JPH04114709A - Method of manufacturing filter element - Google Patents

Method of manufacturing filter element

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JPH04114709A
JPH04114709A JP23230190A JP23230190A JPH04114709A JP H04114709 A JPH04114709 A JP H04114709A JP 23230190 A JP23230190 A JP 23230190A JP 23230190 A JP23230190 A JP 23230190A JP H04114709 A JPH04114709 A JP H04114709A
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JP
Japan
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filter element
binder
average pore
coated
alumina
Prior art date
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Pending
Application number
JP23230190A
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Japanese (ja)
Inventor
F Sievars James
ジェームズ・エフ・ジーヴァーズ
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Industrial Filter and Pump Manufacturing Co
Original Assignee
Industrial Filter and Pump Manufacturing Co
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To enhance the resistivity against corrosions by high temperature gases by vacuum-forming a fire-resistant ceramic fiber together with an aqueous slurry of a ceramic binder and thermally treating the formed part to obtain a skeletal member, which is then fired at a high temperature after coated with alumina gel. CONSTITUTION: When the filter element (10) is prepared, a fire-resistant ceramic fiber with its diameter of 2 to 3 μ and length of 5 to 10 mm is pulled into a mold together with an aqueous slurry of a ceramic binder for vacuum-molding a part, which is then thermally treated for drying the binder to form a skelton member of the fire-resistant ceramic fiber. The skeletal member has an average pore dimension of larger than 40 μ. The skelton member is then coated with a material selected from alumina gel, colloidal alumina and colloidal silica to reduce the average pore diameter to be 30 to 40 μ. The skeletal member is heated at a temperature of about 925 to 1,260 deg.C for drying the coated material and for enhancing its resistivity against corrosions by high temperature gases. Its durability is thus enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一般には例えば煙道ガスのような高温ガス流か
ら粒子を除去するフィルタに関し、より詳細には新規か
つ改良されたフィルタ要素及びその製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention This invention relates generally to filters for removing particles from hot gas streams, such as flue gases, and more particularly to new and improved filter elements and methods of making the same. Regarding.

従来の技術及びその課題 高温煙道ガス等をろ過するためセラミックフィルタ要素
を使用することはよく知られている。そのようなフィル
タ要素の使用は例えば米国特許第4.713,174号
に示しである。セラミックフィルタ要素をモールド成型
によって製造する方法は米国特許第4.629.483
号に示しである。このようなフィルタ要素はうまく成形
されているが製造コストが高く、重く、大変もろくこわ
れやすいという欠点があった。
BACKGROUND OF THE INVENTION The use of ceramic filter elements to filter hot flue gases and the like is well known. The use of such filter elements is shown, for example, in US Pat. No. 4,713,174. A method for manufacturing ceramic filter elements by molding is disclosed in U.S. Pat. No. 4,629,483.
It is shown in the number. Although such filter elements are well formed, they suffer from high manufacturing costs, are heavy, and are very brittle and prone to breakage.

そのため製造コストを減じ、同時に、より軽量で、より
強い高温で使用できるフ・イルタ要素即ち高温フィルタ
要素であって、少なくともこれまで知られているセラミ
ックフィルタ要素と同様の機能を有するより耐久性のあ
るフィルタ要素を製造する方法の改良が望まれていた。
This reduces manufacturing costs and at the same time provides a lighter weight, stronger and more durable filter element with at least a similar function to hitherto known ceramic filter elements. It was desired to improve the method of manufacturing certain filter elements.

課題を解決するための手段及び作用 本発明は、高温フィルタ要素の新規かつ改良された製造
方法及び高温ガスのろ過に使用する新規かつ改良された
フィルタ要素を提供する。本発明の方法でフィルタ要素
を製造するとき、初めにフィルタ要素の骨格形態が約1
0%のバインダでもって多数の短かいSiOファイバが
作られ、約10〜200ミクロンの平均孔寸法を有する
もつれあったマット状の骨格形態を提供する。望ましく
る多数の祝状ファイバそ例凡は9苧のろつ七(又は管の
ような所望の形状にマンドレル上にて真空成形する。こ
のファイバ形態の孔寸法はあまり大きくほとんどのろ適
用途には適さないがかなり均一なベースを提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a new and improved method of manufacturing a high temperature filter element and a new and improved filter element for use in filtering hot gases. When manufacturing a filter element by the method of the present invention, initially the skeletal morphology of the filter element is approximately 1
A large number of short SiO fibers are made with 0% binder to provide a tangled mat-like framework morphology with an average pore size of about 10-200 microns. The desired large number of congratulatory fibers is typically vacuum formed on a mandrel into the desired shape, such as a nine-inch tube (or tube).The pore size of this fiber form is too large for most filter applications. is not suitable but provides a fairly uniform base.

そこでこのマット状ファイバ形態をアルファアルミナゲ
ル又はコロイドアルミニュームに接触させ、前記平均孔
寸法を受入可能なレベルまで減じかつ該要素を強化する
。このマット形態は、これ全体を液状アルファアルミナ
又はコロイドアルミニューム内に沈めることによりこれ
らと接触しかつコートされ、孔寸法が該形態全体にわた
り均一に分布するフィルタ要素を提供する。しかしフィ
ルタ要素が該要素の内部の平均孔寸法よりも少ない平均
孔寸法を有する外表面を有することが望まれるなら、ア
ルファアルミナ又はコロイドアルミニュームをスプレー
やブラシ、ローラなどを使って又はその他の適当な方法
でマットベースの外表面にのみ付与されよう。さらにこ
のファイバマット状形態をはじめに液状アルファアルミ
ナ又はコロイドアルミニュームの浴中へ沈め、内部のフ
ァイバを均一にコートし、その後にこの骨格形態の上流
面及び又は下流面をさらに付加的アルファアルミナでコ
ートし一面又は両面に孔のより少ないフィルタコートを
提供することもできる。
The mat-like fiber configuration is then contacted with alpha alumina gel or colloidal aluminum to reduce the average pore size to an acceptable level and strengthen the element. The matte form is contacted and coated by submerging it entirely in liquid alpha alumina or colloidal aluminum to provide a filter element with pore sizes evenly distributed throughout the form. However, if it is desired that the filter element have an outer surface with an average pore size less than the average pore size of the interior of the element, alpha alumina or colloidal aluminum may be applied by spraying, brushing, rollers, etc. may be applied only to the outer surface of the matte base by a suitable method. This fiber mat-like form is then first submerged in a bath of liquid alpha alumina or colloidal aluminum to uniformly coat the interior fibers, and then the upstream and/or downstream faces of this skeletal form are further coated with additional alpha alumina. It is also possible to provide a less porous filter coat on one or both sides.

実施例 第1図を参照すると、ここには中空の円筒状フィルタ要
素10が示しである。この要素10は底部が一体的な円
形端壁12によって閉じられかつ頂部には一体的な外方
環状フランジ14が設けである。
EXAMPLE Referring to FIG. 1, a hollow cylindrical filter element 10 is shown. The element 10 is closed at the bottom by an integral circular end wall 12 and is provided with an integral outer annular flange 14 at the top.

このような形状は温度が1600’F (約870℃P
6なるか煙道ガスのろ過のような高温用途において使用
されるセラミック製ろ通管において共通している。第3
図は別のフィルタ要素10′であり、ここではフランジ
14′下面16がアーチ状をなしフィルタ要素のフラン
ジ14′ と円筒形本体との間の接続部における砕壊に
対する該フィルタ要素の抵抗を増している。
Such a shape has a temperature of 1600'F (approximately 870°C P
It is common in ceramic filtration tubes used in high temperature applications such as flue gas filtration. Third
The figure shows another filter element 10' in which the underside 16 of the flange 14' is arched to increase the resistance of the filter element to crushing at the connection between the flange 14' and the cylindrical body of the filter element. ing.

フィルタ要素10はコロイドアルミナ又はコロイドシリ
カのような適切な高温バインダにより互に混合即ちマッ
ト(+watted)及び接合された耐火性セラミック
ファイバ(1)骨格基礎(skeletalbase)
又は形態(form)を有している。このマット状形態
又は基礎は望ましくは真空成形作業により形成され、水
性コロイドアルミナ又はシリカスラリのバインダと短か
いランダム長のセラミックファイバとが型又はマンドレ
ルへ真空によって引込まれる。その後、真空成形された
部分が熱処理され、バインダを乾燥してファイバを一緒
に結合する。
Filter element 10 comprises a skeletal base of refractory ceramic fibers (1) mixed or watted and bonded together with a suitable high temperature binder such as colloidal alumina or colloidal silica.
or has a form. This mat-like form or base is preferably formed by a vacuum forming operation in which a water-based colloidal alumina or silica slurry binder and short random lengths of ceramic fibers are drawn by vacuum into a mold or mandrel. The vacuum formed part is then heat treated to dry the binder and bond the fibers together.

マット状の骨格形態は2つの理由によりガスフィルタと
して使用するのに適さない。第1は、高速表面速度では
いくつかのファイバがフィルタ要素の下流面から引張ら
れろ過されたガスを汚すからである。第2は、フィルタ
要素を介して反対方向に高速度でガスが吹かれる標準の
逆流作業におけるフィルタ要素の上流からのろ過ケーキ
の除去の間中、ろ過要素の上流面付近のいくつかのファ
イバがろ過ケーキへ粘着し該ケーキと一緒にフィルタ要
素からちぎれるからである。
Mat-like skeletal morphology is not suitable for use as a gas filter for two reasons. First, at high surface velocities some fibers are pulled from the downstream face of the filter element and contaminate the filtered gas. Second, during the removal of filter cake from upstream of the filter element in a standard backflow operation where gas is blown in opposite directions through the filter element, some fibers near the upstream face of the filter element This is because it sticks to the filter cake and is torn off from the filter element together with the cake.

本発明の1つの観点によればマット形状の上流面及び下
流面の双方に近接したセラミックファイバ層かうすいア
ルファアルミナ又はシリカの層でコートされている。ア
ルファアルミナ及びシリカは約1600°F(約870
℃)程度の高温度に耐えることが知られている。このフ
ァイバの表面コーティングは要素を非常に強化すること
がわかっており同時にセラミックファイバをフィルタ要
素中に固化する。さらにアルファアルミナ又はシリカの
コーティングはフィルタ要素の平均孔寸法をより一層受
入れ可能なレベルまで減じる。例えば、初めの真空成形
されたマット状ファイバ形態は約10〜200ミクロン
の平均的孔寸法を有しており、ファイバがアルファアル
ミナ又はシリカでコートされた後にはその平均的孔寸法
は約5〜100ミクロンとなり、望ましくは30〜40
ミクロンとなる。
According to one aspect of the invention, both the upstream and downstream surfaces of the matte configuration are coated with a layer of ceramic fibers adjacent to each other with a thin layer of alpha alumina or silica. Alpha alumina and silica have temperatures of about 1600°F (about 870°F).
It is known to withstand temperatures as high as ℃). This surface coating of the fibers has been found to greatly strengthen the element and at the same time solidify the ceramic fibers into the filter element. Additionally, alpha alumina or silica coatings reduce the average pore size of the filter element to a more acceptable level. For example, the initial vacuum formed matte fiber form has an average pore size of about 10-200 microns, and after the fiber is coated with alpha alumina or silica, the average pore size is about 5-200 microns. 100 microns, preferably 30 to 40
Becomes a micron.

マット状ファイバ形態へ付与されるアルファアルミナ又
はシリカの量はフィルタ層を構成している表面コーティ
ングの所望の平均的孔寸法に逆比例する。
The amount of alpha alumina or silica applied to the matte fiber form is inversely proportional to the desired average pore size of the surface coating making up the filter layer.

この耐火性ファイバはアルミナシリカであり、もし非常
に純粋であれば下記の組成を有するであろつ。
This refractory fiber is alumina-silica and, if very pure, would have the following composition:

AN 203−−−       48.2%S  i
 O−−−−−−−−−−−−−−−−−−−48,2
%−−−−−−−−−1、1% T I O2 Fe203       −0.5% しかし下記の組成を有する、より純粋な酸化アルミニュ
ームファイバも使用されよう。
AN 203 --- 48.2% Si
O------------48,2
%--1, 1% TIO2 Fe203 -0.5% However, purer aluminum oxide fibers with the following composition may also be used.

A、Q203−−−一〜−−−−−−−−−−−−−−
97%S i02  −   −−−−−−−−−− 
3%バインダはコロイドアルミナ又はコロイドシリカで
ある。もしコロイドシリカが純度の少ないアルミナシリ
カファイバと共に使用されるなら骨格形態は下記組成を
有する。
A, Q203--------------
97%S i02 −−−−−−−−−−
The 3% binder is colloidal alumina or colloidal silica. If colloidal silica is used with less pure alumina-silica fibers, the framework morphology has the following composition:

Ag2O330,5% S l 02           B7.7%T L
 02           1.1%Fe2O30,
5% 骨格形態がアルファアルミナ又はコロイドシリカでコー
トされた後には望ましくは1700’F(約925℃)
〜2300’F (約1280℃)の温度で乾燥される
。この高い温度ではコーティングがムライ木 ト相に変り、フィルタ要素の使用中マッドガスによる腐
食攻撃に対するその抵抗力を増大する。
Ag2O3 30.5% S l 02 B7.7% T L
02 1.1%Fe2O30,
5% Preferably at 1700'F after the skeletal form is coated with alpha alumina or colloidal silica.
Dry at temperatures of ~2300'F. At this high temperature, the coating transforms into a mulberry wood phase, increasing its resistance to corrosive attack by mud gases during use of the filter element.

本発明は特定の実施例について述べたが当業者は本発明
の精神及び範囲から出ることなく多くの変更をなしうる
であろう。そのため本発明の精神及び範囲内に属する全
ての変更及び改善は添付の請求の範囲によってカバーさ
れるであろう。
Although the invention has been described with respect to specific embodiments, those skilled in the art will be able to make many changes without departing from the spirit and scope of the invention. It is therefore intended that the appended claims cover all changes and improvements falling within the spirit and scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を具体化したフィルタ要素の部分断面立
面図、第2図は第1図の2−2矢視図であり第1図に示
す全体装置を示す図、第3図は別のフィルタ要素の破断
図である。 符号の説明
FIG. 1 is a partial cross-sectional elevational view of a filter element embodying the present invention, FIG. 2 is a view taken along the arrow 2-2 in FIG. 1 and shows the overall device shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a cutaway view of another filter element. Explanation of symbols

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)フィルタ要素の製造方法であって、 夫々が2〜3ミクロンの直径と5〜10mmの長さとを
有する耐火セラミックファイバを水性スラリのセラミッ
クバインダと共に型に引き入れこの真空成形した部分を
熱処理してバインダを乾燥し耐火セラミックファイバの
骨格部材を成形すること、該骨格部材が40ミクロンよ
り大きい平均孔寸法を有すること、 該骨格部材を、アルミナゲル、コロイドアルミナ及びコ
ロイドシリカから成る群から選択した材料でコーティン
グし、前記ファイバをコートしかつ該骨格部材の平均孔
寸法を30〜40ミクロンまで減じること、 該部材を1700°F(約925℃)〜2300°F(
約1260℃)の温度まで加熱して前記コーティングを
乾燥しかつ高温ガスによる腐食に対する抵抗性を増大す
ること、 から成るフィルタ要素の製造方法。
(1) A method of manufacturing a filter element, comprising: drawing refractory ceramic fibers, each having a diameter of 2-3 microns and a length of 5-10 mm, into a mold with a ceramic binder in an aqueous slurry and heat-treating the vacuum-formed part. drying the binder to form a refractory ceramic fiber skeletal member, the skeletal member having an average pore size greater than 40 microns, the skeletal member selected from the group consisting of alumina gel, colloidal alumina, and colloidal silica. coating the fibers with a material and reducing the average pore size of the framework member to 30-40 microns;
heating the coating to a temperature of about 1260[deg.] C. to dry the coating and increase its resistance to corrosion by hot gases.
(2)コーティングした部材を加熱する段階が約230
0°F(約1260℃)の温度にて実施され該コーティ
ングをムライト相に変換させることを含む請求項1のフ
ィルタ要素の製造方法。
(2) The step of heating the coated member is approximately 230
2. The method of claim 1, comprising converting said coating to a mullite phase conducted at a temperature of 0 DEG F. (about 1260 DEG C.).
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