KR20240047904A - Process for preparation of porous ceramic filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원료 준비 단계; 볼 밀링을 적용하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조 단계; 로터리 아토마이저가 적용된 스프레이 드라이어에 상기 슬러리를 투입하여 건조 및 과립을 생성하는 건조 단계; 상기 과립을 브이믹서에 투입하여 섞어주는 블랜딩 단계; 상기 블랜딩 단계를 거친 상기 과립을 필터 형상으로 성형물을 생성하는 성형 단계; 및 상기 성형물에 열을 가하여 처리하는 소성 단계; 를 포함하고 상기 원료는 무기물, 분산제, 물 및 유기물을 포함하는, 다공성 세라믹 필터 제조방을 제공하여, 투입되는 에너지를 감축할 수 있고, 과립의 균일한 분포를 확보할 수 있어, 과립 분포의 불균일에 따른 소성체 조성 불균일, 확산 제어의 어려움을 방지하여, 세라믹 필터의 물성을 향상시킬 수 있다.The present invention includes a raw material preparation step; A slurry manufacturing step of manufacturing a slurry by applying ball milling; A drying step of drying and producing granules by adding the slurry to a spray dryer equipped with a rotary atomizer; A blending step of mixing the granules in a V-mixer; A molding step of producing a molded product in a filter shape from the granules that have undergone the blending step; and a firing step of processing the molded product by applying heat to it. It provides a porous ceramic filter manufacturing room in which the raw materials include inorganic substances, dispersants, water and organic substances, thereby reducing input energy and ensuring uniform distribution of granules, preventing uneven distribution of granules. It is possible to improve the physical properties of the ceramic filter by preventing non-uniform composition of the fired body and difficulties in controlling diffusion.
Description
본 발명은 산업공정에서 발생하는 분진, 매연, 폐 가스, 흄, VOC포진 및 제거용 등으로 사용하는 다공성 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a porous ceramic filter used for removing dust, soot, waste gas, fume, VOC dust, etc. generated in industrial processes.
산업화 시대로 인해 각종 분진이나 매연, 폐 가스, 등의 유해물질로 인한 피해가 발생함에 따라 이러한 유해물질이 외부로 배출되기 전에 여과하기 위한 필터링 기술도 나날이 발전하고 있다.As damage from harmful substances such as various dusts, exhaust fumes, and waste gases occurs due to the industrialization era, filtering technology to filter out these harmful substances before they are discharged to the outside is also developing day by day.
필터는 소재에 따라 대표적으로 유기 필터와 무기 필터로 구분되며, 현재 주로 사용되는 필터의 종류로는 고분자 필터와 세라믹 필터가 일반적이다.Filters are typically divided into organic filters and inorganic filters depending on the material, and the most common types of filters currently used are polymer filters and ceramic filters.
고분자 필터는 세라믹 필터에 비해 대면적 기공 제어가 용이하며, 제품 단가가 저렴하다. 이러한 특성을 이용하여 제조 공정상 안정성을 가져올 수 있으며, 경제적으로 상당한 강점을 가진다. 그러나, 유기 필터의 경우에는 내열성, 내 화학성, 내마모성 및 난연성에 있어서 취약한 문제점이 있다.Compared to ceramic filters, polymer filters are easier to control large-area pores and have lower product costs. Using these characteristics, stability can be achieved in the manufacturing process and it has significant economic advantages. However, organic filters have problems with heat resistance, chemical resistance, abrasion resistance, and flame retardancy.
반면에 세라믹 필터는 고분자 필터에 비하여 내열성, 내화학성, 내마모성 등이 훨씬 우수한 특징이 있고, 특히, 내열성이 우수하다. 일반적으로 세라믹 필터 기재에 알루미나를 적용하게 되는데, 비교적 입도가 세분화되고 균일한 품질 얻을 수 있어 필터의 기공제어를 쉽게 할 수 있다는 장점이 있고, 기재의 물리적인 강도가 강하여 여과의 신뢰성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 건조 과정 및 소결 과정에서 일정한 시간 동안 고온을 사용하므로 많은 양의 에너지가 필요하며, 미립의 알루미나 세라믹 기재를 활용할 경우 적정 분산이 이뤄지지 않을 경우 세라믹 물성이 좋지 않아지는 문제점이 발생한다. 이에 따라 제조방법이 용이하고, 세라믹 입자의 적정 분산을 확보할 수 있는 세라믹 필터의 제조방법에 대한 요구가 있다.On the other hand, ceramic filters have much better heat resistance, chemical resistance, and wear resistance than polymer filters, and in particular, they have excellent heat resistance. In general, alumina is applied to the ceramic filter substrate. It has the advantage of being able to easily control the pores of the filter as the particle size is relatively fine and uniform quality can be obtained, and the physical strength of the substrate is strong, ensuring reliability of filtration. There is an advantage to having it. However, since high temperatures are used for a certain period of time during the drying and sintering processes, a large amount of energy is required, and when using fine-grained alumina ceramic substrates, if proper dispersion is not achieved, the ceramic physical properties become poor. Accordingly, there is a need for a method of manufacturing a ceramic filter that is easy to manufacture and can ensure appropriate dispersion of ceramic particles.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 제조공정에 투입되는 에너지의 감축과, 세라믹 입자의 적정 분산을 확보하여 세라믹 물성을 확보할 수 있는 세라믹 필터 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was developed to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a ceramic filter manufacturing method that can secure ceramic physical properties by reducing the energy input in the manufacturing process and ensuring appropriate dispersion of ceramic particles. there is.
본 발명은 원료 준비 단계; 볼 밀링을 적용하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조 단계; 로터리 아토마이저가 적용된 스프레이 드라이어에 상기 슬러리를 투입하여 건조 및 과립을 생성하는 건조 단계; 상기 과립을 브이믹서에 투입하여 섞어주는 블랜딩 단계; 상기 블랜딩 단계를 거친 상기 과립을 필터 형상으로 성형물을 생성하는 성형 단계; 및 상기 성형물에 열을 가하여 처리하는 소성 단계;를 포함하고 상기 원료는 무기물, 분산제, 물 및 유기물을 포함하는, 다공성 세라믹 필터 제조방법을 제공한다.The present invention includes a raw material preparation step; A slurry manufacturing step of manufacturing a slurry by applying ball milling; A drying step of drying and producing granules by adding the slurry to a spray dryer equipped with a rotary atomizer; A blending step of mixing the granules in a V-mixer; A molding step of producing a molded product in a filter shape from the granules that have undergone the blending step; and a firing step of treating the molded product by applying heat, wherein the raw materials include an inorganic material, a dispersant, water, and an organic material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 원료의 배합에 하소 알루미나를 적용하여 소결 시간을 단축시키고 소결 온도를 낮춤에 따라, 소결 과정에 투입되는 에너지를 감축할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the energy input into the sintering process can be reduced by applying calcined alumina to the raw materials of the present invention to shorten the sintering time and lower the sintering temperature.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스프레이 드라이어를 적용하여 건조에 투입되는 시간 및 에너지를 감축할 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the time and energy required for drying can be reduced by applying a spray dryer.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 과립을 활용한 세라믹 필터의 제조에 있어서, 브이믹서를 활용한 블랜딩 단계를 통하여 상기 과립의 균일한 분포를 확보할 수 있어, 과립 분포의 불균일에 따른 소성체 조성 불균일과 확산 제어의 어려움을 방지하여, 세라믹 필터의 물성을 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, in the production of a ceramic filter using granules, uniform distribution of the granules can be secured through a blending step using a V-mixer, so that the fired body due to uneven granule distribution By preventing compositional heterogeneity and difficulty in controlling diffusion, the physical properties of the ceramic filter can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 필터 제조방법의 흐름도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a flow chart of a method for manufacturing a ceramic filter according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명이 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 내용을 더 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention are described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to convey the content of the present invention to those skilled in the art. It is provided for more complete information.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.The terms used herein are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다" 및/또는"포함하는" 은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.As used herein, the singular forms include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Additionally, when used herein, “comprises” and/or “comprising” specifies the presence of the mentioned features, numbers, steps, operations, members, elements and/or groups thereof, and one or more other features. , does not exclude the presence or addition of numbers, operations, members, elements and/or groups. As used herein, the term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of the listed items.
이하, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, it will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 필터의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a ceramic filter according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 세라믹 필터 제조방법은 원료 준비(101), 슬러리 제조(102), 건조(103), 블랜딩(104), 성형(105), 소성(106) 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the ceramic filter manufacturing method may include raw material preparation (101), slurry production (102), drying (103), blending (104), molding (105), and firing (106) steps.
원료 준비(101) 단계에서 세라믹 필터 제조에 필요한 원료를 준비할 수 있다. 상기 원료는 무기물, 분산제, 물 및 유기물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 무기물은 60.6~62.9 중량부, 상기 분산제는 0.8~1.0 중량부, 상기 물은 30.0~31.5 중량부, 상기 유기물은 6.3~6.9 중량부로 준비된 후 이후 공정에 투입될 수 있다.In the raw material preparation step (101), the raw materials necessary for manufacturing a ceramic filter can be prepared. The raw materials may include inorganic substances, dispersants, water, and organic substances. At this time, 60.6 to 62.9 parts by weight of the inorganic material, 0.8 to 1.0 parts by weight of the dispersant, 30.0 to 31.5 parts by weight of the water, and 6.3 to 6.9 parts by weight of the organic material can be prepared and then added to the subsequent process.
상기 무기물은 주원료 및 무기첨가제의 혼합으로 구성될 수 있으며, 중량기준 주원료 : 무기첨가제 = 80 : 20 비율로 형성될 수 있다.The inorganic material may be composed of a mixture of main raw materials and inorganic additives, and may be formed in a weight-based ratio of main raw materials: inorganic additives = 80:20.
상기 주원료는 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다. 상기 알루미나는 하소 알루미나(calcined alumina)가 적용될 수 있다. 상기 하소 알루미나는 소결알루미나 또는 용융알루미나에 비하여 상대적으로 낮은 온도에 소성될 수 있어, 본 발명의 배합에 적용 시 가공성이 향상될 수 있고, 예를 들어, 소결 시간을 단축시키고 소결 온도를 낮출 수 있다. 상기 하소 알루미나의 입도 크기는 1~5㎛ 일 수 있다. 상기 하소 알루미나의 입도가 상기 범위 내일 경우 세라믹 필터의 기공형성 및 기계적 강도가 향상될 수 있다. 본 발명의 원료의 배합에 상기 하소 알루미나를 적용하여 소결 시간을 단축시키고 소결 온도를 낮춤에 따라, 소결 과정에 투입되는 에너지를 감축할 수 있다.The main raw material may include alumina (Al 2 O 3 ). The alumina may be calcined alumina. The calcined alumina can be fired at a relatively low temperature compared to sintered alumina or fused alumina, so processability can be improved when applied to the formulation of the present invention, for example, sintering time can be shortened and sintering temperature can be lowered. . The particle size of the calcined alumina may be 1 to 5 μm. When the particle size of the calcined alumina is within the above range, pore formation and mechanical strength of the ceramic filter can be improved. By applying the calcined alumina to the raw materials of the present invention to shorten the sintering time and lower the sintering temperature, the energy input into the sintering process can be reduced.
상기 무기첨가제는 MgO, CaO, SiO2의 공급원으로 사용된다. 상기 무기첨가제는 활석(Talc), 점토(Clay), 석회석(Lime)이 포함될 수 있으며, 중량기준 활석 : 점토 : 석회석 = 5 : 13 : 2 비율로 구성될 수 있다. 본 발명의 원료의 배합에 상기 비율로 구성된 무기첨가제를 추가함에 따라 소성 시 액상 형성에 도움을 줄 수 있다.The inorganic additive is used as a source of MgO, CaO, and SiO 2 . The inorganic additive may include talc, clay, and limestone, and may be composed of talc:clay:limestone by weight in a ratio of 5:13:2. By adding an inorganic additive composed of the above ratio to the mixing of the raw materials of the present invention, it can help form a liquid phase during firing.
상기 분산제는 음이온계의 수계 분산제가 적용될 수 있다. 예를 들어, 폴리 카르복실산 암모늄염이 포함될 수 있다. 본 발명의 원료의 배합에 상기 폴리 카르복실산 암모늄염 분산제를 적용하는 경우 슬러리 제조(102) 단계에서 상기 무기물이 고르게 분산될 수 있다.The dispersant may be an anionic aqueous dispersant. For example, ammonium salts of polycarboxylic acids may be included. When the polycarboxylic acid ammonium salt dispersant is applied to the mixing of the raw materials of the present invention, the inorganic material can be evenly dispersed in the slurry preparation step (102).
상기 물은 증류수 또는 ID-Water를 사용할 수 있다.The water can be distilled water or ID-Water.
상기 유기물은 결합제, 가소제, 이형제 및 소포제의 혼합으로 구성될 수 있으며, 중량기준 결합제 : 가소제 : 이형제 : 소포제 = 7 : 1.5 : 2.0 : 0.2 의 비율로 구성될 수 있다. 본 발명의 원료의 배합에 후술하는 상기 유기물 성분을 이와 같은 비율로 포함하는 경우 성형시의 형상을 유지할 수 있도록 보형성과 강도를 부여하고, 건조 시의 수축이나 틀어짐에 의한 휨과 갈라짐의 발생을 방지할 수 있어 성형시의 생산성을 향상시킬 수 있다.The organic material may be composed of a mixture of a binder, a plasticizer, a mold release agent, and an antifoamer, and may be composed of a weight-based ratio of binder: plasticizer: mold release agent: defoamer = 7: 1.5: 2.0: 0.2. When the above-described organic components, which will be described later, are included in the mixing ratio of the raw materials of the present invention, shape retention and strength are provided to maintain the shape during molding, and the occurrence of bending and cracking due to shrinkage or warping during drying is prevented. This can be prevented and productivity during molding can be improved.
예를 들어, 상기 결합제는 PVA, PVB, MC, EC, CMC 중 1종 이상이 포함될 수 있고, 일 예로, PVA를 포함할 수 있다. 상기 가소제는 글리세린, PEG가 포함될 수 있고, 일 예로, PEG를 포함할 수 있다. 상기 이형제는 스테아르산, 합성 폴리머 및 불화 화합물이 포함될 수 있고, 일 예로, 스테아르산을 포함할 수 있다. 상기 소포제는 폴리에테르계, 알콜계, 금속비누계, 아마이드계 중 1종 이상이 포함될 수 있고, 일 예로, 폴리에테르계가 포함될 수 있다.For example, the binder may include one or more of PVA, PVB, MC, EC, and CMC, and for example, may include PVA. The plasticizer may include glycerin or PEG, and for example, may include PEG. The mold release agent may include stearic acid, a synthetic polymer, and a fluorinated compound. For example, it may include stearic acid. The antifoaming agent may include one or more of polyether-based, alcohol-based, metallic soap-based, and amide-based agents. For example, it may include polyether-based.
본 발명의 원료의 배합에 전술한 성분의 상기 유기물을 적용하는 경우, Na, K, Li 등의 알칼리류 및 Fe, Ni, Co, Cr 등의 잔류 중금속을 함유하지 않고, 분해가스가 독성 및 강산·강 알칼리성이 아닌 것으로서 상기 유기물이 상기 무기물과 반응하지 않으며, 수계에서 용해가 용이하고, 산화, 비산화 분위기 중에서 저온(300~400℃에서 완전히 분해 휘발될 수 있다.When applying the above-mentioned organic substances in the mixing of the raw materials of the present invention, alkalis such as Na, K, Li, and residual heavy metals such as Fe, Ni, Co, and Cr are not contained, and the decomposed gas is toxic and strong acid. · As it is not strongly alkaline, the organic material does not react with the inorganic material, is easily soluble in water, and can be completely decomposed and volatilized at low temperature (300-400°C) in an oxidizing or non-oxidizing atmosphere.
슬러리 제조(102) 단계는 밀링기를 이용하여 상기 원료로부터 슬러리를 제조하되, 1차 밀링 단계 및 2차 밀링 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 원료의 배합으로 슬러리를 제조하는 단계에서 밀링을 수행하는 경우 형성된 과립의 균일한 분포를 확보할 수 있어, 과립 분포의 불균일에 따른 소성체 조성 불균일, 확산 제어의 어려움을 방지하여, 세라믹 필터의 물성을 향상시킬 수 있다. 구체적인 방법을 이하 설명한다.The slurry production step (102) prepares a slurry from the raw material using a mill, and may include a primary milling step and a secondary milling step. When milling is performed in the step of producing a slurry by mixing the raw materials of the present invention, uniform distribution of the formed granules can be secured, preventing uneven composition of the fired body and difficulties in diffusion control due to uneven distribution of the granules, thereby producing ceramic The physical properties of the filter can be improved. The specific method is described below.
상기 밀링기는 볼 밀링기를 적용할 수 있다. 이때 상기 볼 밀링기에 사용되는 볼은 3~5mm 사이즈의 스테인리스 스틸 볼을 적용할 수 있으며, 볼 밀링기의 회전 속도는 400~700RPM으로 설정될 수 있되 설비 조건에 따라 다르게 설정될 수 있다. The milling machine may be a ball milling machine. At this time, the ball used in the ball mill can be a stainless steel ball with a size of 3 to 5 mm, and the rotation speed of the ball mill can be set to 400 to 700 RPM, but can be set differently depending on facility conditions.
상기 1차 밀링 단계는 상기 무기물, 분산제 및 물을 상기 볼 밀링기에 투입한 후 1시간 내지 1시간 30분 정도 밀링을 실시하되 입도를 확인하여 완료할 수 있다. The first milling step can be completed by adding the inorganic material, dispersant, and water into the ball mill and milling for about 1 hour to 1 hour and 30 minutes while checking the particle size.
상기 2차 밀링 단계는 상기 1차 밀링이 완료된 상기 볼 밀링기에, 상기 유기물을 투입하고 10분 내지 15분 정도 밀링을 추가로 실시하여 슬러리를 제조하는 것을 포함할 수 있다. 이때 상기 1차 밀링 단계 동안 발생한 기포가 상기 소포제에 의하여 제거될 수 있다.The secondary milling step may include adding the organic material to the ball mill on which the primary milling has been completed and performing additional milling for about 10 to 15 minutes to prepare a slurry. At this time, bubbles generated during the first milling step may be removed by the antifoaming agent.
이후 밀링이 완료된 상기 슬러리는 침전되지 않도록 계속 교반하면서 보관한다.Afterwards, the milled slurry is stored with continuous stirring to prevent precipitation.
건조(103) 단계는 상기 슬러리를 건조하여 과립을 형성하는 단계로, 건조 입자가 구형에 가깝고, 유동성이 우수한 형태로 건조가 가능한 스프레이 드라이어를 적용할 수 있다.The drying (103) step is a step of drying the slurry to form granules, and a spray dryer capable of drying the dried particles in a form that is close to spherical and has excellent fluidity can be applied.
상기 스프레이 드라이어는 로터리 아토마이저를 적용한 스프레이 드라이어를 사용할 수 있다. 상기 로터리 아토마이저를 적용한 스프레이 드라이어를 사용함으로써 상기 슬러리를 20~200 ㎛의 입자크기를 가지는 과립(granule)형태로 형성시키고 상기 과립이 도넛모양이 되지 않도록 상기 스프레이 드라이어 공정 조건을 조절함으로써 과립의 균일한 분포를 확보하여 세라믹 필터의 물성을 향상시킬 수 있다.The spray dryer may be a spray dryer using a rotary atomizer. By using a spray dryer equipped with the rotary atomizer, the slurry is formed into granules with a particle size of 20 to 200 ㎛, and the spray dryer process conditions are adjusted so that the granules do not have a donut shape to ensure uniformity of the granules. By ensuring a uniform distribution, the physical properties of the ceramic filter can be improved.
블랜딩(104) 단계는 다양한 입자크기를 가진 상기 과립을 서로 균일한 분포로 혼합하는 단계로, 기계적 혼합 방법에 사용되는 혼합기를 적용할 수 있다. 예를 들어, 브이믹서(V-mixer), 와이믹서(Y-mixer), 더블 콘 믹서(Double cone mixer), 무중력 혼합기, 삼차원 혼합기 중의 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으나, 본 발명의 원료의 배합에는 브이믹서(V-mixer)를 사용하는 것이 바람직하다.The blending (104) step is a step of mixing the granules with various particle sizes in a uniform distribution, and a mixer used in a mechanical mixing method can be applied. For example, one of the V-mixer, Y-mixer, double cone mixer, zero gravity mixer, and three-dimensional mixer can be selected and used, but the mixing of the raw materials of the present invention It is desirable to use a V-mixer.
상기 브이믹서의 회전 속도는 10~20회/min, 가동 시간은 20~30분으로 적용될 수 있다. 이에 따라, 블랜딩(104) 단계를 적용한 상기 과립은 균일한 분포를 확보할 수 있으며, 과립 분포의 불균일에 따른 소성체 조성 불균일, 확산 제어의 어려움을 방지할 수 있어, 세라믹 필터의 물성을 향상시킬 수 있다.The rotation speed of the V-mixer may be 10 to 20 times/min, and the operating time may be 20 to 30 minutes. Accordingly, the granules to which the blending (104) step is applied can secure uniform distribution, and prevent unevenness in the composition of the fired body and difficulty in controlling diffusion due to uneven distribution of the granules, thereby improving the physical properties of the ceramic filter. You can.
성형(105) 단계는 블랜딩(104)단계를 거친 상기 과립을 사용하여, 필터 형상으로 성형하여 성형물을 생성하는 단계로, 상기 과립을 건식 성형하여 일정한 형태의 성형체를 형성하는 단계이다. 상기 건식 성형은, 일정한 형태의 금형에 분말을 장입하고 일정한 압력을 가하여 성형체를 제조하는 것으로, 예를 들어 드라이 프레스 공법을 적용할 수 있다.The molding (105) step is a step of creating a molded product by molding it into a filter shape using the granules that have gone through the blending (104) step, and is a step of dry molding the granules to form a molded product of a certain shape. The dry molding is to manufacture a molded body by charging powder into a mold of a certain shape and applying a certain pressure. For example, a dry press method can be applied.
상기 드라이 프레스 공법 성형 시 성형압력은 통상 0.7~1.0kgf/㎠ 로 실시한다. 일반적인 성형에서는 과립이 파괴될 수 있도록 성형압력을 높이지만, 필터 성형에서는 과립이 깨지지 않도록 비교적 낮은 압력으로 성형하는 것이 바람직하다.When molding using the dry press method, the molding pressure is usually 0.7 to 1.0 kgf/cm2. In general molding, the molding pressure is increased so that the granules can be destroyed, but in filter molding, it is desirable to mold at a relatively low pressure to prevent the granules from breaking.
소성(106) 단계는 성형이 완료된 상기 성형물을 고온에서 열처리하여 상기 필터의 기계적 강도를 부여하는 단계로, 상온~800℃의 영역에서 1차 열처리를 진행하여 성형공정 후 잔존하는 유기결합제를 제거하는 탈지공정과 상기 탈지공정 후 1350 ~ 1400℃ 온도에서 1시간 이내로 2차 열처리를 진행한 후 냉각하는 다단 공정을 적용할 수 있다. 이때 최고 온도는 1350℃ ~ 1400℃ 온도 범위에서 액상이 형성되기 시작하는 온도로 설정할 수 있다. 상기 액상은 주원료인 상기 하소 알루미나에 결합력을 부여할 수 있는데, 소성 최고 온도가 상기 수치범위를 초과하면 액상이 과하게 발생하게 되어 기공의 형성에 악영향을 주게 되어 세라믹 필터의 물성이 열악해질 수 있고, 상기 수치범위 미만인 경우 충분한 기계적 강성을 얻기 어려울 수 있다.The firing (106) step is a step of imparting mechanical strength to the filter by heat-treating the molded product at a high temperature. First heat treatment is performed in the range of room temperature to 800°C to remove the organic binder remaining after the molding process. After the degreasing process and the degreasing process, a multi-stage process of performing secondary heat treatment at a temperature of 1350 to 1400°C for less than 1 hour and then cooling can be applied. At this time, the maximum temperature can be set to the temperature at which the liquid phase begins to form in the temperature range of 1350°C to 1400°C. The liquid phase can provide a bonding force to the calcined alumina, which is the main raw material. If the maximum temperature for calcination exceeds the above numerical range, the liquid phase is excessively generated, which may adversely affect the formation of pores, which may deteriorate the physical properties of the ceramic filter. If it is below the above numerical range, it may be difficult to obtain sufficient mechanical rigidity.
실시예Example
아래 표 1의 조성비를 갖는 원료를 준비하였다.Raw materials having the composition ratios in Table 1 below were prepared.
[단위: 중량부][Unit: parts by weight]
첨가제weapon
additive
상기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성비(이때, 단위는 중량부이다)에 따라 무기물, 분산제 및 물을 볼 밀링기(BAM-22_NANO IN TECH co.,ltd)에 투입하고 400RPM으로 1시간 동안 1차 밀링을 수행한다. 이때 상기 볼 밀링기에 사용되는 볼은 5mm 사이즈의 스테인리스 스틸 볼을 적용한다.Inorganic substances, dispersants, and water were put into a ball mill (BAM-22_NANO IN TECH co.,ltd) according to the composition ratio (here, the unit is parts by weight) as shown in Table 1, and primary milling was performed at 400 RPM for 1 hour. Perform. At this time, the ball used in the ball mill is a stainless steel ball of 5 mm size.
2차 밀링 단계는 상기 1차 밀링이 완료된 상기 볼 밀링기에, 상기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성비에 따라 유기물을 투입하고 400RPM으로 10분 동안 밀링을 실시하여, 슬러리를 제조한다.In the second milling step, organic material is added to the ball mill on which the first milling has been completed according to the composition ratio shown in Table 1, and milling is performed at 400 RPM for 10 minutes to prepare a slurry.
상기와 같이 제조된 슬러리를 로터리 아토마이저를 적용한 스프레이 드라이어(COC-12_Seo gang engineering co.,ltd )에 투입하여, 과립(granule)을 생성한다.The slurry prepared as above is input into a spray dryer (COC-12_Seo gang engineering co., ltd) equipped with a rotary atomizer to generate granules.
실험예 1 : 블랜딩 단계 적용Experimental Example 1: Application of blending step
상기 과립을 브이믹서(VM-50 _ ㈜성창기계)의 회전 속도 분당 15회, 가동 시간은 30분을 적용하여 블랜딩을 실시하였다.The granules were blended using a V mixer (VM-50_Sungchang Machinery Co., Ltd.) at a rotation speed of 15 times per minute and an operating time of 30 minutes.
상기 블랜딩을 실시한 과립을 이용하여 dry press로 0.8kgf/㎠ 압력을 가하여 성형물을 생성한 후, 800℃로 1차 열처리를 진행하고, 1350 ~ 1400℃온도에서 1시간 2차 열처리를 진행한 후 냉각하여 샘플을 제작하였다.Using the blended granules, create a molded product by applying a pressure of 0.8kgf/cm2 using a dry press, then perform a first heat treatment at 800°C, a second heat treatment for 1 hour at a temperature of 1350 to 1400°C, and then cool. A sample was produced.
강도측정은 강도시험기(DTU-900 MHA, Daekyung tech, Korea)를 이용하여 3점 휨강도를 측정하며, 기공률은 아르키메데스 원리를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The strength was measured by measuring the three-point bending strength using a strength tester (DTU-900 MHA, Daekyung tech, Korea), and the porosity was measured using Archimedes' principle, and the results are shown in Table 2 below.
비교예 1 : 블랜딩 단계 미적용Comparative Example 1: Blending step not applied
상기 블랜딩 단계를 실시하지 않은 과립을 이용하여 dry press로 0.8kgf/㎠ 압력을 가하여 성형물을 생성한 후, 800℃로 1차 열처리를 진행, 1350℃ ~ 1400℃온도에서 1시간 동안 2차 열처리를 진행한 후 냉각하여 샘플을 제작하였다.Using granules that were not subjected to the above blending step, a molded product was created by applying a pressure of 0.8kgf/cm2 using a dry press, followed by primary heat treatment at 800°C and secondary heat treatment at 1350°C to 1400°C for 1 hour. After processing, the sample was produced by cooling.
강도측정은 강도시험기(DTU-900 MHA, Daekyung tech, Korea)를 이용하여 3점 휨강도를 측정하며, 기공률은 아르키메데스 원리를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The strength was measured by measuring the three-point bending strength using a strength tester (DTU-900 MHA, Daekyung tech, Korea), and the porosity was measured using Archimedes' principle, and the results are shown in Table 2 below.
상기 표 2에 나타난 값으로 알 수 있듯이, 블랜딩 단계를 적용한 샘플에서 강도가 증가함을 알 수 있고, 기공율이 감소함을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 브이믹서를 사용한 블랜딩 단계를 거치면서 과립이 크기별로 고르게 섞여 높은 적층 밀도로 소결되어 강도가 증가하고, 기공율이 감소한 것으로 해석된다.As can be seen from the values shown in Table 2 above, it can be seen that the strength increases and the porosity decreases in the samples to which the blending step was applied. This is interpreted as the fact that through the blending step using the V-mixer of the present invention, the granules were evenly mixed by size and sintered at a high stacking density, thereby increasing strength and decreasing porosity.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.As described above, the specific description of the present invention has been made based on examples with reference to the accompanying drawings, but since the above-described embodiments are only explained by referring to preferred examples of the present invention, the present invention is limited to the above embodiments. It should not be understood, and the scope of rights of the present invention should be understood in terms of the claims and equivalent concepts described later.
Claims (4)
볼 밀링을 적용하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조 단계;
로터리 아토마이저가 적용된 스프레이 드라이어에 상기 슬러리를 투입하여 건조 및 과립을 생성하는 건조 단계;
상기 과립을 브이믹서에 투입하여 섞어주는 블랜딩 단계;
상기 블랜딩 단계를 거친 상기 과립을 필터 형상으로 성형물을 생성하는 성형 단계; 및
상기 성형물에 열을 가하여 처리하는 소성 단계;
를 포함하고
상기 원료는 무기물, 분산제, 물 및 유기물을 포함하는, 다공성 세라믹 필터 제조방법.
Raw material preparation stage;
A slurry manufacturing step of manufacturing a slurry by applying ball milling;
A drying step of drying and producing granules by putting the slurry into a spray dryer equipped with a rotary atomizer;
A blending step of mixing the granules in a V-mixer;
A molding step of producing a molded product in a filter shape from the granules that have undergone the blending step; and
A firing step of processing the molded product by applying heat;
includes
A method of manufacturing a porous ceramic filter, wherein the raw materials include inorganic substances, dispersants, water and organic substances.
상기 원료는, 상기 원료 100 중량부를 기준으로,
상기 무기물 60.6~62.9 중량부;
상기 분산제 0.8~1.0 중량부;
상기 물 30.0~31.5 중량부; 및
상기 유기물 6.3~6.9 중량부;
를 포함하되,
상기 무기물은 알루미나, 활석, 점토, 및 석회석을 포함하고,
상기 분산제는 폴리 카르복실산 암모늄염을 포함하는, 다공성 세라믹 필터 제조방법.
In claim 1,
The raw materials are based on 100 parts by weight of the raw materials,
60.6 to 62.9 parts by weight of the inorganic material;
0.8 to 1.0 parts by weight of the dispersant;
30.0 to 31.5 parts by weight of water; and
6.3 to 6.9 parts by weight of the organic material;
Including,
The minerals include alumina, talc, clay, and limestone,
A method of manufacturing a porous ceramic filter, wherein the dispersant includes ammonium polycarboxylic acid salt.
상기 블랜딩 단계는 상기 브이믹서의 10~20회/min의 회전 속도, 및 가동 시간 20~30분 조건으로 수행되는, 다공성 세라믹 필터 제조방법.
In claim 2,
The blending step is performed under the conditions of a rotation speed of the V-mixer of 10 to 20 times/min and an operation time of 20 to 30 minutes.
상기 슬러리 제조 단계에서 상기 볼 밀링에 사용되는 볼은 3~5mm 사이즈의 스테인리스 스틸 볼이 적용되는, 다공성 세라믹 필터 제조방법.
In claim 3,
A method of manufacturing a porous ceramic filter in which the ball used for ball milling in the slurry production step is a stainless steel ball with a size of 3 to 5 mm.
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KR102555516B1 (en) | 2023-07-13 |
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