luft bei einem definierten Oberflächenbereich und einer definierten Dicke des porösen keramischen Materials bestimmt. Die Luftdurchlässigkeit wird dann nach der folgenden Gleichung berechnet: ff

K = foQL

in der K die Luftdurchlässigkeit, μ die absolute Viskosität der Luft, Q die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Masse, L die Länge, d.h. die Dicke des Keramischen Filtenüäteriais, A de? Bereich, d.h. der definierte Bereich des porösen Materials und ^P der Druckabfall ist.

3 Man wendet eine Luftströmungsgeschwindigkeit von 0,857 m je

Minute einen Bereich von 73 cm an. Die vorstehend genannte Bestimmung der Durchlässigkeit kann dem Buch "Micromeretics" von J.M. Dallavalle, Verlag Pitman 1948, Seite 263, entnommen werden. Es ist deshalb ersichtlich, daß die Luftdurchlässigkeit eine Funktion von mehreren Variablen ist, z. B. vom Raumgewicht, von der Porengröße, vom Oberflächenbereich und von der Gewundenheit der Fließwege.

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In vorliegender Erfindung hat man gefunden, daß Durchlässig-

7 2
keiten von über 2500 χ 10"' cm eine unzulängliche Filtration

ergeben, wenn die Schmelze nicht-besonders verunreinigt ist,

-7 wobei in diesem Falle Durchlässigkeiten bis zu 8000 χ 10 cm angewendet werden können, während Durchlässigkeiten von unter AOO χ 10""^ cm² unbrauchbare hohe MaterüLstauungen und einen

Druckaufbau ergeben. Der besonders bevorzugte Bereich der

-7 2 Durchlässigkeite liegt bei 1000 bis 1500 χ 10 cm , bei denen ein Höchstmaß an Filtration und ein niedriger Druckaufbau erhalten werden.

Zusätzlich zu den vorstehenden Ausführuneen müssen die Kerardk-

ainen

filter nach vorliegender Erfindung eine Porosität oder/Kohlraun-

anteil . von 0,80 bis 0,95 haben. Diese Variable bezeichnet die \ Menge an Poren oder Hohlräumen in der keramischen Masse und kann

-^db

In dieser Gleichung ist:
1

f die Gesamtporosität oder der Hohlraumanteil d_fc die wahre Dichte der festen keramischen Masse und d_b das Raumgewicht gemäß "Introduction to Ceramics¹¹ von W.D. Kingery, Verlag John Wiley 1960, Seite A16,ist. Man hat gefunden, daß die besten Ergebnisse mit Porositätswerten von 0,85 bis 0,90 erhalten werden. Selbstverständlich hängt der spezifische Wert für d, von der speziell verwendeten keramischen Masse ab,

s t

z. B. von keramischen Massen auf Basis von Aluminiumoxid und

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Chromoxid. Die vorstehend genannten Porositätswerte entsprechen Raumgewichten von 0,65 bis 0,25 g/cm und di-e besten Wer'te ent-

sprechen den Raumgewichten von 0,35 bis 0,45 g/cm . Wie vorstehend angegeben, muß das verhältnismäßig grobporöse Vorfilter ein« Porosität zwischen 0,90 und 0,95 aufweisen.

Desweiteren müssen die Keramikfilter nach vorliegender Erfindung einen wirksamen Bereich der Porengröße oder Porendichte in Form einer Anzahl von Poren auf 1 cm Länge, nämlich von 2 bis 20 Poren auf 1 cm Länge, insbesondere 8 bis 18 Poren je cm Länge, und im am meisten bevorzugten Falle 10 bis 14 Poren auf 1 cm Länge aufweisen.

Die vorstehend genannten drei Variablen, nämlich die Durchlässigkeit, die Porosität und dis Porengröße, sind kritisch _f um die außerordentlich verbesserten Eigenscharf ten nach vorliegender Erfindung zu erreichen. Diese Variablen beeinflussen nämlich einander beim Erzielen der überraschenden Wirkung, des erfindungsgemäßen Filters. Sie legen fest, wieviele Poren oder Hohlräume im Filter vorhanden sind, wie sie miteinander verbunden und wie groß sie sind, sie definieren weiterhin die Oberflächenausdehnung des keramischen Netzwerkes. Schließlich sind sie die Hauptursache für die überraschende Wirkung des Erfindungsgegenstandes.

Desweiteren müssen die porösen Keramikfilter nach vorliegender Erfindung einen wirksamen Bereich hinsichtlich der Filterdicke von 10 bis 100 mm haben, d.h. eine Dicke in der Richtung des Metallflusses.

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Der günstigste Bereich der Filterdicke beträgt 35 bis 65 mm; es ist gefunden worden» daß Filter unter 10 mm Dicke zum Entfernen von nichtmetallischen Stoffen aus geschmolzenen Metall unwirksam sind, wohingegen Dickenwerte |

über 100 mm die Filtrationsgeschwindigkeiten stark verringern, » so daß der wirksamste Bereich des Filteris die ersten 25 mm bis j 35 mm der Dicke sind. Ein zusätzliches und bemerkenswertes I

Merkmal bei wirksamen Filtern vorliegender Erfindung besteht U darin, daß sie eine im wesentlichen strukturelle Gleichförmigkeit aufweisen, die für geschmolzene Metalle nötig ist. Obwohl einige Prozente blockierter Poren hilfreich und wünschenswert insofern sind, als sie die Gewundenheit des Fließweges er- I höhen, müssen diese Blockierungen möglichst gleichmäßig durch die keramische Masse verteilt sein und nicht miteinander Gruppen bilden; eine Gruppierung von Blockierungen führt nur zur

Kanalbildung und damit zur unwirksamen Filtration. ₍

Eine große Anzahl von Materialien kann zur Herstellung der porösen Keramikfilter vorliegender Erfindung eingesetzt werden, deren Vorteil ist, daß geringe Kosten und die Leichtigkeit bei der Herstellung der Filter diese vor allem als Wegwerfprodukte vorbestimmen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist das Keramikfilter eine Dichte von unter 30 % der theoretischen Dichte des keramischen Materials gleicher Größe und ^das poröse keramische [ Filter die folgende Zusammensetzung auf:

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AO bis 95 % Al₂O₃ — bevorzugt 45 bis 55 % Al₃O₃ —, bis zu 25 % Cr₃O , 0,1 bis 12 % Glühprodukte von Bentonit und/ oder Kaolin sowie 2,5 bis 25 % Glühprodukte eines in Luft abbindenden Mittels, das im wesentlichen indifferent gegenüber dem geschmolzenen Ketall ist, vorzugsweise Aluminiumortohophosphat.

Al 0_ ist für den Einsatz als Keramikfilter besonders geeignet, da es beispielsweise nicht durch geschmolzenes Aluminium oder j geschmolzenes Kupfer angegriffen wird, wohingegen Siliciumdioxid von diesen Metallen angegriffen wird. Weiterhin weist Aluminiumoxid eine brauchbare Festigkeit auf, um sowohl chemischen Angriffen als auch strukturellen und/oder mechanischen Beanspruchungen — insbeondere bei erhöhten Temperaturen — standzuhalten, Der Bestandteil 1 bis 25 % Cr₂O₃, vorzugsweise 10 bis 17 % Cr₂O-, ist besonders bedeutungsvoll, da gefunden worden ist, daß er in auffälliger Weise eine bessere Hochtemperaturbeständigkeit verleiht, d.h. einen Widerstand gegen einen Angriff der geschmolzenen Metalle bei erhöhten Temperaturen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthalten die porösen keramischen Materialien Erzeugnisse einer thermischen Zersetzung von bevorzugt 0,5 bis 5 % Kaolin.

Der beschriebene Erfindungsgegenstand wird in einfacher Weise nach dem folgenden Herstellungsverfahren erhalten.

Keramische Schäume mit einer definierten Durchlässigkeit und

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strukturellen Gleichförmigkeit werden dadurch hergestellt, daß man einen Schaum mit schwammartiger Gerüststruktur aus einem hydrophoben organischen Polymerisat mit einer vorbestimmten Durchlässigkeit und Rückprallelastizität mit einer wässrigen Aufschlämmung, einer thixotropen keramischen Zusammensetzung

3 3

mit einer Viskosität im Bereich von 1 χ 10 bis 80 χ 10 Centipoise in einer höchstmöglichen zur Imprägnierung und vollständigen Sättigung des Schaumstoffes ausreichenden Menge imprägniert, währenddessen man die Aufschlämmung einer Einwirkung von Scherkräften unterwirft, danach überschüssige Aufschlämmung von dem Schaumstoff abstreift, indem man den imprägnierten Schaumstoff mindestens zweimal durch festeingestellte Walzen führt und dabei eine zeitweilige Zusammendrückung um etwa ^C.O bis 90 % bei einem Durchgang und 70 bis 90 % beim anderen Durchgang ausübt und schließlich den Schaumstoff trocknet und zum Entfernen der organischen Substanz daraus erhitzt. Der so erhaltene Gegenstand ist dann gebrauchsfertig und kann gegebenenfalls noch weiter erhitzt werden, um das keramische Material zu sintern.

Nach vorliegender Erfindung ist die Luftdurchlässigkeit der erhaltenen keramischen Gegenstände von der Durchlässigkeit des zu seiner Herstellung verwendeten organischen Schaumstoffes abhängig. Beispielsweise sind keramische Schäume mit Durch-

-7 lässigkeiten im Bereich von etwa 800 bis etwa 2200 χ 10 cm aus Polyurethanschaumstoffen mit Luftdurchlässigkeiten von

—7 ?
4500 bis 5400 χ TO ' cm hergestellt worden.

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Weiterhin erleichtert die Auswahl einer hohen Schaumdurchlässigkeit rait einer Genauigkeit im Bereich von - 2 % die Herstellung der keramischen Schäume mit einer innerhalb eines

ρ- +

I Bereichs von - 5 % vorbestimmten Durchlässigkeit.

I Außer der Regelung der Luf tdürehlässigkei. ■; müssen erfindungsge-I ■ maß die Schäume eine strukturelle Gleichförmigkeit und einen S bestimmten Zellgrössenbereich besitzen. Wie gefunden wurde, steht die strukturelle Gleichförmigkeit mit der Rüekprallelastizität des eingesetzten organischen Schaumstoffes in Beziehung ί Insbesondere kann die Rückprallelastizität unter Bezugnahme auf 1 bestimmte Standardvorschriften errechnet werden, wie sie in der : Vorschrift ASTM-D-1564-71 aufgestellt sind, die sich auf die

Eigenschaften der Zusammendrückbarkeit und die Rückprallelasti- _# zität beziehen, wie sie nach der Kugelrückpralimethode gemessen I werden. Die Zusammendrückbarkeit, die nach der Durchbiegeprüfung I dvrch Druckbelastung bestimmt wird, mißt das Ausmaß/ bis zu

t dem der Schaum zu seiner ursprünglichen Grosse oder Dicke nach einem Druck auf eine genau bestimmte Verkleinerung, wie beispielsweise um 50 I, zurückkehrt. Schäume, die als erfindungsgemäß geeignet gefunden worden sind, zeigen eine Zusammendrückbarkeit (bleibende Verformung) von unter 30 % bei 50prozentiger

) Stauchung und kehren daher zu mindestens 70 % ihrer ursprünglichen

Dicke nach Aufhebung der Stauchung zurück. Die Rückpra&lelastizität, die nach der Kugelrückprallprüfung bestimmt wird, mißt die Festigkeit des Materials gegenüber Druck, Diese wird mittels der \ Rückprailhöheeiner Stahlkugel gemessen, die von einer vorgege-

ί . benen Höhe auf die Schaumprobe herabfällt. \ - 16 -

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Hierbei wird die Rückprallhöhe der Kugel in Prozenten —
bezogen auf die ursprüngliche Höhe -- vermerkt, und es ist
gefunden worden, daß für vorliegende Erfindung geeignete Schäume
einen Kugelrückprall von über 25 % besitzen«

Die vorgenannten Eigenschaften sind bei Prüfungen gemessen worden, f

die unter trockenen Bedingungen stattgefunden haben, jedoch müs- I sen solche Eigenschaften im wesentlichen auch in wässriger Umgebung beibehalten werden, beispielsweise während der Irapräg- |

nierung mit einer wässrigen keramischen Aufschlämmung gemäss vor- |

liegender Erfindung; hydrophobe Schäume erbringen bessere Lei4 j

stungen und sind deshalb bevorzugt gegenüber hydrophilen Schäumen, f

da die letzteren einen erheblichen Verlust an Rückprallelastizität 1

in wässriger Umgebung erleiden, der sich im Auftreten des früher |

I genannten Nachteils einer Blockierung in der Mitte des Schaum- |

stoffes bemerkbar macht· f

Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Kriterien umfassen |

E die erfindungsgeraeß anwendbaren organischen polymeren Schaum- % stoffe eine Vielzahl hochelastischer, hydrophober Substanzen mit f

/wie/ I

schwammartiger Gerüststruktur,/ auf Basis von Polyestern und Poly- | äthern aufgebaute Polyurethane, hochelastische oder kaltgehärtete | Urethane, bei deren Herstellung polymere Isocyanate eingesetzt f§ worden sind, Polyvinylschaumstoffe, wie Polyvinylchlorid und Polyvinylacetat, ferner Polyviny!schaumstoffe von verschiedenen Mischpolymerisaten/ weiterhin mit Polyäthylen oder Polysiloxanen oder deren Mischpolymerisaten beschichtete Polyurethane und schliasslich Schaumstoffe, die aus geeigneten natürlichen Harzen,

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wie Cellulosederivaten, hergestellt worden sind. Die Schaum-* stoffe müssen unterhalb der Brenntemperatur des keramischen Materials, mit dem si£ imprägniert sind,■verbrennen oder sich ver-' flüchtigen. Wie bereits weiter oben ausgeführt worden ist, müssen die Abmessungen des Schaumstoffes grob den Abmessungen des gewünschten keramischen Gegenstands entsprechen.

So wird beispielsweise ein Schaumstoff mit einer Dicke von etwa 10 bis 100 mm' eingesetzt, wenn der erhaltene keramische Schaum als Filter für geschmolzenes Metall eingesetzt werden soll.

AuiSer den Eigenschaften von Durchlässigkeit und Gleichförmigkeit müssen die \orstehend genannten·Polymerisate auch eine·Porengröße innerhalb· definierter-Grenzen aufweisen-, um sie für die Herstellung· der erfindungsgemäßen Filter brauchbar zu machen* Die Poren-· oder Zellengrösse· ist- bedeutsam· für die strukturelle Gleichförmigkeit· des keramischen· Schaumstoffes und sollte innerhalb eines Bereichs von 2 bis 20 Poren ie cm Länge variieren.

Die bewußte Regelung- der vorgenannten Variablen trägt· zur struktur rell.en Gleichförmigkeit· und· Durchlässigkeit· der erhaltenen Filter bei und beeinflußt unmittelbar" durch· die Gewundenheit des Fließweges die'Metallfliessgeschwindigkeit· und die Wirksamkeit.

Obwohl diese Faktoren bedeutsam sind, werden-nachstehend zusätz-

liehe Faktoren" besprochen-, die im-Verein-mit· den-anderen Faktoren j eine weitere Kontrolle der porösen keramischen Endprodukte ermöglichen . I

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Die unter Bezugnahme auf die vorstehenden Ausführungen ausgewählten organischen Schaumstoffe werden mit einer Aufschlämmung eines thixotropen keramischen Materials imprägniert. Die Eigenschaft der Thixotropie ist bedeutsam bei vorliegender Erfindung, da sie die Gleichförmigkeit der Struktur und die Festigkeit des porösen keramischen Endproduktes beeinflußt. Thixotrope Substanzen sind solche, die einen hohen Widerstand gegen ein Fließen unter einer geringen Schereinwirkung und dementsprechend einen niedrigen Widerstand gegen ein Fließen unter einer verhältnismäßig starken Schereinwirkung zeigen. Infolgedessen muß die keramische Aufschlämmung eine geeignete Fließfähigkeit besitzen, um rasch einzudringen und die Hohlräume bzw. Poren des organischen Schaumstoffes zu füllen und dadurch das umgebende Netzwerk des Polymerisats zu überziehen. Diese Aufschlämmung

laufen oder Abtropfen von dem Schaumstoff nach Imprägnierung zu verhindern. Bestimmte keramische

Materialien, die mit besonderen Mitteln, die in Luft abbinden, und mit zweiteiligen Bindemitteln kombiniert worden sind, zeigen die erwünschte thixotrope Eigenschaft für eine erfolgversprechende Imprägnierung.

Beim erfindungsgemäßen Keramikfilter hat es sich im übrigen als günstig erwiesen, daß die Keramikanteile einer keramischen Zusammensetzung aus der Gruppe: Aluminiumoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Siliciumoxid und deren Gemische enthalten. Derartige Substanzen besitzen eine

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i einander oder mit feuerbeständigeren Substanzen, eingesetzt

·«·· 4 · * t I ti

• · Λ * · O 4M« «ι ι

Γ verhältnismäßig hohe. S"euerbeständigkeit oder die Fähig-

I keit, bei hohen Temperaturen von Nutzen zu sein. Jedoch

ρ können auch andere Werkstoffe geringerer Feuerfestigkeit, wie

I Mullit, gebrannter Ton oder zahlreiche Gläser hoher Er-I %/eichungstemperatur entweder allein oder in Kombination unter-

werden, z. B. in einer Menge bis zu 15 %, um die porösen Endprodukte herzustellen; für ein Tilter für geschmolzene Metalle ist das einzige Erfordernis bei der Auswahl der

I besonderen keramischen Materialien, daß diese Materialien

I die Herstellung eines Gegenstandes mit einer ausreichenden

^!" Beständigkeit gegen einen chemischen Angriff der geschmolzenen

; Legierungen während der Filtrierzeiten ermöglichen. Eine

I besondere Zusammensetzung, die sich erfindungsgemäß mit

I Erfola einsetzen läßt, besteht aus einem Gemisch von Aluminium-

g oxxd und Chromoxid.

\ Die vorgenannte Zusammensetzung enthält auch ein bei Raum-

jf temperatur wirkendes Bindemittel oder ein Mittel, das in Luft

f abbindet, und der Aufschlämmung eine Grünfestigkeit insbe-

I sondere während des Vergiühens und gegebenenfalls des Sinterns

I verleiht, wobei der Schaumstoff einer thermischen Beanspruchung

f unterworfen wird.

Nach der Erfindung verwendet man 2,5 bis 25 ·«- eines in Luft abbindenden Mittels, das gegenüber dem geschmolzenen Metall im wesentlichen indifferent ist.

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Das in Luft abbindende Mittel oder das Bindemittel befördert das Ansetzen der oder härtet die keramische Aufschlämmung ohne Notwendigkeit eines Erhitzens, sondern
vorzugsweise durch Trocknen, gewöhnlich mittels einer 1

chemischen Reaktion, wobei auf massige Temperaturen erwärmt » wird. Das bevorzugte, in Luft abbindende Mittel ist Aluiciniumorthophosphat, vorzugsweise in Form einer 50-prozentigen ■, wässrigen Lösung. Andere an Luft abbindende Mittel, die ver- ; wendbar sind, sind beispielsweise Magnesiumorthoborat,
Aluminiumhydroxychlorid und dgl.. Mindestens zum Teil k

können Aluminiummetallsilicate, wie 1-iatriuir.silicate, mitverwendet werden, jedoch sind sie weniger empfehlenswert, da
bereits bei Temperaturen um 800⁰C ein Schmelzen und demzufolge
ein Kaftungsverlust auftritt. Weiterhin kann Silicium und \ vielleicht auch Natrium gelöst in die Schmelze gelangen. In
ähnlicher Weise können Äthylsilicat und andere Phosphate einge- i: setzt v/erden, doch sind sie weniger enpf ehlenswert. Aluiainiumorthophosphat ist besonders wegen seiner sehr erwünschten
Kombination von Eigenschaften bevorzugt, d.h. wegen seiner
ünempfindlichkeit, seiner Stabilität über einen weiten Temperaturbereich und seiner Abbindeeigenschaften.

Wie bereits ausgeführt worden ist, wird das in Luft abbindende
Mittel vorzugsweise als wässrige Suspension zugesetzt, die
insbesondere im Falle von Aluniniumorthqphosphat gleiche Mengen Ji von Bindemittel und V/asser enthält. Das Bindemittel erzeugt eine t

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Grünfestigkeit vor der Bildung einer keramischen Bindung, d.h. nach dem Brennen und Verflüchtigen des Netzwerkes des elastischen Schaumstoffes. Das Bindemittel schafft eine ausreichende Festigkeit, um das Gemisch für eine Bildung des Fertigproduktes zusammenzuhalten. In der Tat ist die durch das bevorzugte, in Luft abbindende Mittel hervorgerufene Stabilität und Festigkeit der chemischen Bindung für zahlreiche Anviendungsgebiete ausreichend, um einen Gebrauch des Erzeugnisses in diesem Zustand ohne ein Hochter.peratursintern zu gewährleiten. Diese Festigkeit ist sehr ausgeprägt und besteht über einen weiten Temperaturbereich. Bei einer bevorzugten Ausführungsform v/erden 12 bis 17 % Aluminiunorthophosphat verwendet. »

A-ußer den vorgenannten Bindemitteln können des vreiteren bestimmte Kittel mitverwendet werden, die als Theologische Mittel bezeichnet v/erden und zur Beschleunigung der erwünschten Thixotropie der Aufschlämmung dienen. Es sind zahlreiche Substanzen bekannt, die als Theologische Mittel dienen können, unter ihnen bestimmte organische Verbindungen, wie Carboxymethylcellulose und Hydroxyüthylcellulose, sowie bestirr.r.te anorganische Verbindungen, wie vor allem Kaolin, das sowohl eine Verbesserung beim Abbinden als auch eine rheologische Verbesserung bei der fertigen Aufschlämmung hervorruft. Kaolin ist ein hauptsächlich aus Aluminium- und Siliciumoxid bestehender Ton. Natürlich kann man zu diesen vorgenannten Substanzen chemisch äquivalente Sub-

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stanzen einsetzen, um sich diesen Zusammensetzungen anzupassen. Der übliche Bereich des rheologischen Zusatzmittels nach vorliegender Erfindung liegt innerhalb etwa 0,1 bis etwa 12 Gewichtsprozent ^ bezogen auf die Aufschlämmung. Bei einer bevorzugten Ausführuncsform v/erden die Theologischen Mittel in einer Menge von etwa 0,5 bis 5 Gewichtsprozent zugesetzt.

Obwohl nach den vorstehenden Ausführungen das thixotrope keramische Material in einer großen Mannigfaltigkeit von Rezepturen hergestellt werden kann, ist eine besondere Zusammensetzung gefunden worden, die ganz außerordentlich vorteilhaft ist und aus Aluniniur.oxid in einer !!enge von etwa ^O bis 80 2, vorzugsweise etwa h5 bis 50 %, Chromoxid in einer Menge ßis etv/ε 20 %, vorzugsweise von etwa 10 bis 15 %, Kaolin in einer Menge bis zu etwa 10 %_t vorzugsweise von etwa 2 bis 5 ;". Bentonit in einer Menge von etwa 0,1 bis 10 % und vorzugsweise von etwa 0,5 bis 2 %, kolloidalem Aluminiumorthophosphat (50prozentige Lösung) in einer Menge von etwa 5 bis 50 % und vorzugsweise von etwa 25 bis 35 % besteht. Alle diese Elemente sind am fertigen Filter als Rückstände aufzufinden.

Außer der Thixotropie muß die keramische Aufschlämmung vorliegender Erfindung eine sorgfältig eingestellte Viskosität bei und während der Imprägnierungszeit aufweisen.

- 2-3 - ■%

AL-862.02 ·* ·' *'23·-

Die Viskosität hat eine bedeutsame Wirkung in bezug auf die Herstellung eines reproduzierbar gleichnässigen keramischen Gegenstandes. Der wünschenswerte Viskositätsbereich liegt bei 1 χ 10 bis 80 χ 10-* Centipoise und vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 10 χ ίο' bis UO χ 10³ Centiprise. Die Viskosität v.ird während der Bildung der Aufschlämmung eingestellt und muss innerhalb des vorstehend genannten Bereichs gehalten werden, während der organische Schaumstoff mit der Aufschlämmung imprägniert wird. Wie vorstehend angegeben, ist der übliche Weg zur Einstellung und dadurch Regelung der Viskosität eine Änderung des Wassergehalts innerhalb des vorgenannten besonderen Bereichs. Für die Belange vorliegender Erfindung wird die Viskosität bei 25°C mittels eines Brookfield RVT-Viskosimeters bei 20 UnM nach 20 Minuten Drehen bei 25°C gemessen. Die Aufschlämmung ist vorher 30 Hinuten lang mit 60 UpM in einem 76,5 Liter fassenden Hobart-nischer durchgemischt worden.

V.'enn die keramische Aufschlämmung innerhalb der vorgenannten Viskositätsgrenzen, hergestellt worden ist, kann die Imprägnierunp des Schaumstoffs durchgeführt werden. Somit werden Platten von Polyurethanschaum mit schwammartiger Gerüststruktur und mit Porengrößen zwischen 2 und 20 Poren je 1 cm Länge in die Aufschlämmung getaucht, bis die Hohlräume des Schaums vollständig mit der Aufschlämmung gesättigt sind.

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Wenn die Imprägnierung des Schaumstoffs mit der Aufschlämmung |

abgeschlossen ist, folgt eine Behandlung, um überschüssige ii

Aufschlämmung aus dem Schaumstoff zu entfernen. Dieses Ent- jjä

fernen oder Austreibung der überschüssigen Aufschlämmung |

muß sehr sorgfältig kontrolliert und gleichmäßig im ganzen ί

Schaumkörper durchgeführt werden, um einen gleichmäßigen ϊ

keramischen Gegenstand zu erhalten. Wie bereits früher aus- \

geführt worden ist, sind zahlreiche übliche Verfahren zum t_r

Entfernen von Aufschlämmung aus imprägnierten Schaumstoffen

bekannt, jedoch liefern Verfahren, einschließlich Abquetschen, t

Ausblasen mit Druckluft, Zentrifugieren und sogar Durchleiten '^ durch Walzen, in dieser Hinsicht keine befriedigenden Ergebnisse. Gewöhnlich besitzen in dem Falle, in dem die erhaltenen p

Gegenstände durch Halsen geführt, werden, diese esfeyeder den ja

Nachteil einer Blockierung in der Mitte, in der überschüssige g

Aufschlämmung verbleibt und innerhalb der Mitte des Gegen-- |

stands agglomeriert, oder sie zeigen eine äußere Oberflächen- f

schwäche, wobei eine ungenügende Menge an keramischem Material 1

nach dem Austreiben an der Oberfläche verbleibt und dadurch J|

den Gegenstand mechanisch schwächt. j

Sobald die Austreibung der überschüssigen Aufschlämmung beendet ist, können die erhaltenen Schaumgefüge getrocknet und
gegebenenfalls gebrannt werden, um gesinterte poröse Keramikgegenstände zu schaffen. Die Trockenstufe wird primär dazu
angewendet, um den organischen Schaumstoff aus dem Gegenstand

zu entfernen.

- 25 -

• ••4 ·«» ··*·

AL-862.02 **** J* **

Im allgemeinen können übliche Trocknungsverfahren angewendet werden, jedoch ist zu berücksichtigen, daß eine zweckmäßige Erhitzungsgeschwindigkeit die durch die Oxydation des Schaumes selbst hervorgerufene Wärme berücksichtigen muß. Die Wirkung dieser Erscheinung ist besonders bemerkenswert beim Erhitzen umfangreicher Schaummassen, wo ein bedeutendes Volumen des Erhitzungsraumes vom Gegenstand selbst ausgefüllt sein kann. In derartigen Fällen kann es erforderlich sein, das Material auf einer Temperatur im Bereich von 200 bis 370° C zu halten, um ein übermäßiges Aufheizen zu vermeiden, das sich aus der chemischen Reaktion ergibt, was ein Brechen der keramischen Fasern unter thermischer Beanspruchung verursachen kann. Die genaue Temperatur wird ourch den verwendeten besonderen organischen Schaumstoff bestimmt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden.

Wie schon ausgeführt ist, kann der keramische Schaum gegebenenfalls weiterhin wärmebehandelt oder gebrannt werden, um die keramischen Teilchen zu einem in hohem Maße feuerfesten Gefüge erfindungsgemäß zu sintern. j

Mit dem beschriebenen Verfahren wird ein erfindungsgemäßes Keramikfilter in Form einer Filterplatte erzeugt, die mit wenigstens einer abgeschrägten Seitenfläche ausgebildet ist; diese weist bevorzugt einen Winkel von 2 bis 20° zur Haupt- j fläche der Filterplatte auf.

- 26 -

* I ftit-.lt

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen abgeschrägt.

Darüberhinaus ist vorteilhafterweise auf die abgeschrägte Seitenfläche eine elastische Dichtung geklebt.

Durch diese Filterplatte wird geschmolzenes Metall mit einer

Geschwindigkeit von 12,5 bis 125 dm³ je dm Filterfläche je

3 2 Minute und vorzugsweise von 25 bis 75 dm je dm Filterfläche

fließ je Minute für Aluminium geleitet. Die Metall/geschwindigkeiten

bei normalen Aluminiumgleßverfahren variieren von einem Minimum bei etwa 90 kg je Minute bis zu einem Maximum über 900 kg Metall je Minute mit einer typischen Fließgeschwindigkeit einer Metallmenge von etwa 225 kg je Minute. Die keramischen B Pi ι fciij-pi att.p.n vorliegender Erfindung sind nun sehr eut eeeieneit:. unter Anwendung der vorbeschriebenen Fließgeschwindigkeit des Metalls erfolgreich zu arbeiten. Ein typisches Filter vorliegender Erfindung kann deshalb derart definiert werden, daß es 40 cm im Quadrat oder etwa 16 dm aufweist und für einen Durchsatz von 225 kg Metall je Minute bei einer spezifischen

2 Fließgeschwindigkeit von 14 kg je dm je Minute angelegt ist.

Die erfindungsgemäße Filterplatte kann bei einer Vielzahl von Anordnungen, einschließlich Gießtiegeln, Gießbehältern, Transportrinnen, Gießtüllen und Metallbehandlungsabteilen angewendet werden, im wesentlichen wohl waagerecht liegend. Jedoch mag die Filterplatte gegebenenfalls auch senkrecht oder je nach dem Fluß des geschmolzenen Metalls unter einem Zwischenwinkel anbringbar sein» P₇

AL-862.02 - 27 -

Die waagerecht angeordnete Filterplatte hat zwei wesentliche Vorteile gegenüber einer senkrecht angeordneten Filterplatte. Als erstes kann durch Anwendung einer bedeutsamen Länge des Gießbehälters oder Länge und Breite eines Gießtiegels ein großer Filterbereich in einfacher und üblicher Weise angepaßt werden. Um andererseits einen großen Filterbereich bei einer senkrechten Anordnung anzupaßen, muß man gewöhnlich zu einem tiefen Behälter, Tiegel oder einer tiefen Gießwanne greifen. Solche geometrischen Schrägungen sind häufig von großer praktischer Bedeutung, insbesondere wenn eine Anpassung bestehender Gießhilfen in Betracht gezogen wird. Der zweite Vorteil bei der waagerechten Filterplatte besteht in der Tatsache, daß sie die im wesentlichen gleiche statische DruskhQhe des Metalls für alle Teile des Filters gewährleistet, woningegen eine senkrecht angeordnete friiterplatte selbstverständlich unter einer von oben nach unten variierenden Druckhöhe betrieben wird. Aus diesem Grunde* wird natürlich eine senkrecht angeordnete Filterplatte in ungleichförmiger Weise betrieben. Durch die oberen Teile einer senkrecht angeordneten Filterplatte strömt nicht soviel Metall wie durch die unteren Teile, und in der Tat können sie nicht überall in Betrieb genommen werden. Darüber hinaus haben Änderungen der Druckhöhe im Aufwärtsstrom des Filters bei der senkrecht angeordneten Filterplatte eine stärkere Wirkung als bei einer waagerecht angeordneten Filterplatte, wodurch sich ein vorübergehender und bemerkenswerter Anfahrverlust bei den oberen Teilen der Filterplatte ergeben kann.

- 28 -

AL-862.02 - 28 - |

Um beim Betrieb einen. Verlust im Anfahrbereich auf ein möglichst
geringes Maß zu senken, muß die Filterplatte unter einer
möglichst geringen Druckhöhe des geschmolzenen Metalls untergetaucht bleiben. Dies ist einfacher mit einer waagerecht angeordneten Filterplatte als mit einer senkrecht angeordneten
zu erreichen. Auch kam das Aussetzen von nicht in Betrieb gesetzten Bereichen bei einer senkrecht angeordneten Filterplatte oberhalb der Metallinie zu einem Brechen der Filterplatte infolge thermischer Beanspruchung durch den unter derartigen Bedingungen erhaltenen hohe.n Temperaturgradienten

führen. %

Eine Schwierigkeit bei den waagrecht angeordneten Filterplatten
besteht darin, daß die Luft nur unterhalb dieser Filterplatten

entweichen kann. Dies kann in der Folge zu einer Oxidbildung im |

I Abwärtsstrom im Filter und zu einer Kanalbildung des Flusses ί durch die Filterplatte und somit zu einer unter dem Optimum
liegenden Filtration führen. Diese Art von Schwierigkeit

wird durch die senkrechte Anordnung der Filterplatte vermieden. t

Erfindungsgemäß ist gefunden worden, daß die vorstehend genannten Schwierigkeiten bei waagerecht angeordneten Filterplatten
größtenteils auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden können,
wobei im wesentlichen alle Vorteile einer waagerecht angeordneten Filterplatte beibehalten werden, indem man die Filter- ψ platte in einem geringen Winkel von 1 bis 5 zur Waagerechten | neigt. _ 1

■ ι ι im Mti

AL- 862.02

Eine solche Lage läßt die Luft während der anfänglichen Inbetriebnahme der Filterplatte entweichen, ohne daß die gleichmäßige oder im wesentlichen gleichmäßige Eintauchtiefe der Filterplatte aufgegeben wird.

-30-

AL-862.02 i ·.··'. r ad^:-·. ..".

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiell

Es v4rd ein Polyurethans chauin mit einer Dicke von etv;a 5 cm vorgesehen. Dann wird eine wässrige .keramische Aufschlämmung mit folgender Zusammensetzung zubereitet: ^7 % Al₃O , 13 S Cr₃C , 3,5 S Kaolin, 1 £ Bentor.it undj als wässrige Lösur.f rdt einer gleichen Menge Wasser zugegeben. 1^,5 ί kolloidales Aluminiun-

' Schlicker/ orthophosphat. Die Aufschlämmung bzw. der / enthält 82 % Peststoffe und 18 % Wasser. Der Schaumstoff wird in die Aufschlämmung getaucht und darin geknetet, um die Luft zu entfernen und praktisch alle Hohlräume mit der Aufschiämnung zu füllen und auch das Netzwerk des Schaums mit der Aufschiärar.ur.ir zu überziehen. Der erhaltene imprägnierte Schaumstoff wird aus der Aufschlämmung entnommen und einem Druck durch fest eingestellte Walzen unterworfen, um etv/a 80 % der Aufschlämmung aus dem Schaumstoff abzuquetschen,indem der imprägnierte Schaumstoff durch die vorher eingestellten Walzen geführt wird. Der Schaumstoff springt in seine ursprüngliche Dimension zurück, nachdem er die Walzen passiert hatj und weist nunmehr ein Polyurethannetzwerk auf, das mit einem im wesentlichen gleichmässigen ^Rückstand der keramischen Aufschlämmung beschichtet ist. Das Material wird eine Stunde bei 125°C in einem Ofen getrocknet,

- 31 -

ft *

AL-862.02 · i: : '-'.33-: ":,.".·.

I dann langsam bei einer V.'ärmeaufnahJ.iegeschwindigkeit von 0,5°C

I je Minute auf 50O⁰C erhitzt, um das Wasser auszutreiben und die

I Polyurethanfasern zu verflüchtigen und/oder zu verbrennen,

I ohne dass das keramische Material zusammenfällt und ohne dass

I die keramische netzartige Konfiguration zerstört wird. Der

1 Schaum wird eine Stunde bei 500⁰C gehalt?- ι und anschliessend

I auf 135O°C mit einer Geschwindigkeit von 1°C je I'inute erhitzt,

I dann 5 Stunden bei 135O°C gehalten, um die keramischen Teilchen

f sintern zu lassen und dadurch ein offenzelliges neröses Keramik-

ι material mit einer Konfiguration des ursprünglichen Polyurethan-

I Schaums zu erzeugen. Die Eigenschaften des erhaltenen Schaums sind

i wie folgt:

: Durchlässigkeit 1*J25 x 10~⁷ cm²

I Porosität 0,87

Porengrösse 12 Poren je 1 cm Länge

Dicke 5 cm

ι strukturelle

Gleichförmigkeit ausgezeichnet

Beispiel 2

22500 kg einer Charge einer Aluminium!epierung 5252, die 2,3 % Magnesium, 0,Oi) % silicium, 0,05 % Eisen und 0,06 % Kupfer enthält, wird in einem mit Gas beheizten Siemens-?!artin-Ofen erschmolzen, durch den in üblicher Ueioe Chlor als Schmelzmittel durchgeleitet wird. Dieses unfiltrierte Metall wird dann in drei Walzbarren mit jeweils ^500 kg Gewicht und einem Querschnit

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AL-862.02

von 50 χ 135 cm gegossen.

Eine zweite Charge der gleichen Zusammensetzung v:ird erschmolzen und zurr. Giessen nach der gleichen Praxis vorbereitet,

f jedoch mit der Ausnahme, dass das Metall r.it einer Geschv/mdif'ie^t| von Ι'ί kg/dm /Minute durch das pemHss Beispiel 1 hergestellt·:; |

wird ■

und in einem Eingiessbehälter angeordnete Keramikfilter geleite*/. | bevor das Metall in Walzbarren gegossen wird. Es ist lediglich j eine Metallsäule von 15 cm erforderlich, um das Filter in Be- 8

1 trieb zu setzen und während des Giessens baut sich eine laufende f

k Verlusthöhe von 0,3 bis 2,5 cm auf, nachdem 13500 kg Metall durch |

das Filter filtriert worden sind. ' I

Druckfilterprüfungen beziehen sich auf das "etall, das einmal t

vom Eingang und Ausgang des Filters während des Giessens des I

filtrierten Metalls und zum anderen vom Eingiessbehälter j während des Giessens des unfiltrierten Metalls entnommen worden ί ist. Die Filtrierv.'irkung des porösen Keranikfilters aus den

nach _

Schaum / vorliegender Erfindung erweist sich als ausgezeichne Querschnitte der Druckfilterplatte aus dem unfiltrierten Metall

filtrierten Metall verglichen. Diese Querschnitte zeigen in eindeutiger V/eise, dass kein oder nur ein sehr geringer Rückstand in dem mit dem erfindungsgemässen porösen keramischen Filter filtrierten Metall vorhanden ist. Demgegenüber liegen beträchtliche Rückstandsmengen in dem Querschnitt der Druckfilterplatte aus dem unfiltrierten Metall vor. In gleicher Weise wird eine

- 33 -

werden mit Querschnitten der Druckfilternlatte aus dem I

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Druckfilterplatte am Eingang des porösen Keramikfilters erhalten, die das Vorliegen eines beträchtlichen Filterrückstands zeigt. Dies zeigt deutlich die Wirksamkeit des porösen Keramikfilters vorliegender Erfindung.

Die vorstehend beschriebene Druckfilterprüfung stellt ein. Verfahren zum Konzentrieren und Prüfen der nichtmetallischen Teilchen in einer Probe von 9 bis 11,3 kg geschmolzenem Aluminium dar. Das geschmolzene Aluminium bei dieser Prüfung wird vorsichtig in einen vorerhitzten 11,3 kg fassenden Ton-Grafit-Tiegel geschöpft, in dessen Unterteil ein 30 mm im Durchmesser messender, 3 mm dicker aus porösem Siliciumdioxid bestehender scheibenförmiger Boden eingesetzt ist. 90 % des Metalls wird unter Anwendung von Druckluft durch die Scheibe gepresst, und das restliche Metall verfestigt sich in situ. Dann werden die Scheibe und das angrenzende Metall zerschnitten^ poliert und mittels üblicher metallographischer Techniken geprüft, um die Menge der ausgefilterten nichtmetallischen Anteile sichtbar werden zu lassen.

Beispiel 3

Die nach dem Beispiel 2 hergestellten Barren werden auf 0,75 mm

/im aufgerollten Dicke heruntergewalzt, und dann werden Blechproben / Band von den stellen entsprechend den Kopf- und Fussabschnitten der Barren geprüft, um ein Anzeichen von linearen Fehlern je Flächeneinheit des Bleches aufzuzeigen. Bei dem aus dem filtrierten Metall hergestellten Blech ist gefunden worden, dass

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AL-86£.O2

es etwa zehnmal weniger lineare Fehler enthält als das aus der;

unfiltrierten Metall hergestellte Blech, wie aus der nachi
stehenden Tabelle I hervorgeht. Dies ist ein weiteres starkes Anzeichen für die Wirksamkeit des porösen Kerandkfilters vorliegender Erfindung.

Darüber hinaus wird das gemass Beispiel 2 verwendete erschöpfte poröse Keramikfilter metallographisch untersucht. Es ist gefunden worden, dass in dem Netzwerk des Filters beträchtliche Oxidscfrilfer und feine nichtmetallische Teilchen eingefangen worden sind, was einen weiteren Beweis der Filtrierleistung des Filters vorliegender Erfindung darstellt.

Ausserdem werden mechanische Eigenschaften und die Zusammensetzung bei dem filtrierten Metall gemäss vorliegender Er- -findung geprüft- Ss werden, gute mechanische Eigenschaften erhalten, und es ist gefunden worden, dass sich infolge Ver~ Wendung des erfindungsgemässen Kerandkfilters keine I'etallverunreinigunmen in Endprodukt befinden.

Beispiel if

Wie in Beispiel 2 wird eine weitere Schmelze von 22500 kg der Aluminiumlegierung 5252 hergestellt. In diesem Falle wird das Metall durch ein £a'feiförmiges Bett von Aluminiumoxid nach der üblichen Praxis filtriert, bevor es zu Vergleichszwecken in Walzbarren gegossen wird. Die derart gegossenen Barren werden auf eine Blechdicke von 0,75 mm heruntergewalzt, und es werden

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I Proben aus denjenigen Stellen bei der erhaltenen Rolle entnommen,

die dem Barrenfuss, e&nor 50 cm vom Barrenfuss entfernten Stelle I und den Barrenkopf entsprechen. Diese Proben werden genrüft, ur. H Anzeichen von linearen Fehlern aufzuzeigen. Die Ergebnisse dieser ι Untersuchung sind in der nachstehenden Tabelle I zusammen" ir.it den-[; jenigen Daten angegeben, die mit unfiltriertem Metall und mit dem

durch ein Keramikfilter filtrierten Metall nach Beispiel 2 er-• ' halten v/orden sind. Die Ergebnisse in dieser Tabelle sind als

Prozentzahlen angegeben v/orden, xi/obei als Bezugsgrösse zu Ver- c gleichszwecken das unfiltrierte Metall verwendet v/orden ist.

I Tabellel

I Vergleich bezüglich der linearen Fehlerpunkte

J 50 cm vom

I Art des Metalls Fuss Fuss entfernt Konf

I unfiltriertes Metall 100 % 100 % 100 %

I durch ein 3ett filtriertes Metall 150 % 25 % 10 %

filtriertes Metall · 10 % 10 % 10

Die Ergebnisse zeigen deutlich die verminderte Güte der Fussregion des durch Filtrieren mit einem üblichen Bettfilter erzeugten Barrens im Vergleich zu der Güte eines Barrens, der mit einem Filter vorliegender Erfindung erzeugt v/orden ist.

Beispiel 5

Wie in Beispiel 2 beschrieben wird eine weitere 22500 kg Charge der Aluminiumlegierung 5252 hergestellt. Das Metall durchläuft das

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AL-862.02.

nach Beispiel 1 hergestellte poröse Keramikfilter, das in gleicher Weise wie in Beispiel 2 beschrieben in dem Eingiessbehälter befestigt ist» Das verwendete Filter ist identisch mit den des Beispiels 1, jedoch Trat der Ausnahme, das.s der zur Verfugung stehende Filterbereich um zwei Drittel verkleinert worden-ist, mit dem Ergebnis, dass die spezifische Fliessgeschwindigkeit des Metalls innerhalb des Filters ^2 kg/dm²/Minute beträgt, was höher als die spezifische Höchstfliessgeschwindigkeit vorliegender Erfindung ist.

Die erhaltenen Barren werfen, dann auf eine Dicke von 0,75 mm heruntergewalzt. Es werden Proben entnommen und geprüft, um Anzeichen von linearen Fehlern in der 'Weise wie in Beispiel 4 angegeben aufzuzeigen.Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in der nachstehenden Tabelle II angegeben und werden mit den entsprechenden Untersuchungen verglichen!, die an unfiltriertem Metall und solchem Metall durchgeführt worden sind, das durch ein Keramikfilter des Beispiels 2 bei einer Fliessgeschwindigkeit von 1Ί kg/dm²/Minute filtriert worden ist. Die Ergebnisse sind in Prozenten angegeben, wobei als Grundlage für den Vergleich das unfiltrierte Metall angenommen worden ist.

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AL-862.02 · ■;·*■". 3*2 -j"*. · ;":

Tabellen Vergleich bezüglich der linearen Fehlernunkte

50 cm vom Art des Metalls - Fuss Fuss entfernt KonΓ

unfiltriertes Metall 100 % 100 % . 100 % \

durch poröses Keramikfilter |

filtriertes Metall- _kg/dm2/,_Iin.) _{10 % 10 % 10 %} j durch popöses Keramikfilter

filtriertes Metall- _kg/dm2_{/Min>) 150 % 50 % 150 %}

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen deutliche die verminderte Güte beim erhaltenen Produkt, vienn man den spezifischen Fliessgeschwindigkeitsbereich vorliegender Erfindung erhöht.

Beispiel6

Wie in Beispiel 2 beschrieben wird eine weitere Charge von .22500 kg Aluminiumlegierung 5252 hergestellt. Das Metall wird durch ein poröses Keramikfilter filtriert, das genäss Beispiel 1 hergestellt und wie in Beispiel 2 beschrieben in einen Eingiessbehälter eingebaut worden ist. Dieses Filter ist ähnlich wie das des Beispiels 1 hinsichtlich Zusammensetzung, Dicke und struktureller Gleichförmigkeit doch unterschiedlich in folgenden Eigenschaften:

Durchlässigkeit 21U0 χ 10"⁷ cm²

Porosität 0,92

Porengrösse 8 Poren je 1 cm Länge

Ferner beträgt die spezifische Metallfliessgeschv/indigkeit bei dem

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Filter etwa 28 kg/dm²/Minute. Somit liegen die physikalischen Eigenschaften des Filters und die Metallfliessgeschwindigkeit innerhalb der Werte vorliegender Erfindung, jedoch ausserhalb des bevorzugten Bereichs hinsichtlich Durchlässigkeit, Porosität, Porengrösse und spezifischer Metallfliessgeschwindigkeit bei dem Filter.

Die derart hergestellten Barren werden auf eine Dicke von 0,75 nm heruntergewalzt. Dann werden Proben aus den Rollen an Stellen entnommerij die den Köpfen und Füssen der 3arren entsprechen. Diese Proben werden untersucht, um das Auftreten von linearen Fehlern in gleicher V.'eise wie in Beispiel ^ü. beschrieben aufzuzeigen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der nachstehenden Tabelle III angegeben und werden mit den Ergebnissen entsprechender Untersuchungen verglichen, die an unfiltriertem Metall und solchem Metall durchgeführt worden sind, das durch das bevorzugte poröse Keramikfilter des Beispiels 1 filtriert worden ist. Die Ergebnisse sind in Prozenten angegeben, wobei als Grundlage für den Vergleich die Vierte des unfiltrierten Metalls verwendet worden sind.

Tabelle III Vergleich bezüglich der linearen Fehlerpunkte

Art des Metalls Fuss Kopf

unfiltriertes Metall 100 % 100 %

durch poröses Keramikfilter

filtriertes Metall ^ _kg/dm2_{/MirK) 10 % 10 %}

durch poröses Keramikfilter

filtriertes Metall ₍₂g _kg/dm2_{/Hin>) kQ % 6o %}

AL-862.02 ."..". -.3V-" ·"» >'

c · r

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist deutlich ersichtlich, dass die Verwendung eines Filters innerhalb der breiten spezifischen Vierte vorliegender Erfindung eine etwa 50prozentige Abnahme hinsichtlich des Auftretens von linearen Fehlern gegenüber einer etwa 90prozentigen Abnahme ergibt, wenn man nach einer bevorzugten -Ausführungsform vorliegender Erfindung arbeitet

Gemäss vorliegender Erfindung sind vreitere Vorteile und Merkmale des vorgenannten Verfahrens zur Herstellung von Kcramikfiltern bei Betrachtung der nachstehenden Ausführungsbeispiele ohne weiteres verständlich.

Beispiel 7

si /Polyurethanschaumstoff

: Es wird ein / auf Polyesterbasis mit einer Dicke

von 5 cm hergestellt, der 12 Poren je 1 cm Länge und eine Luft- < durchlässigkeit von 4600 χ 10 cm aufweist. Danach wird eine wässrige keramische Aufschlämmung mit ^7 % Aluminiumoxid, 13 % Chromoxid, 3,5 % Kaolin, 1 % Bentonit und 29 % einer 50prozentigen wässrigen Lösung von Aluminiumorthophosphat (= 1^,5 % Aluniniumorthophosphat) durch lstündiges Mischen mit βθ UpM in einem 76,5 Liter fassenden Hobart-Miseher zubereitet. Nach 30 Minuten Mischen wird eine Probe zur Viskositätsuntersuchung entnommen. Diese Probe zeigt-j dass die Aufschlämmung eine Viskosität von 25,5 x 10¹^ Centipoise bei 25°C besitzt, gemessen nach einer 20 Minuten dauernden Prüfung bei 20 UpM in einem"Brookfie.ld-RVT-Viscosimeter" mit einer Spindel Nr. 6. Eine Probe des

'■ "Schaumstoffs wird^Liin: dien Aufschlämmung: getaucht und etwa 30 Sekunden wiederholt mittels einer Kolbenvorrichtung zusammen-

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* MV

AL-862.02 ."..·-

gepresst und wieder ausdehnen gelassen, viUhrenddessen die
Aufschlämmung mit 5C Zyklen je Sekunde vibrieren gelassen wird,
um die Hohlräume bzv. Poren mit der Aufschlämmung zu füllen.
Die derart imprägnierte Schaumprcbe wird aus der Aufschlämmung
entnommen und durch fest eingestellte Walzen, die mit Sand
beschichtet sind, geführt, wobei eine 70prozentige Zusammendrückung hinsichtlich der Dicke erfolgt, um überschüssige
Aufschlämmung auszutreiben. Die Walzen besitzen einen Durchmesser von 76 mm und werden mit einer Geschwindigkeit von'12,5
UpM angetrieben. Die Probe zeigt ein praktisch vollständiges Zurückspringen in den Ausgangszustand nach Beendigung des Walzens.

Die Probe wird dann 1 Stunde bei 65⁰C und 2 Stunden bei 95⁰C ί

in einem Ofen getrocknet. Die getrocknete Probe ward dann von 95°C| auf 260⁰C mit einer stündlichen Erwärmung um 56⁰C, danach auf | eine Temperatur von 315°C mit einer stündlichen Erwärmung um 11°C |

stündlichen .erwärmung um 56 C erhitzt und danach vier Stunden auf Il

dieser Temperatur gehalten, um die Poyurethanfasern zu entfernen, |

ohne dass das keramische .Netzwerk zusammenfällt. Die niedrige I Erhitzungsgeschwindigkeit von 260 auf 315°C ist erforderlich um |

i einen plötzlichen Temperaturanstieg zu vermeiden, der aus der |

Oxydation des Polyurethans herrührt. i

Die erhaltene Probe wird dann in.einem Brennofen gebrannt, wobei
Erhitzungsgeschwindigkeiten von stündlich um 56⁰C auf eine
Temperatur von 5^0⁰C und danach stündlich um 224°C auf eine
Temperatur von 1315°C angewendet werden. Danach wird die Probe

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AL-862.02 Γ *.·.** -ΪΑί *■*.·

in dein Ofen abkühlen gelassen.

Die gebrannte Probe ist fehlerfrei und zeigt Festigkeit der Oberflächen gegen Abblättern. Die Durchlässigkeit der Probe v/ird

—7 2 "5

mit 400 χ 10 ' cm und das Raumgewicht mit 0,7^ g/cnr gemessen. Die Masse weist eine gute physikalische Festigkeit auf und zeigt einen Bruchmodul von 17,6 g/mrc , Ein Zerteilen der "lasse zeigt jedoch, dass sie keine gleichförmige Struktur besitzt, da sie eine Blockierungslinie in der Kitte aufweist, was die Verwendung der Masse bei zahlreichen Anwendungsgebieten, wie ein Filtrieren von geschmolzenem Metall, ausschliesst.

Beispiel 8

Es wird nach der in Beispiel 7 angewendeten Praxis eine weitere "Probe hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass eine Änderung hinsichtliches des Prozentwertes bei der Zusammendrückung beim Walzen gemacht wird. In diesem Beispiel wird ein Walzenspalt eingestellt, der eine 86prozentige Zusammendrückung gestattet, was eine bedeutsame Erhöhung gegenüber der des Beispiels 7 bedeutet.

Die gebrannte Probe scheint fehlerfrei ^zu sein, jedoch besitzt sie f ziemlich schwache Oberflächen und Kanten, was sie bei einer \ rohen Handhabung gegen ein Abblättern anfällig macht. Die Durch-

—ⁿ 2

lä.ssigkeit der Probe wird mit 1600 χ 10 ' cm und das Raumgewicht

mit 0,39 g/cnr gemessen. Die Masse besitzt eine adäquate physi-

2 kaiische Festigkeit und einen Bruchmodul von 12,7 g/mir. . Beim

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Zerteilen der Masse zeigt sich, dass sie ganz gleichförmig ist, obwohl die äusseren Fasern etwas feiner als die der Masse sind, was die charakteristischen schwachen Oberflächen erklären würde. Diese grundsätzlich gleichförmige "lasse würde für Anwendungsgebiete brauchbar sein, wo eine Oberflächenfestigkeit weniger wichtig im Vergleich zu einer Gesantgleichförmigkeit ist und keine Nachteile darstellt. Die Zerbrechlichkeit der Masse würde sie jedoch weniger geeignet zur Verwendung als Filter, insbesondere für geschmolzenes Aluminium, machen.

Beispiel 9

Nach der in Beispiel 7 beschriebenen Praxis wird eine weitere Probe hergestellt, die einem zweimaligen V.'alzendurchgang unterworfen wird, vjobei ein Schema angewendet wird, wobei beim ersten Durshgang eine Zi^aMnendruckung um 75 S und beim zweiten Durchgang um B6 % erfolgt. Dieser doppelte Du-i-üftgang liegt innerhalb des Bereichs vorliegender Erfindung.

Die gebrannte Probe fehlerfrei und besitzt feste Oberflächen und Kanten. Es wird eine Durchlässigkeit

■ ■ —7 2 3

von 1700 χ 10 ' cm und ein Raumgewicht von 0,^1 g/cm .gemessen. Die Masse besitzt eine ausgezeichnete Festigkeit und

einen Bruchmodul von 19 g/mm . Beim Zerteilen der Masse zeigt sich, dass sie ausgezeichnet gleichförmig ist und nur eine massige Anzahl von verstopften Poren aufweist, die sich gleichmassig durch die Masse verteilen. Diese gleichförmige feste Probe würde für kritische Anwendungsgebiete, wie ein Filtrieren

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von Geschmolzener. Metall- brauchbar sein

Beispiel 10

Es wird eine weitere Probe aus einem Polyurethanschaunstoff auf Polyesterbasis hergestellt, der eine Dicke von 5 cm und eine Porenanzahl von 12 Poren je 1 cm Länge sowie eine Durchlässigkeit

6000 χ io~' cm besitzt. Die angewendete keramische Aufschlämmung ist die gleiche wie in Beispiel 7, besitzt jedoch ζ eine Viskosität von 31 x 10 Centipoise infolge des Zusatzes

von etwas Wasser.

Die Schaumstoffprobe wird in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben imprägniert. Es wird ein Austreiben der Auf schlämmung mittels eines zweimaligen Durchgangs durch Walzen durchgeführt, wobei der erste Durchgang mit einer Zusammen-

-A—.M-* Ii

drückung um 86 % erfolgt.

Die erhaltene Probe wird getrocknet und gebrannt.. Bei der Untersuchung wird beobachtet, dass sie eine Luftdurchlässigkeit von 1700 χ 10 cm besitzt. Des weiteren weist die Probe eine gleichförmige Struktur auf_} was auf eine Freiheit von Oberflächenzerbrechlichkeit und Blockierung in der Mitte hinweist, so dass sie zum Einsatz als Filter für geschmolzenes Metall geeignet ist.

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Beispiel 11

Es v;ird nach dem in Beispiel 7 angegebenen Verfahren eine gj

weitere Probe hergestellt, un die vorliegende Erfindung näher 4 zu erläutern. Es wird ein Polyurethanschauinstoff auf Polyesterbasis verwendet, der sich von den zuvor verwendeten Proben

dadurch unterscheidet, dass er eine Luftdurchlässigkeit von t

^700 χ 10 ' cm besitzt. Auch die keramische Aufschlämmung ist |

die gleiche, jedoch mit der Ausnahme, dass die Viskosität f

25 χ lCp Centipoise beträgt. '

Wie angegeben, ist die Bearbeitung identisch mit der des f Beispiels 7, jedoch mit dem Unterschied, dass Austreiben mittels f eines zweimaligen Durchgangs durch Walzen erfolgt, wobei beim * ersten Durchgang eine Zusammendrückung um 84 % erfolgt, S während beim zweiten Durchgang eine Zuusammendrückung von 86 %
erfolgt. %

Nach dem Trocknen und Brennen ist die erhaltene Probe ebenfalls fehlerfrei und gleichförmig und frei von Oberflächenschwächen· und Blockierungen in der Mitte. Die Probe besitzt %

—7 2
eine Durchlässigkeit von 2650 χ 10 cm und wird als brauchbar

zum Einsatz als Filter für geschmolzenes Metall betrachtet.

Wenn nichts anderes angegeben ist, beziehen sich sämtliche
Prozentangaben auf das Gewicht.

1 Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von keramischen f

I - 45 - I

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Schäumen kann in anderen Ausführung formen realisiert oder auf/ Wegen durchgeführt werden., ohne sich vom Geist oder wesentlichen Merkmalen der Erfindung zu entfernen. Die vorliegende Ausführungs-| form muss deshalb in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht als einschränkend angesehen werden, wobei der Umfang der- Erfindung durch die nachstehenden Ansprüche angegeben ist und alle Änderungen mitumfasst sind, die bedeutungsmässig und umfangsmässig äquivalent sind.

YJie vorstehend ausgeführt worden ist, liefert die vorliegende Erfindung zahlreiche Vorteile beim Filtrieren von geschmolzenem Metall, insbesondere Aluminium. Somit ermöglicht es beispielsweise die Erfindung, dass man geschmolzenes Metall mittels einer in üblicher V/eise entfernbaren Filterplatte filtriert, die in Filtrierapparate in einfacher Weise und rasch eingesetzt und darauf auch glatt und in üblicher Weise entfernt werden kann. Nach einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung werden, \*enn eine poröse keramische Filterplatte verwendet wird, ausserordentlich hohe Filtrationswirksamkeiten erhalten, und diese Wirksamkeiten werden bei Verwendung einer, zur Verfügung stehenden Filterplatte erreicht, die glatt und in üblicher V/eise eingesetzt und aus der Filtriervorrichtung entfernt werden kann, wie es aus den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich ist, die ^a-^s Beispiele verschiedene Änwendungsformen der porösen Keramikfilter Und der Gestaltungen dieser Filter zeigen.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1: die Draufsicht auf eine Filterkammer mit darin i,w. waagerecht angeordneter Filterplatte;

Fig. 2: den Längsschnitt durch Fig. 1 nach deren Linie

j Ii - ii;

Fig. 3: eine Schrägsicht auf eine Ausführungsform einer Filterplatte;

Fig. 4: eine Schrägsicht auf eine andere Filterplatte;

Fig. 5: die Draufsicht auf eine andere Filterkamitier mit darin i.w. senkrecht angeordneter Filterplatte;

Fig. &: ö^n Längsschnitt durch Fig. 5 nach deren Linie VI - VI;

Fig. 7: eine Schrägsicht auf eine in Fig. 5, 6 eingesetzte Filterplatte;

Fig. 8: einen Schnitt durch eine teilweise wiedergegebene Filterkammer mit oberhalb einer einzelnen Gießtülle angeordneter Filterplatte.

Eine Filtervorrichtung 2 weist nach Fig. 1, 2 eine Filterkammer 3 auf, wie sie in Umguß-Systeraen für geschmolzenes Metall, Gießtiegeln, Gießbehältern, Transportrinnen, Metallbearbeitungsabteilen od. dgl. verwendet itfird. Die Filtervorrichtung 2 kann aus zwei Teilen 2a, 2b zusammengesetzt sein, die miteinander beispielsweise an — nicht gezeigten — Flanschen am Rand verschraubt sind. . 'ι

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Im gewählten Ausführungsbeispiel dient als Filtervorrichtung - 2 eine Transportrinne, in deren Filterkammer 3 durch einen S Einlaß 4 über eine Gießtülle 6 eine Metallschmelze eingefj speist und durch einen Auslaß 5 hinausgeführt wird.

Die Filterkamrcer 3 weist einen stufenförmigen Absatz 30 auf, so daß der Boden 31 am Einlaß 4 um ein Maß i höher liegt als der Boden 32 am Auslaß 5. In die Filterkammer 3 eingespeiste

§ Metallschmelze wird durch eine an der Stufe 30 vorgesehene

|5 Filterplatte 11 geführt und trifft uncer dieser auf den Auslaß-

I" boden 32. Hierzu umgibt den die Filterplatte 11 aufnehmenden

j,; Bereich des Bodens 31 eine kragenartige Umrandung 7, die

I^ vollständig den oberen Teil der Filterkammer 3 umgibt, aus-

!- genommen den an den Einlaß 4 angrenzenden Bereich.

Das Filter 11 ruht in einer Ausnehmung 9 des Filterkamraer- ; bodens 31, deren Rand 10 rundumlaufend abgeschrägt bzw. geneigt ist, wie Fig. 2 verdeutlicht. Dieser Rand 10 steht mit der ebenfalls abgeschrägten — also geneigten — Seitenfläche 12 der Filterplatte 11 in Eingriff.

Dir- schräge Seitenfläche 12 der Filterplatte 11 ist mit einer elastischen, gegenüber der Metallschmelze wiederstandsfähigen Dichtung 13 belegt. Die Filterplatte 11 und die Dichtung sind so in die Filterkammer 3 eingesetzt, daß die Einheit der Filterplatte/Dichtung in der Ausnehmung 9 der Filterkammer 3 fest sitzt.

Die Filterplatte 11 ist mittels der Dichtung 13 derart eingepaßt, daß sie in einfacher Weise üurch einen senkrecht abwärts gerichteten Druck eingesetzt und durch einen senkrecht nach oben ausgeübten Druck leicht entfernt werden kann.

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Die gemäß Fig. T, 2 im wesentlichen waagerecht eingebaute Filterplatte 11 weist beispielhaft quadratische Form auf, jedoch können ohne weiteres beliebige übliche Formen zur Anwendung gelangen, etwa runde, hexagonale oder andere Formen.

Die Metallschmelze läuft — wie gesagt — nach unten durch die Filterplatte 11 in eine untere Kammer 14 unter der Filterplatte 11. Die abgeschrägte Seitenfläche 12 der Filterplatte 11 ist unter einem Winkel von 2 bis 20° geneigt, wobei die Neigung des Ausnehmungsrandes 10 diesem Winkel entspricht.

Die Filterplatte 11 ist zwar im wesentlichen waagerecht, aber geringfügig unter einem Winkel von etwa 1 bis 5 abwärts gegen den Metallauslaß 5 geneigt angeordnet, um einen Lufteinschluß gegen die Unterseite der Filterplatte 11 zu verhindern. Auch der Boden 32 der Kammer 14 ist unterhalb der Filterplatte 11 abwärts mit einem Winkel von etwa 1 bis 5 gegen den Auslaß 5 geneigt, um das Ablaufen des Metalls während des Betriebs und bei Beendigung des Gießens oder des Transports zu erleichtern.

Gegebenenfalls kann die Filterkammer waagerecht — beispielsweise längs der waagerechten Ebene unter dem Boden 31 oder unter einem Winkel zum Boden 31 — geteilt sein, um insbesondere ein Reinigen der unteren Kammer 14 in einfacher Weise zu ermöglichen. Es kann erwünscht sein, die Richtung der Schräge des schrägen Randes 10 umzukehren, so daß eine einwandfreie Dichtung mittels des Wandteils bei der Kammer bewirkt wird.

Die Filterplatte 11 v/eist nach Fig. 3 eine angepaßte abgeschrägte Seitenfläche 12 auf, mit der der ebenso abgeschrägte Rand 10 der Filterkammerausnehmung 9 in Eingriff steht.

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Gemäß Fig. 4 ist um den gesamten Umfang der Filterplatte 11 ein gerader Randteil. 16 vorgesehen, an den der abgeschrägte Rand 12 angrenzt.

Die Fig. 3, 4 zeigen Filterplatten, bei denen sich der abgeschrägte Rand 12 um deren gesamten Umfang erstreckt, jedoch kann es auch zweckmäßig sein, die Schräge nicht am gesamten Umfang anzuordnen, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist; dort findet sich der abgeschrägte Rand 12 an zwei gegenüberliegenden Flächen 33 der Filterplatte 11.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sollte vorzugsweise der höchste Punkt der Oberfläche einer waagerecht angeordneten Filterplatte 11 bei deren vom Einlaß 4 fernliegenden Ende derart liegen, daß das Entweichen der Luft beim Ausbreiten des Metallstromes zunimmt. Es ist ersichtlich, daß das Merkmal einer im wesentlichen waagerecht angeordneten, abwärts geneigten Filterplatte 11 in hoher?. Maße vorteilhaft ist, so daß hierbei ausgezeichnete Ergebnisse erhalten werden, ohne daß die Verwendung einer abgeschrägten Seitenwand 12 — wie beispielsweise bei einer geteilten Filterkammer 11 und Halten der Filterplatte 11 darin mit einer Art Zwinge erforderlich würde.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine senkrecht angeordnete Filterplatte 11 in einer Transportrinne. Diese Filterplatte 11 wird mittels einer Dämmung 21 aus feuerfestem Material in einem Schlitz 22 der Filterkamraer 3 in der richtigen Stellung gehalten. Dieser Filterkammer 3 wird über den Einlaß 4 geschmolzenes Metall zugeführt, das waagerecht in einen Filterkammerschacht 25 und von dort aus durch die Filterplatte 11 in einen Auslaßbehälter 26 läuft, an dem oben der Auslaß 5 sitzt.

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Die Filterplatte 11 ist gegen den Schlitz 22 mittels einer keramischen Filterdichtung 27 abgedichtet, die vollständig die Filterplatte 11 umgibt. Filterplatte 11 und Dämmung 21 sind im Schlitz 22 mittels Keilen 2 8 verriegelt. Am Fuße fies Auslaßbehälters 26 ist ein Abflußloch 29 vorgesehen, um aus Auslaßbehälter 26 und Filterkammerschacht 25 nach Beendigung des Gieß- oder Transportvorgangs das Metall abfließen lassen zu können. Das Abflußloch 29 kann im Betrieb mittels einer Stopfenstange oder anderer üblicher Verschlußmittel, verschlossen werden.

Die Filterplatte 11 nach Fig. 5, 6 ist ein Kegelstumpf oder ein Segment eines festen Gebildes mit abgeschrägten Seiten; der Filterkammerschacht 25 hat eine entsprechende abgeschrägte Innenwandoberfläche 34 (Fig. 5), die mit der abgeschrägten Wandfläche 33 der Filterplatte 11 (Fig. 7) in Eingriff steht. Es können Filterplatten 11 bis zu mehreren Zentimetern Dicke und mehreren Quadratzentimetern Fläche in üblicher Weise in vorstehend beschriebener Art angeordnet werden. Die Dämmung 21 und die Filterkammer 3 können aus üblichen Baumaterialien hergestellt sein. Der Filterkammerschacht 25 und die entsprechenden Behälterasaskleidungen können in üblicher Weise aus gießbaren feuerfesten oder keramischen Platten hergestellt werden. Die Dämmung 21 und die Keile 28 können aus feuerfesten Preßlingen hergestellt sein, wenn das zu filtrierende Metall Aluminium oder eine andere niedrig schmelzende Legierung ist. Selbstverständlich grenzt die Dichtung 27 vorzugsweise an die abgeschrägte Filterplattenfläche 33 an. Wie aus Fig. bis 7 ersichtlich, grenzt die Dichtung 27 vorzugsweise an ρ alle Seitenflächen der Filterplatte 11 einschließlich

nicht abgeschrägter Seitenflächen.

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Die Fig. 8 schließlich zeigt ein Ausführungsbeisßiel einer waagerecht gelagerten, kegelstumpfartigen Filterplatte 11, um eine einzige Charge der Gießtülle 6 zuzuführen. Bei dieser Einheit ist die Filterplatte 11 in einer Ausnehmung 9 in der feuerfesten Grundmasse 41 eines Gießtiegels oder einer Gießwanne 40 angeordnet. Während des Gießens fließt das Metall aus dem Tiegel 4O senkrecht durch die Filterplatte 11 in einen Kanal 42 unter der Filterplatte 11 und somit in die Gießtülle 6, die zu einem Barren oder einem Gußstück darunter führt. Die

Filterplatte 11 ist mit einer abgeschrägten Seitenfläche versehen, die mit einer entsprechenden abeschrägten Fläche 10 in der Ausnehmung 9 sitzt. Zwischen den entsprechenden abgeschrägten Flächen ist die elastische Dichtung 13 vorgesehen.

Claims (1)

1. Poröses Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen, die mit einem Netzwerk aus Keramik umgeben sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Filter (11) eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis

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8000 χ 10 cm , eine Porositätvon 0,80 bis 0,95, eine Porenzahl von 2 bis 20 Poren je 1 cm Läsige und eine Dicke von 10 bis 100 mm aufweist.

2. Keramikfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine

-7 2 Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 χ 10 cm , vor-

—7 2 zugsweise von 1000 bis 1500 χ 10 cm , eine Porosität von 0,80 bis 0,95,VOrZUgSWeISe von 0,85 bis 0,90, eine Porenanzahl von 8 bis 18, vorzugsweise 10 bis 14 Poren,je 1 cm Länge und eine Dicke von 10 bis 100 mm, vorzugsweise 35 bis 65 mm.

3. Keramikfilter nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Abstufung der Eigenschaften durch die gesamte Dicke hindurch dergestalt, daß auf einer Seite des Filters eine

-7 2 Luftdurchlässigkeit von 2500 bis 8000 χ 10 cm , eine Porosität von 0,90 bis 0,95 and eine Porenanzahl von 2 bis 18 Poren je 1 cm Länge und auf der gegenüberliegenden Seite eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 χ

-7 2
10 cm , eine Porosität von 0>80 bis 0,95 und eine Pcrenanzahl von 8 bis 18 Poren je 1 cm Länge gegeben ist.

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4. Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichte von unter 30 % der
theoretischen Dichte des keramischen Materials gleicher Größe hat und das poröse keramische Filter die folgende Zusammensetzung aufweist:

40 bis 95 % Al₂O₃, bis zu 25 % Cr₃O^, 0,1 bis 12 % Glühprodukte von Bentonit und/oder Kaolin sowie 2,5 bis
25 % Glühprodukte eines in Luft abbindenden Mittels, das im wesentlichen indifferent gegenüber dem geschmolzenen Metall ist, vorzugsweise Aluminiumorthophosphat.

5. Keramikfilter nach einem der ^.nsprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,5 Lis 5 % Glühprodukt von Bentonit.

6. Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,5 bis 5 % Glühprodukt von Kaolin.

7- Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 12 bis 17 % Aluminiumorthophosphat.

8. Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 45 bis 55 % Al₃O₃.

9. Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 10 bis 17 % Cr₇O₃.

10. Keramikfilter nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikanteile einer
keramischen Zusammensetzung aus der Gruppe: Aluminiumoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid,

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Titanoxid, Siliciumoxid, Mullit, gebrannter Ton, bei hohen Temperaturen erweichende Gläser und/oder deren Gemische in Form ihrer Glühprodükte enthalten.

11. Keramikfilter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es als Filterplatte (11) mit wenigstens einer abgeschrägten Seitenfläche (12,33) ausgebildet ist.

12. Keramikfilter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Seitenfläche (12, 33) in einem Winkel von 2 bis I. 20 abgeschrägt ist. |

13. Keramikfilter nach Anspruch 11 oder 12, d'adurch gekenn- f zeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende Seiten- j flächen (12, 33) abgeschrägt sind.

15. Keramikfilter nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an die abgeschrägte Seitenfläche (12, 33) eine elastische Dichtung (13, 27) geklebt ist.

16. Keramikfilter nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch Rückstände von etwa 40 bis 95 % Aluminiumoxid, bis zu 20 % Chromoxid, Aluminiumorthophosphat in einer Menge von 2 bis 25 %,Kaolin in einer Menge bis zu etwa 10 % und Bentonit in einer Menge bis zu etwa 10 %.

17. Keramikfilter nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Glühprodukte von 40 bis 50 % Aluminiumoxid, 10 bis

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14. Keramikfilter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn- L zeichnet, daß die Seitenflächen ti2) abgeschrägt |

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15 % Chromoxid, 12 bis 18 % Aluminiumothophosphat, 2 bis 15 % Kaolin und 0,5 bis 2 % Bentonit.

18. Keramikfilter na'ch wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Oberfläche von

etwa 16 dm für eine Durchsatzmenge von TA kg je dm2 je min aufweist.

■19. Keramikfilter nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Zusammensetzung gesintert ist.