EP0280695A1 - Keramischer filter für die filtration von geschmolzenem metall - Google Patents

Keramischer filter für die filtration von geschmolzenem metall

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EP0280695A1
EP0280695A1 EP87904834A EP87904834A EP0280695A1 EP 0280695 A1 EP0280695 A1 EP 0280695A1 EP 87904834 A EP87904834 A EP 87904834A EP 87904834 A EP87904834 A EP 87904834A EP 0280695 A1 EP0280695 A1 EP 0280695A1
Authority
EP
European Patent Office
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filter
ceramic
coating
molten metal
ceramic filter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP87904834A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jerry W. Brockmeyer
James E. Dore
Leonard S. Aubrey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Alusuisse Holdings AG
Schweizerische Aluminium AG
Alusuisse Lonza Services Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Alusuisse Holdings AG, Schweizerische Aluminium AG, Alusuisse Lonza Services Ltd filed Critical Alusuisse Holdings AG
Publication of EP0280695A1 publication Critical patent/EP0280695A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5035—Silica
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C22B21/066—Treatment of circulating aluminium, e.g. by filtration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/02—Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves
    • C22B9/023—By filtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0471—Surface coating material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to ceramic filters for the filtration of molten metal from a bonded or sintered ceramic body containing a multiplicity of flow paths for the flow through the molten metal.
  • molten metal contains penetrated solids which have a detrimental effect in the finished cast product. These penetrated solids appear as inclusions in the finished cast product after the molten metal has solidified and cause defects in the finished product.
  • the inclusions can come from various sources, for example from superficial oxide films and insoluble impurities such as carbides, borides and others.
  • Ceramic filters as described in US Pat. Nos. 3,893,917, 4,081,371 and 3,962,081, are particularly suitable for the filtration of molten metal. These ceramic foam filters with an open cell structure with a large number of interconnected cavities, which are surrounded by a network of ceramic in order to ensure winding paths through them, are particularly suitable.
  • Ceramic foam filters coated with US Pat. No. 4,302,502 were also known, in which a proportionally large activation layer is provided for the removal of specific impurities from the molten metal.
  • the object of the present invention is to avoid the disadvantage of the metal supernatant and, accordingly, to propose an improved ceramic filter for the filtration of molten metal which promotes the filtration of poorly flowable metal without building up an excessive metal supernatant.
  • Another object of the present invention is to provide an improved filter which avoids the need for excessive overheating in order to make the filter wettable.
  • this is done by means of a ceramic filter, characterized by a thin coating which extends completely through its expanses, made of an inorganic material which can be easily wetted by the molten metal and which has a thickness of 5 ⁇ up to 1 micron adheres to this ceramic body, and the coating is removed on contact by the molten metal.
  • the present invention accordingly describes a highly effective ceramic filter for the filtration of molten metal, which overcomes the problem of the poor flow behavior of metals, such as steel, and shows favorable wetting properties, without the excessive build-up of a metal protrusion and without the need for a strong one Overheating the metal.
  • the ceramic filter of the present invention comprises a bonded or sintered ceramic filter with a plurality of flow paths for the flow through the molten metal with a thin coating, bonded to the ceramic body and extending essentially over the entire extent of the inorganic material which is wetted by the molten metal. The coating is removed by the flowing molten metal.
  • the ceramic filter is preferably a ceramic foam filter with an open-cell foam structure and a multiplicity of interconnected cavities which are surrounded by a network of this ceramic.
  • the ceramic body preferably contains aluminum oxide as the ceramic material.
  • the preferred thickness of the coating is 10 to 100 ⁇ .
  • the coating is uniform in its layer thickness and contains, preferably for the filtration of steel, silicon dioxide.
  • the ideal situation a high filter efficiency, is achieved if the material of the base metal to be filtered does not properly wet the filter, but the inclusions that have to be removed are able to completely wet the filter material.
  • an aluminum oxide inclusion in steel completely wets a ceramic filter based on aluminum oxide, while steel only partially wets the filter.
  • the inclusions therefore have the tendency to leave the metal stream and adhere to the filter.
  • the base metal tends not to stay in contact with the filter or inclusions.
  • the base metal does not wet the filter and thus causes less attack on the filter material. This behavior represents the desirable situation as soon as the flow through the filter begins, ie when the filter is already cast on.
  • the ceramic body of the present invention is a bonded or sintered ceramic body with a large number of flow paths for the flow through the molten metal.
  • All known ceramic bodies can be used, e.g. extruded ceramic bodies, bodies made of sintered ceramic particles or preferably ceramic foam filters with an open cell structure, characterized by a large number of interconnected cavities, which are connected by a network of ceramic, and produce tortuous flow paths.
  • a particularly suitable ceramic foam filter is described in DE-OS 34 24 504.
  • a thin coating is applied to this ceramic body, this coating essentially extending through the entire body and the layer adhering to the body.
  • the coating is an inorganic material which is completely wetted by the molten metal and has a thickness of 5 ⁇ to 1 micron. In an expedient embodiment, the thickness of the coating is 10 to 100 ⁇ . This shows that the coating is very thin.
  • the coating is removed by contact with the molten metal, and after the start of the metal flow, the entire filter surface necessary for filter effectiveness is available.
  • the coating is preferably completely removed in less than 5 seconds, either by dissolution by the molten metal or by mechanical action of the molten metal on the ceramic network.
  • a coating is therefore preferred which is soluble or partially soluble in the molten metal.
  • a coating of less than 100 ⁇ is preferably used, although it is also possible.
  • coatings of up to 1 micron in particular if the mechanical action is used to remove the particular coating.
  • the coating should extend essentially through the entire ceramic body in a uniform layer thickness, although fluctuations in the layer thickness and uncoated sections are still tolerable. In order to promote wetting, however, the coating should extend over the entire network and should preferably be uniform.
  • the coating material should be a material that is not detrimental to the molten metal to be filtered or in the final cast product. Therefore, mechanical separation of the coating from the network is less desirable than solubility or partial solubility in the metal, since the mechanically separated coating parts can appear as inclusions in the final cast product. In addition, the coating material should not have any on the molten metal have a disadvantageous effect, which leads, for example, to reduced mechanical properties, increased grain size or undesirable second phases.
  • a colloidal silicon dioxide coating is used, particularly since it was found that this is particularly advantageous for steel filtration and that a suitable silicon dioxide coating can thus be achieved on the ceramic body.
  • the silicon dioxide coating in the amounts used has no adverse effects on the steel to be filtered. Silicon dioxide could have a disadvantageous effect at most in large quantities, which are not the subject of the invention.
  • the thin silicon dioxide coating according to the invention is also completely removed on contact with the molten steel.
  • an aqueous dispersion of a colloidal silicon dioxide is used, starting from a 0.5 to 10% concentrated colloidal silicon dioxide in water, preferably in a concentration of 1%.
  • Additives can of course be used in the aqueous dispersion, such as wetting agents, dispersants or organic materials which support the tendency to coat, etc.
  • the aforementioned dispersion is produced and the ceramic body is immersed in the dispersion in order to achieve a thin coating thereon, essentially through the entire ceramic body.
  • Excess material is removed, for example shaken off, the moist ceramic body is dried, for example after-fired at 93 to 149 ° C., preferably at 121 ° C., and at 982 to 1038 ° C. and preferably at 1000 ° C.
  • the temperature treatment should be high enough that the silicon dioxide does not hydrate again and adheres firmly to the ceramic body.
  • the drying and re-firing can take place in separate steps or continuously. It is not necessary to keep the temperature.
  • the material coated in this way was found to be particularly advanced for steel filtration.
  • silicon dioxide is an inorganic material that is easily wetted by the molten material and removed in contact with the molten metal.
  • Silicon dioxide is particularly preferred for steel filtration because it is extremely well wetted by steel and is easily detached from the molten metal.
  • suitable additional inorganic materials include, for example, an aqueous silicate dispersion, such as sodium silicate, and salts, such as sodium chloride or calcium chloride, the latter salts simply being dried on the network instead of being fired again. It is also possible to use oxides, such as those of calcium or magnesium, which can then be dried and burned as salts, for example as carbonates.
  • Metals such as nickel, iron and chromium can be used as organometallic solutions or dispersions for coating, followed by a drying process and a heat treatment to convert them to metal. Given the very small amount that is used for the coating, these metals are not troublesome.
  • the effectiveness of the coating composition according to the invention is the use of an inorganic material in a thin coating which is easily wettable by the molten metal and easily removable under the action of the molten metal. Because the coating is slightly wetted by the metal, the metal easily passes through the ceramic body and also the tortuous flow paths in the ceramic body when the preferred ceramic foam material is used, and the casting time and the metal excess can be considerably reduced.
  • the coated composition does not merely reduce the casting time. Rather, it was found that the coated filters surprisingly bring about a faster flow of the filtering process, for example the total material flow through the ceramic body according to the present invention is generally faster than through an uncoated ceramic body.
  • filters according to the present invention retain a higher flow rate after casting than uncoated filters. This is despite the fact that the coating is removed on contact with the molten metal. This may be caused by the faster casting of the entire ceramic filter and the faster flow through all pores in the ceramic filter body. This also represents a progress worth considering.
  • Bound ceramic filter body 18.7 mm thick, with an open cell structure, characterized by a large number of interconnected cavities, surrounded by a A network of ceramics, the filter body being based on an aluminum oxide ceramic, is predetermined. These filters used had 10 pores per cm. Samples of the filters were coated in accordance with the present invention by immersing the filter bodies in an aqueous dispersion containing 1% colloidal silicon dioxide for a short period of time, which ensured complete impregnation, in order to obtain a thin coating, dried at 121 ° C and baked at 1000 ° C. The thickness of the coating after firing was around 10 ⁇ and the coating was present in aggregates of silicon dioxide particles essentially distributed throughout the entire ceramic body.
  • Coated and uncoated filters 1.86 cm thick, were placed side by side in a pouring pan. Molten steel was directly from an induction oven poured into the casting crucible at a temperature of 1621 ° C. When the crucible is filled, the metallostatic pressure on the filter increases until the metal overhang reaches the height of the overflow. The time of filter wetting was determined by visual observation of the outflow side of the filter. The results showed that the coated filter wets 4 to 5 seconds earlier than an uncoated filter. The flow of the molten metal through the coated filter appeared to be very fluid, while the flow through the uncoated filter was very tough and slow in comparison.

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Description

Keramischer Filter für die Filtration von geschmolzenem Metall
Die Erfindung betrifft keramische Filter für die Filtration von geschmolzenem Metall aus einem gebundenen oder gesin- terten keramischen Körper' enthaltend eine Vielzahl von Fliesswegen für die Durchstrδmung durch das schmelzflüssi¬ ge Metall.
Allgemein enthält geschmolzenes Metall eingedrungene Fest¬ stoffe, die sich im fertigen Gussprodukt schädlich auswir- ken. Diese eingedrungenen Feststoffe treten als Einschlüsse im fertigen Gussprodukt auf, nachdem das geschmolzene Me¬ tall erstarrt ist und verursachen im fertigen Produkt De¬ fekte. Die Einschlüsse können von verschiedenen Quellen stammen, so zum Beispiel von oberflächlichen Oxidfilmen und unlöslichen Verunreinigungen wie Karbiden, Boriden und an¬ deren. Keramische Filter, wie sie in den US-Patenten 3 893 917, 4 081 371 und 3 962 081 beschrieben sind, eignen sich besonders für die Filtration von geschmolzenem Me¬ tall. Speziell diese keramischen Schaumfilter mit offener Zellstruktur mit einer Vielzahl von untereinander verbunde¬ ner Hohlräume, die von einem Netzwerk aus Keramik umgeben sind, um gewundene Pfade dadurch hindurch zu gewährlei¬ sten, sind geeignet. Diese Filter sind aus verschiedenen Gründen besonders vorteilhaft, so zum Beispiel durch deren ausgezeichnete Filterwirksamkeit, niedrigen Kosten, leich¬ te Anwendbarkeit und die Möglichkeit, diese auf einer Aus¬ tausch- und Wegwerfbasis zu benutzen. Die Tatsache, dass die keramischen Schaumfilter besonders praktisch und billig in der Herstellung sind und auf der Einmalgebrauch- und Wegwerfbasis angewendet werden können, haben in den letzten Jahren zu einer weitverbreiteten Anwendung auf dem Gebiet der Metallschmelzebehandlung geführt. Besondere Probleme traten jedoch bei der Filtration von ge¬ schmolzenen Metallen wie Stahl auf, die ein schlechtes Fliessverhalten aufweisen. Bei der Filtration derartiger Materialien ist es oft schwierig, den Metallfluss durch den Filter zu starten. Das führt zu einem Aufbau eines hohen MetallüberStandes über dem Filter, bevor der Filter benetzt wird, d.h. bevor der Fluss des Metalles durch den Filter hindurch beginnt. Weiters wurde gefunden, dass oft das ge¬ schmolzene Metall nicht durch den ganzen Filter dringt oder dass der Filter nicht in allen Bereichen durchströmt wird. Ferner, wieder in anderen Fällen, benetzt der Filter über¬ haupt nicht und es bildet sich ein zu hoher Metallüberstand über dem Filter. Dieses genannte Problem ist besonders wichtig bei Stahl, es existiert aber ebenso mit anderen Me- tallen, abhängig von der jeweiligen Legierung und Giesstem- peratur.
Ein Verfahren, um dieses Problem zu lösen, war, die Legie¬ rung zu überheizen und so ein besseres Fliessverhalten zu erreichen. Es wurde gefunden, dass ein Ueberheizen der Schmelze die Fliessf higkeit verbessert, welche seinerseits die Benetzung fördert. Das stellt aber keine vollständig befriedigende Lösung dar, da ein Uebermass an Ueberheizen oft wieder andere Probleme verursacht, abhängig von der je¬ weiligen Legierung. Ein Ueberheizen über das normale Mass führt also nicht immer zu einer erfolgreichen Lösung des Problems.
Bekannt wurde auch aus der US-Patentschrift 4 302 502 be¬ schichtete keramische Schaumfilter, worin eine anteilsmäs- sig grosse Aktivierungsschicht für die Entfernung spezifi- scher Verunreinigungen aus dem geschmolzenen Metall vorge¬ sehen ist. Die Lehre über diese Filter befasst sich jedoch auch nicht mit dem oben erwähnten Problem des Metallüber¬ standes. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, den Nachteil des Me¬ tallüberstandes zu vermeiden und entsprechend einen ver¬ besserten keramischen Filter für die Filtration von ge¬ schmolzenem Metall vorzuschlagen, der die Filtration von wenig fliessfähigem Metall, ohne Aufbau eines ubermassigen Metallüberstandes, fördert. Es ist ein weiteres Merkmal vorliegender Erfindung, einen verbesserten Filter vorste¬ hend genannter Art zur Verfügung zu stellen, basierend auf einem gebundenen keramischen Körper, der billig und schnell in der Herstellung ist und der weder das Filtrationsverfah¬ ren noch die Eigenschaften des fertigen Gussstückes stö¬ rend beeinflusst. Ein weiterer Gegenstand vorliegender Er¬ findung ist es, einen verbesserten Filter zur Verfügung zu stellen, der die Notwendigkeit eines starken Ueberheizens, um den Filter benetzbar zu machen, vermeidet.
Erfindungsgemäss wird das mittels eines keramischen Fil¬ ters, gekennzeichnet durch eine dünne Beschichtung, die sich vollständig durch dessen Ausdehnungen erstreckt, aus einem anorganischen Material, welches sich durch das ge- schmolzene Metall leicht benetzen lässt, die in einer Dicke von 5 Ä bis zu 1 Mikron an diesen keramischen Körper anhaf¬ tet, und die Beschichtung beim Kontakt durch das geschmol¬ zene Metall entfernt wird.
Vorliegende Erfindung beschreibt demnach einen hochwirksa- men keramischen Filter für die Filtration von geschmolzenem Metall, welcher das Problem des schlechten Fliessverhaltens von Metallen, wie Stahl, überwindet und günstige Benet- zungseigenschaften zeigt, ohne den ubermassigen Aufbau eines Metallüberstandes und ohne Notwendigkeit eines star- ken Ueberheizens des Metalles.
Der keramische Filter vorliegender Erfindung umfasst einen gebundenen oder gesinterten keramischen Filter mit einer Vielzahl von Fliesswegen für die Durchstrδmung durch das schmelzflüssige Metall mit einer dünnen Beschichtung, ge¬ bunden auf dem keramischen Körper und sich im wesentlichen über die ganze Ausdehnung des anorganischen Materials er¬ streckend, die durch das schmelzflüssige Metall benetzt wird. Die Beschichtung wird durch das durchfliessende schmelzflüssige Metall abgetragen.
Vorzugsweise ist der keramische Filter ein keramischer Schaumfilter mit offenzelliger Schaumstruktur und einer Vielzahl von untereinander verbundenen Hohlräumen, die von einem Netzwerk aus dieser Keramik umgeben sind. Der kerami¬ sche Körper enthält als keramisches Material vorzugsweise Aluminiumoxid. Die bevorzugte Dicke der Beschichtung be¬ trägt 10 bis 100 Ä. Die Beschichtung ist in ihrer Schicht¬ dicke gleichförmig und enthält, vorzugsweise für die Fil- tration von Stahl, Siliziumdioxid.
Wie vorstehend angegeben, war es ein Problem in der Tech¬ nik, dass Metalle mit schlechtem Fliessverhalten, wie z.B. Stahl, nicht sauber durch keramische Filter fliessen. Das Problem wird durch das Material des keramischen Filters verursacht, das nicht vollständig durch das geschmolzene Metall benetzt wird, d.h. das geschmolzene Metall fliesst nicht oder verteilt sich nicht auf der Oberfläche des Fil¬ termaterials. Beispielsweise bei einem Aluminiumoxid als Filtermaterial enthaltenden keramischen Filter wird dieses Material durch Stahl nicht vollständig benetzt.
Die ideale Situation, eine hohe Filterwirksamkeit, wird er¬ reicht, wenn das Material des zu filtrierenden Basismetalls den Filter nicht richtig benetzt, aber die Einschlüsse, die zu entfernen sind, das Filtermaterial vollständig zu benet- zen vermögen. Beispielsweise benetzt ein Aluminiumoxidein- schluss in Stahl einen keramischen Filter auf Basis von Aluminiumoxid vollständig, während Stahl den Filter nur un¬ vollständig benetzt. Deshalb haben die Einschlüsse die Ten¬ denz, den Metallstrom zu verlassen und am Filter anzuhaf- ten, während das Basismetall die Tendenz zeigt, nicht im Kontakt mit dem Filter oder den Einschlüssen zu bleiben. Ebenso ist es vorteilhaft, dass das Basismetall den Filter nicht benetzt und dadurch einen geringeren Angriff auf das Filtermaterial verursacht. Dieses Verhalten stellt die wünschbare Situation dar, sobald der Fluss durch den Filter beginnt, d.h. wenn der Filter bereits angegossen ist. Es ist deshalb erstrebenswert, einen Filter zur Verfügung stellen zu können, der diese Charakteristiken aufweist, während er gleichzeitig leicht angegossen werden kann. Es ist auch erstrebenswert, einen Filter zur Verfügung stellen stellen zu können, der durch das geschmolzene Metall leicht angegossen werden kann, ohne die vorteilhaften Eigenschaf¬ ten des Filters oder die Filterwirksamkeit zu stören.
Der keramische Körper vorliegender Erfindung ist ein gebun¬ dener oder gesinterter keramischer Körper mit einer Viel¬ zahl von Fliesswegen für die Durchstrδmung durch das schmelzflüssige Metall. Es können alle bekannten kerami¬ schen Körper verwendet werden, wie z.B. extrudierte Kera- mikkδrper, Körper aus gesinterten Keramikpartikeln oder vorzugsweise keramische Schaumfilter mit offener Zellstruk¬ tur, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von untereinander verbundenen Hohlräumen, die von einem Netzwerk aus Keramik verbunden sind, und gewundene Fliesswege erzeugen. Ein be- sonders geeigneter keramischer Schaumfilter ist in der DE-OS 34 24 504 beschrieben.
Erfindungsgemäss wird eine dünne Beschichtung auf diesem keramischen Körper aufgebracht, wobei sich diese Beschich¬ tung im wesentlichen durch den ganzen Körper hindurch er- streckt und die Schicht auf dem Körper haftet. Die Be¬ schichtung ist ein anorganisches Material, das durch das geschmolzene Metall vollständig benetzt wird und in einer Dicke von 5 Ä bis 1 Mikron vorliegt. In einer zweckmässigen Ausführungsform beträgt die Dicke der Beschichtung 10 bis 100 Ä. Daraus ist ersichtlich, dass die Beschichtung sehr dünn ist. Während des Einsatzes des Filters wird die Be¬ schichtung durch den Kontakt mit dem geschmolzenen Metall entfernt, und nach dem Start des Metallflusses steht die ganze zur Filterwirksamkeit notwendige Filteroberfläche zur Verfügung. Vorzugsweise wird die Beschichtung in weniger als 5 Sekunden vollständig entfernt, sei es durch Auflösung durch das geschmolzene Metall oder durch mechanische Ein¬ wirkung des geschmolzenen Metalls auf das keramische Netz- werk. Deshalb wird eine Beschichtung bevorzugt, die im ge¬ schmolzenen Metall löslich oder teilweise löslich ist. Um eine geeignete und schnelle Entfernung der Beschichtung zu Beginn des Metallflusses zu erreichen, wird bevorzugt eine Beschichtung von weniger als 100 Ä angewendet, wobei es aber auch möglich ist. Beschichtungen bis zu 1 Mikron sinn- gemäss zu verwenden, insbesondere wenn die mechanische Ein¬ wirkung zur Entfernung der bestimmten Beschichtung herange¬ zogen wird.
Wie vorbeschrieben, soll sich die Beschichtung im wesent- liehen durch den ganzen keramischen Körper hindurch in gleichmässiger Schichtdicke erstrecken, wobei aber Schwan¬ kungen in der Schichtdicke und unbeschichtete Abschnitte noch tolerierbar sind. Um die Benetzung zu fördern, sollte die Beschichtung sich jedoch über das ganze Netzwerk er- strecken und vorzugsweise gleichmässig sein.
Das Beschichtungsmaterial sollte ein Material sein, das sich gegenüber dem zu filtrierenden, geschmolzenen Metall oder im endgültigen Gussprodukt nicht schädlich auswirkt. Deshalb ist eine mechanische Abtrennung der Beschichtung vom Netzwerk weniger erstrebenswert als eine Lδslichkeit oder teilweise Lδslichkeit im Metall, da die mechanisch ab¬ getrennten Beschichtungsteile im endgültigen Gussprodukt als Einschlüsse erscheinen können. Zusätzlich soll das Be¬ schichtungsmaterial auf das geschmolzene Metall keinen nachteiligen Effekt haben, der z.B. zu reduzierten mechani¬ schen Eigenschaften, erhöhter Korngrösse oder unerwünschten Zweitphasen führt.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform wird eine kolloidale Siliziumdioxidbeschichtung angewendet, besonders da gefun¬ den wurde, dass diese für die Stahlfiltration besonders vorteilhaft ist und damit eine geeignete Siliziumdioxidbe¬ schichtung auf dem keramischen Körper erzielbar ist. Im Hinblick auf die Tatsache, dass dünne Beschichtungen auf dem keramischen Körper verwendet werden, hat die Silizium¬ dioxidbeschichtung in den angewendeten Mengen keine nach¬ teiligen Effekte auf den zu filtrierenden Stahl. Höchstens in grossen Quantitäten, wie sie nicht Gegenstand der Erfin¬ dung sind, könnte Siliziumdioxid einen nachteiligen Effekt haben. Auch wird die erfindungsgemässe dünne Siliziumdio¬ xidbeschichtung beim Kontakt mit dem schmelzflüssigen Stahl vollständig entfernt.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform wird eine wässrige Dispersion eines kolloidalen Siliziumdioxides verwendet, ausgehend von einem 0.5 bis 10 %-igen konzentrierten kol¬ loidalen Siliziumdioxid in Wasser, vorzugsweise in einer Konzentration von 1 %. Selbstverständlich können Additive in der wässrigen Dispersion verwendet werden, wie Netzmit¬ tel, Dispergiermittel oder organische Materialien, welche die Beschichtungsneigung unterstützen, usw.
In Uebereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform wird die vorgenannte Dispersion hergestellt und der kerami¬ sche Körper in die Dispersion eingetaucht, um eine dünne Beschichtung darauf, im wesentlichen durch den ganzen kera- mischen Körper hindurch, zu erreichen. Ueberschussiges Ma¬ terial wird entfernt, beispielsweise abgeschüttelt, der feuchte keramische Körper wird getrocknet, beispielsweise bei 93 bis 149°C, vorzugsweise bei 121 °C, und bei 982 bis 1038°C und vorzugsweise bei 1000°C nachgebrannt. Die Te pe- raturbehandlung sollte hoch genug sein, dass das Silizium¬ dioxid nicht wieder hydratisiert und fest am keramischen Körper anhaftet. Das Trocknen und Wiederbrennen kann in se¬ paraten Schritten oder kontinuierlich erfolgen. Es ist nicht notwendig, die Temperatur zu halten. Das derart be¬ schichtete Material wurde als besonders fortschrittlich zur Stahlfiltration befunden.
Selbstverständlich wird man keine Beschichtung anwenden, die eine derart hohe Brenntemperatur erfordert, aus der eine Schädigung der jeweiligen des keramischen Körpers auf¬ treten kann.
Es ist auch möglich, andere Materialien als Siliziumdioxid zu verwenden, vorausgesetzt, dieses Material ist ein anor¬ ganisches Material, das leicht durch das geschmolzene Ma- terial henetzt und im Kontakt mit dem geschmolzenen Metall entfernt wird. Siliziumdioxid wird besonders für die Stahl¬ filtration bevorzugt, da es durch Stahl ausserordentlich gut benetzt wird und vom geschmolzenen Metall leicht gelöst wird. Weitere geeignete zusätzliche anorganische Materia- lien, die verwendet werden können, umfassen beispielsweise eine wässrige Silikatdispersion, wie Natriumsilikat und Salze, wie Natriumchlorid oder Kalziumchlorid, wobei die letztgenannten Salze einfach auf dem Netzwerk getrocknet, anstatt noch einmal gebrannt werden können. Ebenso kann man Oxide, wie die des Kalziums oder Magnesiums verwenden, die als Salze, beispielsweise als Karbonate, anschliessend ge¬ trocknet und gebrannt werden können. Metalle wie Nickel, Eisen und Chrom können als organometallische Lösungen oder Dispersionen zur Beschichtung angewendet werden, gefolgt von einem Trocknungsvorgang und einer Hitzebehandlung zur Umwandlung zum Metall. Diese Metalle sind in Anbetracht der sehr kleinen Menge, die für die Beschichtung angewendet werden, nicht störend. Die erfindungsge ässe Wirksamkeit der Beschichtungszusam- mensetzung nach vorliegender Erfindung ist die Anwendung eines anorganischen Materials in einer dünnen Beschichtung, die durch das geschmolzene Metall leicht benetzbar und un- ter der Wirkung des geschmolzenen Metalls leicht entfernbar ist. Dadurch, dass die Besσhichtung durch das Metall leicht benetzt wird, passiert das Metall leicht den keramischen Körper und auch die gewundenen Fliesswege im keramischen Körper, wenn das bevorzugte keramische Schaummaterial ver- wendet wird, und die Angiesszeit und der Metallüberstand können erheblich reduziert werden.
Darüber hinaus wurde gefunden, dass die beschichtete Kompo¬ sition nicht bloss die Angiesszeit reduziert. Es wurde vielmehr gefunden, dass die beschichteten Filter überra- schenderweise einen schnelleren Ablauf des Filtriervor¬ ganges bewirken, beispielsweise ist der totale Material- fluss durch den keramischen Körper nach vorliegender Erfin¬ dung im allgemeinen schneller als durch einen unbeschichte¬ ten keramischen Körper. Ueberraschenderweise behalten Fil- ter nach vorliegender Erfindung nach dem Angiessen eine höhere Durchflussrate bei, als unbeschichtete Filter. Dies ungeachtet der Tatsache, dass die Beschichtung beim Kontakt mit dem geschmolzenen Metall entfernt wird. Dies mag durch das raschere Angiessen des ganzen keramischen Filters und das raschere Durchströmen aller Poren im keramischen Fil¬ terkörper verursacht sein. Auch dies stellt einen erwägens¬ werten Fortschritt dar.
Anhand der Beispiele wird die vorliegende Erfindung noch weiter erläutert.
Beispiel 1
Gebundene keramische Filterkörper, 18.7 mm dick, mit einer offenen Zellstruktur, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von untereinander verbundenen Hohlräumen, umgeben von einem Netzwerk aus Keramik, wobei der Filterkδrper auf einer Alu¬ miniumoxidkeramik basiert, sind vorgegeben. Diese zur An¬ wendung gelangenden Filter wiesen 10 Poren je cm auf. Pro¬ ben der Filter wurden in üebereinstimmung mit vorliegender Erfindung durch Eintauchen der Filterkδrper in eine wässri- ge Dispersion, enthaltend 1 % kolloidales Siliziumdioxid, für eine kurze Zeitdauer, die eine vollständige Imprägnie¬ rung gewährleistete, beschichtet, um eine dünne Beschich¬ tung, getrocknet bei 121°C und gebrannt bei 1000°C, zu er- halten. Die Dicke der Beschichtung nach dem Brennen betrug um 10 Ä und die Beschichtung lag in Zusammenballungen von Siliziumdioxidpartikeln im wesentlichen durch den ganzen keramischen Körper verteilt vor. Verschiedene Proben der beschichteten Filter und ein unbeschichteter Filter wurden in hohle Angiessrohrstücke eingepasst. Jedes dieser Anguss¬ rohrstücke wurde langsam in ein Bad von mit Aluminium de- soxidiertem Stahl eingetaucht und bei einer Temperatur von 1621°C gehalten. Der Beginn des Angiessens wird durch vi¬ suelles Beobachten durch das Rohrzentrum bestimmt. Das Re- sultat zeigte, dass der beschichtete Filter unmittelbar nach dem Eintauchen in das Bad bis zu einer Tiefe von 5.08 cm benetzte. Der unbeschichtete Filter benetzte bis zur Eintauchtiefe von 5.08 cm nicht. Das Rohr wurde weiter eingetaucht bis zu einer Tiefe von ungefähr 10.16 cm, wobei das Rohr wegen des X^ärmeschockes brach. Eine Filterbe- netzung wurde bei unbeschichteten Filtern nie beobachtet.
Beispiel 2
Es wurden beschichtete und unbeschichtete Filter entspre¬ chend im wesentlichen der Zusammensetzung nach Beispiel 1 und mit den Beschichtungen im wesentlichen hergestellt nach Beispiel 1 vorgesehen.
1. Beschichtete und unbeschichtete Filter 1.86 cm dick, wurden nebeneinander in einem Giesstiegel angebracht. Geschmolzener Stahl wurde direkt von einem Induktions- ofen bei einer Temperatur von 1621 °C in den Giesstiegel gegossen. Mit dem Füllen des Tiegels steigt der metallo- statische Druck auf dem Filter bis der Metallüberstand die Höhe des Ueberlaufes erreicht. Der Zeitpunkt der Filterbenetzung wurde durch visuelle Beobachtung der Ab- flusseite der Filter bestimmt. Die Resultate zeigten, dass der beschichtete Filter 4 bis 5 Sekunden früher be¬ netzt als ein unbeschichteter Filter. Der Fluss des ge¬ schmolzenen Metalles durch den beschichteten Filter er- schien sehr flüssig, währenddem der Fluss durch den un¬ beschichteten Filter im Vergleich sehr zäh und langsam war. Am Ende des Abstiches hatten insgesamt 76.6 kg den beschichteten Filter passiert, währenddem der unbe¬ schichtete Filter nur von 11.3 kg durchflössen worden war. Zusätzlich war der resultierende Guss von hoher Qualität. Die Beschichtung auf dem Filter hatte keinen störenden Einfluss darauf. Weiters wurde die Siliziu - oxidbeschichtung im wesentlichen durch Auflösung im ge¬ schmolzenen Metall während des Kontaktes mit dem ge- sch olzenen Metall entfernt.
Beispiel 3
Beschichtete und unbeschichtete Filter im wesentlichen in der Zusammensetzung nach Beispiel 1 wurden nach Beispiel 1 hergestellt, ausgenommen dass der Filterkδrper durch 6 Po- ren je cm gekennzeichnet war. Vier Sandformen wurden vorbe¬ reitet, wobei drei eine Filtervorrichtung -aufwiesen. Alle vier Formen wurden direkt von einem Induktionsofen mit 204 kg eines mit Aluminium desoxidierten mittleren Kohlen¬ stoffstahles angegossen. Die Resultate werden in Tabelle 1 nachfolgend gezeigt. 12 Tabelle 1
Guss- Test- Giess- Nr. bedingungen temperatur Resultate
beschichteter 1621βC Filter benetzt, Filter saubere Guss¬ oberfläche kein Filter 1599°C Zahlreiche Schlackeein¬ schlüsse an der Gussoberfläche unbeschicht. 1621°C Filter versagte
Filter beim Benetzen beschichteter 1595°C Filter teilweise
Filter benetzt
Die vorstehenden Resultate zeigen klar, dass Guss 1 bei An¬ wendung eines beschichteten Filters eine total einschluss¬ freie Gussoberfläche aufweist, verglichen mit Guss 2, bei welchem kein Filter angewendet wurde und bei dem eine er- hebliche Zahl von Einschlüssen im Material vorhanden wa¬ ren. Guss 3, der einen unbeschichteten Filter enthielt, versagte bei der Benetzung des Filters vollständig. Obwohl der Giessvorgang bei der gleichen Temperatur wie Guss 1 er¬ folgte. Guss 4 verwendete einen beschichteten Filter, der teilweise benetzt wurde, obwohl die Giesstempe atur 26°C tiefer lag.

Claims

Ansprüche
1. Keramischer Filter für die Filtration von geschmolzenem Metall, umfassend einen gebundenen oder gesinterten ke¬ ramischen Körper enthaltend eine Vielzahl von Fliesswe- gen für die Durchstrδmung des schmelzflüssigem Metal¬ les, dadurch gekennzeichnet, dass eine dünne Beschich¬ tung, sich vollständig durch die gesamte Ausdehnung des Filters erstreckt, aus einem anorganischen Material, welches sich durch das geschmolzene Metall leicht be- netzen lässt, in einer Dicke von 5 Ä bis zu 1 Mikron am keramischen Körper anhaftet und die Beschichtung beim Kontakt durch das geschmolzene Metall entfernt wird.
2. Keramischer Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der keramische Körper ein keramischer Schaumfilter mit offenzelliger Schaumstruktur ist und eine Vielzahl von untereinander verbundenen Hohlräumen besteht, die von einem Netzwerk aus dieser Keramik um¬ geben sind.
3. Keramischer Filter nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Beschichtung von 10 bis 100 Ä dick ist.
4. Keramischer Filter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Beschichtung in ihrer Schicht¬ dicke gleichförmig ist.
5. Keramischer Filter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Beschichtung eine Silizium¬ dioxidbeschichtung ist.
6. Keramischer Filter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass der keramische Körper Aluminiumoxid enthält.
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