JPH0779935B2 - Cordierite gas filter and manufacturing method thereof - Google Patents
Cordierite gas filter and manufacturing method thereofInfo
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- JPH0779935B2 JPH0779935B2 JP2054984A JP5498490A JPH0779935B2 JP H0779935 B2 JPH0779935 B2 JP H0779935B2 JP 2054984 A JP2054984 A JP 2054984A JP 5498490 A JP5498490 A JP 5498490A JP H0779935 B2 JPH0779935 B2 JP H0779935B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はガス用、特には高温のガス用フィルタとして適
した、コーディエライト質ガス用フィルタおよびその製
造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a filter for cordierite-like gas, which is suitable as a filter for gas, particularly at high temperature, and a method for producing the same.
[技術の背景] セラミックスは一般に、耐熱性や耐腐食性に優れた材料
であって、フィルタ材料として適しており、近年セラミ
ックスガス用フィルタの用途が拡大しつつある。その用
途は公害の防止や製品品質のの向上、更には省エネルギ
ーや石炭エネルギーの開発等におよび、高温の厳しい雰
囲気下で使用できる信頼性のあるセラミックスガス用フ
ィルタの実現に大きな期待が寄せられている。[Background of the Technology] Ceramics are generally excellent in heat resistance and corrosion resistance and are suitable as filter materials. In recent years, the use of ceramic gas filters is expanding. Its uses extend to the prevention of pollution and the improvement of product quality, as well as the development of energy conservation and coal energy, and great expectations are placed on the realization of a reliable ceramics gas filter that can be used in high-temperature severe environments. There is.
高温ガスの除塵にセラミックスフィルタを使用する場
合、往々にして急加熱、急冷却が避けられないので、フ
ィルタ用には熱衝撃に強い熱膨張率の小さい材料が必要
とされる。When a ceramics filter is used for dust removal of high-temperature gas, rapid heating and rapid cooling are often inevitable, so a material having a small coefficient of thermal expansion that is resistant to thermal shock is required for the filter.
多種類あるセラミックスの中で、コーディエライト質セ
ラミックスは、相当の耐熱性を備えているとともに熱膨
張率が小さく、熱衝撃にたいして強い材料であるため、
この特性を利用してコーディエライトによる高温用フィ
ルタの開発が行なわれている。Among the many types of ceramics, cordierite-based ceramics have considerable heat resistance, a small coefficient of thermal expansion, and are strong against thermal shock.
Utilizing this characteristic, a high temperature filter using cordierite has been developed.
例えば、特開昭58−133810には、コーディエライト質の
ハニカムタイプのフィルタとその製造方法についての開
示があり、特にディーゼルエンジンの排気ガス中に含ま
れる微粒子を除去するのに適した比較的大きな平均気孔
径を有するコーディエライト質フィルタの製造方法を開
示しており、比較的大きい気孔を形成せしめることを目
的として、酸化リチウム成分を加えることが示されてい
る。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-133810 discloses a cordierite honeycomb type filter and a method for producing the same, which is relatively suitable for removing fine particles contained in exhaust gas of a diesel engine. A method for producing a cordierite filter having a large average pore size is disclosed, and it is shown that a lithium oxide component is added for the purpose of forming relatively large pores.
また、本出願人は先に特開昭63−31517において、高温
の含塵ガスからの除塵用を目的として、目詰まりしにく
い気孔径分布を有する管状コーディエライト質フィルタ
を提案している。Further, the present applicant has previously proposed, in Japanese Patent Laid-Open No. 63-31517, a tubular cordierite filter having a pore size distribution that is unlikely to be clogged, for the purpose of removing dust from high-temperature dust-containing gas.
フィルタとしては通気圧損の小さいものが含塵ガスの処
理容量を大きく取れるので好ましく、このためには気孔
率は大きいほうが良い。As the filter, a filter having a small ventilation pressure loss is preferable because a large processing capacity of dust-containing gas can be obtained, and for this purpose, a higher porosity is better.
しかし気孔率を大きくすると強度が著しく低下するとい
う問題があり、止むを得ず妥協点を見出してフィルタを
製造しているのが一般的なやり方である。However, when the porosity is increased, there is a problem that the strength is remarkably reduced, and it is a general method to find a compromise and manufacture the filter.
セラミックスフィルタとして比較的実績のあるアルミナ
や炭化珪素にあってはこれらの材質について研削材や研
磨材としての用途が確立されているので、市販されてい
る適当な粒度の緻密なものを選んで骨材原料に用い、通
気圧損が小さく強度も実用レベルにあるものが比較的容
易に作れる。For alumina and silicon carbide, which have a relatively good track record as ceramics filters, their use as abrasives and abrasives has been established for these materials. It is relatively easy to make a material that is used as a raw material and has a small ventilation pressure loss and a strength that is at a practical level.
これらのフィルタにおいては、通常ガラス質または粘土
による結合部が採用されているが、ガラス質の結合部を
有するものでは800℃における強度が常温の強度の1/3以
下に低下するなど高温の強度が低く、粘土による結合部
を有するものは常温の強度も低いという問題がある。In these filters, a vitreous or clay joint is usually used, but a vitreous joint has a high-temperature strength such as a strength at 800 ° C that falls to 1/3 or less of room temperature strength. However, those having a bond portion made of clay have a problem that the strength at room temperature is also low.
一方、市販されている合成コーディエライトは大抵気孔
率の大きいものであり、市販の骨材を入手してセラミッ
クスフィルタを試作しても気孔率が大きく、かつ通気圧
損が大きいものとなり、通気圧損を小さくするため気孔
率を大きくすると実用性のある強度が維持できないとい
う問題があった。On the other hand, commercially available synthetic cordierite usually has a large porosity, and even if a commercially available aggregate is obtained and a ceramic filter is trial-produced, the porosity is large and the ventilation pressure loss is large. However, if the porosity is increased to reduce the value of p, the practical strength cannot be maintained.
コーディエライト質フィルタを高温かつ腐食性の雰囲気
下で長期間利用するためには、信頼性の確保のため、常
温においてはもちろん高温においても強度が大きく、耐
熱衝撃性に優れ、かつ目詰まりしにくく、通気圧損が小
さいことの他に、NOxやSOxなどの腐食性物質を含むガス
を除塵するため、耐腐食性、特に耐酸性に優れたセラミ
ックスフィルタが必要となっている。In order to use the cordierite filter for a long time in a high temperature and corrosive atmosphere, in order to ensure reliability, it has high strength not only at room temperature but also at high temperature, has excellent thermal shock resistance, and is not clogged. In addition to being difficult and having a small ventilation pressure loss, a gas that contains corrosive substances such as NOx and SOx is removed, so a ceramic filter with excellent corrosion resistance, especially acid resistance is required.
本発明の目的は従来技術が有していた前述のコーディエ
ライト質セラミックスフィルタの問題点を解消し、フィ
ルタの通気圧損を小さくするとともに、耐熱性と実用性
のある強度を有し、かつ耐腐食性に優れたコーディエラ
イト質ガス用フィルタおよびその製造方法を提供しよう
とするものである。The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the cordierite ceramics filter that the prior art had, reduce the ventilation pressure loss of the filter, have heat resistance and practical strength, and An object of the present invention is to provide a cordierite gas filter having excellent corrosiveness and a method for producing the same.
[発明の構成] 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、本発明のコーディエライト質ガス用のフィルタは、
50wt%以上の、見掛け気孔率が10%以下である粒径74μ
m以上のコーディエライト質骨材と結合部から構成さ
れ、前記結合部の主成分がシリカ(SiO2)とアルミナ
(Al2O3)であり、かつ酸化リチウム(Li2O)を全体の
重量にたいして0.05〜1wt%含むことを特徴とする。[Configuration of Invention] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a filter for cordierite-like gas according to the present invention is
74μ particle size with an apparent porosity of 10% or less with 50wt% or more
It is composed of m or more cordierite aggregate and a joint part, and the main components of the joint part are silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ), and lithium oxide (Li 2 O) It is characterized by containing 0.05 to 1 wt% with respect to the weight.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの好ましい
態様では、酸化リチウムをフィルタ全体の重量たいして
0.2〜0.6wt%含む。In a preferred embodiment of the cordierite gas filter of the present invention, lithium oxide is used for the weight of the entire filter.
Contains 0.2 to 0.6 wt%.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの他の好ま
しい態様では、コーディエライト質骨材が概ねコーディ
エライト組成(2MgO・2Al2O3・5SiO2)を有するガラス
から結晶化されたコーディエライト質骨材である。In another preferred embodiment of the cordierite gas filter of the present invention, the cordierite aggregate is a cordierite crystallized from glass having a generally cordierite composition (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ). It is a light aggregate.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの他の好ま
しい態様では、コーディエライト質骨材が、コーディエ
ライト質骨材に、アルミナゾル、シリカゾル、チアニア
ゾル、ジルコニアゾルあるいはこれらの2種以上の混合
液を含浸させたものであり、焼成したとき見掛け気孔率
が10%以下となるものである。In another preferred embodiment of the filter for cordierite gas of the present invention, the cordierite aggregate is the cordierite aggregate, and alumina sol, silica sol, cyania sol, zirconia sol, or a mixed liquid of two or more thereof. Is impregnated with it, and has an apparent porosity of 10% or less when fired.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの他の好ま
しい態様ではフィルタ材の気孔率が35%以上であり、か
つ800℃における曲げ強度が75Kg/cm2以上である。In another preferred embodiment of the cordierite gas filter of the present invention, the porosity of the filter material is 35% or more, and the bending strength at 800 ° C. is 75 Kg / cm 2 or more.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの他の好ま
しい態様では、前記結合部中に、フィルタ全体の重量に
たいして0.5〜12wt%のTiO2および/またはZrO2が添加
されている。In another preferred embodiment of the cordierite gas filter of the present invention, 0.5 to 12 wt% of TiO 2 and / or ZrO 2 relative to the weight of the entire filter is added to the joint portion.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの他の好ま
しい態様では、フィルタの形状が肉厚5mm以上の管状体
である。In another preferred embodiment of the cordierite gas filter of the present invention, the shape of the filter is a tubular body having a wall thickness of 5 mm or more.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの製造方法
では、50wt%以上の、見掛け気孔率が10%以下である粒
径74μm以上590μm以下のコーディエライト質骨材
に、フィルタ全体の重量にたいして酸化リチウムが0.05
〜1wt%となるように、酸化リチウムを含む粉末と粘土
および粒径が74μmより小さいコーディエライト粉末を
配合した結合部を形成する粉末原料を合わせて混合し、
有機質の結合剤を加えて、成形焼成することを特徴とす
る。In the method for producing a cordierite gas filter of the present invention, the cordierite aggregate having a particle size of 74 μm or more and 590 μm or less and having an apparent porosity of 10% or less is oxidized by the weight of the entire filter. Lithium is 0.05
~ 1wt%, powders containing lithium oxide, clay and powder raw material forming a joint part containing a mixture of clay and cordierite powder having a particle size smaller than 74 μm are mixed together,
It is characterized in that an organic binder is added and the mixture is molded and fired.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの製造方法
の好ましい態様では、見掛け気孔率が10%以下のコーデ
ィエライト質骨材が、マグネシア、アルミナおよび珪砂
を概ねコーディエライト組成(2MgO・2Al2O3・5SiO2)
となるように調合し、電気溶融し、急冷却してガラスと
した後、熱処理により結晶化したものである。In a preferred embodiment of the method for producing a cordierite gas filter of the present invention, the apparent porosity is 10% or less of cordierite aggregate, magnesia, alumina and silica sand are generally cordierite composition (2MgO.2Al 2 O 3 · 5SiO 2)
It was prepared by blending so as to obtain the following, electrically fused, rapidly cooled into glass, and crystallized by heat treatment.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの製造方法
の他の好ましい態様では、酸化リチウムを含む粉末がβ
スポジュウメン粉末である。In another preferred embodiment of the method for producing a cordierite gas filter of the present invention, the powder containing lithium oxide is β
It is spodumene powder.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの製造方法
の他の好ましい態様では、原料中に燃焼し焼失すること
により気孔を形成する気孔付与材として、コークス粉末
を混合する。In another preferred embodiment of the method for producing a cordierite gas filter of the present invention, coke powder is mixed as a pore-forming material that forms pores by burning and burning in the raw material.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの製造方法
の他の好ましい態様では、フィルタの成形を金属製芯型
とパイプ状ゴム外型を用いてアイソスタチックプレスに
より行ない、管状に成形する。In another preferred embodiment of the method for producing a cordierite gas filter of the present invention, the filter is molded by an isostatic press using a metal core mold and a pipe-shaped rubber outer mold, and molded into a tubular shape.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの製造方法
の他の好ましい態様では、焼成を1310〜1380℃の温度範
囲において行なう。In another preferred embodiment of the method for producing the cordierite gas filter of the present invention, the firing is performed in a temperature range of 1310 to 1380 ° C.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの製造方法
において、用いるコーディエライト質骨材の見掛け気孔
率を10%以下とする理由は、フィルタの通気圧損を低く
するのに有効なためであり、見掛け気孔率が10%以上あ
ると通気圧損が大きくなるからである。In the method for producing a filter for cordierite gas of the present invention, the reason for setting the apparent porosity of the cordierite aggregate used to be 10% or less is that it is effective for reducing the ventilation pressure loss of the filter, This is because if the apparent porosity is 10% or more, the ventilation pressure loss increases.
また、コーディエライト質骨材の見掛け気孔率を10%以
下とすることにより、コーディエライト質骨材の強度が
大きくなり、結果としてフィルタ自体の強度も大きくな
るという効果がある。Further, by setting the apparent porosity of the cordierite aggregate to 10% or less, the strength of the cordierite aggregate is increased, and as a result, the strength of the filter itself is also increased.
粒子径が74μm以上(篩の200メッシュを通過しない粒
度)のコーディエライト質骨材を50wt%以上配合する理
由は、粒子径が74μm以上の骨材が数μm以上のガス用
フィルタに適した大きさの気孔を形成するのに有用なた
めであり、これを50wt%以上配合するのは、フィルタと
しての使用を可能とする通気性をもたらすのに少なくと
も必要な気孔を付与するためであり、粒子径が74μm以
上の骨材が50wt%以下では、焼成時の収縮が大きくな
り、焼成時にフィルタが歪み易く、気孔率が小さくなっ
て通気圧損が大きくなるので好ましくない。The reason why 50 wt% or more of cordierite aggregate with a particle size of 74 μm or more (particle size that does not pass through the 200 mesh of the sieve) is blended is that the aggregate with a particle size of 74 μm or more is suitable for a gas filter of several μm or more. This is because it is useful for forming pores of a size, and the content of 50 wt% or more is to provide at least the pores necessary to provide air permeability that enables use as a filter. When the content of the aggregate having a particle size of 74 μm or more is 50 wt% or less, the shrinkage during firing becomes large, the filter is easily distorted during firing, the porosity becomes small, and the ventilation pressure loss becomes large, which is not preferable.
また、コーディエライト質骨材を70wt%以上配合すると
焼成収縮が小さくなるとともに気孔率が増し、かつ通気
圧損が小さくなるので更に好ましい。Further, it is more preferable that the cordierite aggregate is blended in an amount of 70 wt% or more because firing shrinkage is reduced, porosity is increased, and ventilation pressure loss is reduced.
ここにおいて残余は通常微細な粉末として配合され、焼
成後のフィルタでは、コーディエライト質骨材の結合部
を形成する。The balance here is usually compounded as a fine powder, which forms the bond of the cordierite aggregate in the filter after firing.
この結合部は、焼結して強度を付与するために耐火度が
コーディエライト質骨材よりやや低く、骨材との間に生
じる熱応力が大きくならないように熱膨張率がコーディ
エライト質骨材に近いものとするのが好ましい。This joint has a slightly lower fire resistance than cordierite aggregate because it is sintered to give strength, and its coefficient of thermal expansion is cordierite so that the thermal stress generated between it and the aggregate does not become large. It is preferably close to aggregate.
フィルタ材の強度を大きくするには、結合部は焼成の際
一部ガラスが形成されるような組成とするのが良い。In order to increase the strength of the filter material, it is preferable that the joint portion has a composition such that glass is partially formed during firing.
粘土を結合部を形成する粉末原料中に配合するのは、結
合部の成分として必要なアルミナとシリカを主成分とし
て含むと同時に、成形性の向上に効果があるためであ
る。The reason why the clay is blended in the powder raw material for forming the bonding portion is that it contains alumina and silica as the main components necessary for the bonding portion as the main components, and at the same time has the effect of improving the moldability.
結合部中にアルミナとシリカの他に酸化リチウムを含む
と、焼成時に部分的にガラスが生成し、耐火度が骨材よ
り少々小さく、かつ熱膨張率が骨材のコーディエライト
に近い結合部となり、低気孔率のコーディエライト質骨
材との組み合わせにより、常温は勿論、800℃の高温下
においても十分な強度を保持するフィルタが得られると
いう効果が得られる。When lithium oxide is included in the joint part in addition to alumina and silica, glass is partially formed during firing, the fire resistance is a little smaller than that of the aggregate, and the thermal expansion coefficient is close to that of the cordierite of the aggregate. Therefore, by combining with a cordierite aggregate having a low porosity, it is possible to obtain an effect that a filter having sufficient strength can be obtained not only at room temperature but also at a high temperature of 800 ° C.
フィルタ材中の酸化リチウムの(Li2O)の含有量は0.05
〜1wt%(βスポジューメンとしては1〜20wt%を配合
することに相当する)であり、0.05wt%以下では強度の
ある焼結体が得られず、1wt%以上では、コーディエラ
イト質セラミックスフィルタの耐熱性が損なわれるため
好ましくない。The content of lithium oxide (Li 2 O) in the filter material is 0.05
1 wt% (corresponding to blending 1 to 20 wt% as β-spodumene). If 0.05 wt% or less, a strong sintered body cannot be obtained, and if it is 1 wt% or more, cordierite ceramic filter. The heat resistance of is impaired, which is not preferable.
酸化リチウム(Li2O)を含む結合部により、高温でも強
度を保持するフィルタが得られる理由は、コーディエラ
イトとβ−スポジューメン(Li2O・Al2O3・4SiO2)の間
の相関係が複雑こともあって(素木洋一 ファインセラ
ミックス P310 1976技報堂)明白でないが、以下のよ
うに推定している。The reason why a filter containing lithium oxide (Li 2 O) provides a filter that retains its strength even at high temperatures is because the phase between cordierite and β-spodumene (Li 2 O ・ Al 2 O 3・ 4SiO 2 ) It is not clear due to the complicated relationship (Yoichi Mogi P310 1976 Gihodo), but it is estimated as follows.
本発明の酸化リチウム(Li2O)を含みアルミナ(Al
2O3)とシリカ(SiO2)を主成分とするフィルタの結合
部の成分は、焼成時にかなりの部分がガラス化して骨材
間に強固な結合を生じる。このガラス中には大部分の酸
化リチウムが含まれ骨材と比べて低融点になっており、
ガラス中にはその後の冷却により結晶が生成する。Alumina (Al 2 O 3) containing lithium oxide (Li 2 O) of the present invention
2 O 3 ) and silica (SiO 2 ) as the main components of the filter joint part vitrify during firing and a strong bond occurs between the aggregates. This glass contains most of lithium oxide and has a lower melting point than the aggregate,
Crystals are formed in the glass by subsequent cooling.
生成した結晶は低熱膨張率となっており、結合部全体と
してはコーディエライト質骨材に近い熱膨張率を有して
いて、室温に冷却された状態でも冷却時に骨材との間の
熱膨張差により生じる残留歪が小さく、室温における強
度が大きいコーディエライト質セラミックスフィルタが
得られる。The generated crystals have a low coefficient of thermal expansion, and the joint as a whole has a coefficient of thermal expansion similar to that of cordierite aggregate, and even when cooled to room temperature, the heat between the aggregate and the aggregate is high. A cordierite ceramic filter having a small residual strain caused by a difference in expansion and a large strength at room temperature can be obtained.
結合部を形成する粉末原料にβスポジューメンを加える
のは、酸化リチウムの偏在を避けるのに都合が良いの
と、βスポジューメンがそのままフィルタ材中に残留し
ても結合部全体の熱膨張率を小さくする効果があるため
であり、コーディエライト粉末を加えるのは結合部の熱
膨張率を骨材の熱膨張率に近付けるのに好ましいからで
ある。It is convenient to add β-spodumene to the powder raw material forming the joint to avoid uneven distribution of lithium oxide, and even if β-spodumene remains in the filter material as it is, the coefficient of thermal expansion of the entire joint is small. This is because the addition of cordierite powder is preferable for bringing the thermal expansion coefficient of the joint close to the thermal expansion coefficient of the aggregate.
また、1000℃程度の高温になっても、相対的に結晶成分
の多い結合部となっているため殆ど軟化することなく強
度が保持される。Further, even at a high temperature of about 1000 ° C., since it is a bonded portion having a relatively large amount of crystal components, the strength is maintained without being softened.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタの製造方法
において、ガラスから結晶化したコーディエライト質骨
材を用いるのが好ましい理由は、この骨材が手の込んだ
公定を要するとしても、特に気孔率の小さい骨材が得ら
れること、および通常の焼成によるコーディエライト質
骨材と比べて熱膨張率が約1/2と小さいため、フィルタ
材の熱膨張率が小さく耐熱衝撃性が特に優れたコーディ
エライト質ガス用フィルタが得られるので都合が良く、
骨材が厳密なので耐腐食性にも優れたフィルタとなっ
て、高温の特に厳しい雰囲気中での使用に適するコーデ
ィエライト質ガス用フィルタが製造できるためである。In the method for producing the filter for a cordierite gas of the present invention, it is preferable to use the cordierite aggregate crystallized from glass even if the aggregate requires an elaborate official regulation. Since the aggregate with a low coefficient of expansion can be obtained and the coefficient of thermal expansion is about 1/2 of that of cordierite-based aggregate by ordinary firing, the coefficient of thermal expansion of the filter material is small and the thermal shock resistance is particularly excellent. It is convenient because a filter for cordierite gas can be obtained.
Because the aggregate is strict, it becomes a filter excellent in corrosion resistance, and it is possible to manufacture a filter for cordierite gas suitable for use in a high temperature and particularly severe atmosphere.
このガラスから結晶化するコーディエライト質骨材の原
料には、マグネシアクリンカー、バイヤーアルミナ、珪
砂などが好ましく使用でき、その製造は、例えば特公昭
57−20269に開示されているように、一旦急冷却してガ
ラスとしたものを加熱処理して結晶化すると良い。As a raw material of the cordierite aggregate crystallized from this glass, magnesia clinker, Bayer alumina, silica sand and the like can be preferably used, and the production thereof is described, for example, in Japanese Patent Publication
As disclosed in 57-20269, it is preferable to heat-treat what is once rapidly cooled into glass to be crystallized.
また合成コーディエライト質骨材としては、滑石と粘土
よび水酸化アルミニウムを原料とする燒結品が好ましく
使用できる。As the synthetic cordierite aggregate, a sintered product made from talc, clay and aluminum hydroxide can be preferably used.
見掛気孔率が10%以下のコーディエライト質骨材を得る
には、通常の合成コーディエライトの製造段階で十分に
焼き締めるのが経済的であり、ジルコン粉末を添加して
燒結性を向上した原料を用いてもよい。In order to obtain a cordierite aggregate with an apparent porosity of 10% or less, it is economical to fully bake it in the usual synthetic cordierite production stage. Zircon powder is added to improve the sintering property. Improved raw materials may be used.
市販品として入手できる合成コーディエライトは、大抵
気孔率が10%より大きく、そのままでは本発明のコーデ
ィエライト質ガス用フィルタの骨材として使用できな
い。Most commercially available synthetic cordierite has a porosity of more than 10% and cannot be used as it is as an aggregate of the cordierite gas filter of the present invention.
このため再度焼成して緻密化する方法もあるが、種々検
討した結果、見掛け気孔率のそれほど大きくない骨材で
は、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、ジルコ
ニアゾルなどのコロイド溶液をコーディエライト質骨材
に含浸することにより、10%以下の見掛け気孔率に転換
が可能であり、気孔率を10%以下にできれば本発明のコ
ーディエライト質ガス用フィルタの骨材に問題なく利用
でき、製造したフィルタは通気圧損が小さく強度も大き
いものになる。Therefore, there is also a method of densification by firing again, but as a result of various investigations, in aggregates with apparently low porosity, colloidal solutions such as alumina sol, silica sol, titania sol, zirconia sol are used as cordierite aggregates. By impregnation, it is possible to convert to an apparent porosity of 10% or less, and if the porosity can be 10% or less, it can be used without any problem as an aggregate of the cordierite gas filter of the present invention, and the manufactured filter is Vent pressure loss is small and strength is high.
コロイド溶液を十分含浸するには減圧を利用するのが好
ましく、骨材を乾燥後繰り返して含浸を行ってさらに緻
密化することも可能である。It is preferable to use reduced pressure to sufficiently impregnate the colloidal solution, and it is also possible to further impregnate the aggregate after it is dried and further densified.
本発明の目的には、コロイド溶液を骨材に含浸後、コー
ディエライト質骨材に含浸したコロイド溶液を一度ゲル
化あるいは乾燥すればそのまま骨材として利用できる。For the purpose of the present invention, after the aggregate is impregnated with the colloid solution, the colloid solution impregnated with the cordierite aggregate is once gelled or dried and can be directly used as the aggregate.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタでは、骨材
の見掛気孔率が10%以下という条件は、焼成後の状態で
達成されている必要がある。In the cordierite gas filter of the present invention, the condition that the apparent porosity of the aggregate is 10% or less needs to be achieved in the state after firing.
しかし、例えば管状のフィルタに成形した後に、これら
のコロイド水溶液を含浸すると、フィルタ中おいて気体
の流路として利用されるべき気孔を塞ぐことになり、通
気圧損の大きいフィルタになるので好ましくない。However, for example, when the colloidal aqueous solution is impregnated after being formed into a tubular filter, the pores to be used as gas flow passages in the filter are blocked, and the filter has a large ventilation pressure loss, which is not preferable.
コーディエライト質骨材の見掛け気孔率を10%以下にす
ると通気圧損が小さくなる理由は、およそ以下のとおり
であると推測している。It is speculated that the reason why the ventilation pressure loss becomes smaller when the apparent porosity of the cordierite aggregate is 10% or less is as follows.
先ず、セラミックスのフィルタ中を通過するガスの流れ
が、粉体の充填層中を通過する流体の流れを表す式(Ko
zeny−Carmanの式)で近似できるとすると、フィルタ中
を通過するガスが層流の場合、フィルタを隔てての通気
圧損ΔPは次式で表わされる(Fine Particle Measurem
ent,Clyde Orr Jr.et al,Chapter 7,The Macmillan Co.
New York 1959)。First, a gas flow passing through a ceramic filter expresses a fluid flow passing through a packed bed of powder (Ko
If the gas passing through the filter is laminar, the ventilation pressure loss ΔP across the filter is expressed by the following equation (Fine Particle Measurem).
ent, Clyde Orr Jr.et al, Chapter 7, The Macmillan Co.
New York 1959).
Sv 2=(gcL/2μuLe)(ΔP/L)[ε2/(1−ε)2] ここで、Svは固体の単位容積あたりの表面積であり、gc
は重力定数、Lはフィルタの厚さ、μはガスの粘性、u
はガスの見掛けの速度、Leはフィルタ中における曲がり
くねったキャピラリーの長さ、εは気孔率であり、近似
的に uc=(u/ε)(Le/L)の関係がある。S v 2 = (g c L / 2 μuL e ) (ΔP / L) [ε 2 / (1-ε) 2 ] where S v is the surface area of the solid per unit volume, g c
Is the gravitational constant, L is the thickness of the filter, μ is the viscosity of the gas, u
Is the apparent velocity of the gas, L e is the length of the meandering capillary in the filter, ε is the porosity, and approximately has a relation of u c = (u / ε) (L e / L).
即ち、フィルタを通過するガスの通気圧損は単位体積中
の粒子の表面積の2乗に比例すると近似できるので、フ
ィルタの通気圧損の低減のためには、フィルタ内に形成
される単位体積中の粒子の表面積を必要最小限の大きさ
にすることにより通気圧損を低減出来ることになる。That is, the ventilation pressure loss of the gas passing through the filter can be approximated to be proportional to the square of the surface area of the particles in the unit volume. Therefore, in order to reduce the ventilation pressure loss of the filter, the particles in the unit volume formed in the filter can be reduced. Venting pressure loss can be reduced by making the surface area of the sheet to the necessary minimum size.
また、焼結体においては見掛け気孔率が10%以下になる
と通気率が殆ど無視しうる程度に小さくなる(多孔材料
近藤連一編 技報堂出版(株)1973)ため、気孔率が
10%以下となった粒子内の気孔は通気に関与しなくな
り、通気圧損の原因とならなくなる。In addition, in the sintered body, when the apparent porosity becomes 10% or less, the air permeability becomes almost negligible (porous material, Renichi Kondo, edited by Gihodo Publishing Co., Ltd. 1973), so the porosity increases.
The pores within the particles of 10% or less do not participate in ventilation and do not cause a pressure loss of ventilation.
即ち、主に骨材の表面と骨材の間の組織中に形成される
表面積によって通気圧損が決まることになり、通気圧損
の小さいフィルタが製造できると考えられる。That is, it is considered that the ventilation pressure loss is mainly determined by the surface area formed in the tissue between the surface of the aggregate and the aggregate, so that the filter having the small ventilation pressure loss can be manufactured.
ガス用フィルタとしては、逆洗再生を繰返し行なう都合
上肉厚を余り薄くすると逆洗のガス圧力により破損する
ので、管状体の場合肉厚は5mm以上あるのが好ましい。For the gas filter, the wall thickness is preferably 5 mm or more in the case of a tubular body, because if the wall thickness is made too thin, it will be damaged by the gas pressure of the backwash because of repeated backwash regeneration.
通気性をさらによくして通気圧損を小さくするには、焼
成時に焼失して、気孔を形成する気孔付与材を原料に混
入するのがよく、気孔付与材としては、不純物が比較的
少ないので着色が避けられ入手が容易、かつ適度に固く
て成形性に悪影響を及ぼさないコークス粉末、特にピッ
クコークス粉末を混入するのが好ましい。In order to further improve the air permeability and reduce the air pressure loss, it is preferable to mix the raw material with a pore-forming material that burns out during firing and forms pores. It is preferable to mix coke powder, particularly pick coke powder, which is easy to obtain and is reasonably hard and does not adversely affect moldability.
原料中に有機質の結合剤を混入するのは、生成形体に強
度を付与して成形を容易にし、生成形体の持ち運びに際
して破損を避けることが主な目的であるが、有機質の結
合剤の混入は気孔率の増大にも寄与する。The main purpose of mixing the organic binder in the raw material is to give strength to the green molded body to facilitate molding and avoid damage when carrying the green molded body. It also contributes to the increase in porosity.
フィルタの成形方法としては、アイソスタチックプレス
成形、半湿式突き固め成形、押し出し成形などが採用で
き、これらのうちアイソスタチックプレス成形は、従来
緻密な焼結体を製造するのに適する成形方法として多用
されており、多孔質のフィルタの成形方法として利用さ
れている例が見当たらないが、乾燥工程を省略でき、大
型の管状フィルタの成形も可能であり、生産性も良いの
でフィルタの製造にも好ましい成形方法である。As a filter molding method, isostatic press molding, semi-wet tamping molding, extrusion molding, etc. can be adopted. Of these, isostatic press molding is a molding method that is conventionally suitable for producing a dense sintered body. It has been used as a filter, but there is no example used as a method for forming a porous filter.However, it is possible to omit the drying step, it is also possible to form a large tubular filter, and it has good productivity. Is also a preferable molding method.
焼成はトネルキルンによることが多いが、シャットルキ
ルンなどでもよく、焼成温度範囲は1310〜1380℃とする
のが好ましい。Firing is often performed using a Tonel kiln, but a shuttle kiln or the like may be used, and the firing temperature range is preferably 1310 to 1380 ° C.
焼成温度が1310℃より低いと、焼結不足となって強度が
小さくなり、1380℃より高いと焼結時にフィルタの自重
により変形したり、焼結過剰で気孔率が小さくなってし
まうので好ましくない。If the firing temperature is lower than 1310 ° C, the strength will be insufficient due to insufficient sintering, and if it is higher than 1380 ° C, it will be deformed due to the weight of the filter during sintering, or the porosity will be decreased due to excessive sintering, which is not preferable. .
見掛け気孔率を35%以上とする理由は、フィルタとして
実用性のある通気性を得る上で好ましいためであり、80
0℃における曲げ強度の75Kg/cm2という値は見掛け気孔
率が35%以上のコーディエライト質セラミックスフィル
タにおいては前例のない大きさであり、フィルタの信頼
性の向上の点で好ましいためである。The reason for setting the apparent porosity to 35% or more is that it is preferable for obtaining practical air permeability as a filter.
The value of the bending strength of 75 kg / cm 2 at 0 ° C is unprecedented in a cordierite ceramics filter having an apparent porosity of 35% or more, and is preferable in terms of improving filter reliability. .
こうして得られた高温でも強度の大きいコーディエライ
ト質セラミックスフィルタはしかしながら実際に高温下
で使用した後、室温の曲げ強度を調べた所、強度が低下
していることが分かった。The cordierite ceramics filter thus obtained, which has a high strength even at a high temperature, however, was found to have decreased in strength when examined at room temperature after being actually used at a high temperature.
その理由は今の所明白でないが、強度の低下があるとき
には、結合部中にβスポジューメンの結晶の存在がX線
粉末回折により検出された。即ち、結合部中の何らかの
組織変化に起因して強度の低下が生じるものと考えられ
る。The reason for this is not clear at present, but when there is a decrease in strength, the presence of β-spodumene crystals in the bond was detected by X-ray powder diffraction. That is, it is considered that the strength is reduced due to some structural change in the joint.
この結合部にZrO2および/またはTiO2成分を添加するの
は結晶核となりうるこれらの成分を添加して結合部の結
晶化を促進せしめ、結合部中に存在するガラスを焼成の
冷却時に結晶化して安定な状態にすることを狙ったもの
である。Addition of ZrO 2 and / or TiO 2 components to this bond part promotes crystallization of the bond part by adding these components that can become crystal nuclei, and the glass present in the bond part is crystallized during cooling during firing. It aims to be stable and stable.
これらの成分の添加により焼成後にはフィルタの結合部
中にX線粉末回折で確実にβスポジュメン結晶の存在が
確認され、この結果、初期強度は添加しないものと比べ
て少々犠牲になるが、添加しないもののように使用時に
強度低下の傾向を認めず、安定した強度を示し、繰り返
し信頼して使用できるコーディエライト質セラミックフ
ィルタが得られた。After addition of these components, the presence of β-spodumene crystals was confirmed by X-ray powder diffraction in the bonded part of the filter after firing, and as a result, the initial strength was slightly sacrificed compared to the one without addition. A cordierite-based ceramic filter was obtained which did not show a tendency of strength decrease during use like the ones not using it, showed stable strength, and could be used repeatedly and reliably.
ここにおいて、ZrO2および/またはTiO2の添加量は、フ
ィルタ材中の総量で0.5〜12wt%、特に1〜10wt%とす
るのが好ましく、0.5wt%以下では強度を安定化する効
果が殆ど得られず、また12wt%以上ではフィルタの熱膨
張率が大きくなり、耐熱衝撃性が損なわれることになっ
て好ましくない。Here, the added amount of ZrO 2 and / or TiO 2 is preferably 0.5 to 12 wt%, particularly preferably 1 to 10 wt% in the total amount in the filter material, and if 0.5 wt% or less, the effect of stabilizing the strength is almost the same. If it is not obtained, and if it is 12 wt% or more, the coefficient of thermal expansion of the filter becomes large and the thermal shock resistance is impaired, which is not preferable.
以下本発明を実施例により更に説明する。The present invention will be further described below with reference to examples.
[実施例] コーディエライト質骨材としてa,b,c,d,e,f,gの7種類
を準備した。[Example] Seven types of a, b, c, d, e, f, and g were prepared as cordierite aggregates.
a.マグネシア、アルミナおよび形砂を2MgO・2Al2O3・5S
iO2のコーディエライト組成になるように調合したもの
をカーボン電極を用いて電気溶融し、融液を水中に注入
して急冷して、コーディエライト組成のガラスとし、取
り出して破砕し粒状のガラスとした。a. Magnesia, alumina and shaped sand 2MgO ・ 2Al 2 O 3・ 5S
A mixture of iO 2 and cordierite was electromelted using a carbon electrode, and the melt was poured into water and rapidly cooled to obtain glass with a cordierite composition. It was glass.
これを台車に乗せてトンネルキルンに通し、約1380℃で
10時間熱処理して結晶化せしめた。Put this on a trolley and pass through the tunnel kiln at about 1380 ℃
It was crystallized by heat treatment for 10 hours.
これを更に砕いて分級し、74〜590μmを取り出した。
この骨材の平均粒径は270μmで、見掛け気孔率は3%
であった。This was further crushed and classified, and 74 to 590 μm was taken out.
The average particle size of this aggregate is 270 μm and the apparent porosity is 3%.
Met.
b.滑石、粘土、水酸化アルミニウムおよびジルコンの微
粉末を化学成分で2MgO・2Al2O3・5SiO2を主成分とし、3
wt%のZrO2を含むコーディエライト組成に調合し、調合
した生原料の100重量部に対して2重量部のメチルセル
ローズと適当量の水を加えて混練し、外径約30mmの棒状
体に押出し成形した。b.Talc, clay, aluminum hydroxide and fine powder of zircon as the chemical components, 2MgO ・ 2Al 2 O 3・ 5SiO 2 as the main component, 3
A cordierite composition containing wt% ZrO 2 was added, and 2 parts by weight of methyl cellulose and an appropriate amount of water were added to 100 parts by weight of the prepared raw material, and the mixture was kneaded to form a rod-shaped body having an outer diameter of about 30 mm. Was extruded.
棒状体を乾燥後、台車に載せてトンネルキルンに通し、
最高温度1360℃で10時間保持し、合成コーディエライト
を得た。これを更に粉砕して分級し、74〜590μmを取
り出した。After drying the rod, put it on the trolley and pass it through the tunnel kiln.
The product was kept at the maximum temperature of 1360 ° C for 10 hours to obtain synthetic cordierite. This was further pulverized and classified, and 74 to 590 μm was taken out.
この骨材の平均粒径は265μmで、見掛け気孔率は7%
であった。The average particle size of this aggregate is 265 μm and the apparent porosity is 7%.
Met.
c.滑石、粘土および水酸化アルミニウムの微粉末を概ね
2MgO・2A12O3・5SiO2のコーディエライト組成となるよ
うに調合し、調合生原料100重量部に対して2重量部の
メチルセルローズと適当量の水を加えて混練し、外径約
30mmの棒状体に押出し成形した。c. Mostly talc, clay and aluminum hydroxide fine powder
2MgO ・ 2A1 2 O 3・ 5SiO 2 was prepared to have a cordierite composition, and 2 parts by weight of methyl cellulose and an appropriate amount of water were added to 100 parts by weight of the raw compounded material and kneaded to obtain an outer diameter of about
It was extruded into a rod of 30 mm.
乾燥後台車に載せてトンネルキルンに通し、最高1360℃
で10時間保持し、合成コーディエライトを得た。これを
更に粉砕して分級し、74〜590μmを取り出した。After drying, put it on the trolley and pass it through the tunnel kiln.
It was held at 10 ° C for 10 hours to obtain a synthetic cordierite. This was further pulverized and classified, and 74 to 590 μm was taken out.
この骨材の平均粒径は250μmで、見掛け気孔率は12%
であった。The average particle size of this aggregate is 250 μm and the apparent porosity is 12%.
Met.
d.市販品の合成コーディエライト骨材を粉砕して分級
し、74〜590μmを取り出した。d. A commercially available synthetic cordierite aggregate was crushed and classified, and 74 to 590 μm was taken out.
この粗粒子の平均粒径は230μで、見掛け気孔率は30%
であった。The average particle size of this coarse particle is 230μ, and the apparent porosity is 30%.
Met.
e.cで得られたコーディエライト質骨材にアルミナゾル
を含浸し、減圧下で含浸し、乾燥した。この骨材を1000
℃で加熱した後の見掛け気孔率は8%であった。The cordierite aggregate obtained in ec was impregnated with alumina sol, impregnated under reduced pressure, and dried. 1000 this aggregate
The apparent porosity after heating at ℃ was 8%.
f,g.cで得られたコーディエライト質骨材にそれぞれシ
リカゾルとチタニアゾルを減圧下で含浸し、乾燥した。The cordierite aggregates obtained by f and gc were impregnated with silica sol and titania sol under reduced pressure and dried.
これらの骨材を1000℃で加熱した後の見掛け気孔率はそ
れぞれ7%と8%であった。The apparent porosities after heating these aggregates at 1000 ° C. were 7% and 8%, respectively.
βスポジューメンの粉末は以下の様にして調製した。ロ
ウ石と炭酸リチウムの粉末をそれぞれ85wt%と15wt%の
割合で混合し、更に湿式で混合粉砕した。このフィルタ
ケーキを乾燥後電気炉中で1150℃の温度で焼成してβス
ポジューメンを合成し、これを微粉砕して325メッシュ
の篩を通した。The β-spodumene powder was prepared as follows. Wax stone and lithium carbonate powder were mixed at a ratio of 85 wt% and 15 wt%, respectively, and further wet-mixed and pulverized. The filter cake was dried and then calcined in an electric furnace at a temperature of 1150 ° C. to synthesize β-spodumene, which was finely pulverized and passed through a 325 mesh sieve.
a〜gの7種類のコーディエライト質骨材を用い、第1
表および第2表に示した条件により、管状のコーディエ
ライト質ガス用フィルタを試作した。Using 7 kinds of cordierite aggregates a to g,
Under the conditions shown in Tables and Table 2, tubular tubular cordierite gas filters were manufactured.
第1表の実施例および比較例は、骨材の気孔率の多少と
骨材の配合量の多少が主にフィルタ特性の及ぼす効果を
調べたものである。In Examples and Comparative Examples of Table 1, the effects of the filter characteristics on the degree of porosity of the aggregate and the amount of the aggregate compounded are mainly examined.
この例では結合部に粘土10重量%のほか同材質のコーデ
ィエライト微粉末を10〜25wt%およびβスポジュメン微
粉末を5wt%加えたものを用い、この混合物100重量部に
対して、気孔付与材として粒度が20〜100μのピッチコ
ークス粉末を25重量部加え、有機結合材としてフェノー
ル樹脂の50wt%水溶液を5重量部加えて混合し、110℃
で乾燥した後解砕して粒径3mm以下の粒状原料とした。In this example, 10% by weight of clay in addition to 10 to 25% by weight of fine powder of cordierite and 5% by weight of fine powder of β-spodumene were used in the joint part, and 100 parts by weight of this mixture was provided with porosity. 25 parts by weight of pitch coke powder having a particle size of 20 to 100 μ is added as a material, and 5 parts by weight of a 50 wt% aqueous solution of a phenol resin is added as an organic binder and mixed at 110 ° C.
After that, it was crushed and crushed to obtain a granular raw material having a particle size of 3 mm or less.
この原料を用いてアイソスタチックプレスで1000Kg/cm2
の圧力により、外径約170mm、内径約140mm、長さ約850m
mの管状体を成形した。This raw material is used in an isostatic press at 1000 Kg / cm 2
The outer diameter is about 170 mm, the inner diameter is about 140 mm, and the length is about 850 m.
A tubular body of m was molded.
この管状の成形体を電気炉中で最高温度1320℃で5時間
焼成し、管状のコーディエライト質フィルタを得た。The tubular molded body was fired in an electric furnace at a maximum temperature of 1320 ° C. for 5 hours to obtain a tubular cordierite filter.
焼成をトンネルキルンで行う場合には約1350℃で焼成す
る時ほぼ同様の焼結状態のフィルタが得られた。When firing was carried out in a tunnel kiln, a filter in a similar sintered state was obtained when fired at about 1350 ° C.
それぞれの管状コーディエライト質フィルタについて調
べた特性を第1表に併せて示した。また、その他の実施
例および比較例についても第1表に示す条件の他は前記
と同様の条件により管状のフィルタを試作し、その特性
を第1表に示した。The properties examined for each tubular cordierite filter are also shown in Table 1. Also, for the other Examples and Comparative Examples, tubular filters were manufactured under the same conditions as described above except for the conditions shown in Table 1, and the characteristics are shown in Table 1.
ここで、見掛け気孔率は水浸法により測定し平均気孔径
は水銀ポロシメータにより測定した。Here, the apparent porosity was measured by a water immersion method, and the average pore diameter was measured by a mercury porosimeter.
また、曲げ強度は14×20×100mmの試験片により、支点
間距離70mmの3点曲げ試験で測定した。The bending strength was measured by a 14 × 20 × 100 mm test piece in a 3-point bending test with a fulcrum distance of 70 mm.
耐酸性は室温においてINのH2SO4水溶液中に72時間浸漬
した後の曲げ強度の変化により調べた。The acid resistance was investigated by the change in bending strength after immersing in IN H 2 SO 4 aqueous solution for 72 hours at room temperature.
さらに、除塵性能は逆洗方式の除塵試験装置により平均
粒径約50μmのベンガラ粉末の塵を40g/Nm3の濃度とな
るように空気中に分散させ、雰囲気温度を300℃とし
て、空気のフィルタ通過速度5cm/secでそれぞれ100時間
の試験を行なった。For dust removal performance, dust of red iron oxide powder with an average particle size of about 50 μm was dispersed in air to a concentration of 40 g / Nm 3 using a backwash type dust removal tester, the ambient temperature was set to 300 ° C, and the air filter was used. The test was conducted for 100 hours at a passing speed of 5 cm / sec.
なお、ベンガラ粉末の粒度分布は1μm以下が1wt%、
1〜10μmが7wt%、10〜40μmが35wt%、40〜100μm
が46wt%、100〜800μmが11wt%であった。The particle size distribution of red iron oxide powder is 1 wt% below 1 μm,
1-10 μm is 7 wt%, 10-40 μm is 35 wt%, 40-100 μm
Was 46 wt% and 100 to 800 μm was 11 wt%.
第2表は結合部の成分を変化させることによるフィルタ
の材料特性およびフィルタ特性に及ぼす効果を調べたも
のであり、フィルタの製造条件の内表に示されていない
条件は、前記の実施例と同様の条件によった。Table 2 shows the effect of changing the composition of the coupling portion on the material characteristics and filter characteristics of the filter, and the conditions not shown in the inner table of the manufacturing conditions of the filter are the same as those in the above embodiment. Under similar conditions.
比較例5において、ベントナイト中にはアルカリ成分が
含まれており、焼成時に容易にガラス化するので、常温
では強度のあるフィルタが得られている。In Comparative Example 5, bentonite contains an alkaline component and easily vitrifies during firing, so that a filter having strength at room temperature is obtained.
第2表において、ZrO2および/またはTiO2の添加量は骨
材と他の結合成分の合計重量100重量部に対する比であ
る重量部としてある。In Table 2 , the added amount of ZrO 2 and / or TiO 2 is expressed as parts by weight, which is a ratio with respect to 100 parts by weight of the total weight of the aggregate and other binding components.
使用時の強度低下の有無を調べる方法としては、セラミ
ックスフィルタから切り取った曲げ強度試験片を1000℃
の電気炉中に24時間保持した後、室温における曲げ強度
を測定した。As a method of checking whether strength has decreased during use, bend strength test pieces cut from a ceramics filter at 1000 ° C.
After holding in the electric furnace for 24 hours, the bending strength at room temperature was measured.
この結果、結合部中にジルコニアおよび/またはチタニ
アを添加したセラミックスフィルタは初期強度について
は若干小さくなっているが、熱処理後にも強度の低下は
認められなかった。As a result, although the ceramic filter to which zirconia and / or titania was added in the joint had a little small initial strength, no decrease in strength was observed even after the heat treatment.
[発明の効果] 本発明のコーディエライト質ガス用フィルタおよびその
製造方法により、耐熱衝撃性と耐腐食性に優れ、通気圧
損が小さく、かつ800℃程度の高温においても強度が大
きく、特に高温ガスの除塵用に適したコーディエライト
質ガス用フィルタとその製造方法が示された。 [Advantages of the Invention] According to the cordierite gas filter and the method for producing the same of the present invention, the thermal shock resistance and the corrosion resistance are excellent, the ventilation pressure loss is small, and the strength is high even at a high temperature of about 800 ° C, particularly at a high temperature. A cordierite gas filter suitable for dust removal of gas and a method for manufacturing the same have been shown.
本発明においては、10%以下という低気孔率の骨材、特
にガラスから結晶化したコーディエライト質骨材を使用
することにより、フィルタの通気圧損が小さくなり、か
つ低気孔率の骨材と酸化リチウムを含む結合部との組み
合わせにより、気孔率が大きくても強度が大きく、高温
でもこの強度を保持するとともに耐腐食性、特に耐酸性
に優れたコーディエライト質ガス用フィルタが実現され
た。フィルタの通気圧損が小さいことは、同じフィルタ
装置を用いても含塵ガスの処理容量を増すことができ、
フィルタの強度が充分あることにより、フィルタ装置の
設置およびメインテナンス時におけるフィルタの破損が
大幅に減り、装置の信頼性が向上するという効果が得ら
れる。In the present invention, an aggregate having a low porosity of 10% or less, particularly by using a cordierite aggregate crystallized from glass, the ventilation pressure loss of the filter is reduced, and the aggregate has a low porosity. By combining with a bonding part containing lithium oxide, a filter for cordierite-like gas that has high strength even with high porosity, retains this strength even at high temperatures, and has excellent corrosion resistance, especially acid resistance was realized. . Since the ventilation pressure loss of the filter is small, it is possible to increase the processing capacity of dust-containing gas even with the same filter device.
Since the strength of the filter is sufficient, the damage of the filter during installation and maintenance of the filter device is significantly reduced, and the reliability of the device is improved.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタにおいて、
高温で使用するとき強度の低下する傾向があったが、結
合部中にTiO2やZrO2を添加することにより、結合部中の
不安定なガラス相を焼成時に結晶に転化し、強度の低下
傾向のない信頼性のあるフィルタに改善することができ
た。In the cordierite gas filter of the present invention,
Although the strength tended to decrease when used at high temperatures, the addition of TiO 2 or ZrO 2 in the bond converts the unstable glass phase in the bond into crystals during firing, resulting in a decrease in strength. The trend could be improved to a reliable filter.
さらに、現在有望とされている炭化珪素質のフィルタに
おいては、燃焼ガス中に含まれる水蒸気により酸化を受
け気孔が閉塞したり通気圧損が大きくなるなどの問題の
存在が明らかになったのにたいし、本発明の製造方法に
よるコーディエライト質ガス用フィルタは、石炭の燃焼
ガスのような水蒸気、NOxおよびSOx等を含む酸性の腐食
性ガス雰囲気中において優れた耐久性があり、発電用の
石炭を燃やす流動層ボイラー、更には加圧流動層ボイラ
ーや石炭ガス化炉による合成ガスの除塵などに好ましく
利用できるものである。Furthermore, it has been clarified that the silicon carbide-based filter, which is currently promising, has problems such as the pores being clogged by the oxidation of water vapor contained in the combustion gas and the ventilation pressure loss becoming large. However, the cordierite gas filter according to the production method of the present invention has excellent durability in an acidic corrosive gas atmosphere containing steam such as combustion gas of coal, NOx and SOx, and for power generation. It can be preferably used for a fluidized bed boiler that burns coal, a pressurized fluidized bed boiler, and dust removal of synthetic gas by a coal gasification furnace.
本発明のコーディエライト質ガス用フィルタは高温を利
用する産業が排出する各種の高温含塵ガスの除塵に広く
利用でき、従来塵を含むために回収できず捨てていた熱
エネルギを回収して有効利用するのを可能とするもので
ある。The cordierite gas filter of the present invention can be widely used for dust removal of various high-temperature dust-containing gases emitted by industries that use high temperatures, and can recover the thermal energy that cannot be recovered because it conventionally contains dust. It enables effective use.
また、除塵された高温ガスではNOxやSOxの除去も容易と
なり、分離した塵も乾いた状態で回収されるので、有効
利用が容易になるという効果もあるなど、その産業上の
利用効果は多大である。In addition, NOx and SOx can be easily removed from the dust-free high-temperature gas, and the separated dust can also be collected in a dry state, making it easy to effectively use it. Is.
Claims (14)
ある粒径74μm以上のコーディエライト質骨材と結合部
から構成され、前記結合部の主成分がシリカ(SiO2)と
アルミナ(Al2O3)であり、かつ酸化リチウム(Li2O)
をフィルタ全体の重量にたいし0.05〜1wt%含むことを
特徴とするコーディエライト質ガス用フィルタ。1. A cordierite aggregate having an apparent porosity of 10% or less and a particle diameter of 74 μm or more and a bonding part, and the main component of the bonding part is silica (SiO 2 ). Alumina (Al 2 O 3 ) and lithium oxide (Li 2 O)
A filter for cordierite gas, characterized by containing 0.05 to 1 wt% of the total weight of the filter.
タ全体の重量にたいし0.2〜0.6wt%含むコーディエライ
ト質ガス用フィルタ。2. The filter for cordierite-based gas according to claim 1, which contains lithium oxide in an amount of 0.2 to 0.6 wt% with respect to the total weight of the filter.
イト質骨材が概ねコーディエライト組成(2MgO・2Al2O3
・5SiO2)を有するガラスから結晶化されたコーディエ
ライト質骨材であるコーディエライト質ガス用フィル
タ。3. The cordierite aggregate according to claim 1 or 2, wherein the cordierite aggregate has a cordierite composition (2MgO.2Al 2 O 3
A filter for cordierite gas, which is a cordierite aggregate crystallized from glass having 5SiO 2 ).
イト質骨材が、コーディエライト質骨材に、アルミナゾ
ル、シリカゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾルあるい
はこれらの2種以上の混合液を含浸させたものであり、
焼成したとき見掛け気孔率が1%以下となるものである
コーディエライト質ガス用フィルタ。4. The cordierite aggregate according to claim 1 or 2, wherein the cordierite aggregate is impregnated with an alumina sol, a silica sol, a titania sol, a zirconia sol, or a mixed solution of two or more of these. And
A cordierite gas filter which has an apparent porosity of 1% or less when fired.
ィルタの気孔率が35%以上であり、かつ800℃における
曲げ強度が75Kg/cm2以上であるコーディエライト質ガス
用フィルタ。5. A cordierite gas filter according to claim 1, wherein the porosity of the filter is 35% or more and the bending strength at 800 ° C. is 75 kg / cm 2 or more.
記結合部中に、フィルタ全体の重量にたいして0.5〜12w
t%のTiO2および/またはZrO2が添加されているコーデ
ィエライト質ガス用フィルタ。6. The weight of the filter as a whole according to any one of claims 1 to 5, which is 0.5 to 12 w.
A filter for cordierite gas, to which t% TiO 2 and / or ZrO 2 is added.
ィルタが肉厚5mm以上の管状体であるコーディエライト
質ガス用フィルタ。7. The cordierite gas filter according to any one of claims 1 to 6, wherein the filter is a tubular body having a wall thickness of 5 mm or more.
ある粒径74μm以上のコーディエライト質骨材に、フィ
ルタ全体の重量にたいして酸化リチウムが0.05〜1wt%
となるように、酸化リチウムを含む粉末と粘土および粒
径が74μmより小さいコーディエライト粉末を配合した
結合部を形成する粉末原料を合わせて混合し、有機質の
結合剤を加えて成形し、焼成することを特徴とするコー
ディエライト質ガス用フィルタの製造方法。8. A cordierite aggregate having a particle size of 74 μm or more and an apparent porosity of 10% or less of 50 wt% or more, and 0.05 to 1 wt% of lithium oxide relative to the weight of the entire filter.
So that the powder containing lithium oxide, clay, and the powder raw material that forms the bonding part in which the clay and the cordierite powder with a particle size of less than 74 μm are mixed together are mixed, an organic binder is added, and the mixture is molded and fired. A method for manufacturing a filter for cordierite gas, comprising:
下のコーディエライト質骨材が、マグネシア、アルミナ
および珪砂を概ねコーディエライト組成(2MgO・2Al2O3
・5SiO2)となるように調合し、電気溶融し、急冷却し
てガラスとした後、熱処理により結晶化したものである
コーディエライト質ガス用フィルタの製造方法。9. The cordierite-based aggregate having an apparent porosity of 10% or less according to claim 8, wherein magnesia, alumina, and silica sand have a cordierite composition (2MgO.2Al 2 O 3
• A method for producing a filter for cordierite-like gas, which is prepared by blending so as to be 5SiO 2 ), electromelting, rapidly cooling to glass, and crystallizing by heat treatment.
ムを含む粉末がβスポジューメン粉末であるコーディエ
ライト質ガス用フィルタの製造方法。10. The method for producing a cordierite gas filter according to claim 8, wherein the powder containing lithium oxide is β-spodumene powder.
原料中に、燃焼して焼失することにより気孔を形成する
気孔付与材としてコークス粉末を混合するコーディエラ
イト質ガス用フィルタの製造方法。11. The method according to any one of claims 8 to 10,
A method for producing a filter for cordierite gas, which comprises mixing coke powder as a pore-forming material for forming pores in a raw material by burning and burning.
フィルタの成形を金属製芯型とパイプ状ゴム外型を用い
るアイソスタチックプレスにより行い、焼成を1310〜13
80℃において行うコーディエライト質ガス用フィルタの
製造方法。12. The method according to any one of claims 8 to 11,
The filter is molded by an isostatic press using a metal core mold and a pipe-shaped rubber outer mold, and firing is performed at 1310 to 13
A method for producing a filter for cordierite gas at 80 ° C.
スから結晶化された粒径74μm以上のコーディエライト
質骨材50wt%以上と、シリカおよびアルミナを主成分と
する結合部とから構成され、見掛け気孔率が35%以上あ
り、かつ800℃における曲げ強度が75kg/cm2以上である
ことを特徴とするコーディエライト質ガス用フィルタ。13. An apparent composition comprising 50 wt% or more of cordierite aggregate having a particle size of 74 μm or more and crystallized from glass having a generally cordierite composition, and a joint portion containing silica and alumina as main components. A cordierite gas filter, which has a porosity of 35% or more and a bending strength at 800 ° C of 75 kg / cm 2 or more.
スから結晶化された粒径74μm以上のコーディエライト
質骨材と、74μmより細かくシリカおよびアルミナを主
成分とする結合部を形成する粉末原料と、燃焼して焼失
することにより気孔を形成する気孔付与材と、有機質結
合剤とを含む粒状原料を、金属製芯型とパイプ状ゴム外
型とからなる成形型中に充填してアイソスタチックプレ
スにより管状に成形し、次いで1310〜1380℃で焼成する
ことを特徴とするコーディエライト質ガス用フィルタの
製造方法。14. A cordierite aggregate having a particle size of 74 μm or more crystallized from a glass having a generally cordierite composition, and a powder raw material for forming a bonding part finer than 74 μm and containing silica and alumina as a main component. , A granular raw material containing a pore-forming material that forms pores by burning and burning, and an organic binder are filled in a molding die composed of a metal core die and a pipe-shaped rubber outer die, and isostatic A method for producing a filter for cordierite-like gas, which comprises forming the material into a tubular shape by pressing and then firing at 1310 to 1380 ° C.
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JP10918989 | 1989-05-01 |
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