MX2008003073A - Filtro para la filtracion de metal fundido y metodos para producir tales filtros. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a un dispositivo de filtro de ceramica para la filtracion de metal fundido, que comprende una fase mayor de ceramica y una fase menor de carbono bonderizadas por bonderizacion con fosfato, a un metodo para producir tales dispositivos de filtro y al uso de tales dispositivos de filtro para la filtracion de acero fundido.

Description

FILTRO PARA LA FILTRACIÓN DE METAL FUNDIDO Y MÉTODOS PARA PRODUCIR TALES FILTROS MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere a dispositivos de filtro para la filtración de metal fundido, a un método para producir tales dispositivos de filtro y al uso de tales dispositivos de filtro para la filtración de acero fundido. Para el procesamiento de metales fundidos es conveniente remover los cuerpos extraños intermetálicos exógenos, por ejemplo de impurezas de materiales de partida, del moco, la escoria y los óxidos que se forman sobre la superficie de la masa fundida y de los elementos pequeños de materiales refractarios que se usan para formar la cámara o vasija en la cual se forma la masa fundida de metal fundido. La remoción de estos cuerpos extraños forma una masa fundida homogénea que garantiza la alta calidad de los productos, especialmente la fundición de los metales acero, hierro y aluminio. Actualmente, se usan extensamente dispositivos de filtro de cerámica debido a su alta capacidad de resistir el choque térmico extremo, debido a su resistencia a la corrosión química y su capacidad de resistir tensiones mecánicas. La producción de tales dispositivos de filtro de cerámica implica generalmente la mezcladura de polvo cerámico con aglutinantes orgánicos adecuados y agua a fin de preparar una pasta o suspensión espesa. Se usa la suspensión espesa para impregnar material alveolar de poliuretano, el cual se seca y calienta subsiguientemente a una temperatura en el intervalo de 1000 a 1700°C. Mediante este tratamiento se desprende un material combustible durante la concreción para producir un cuerpo poroso. Los documentos US-A-2,360,929 y US-1-2,752,258 pueden servir de ejemplos para el procedimiento común. Asimismo, se conoce un dispositivo de filtro de poros abiertos, que en lugar de una distribución aleatoria de pasajes irregulares de interconexión consiste en una serie de conductos paralelos que pasan a través del material, que se elabora generalmente prensando hidráulicamente un polvo cerámico húmedo y un aglutinante orgánico en un molde que contiene espigas perpendiculares. Se obtiene así una estructura perforada que puede ser en forma de disco o de bloque. Se calienta luego el artículo perforado a una temperatura en el intervalo de 1000 a 1700°C, dependiendo de la aplicación final para producir un disco perforado. Durante el calentamiento se desarrolla una bonderización cerámica y/o vitrea. El documento WO-A 1-0140414 se refiere a un material alveolar a base de carbón para su uso en varias aplicaciones, tales como construcción, procesamiento de metales o conductores. Se produce el material calentando materiales particulados de carbón en polvo en un molde bajo una atmósfera no oxidante. El documento sugiere el uso de un producto poroso a base de carbón en la filtración de metal de aluminio fundido en reemplazo de los filtros de material alveolar cerámico. Un filtro a base de carbón es sin embargo mecánicamente débil. El documento EP A2 0 251 634 describe un procedimiento para hacer cuerpos cerámicos porosos definidos con propósitos de filtración de metal, que tienen celdas emparedadas suaves formadas por los formadores de poros, y poros con bordes redondeados, que se interconectan con las celdas. Se volatizan y remueven de la cerámica los formadores de poros en el procedimientos de producción. El documento US-A-5,520,823 se refiere a dispositivos de filtro para filtrar aluminio fundido solamente. Se obtiene la bonderización usando vidrio de borosilicato. Se lleva a cabo el calentamiento en aire y se perdería una cantidad considerable de grafito debido a la oxidación por el aire. Hablando en general, los dispositivos de filtro usados para filtración de aluminio se calientan usualmente a aproximadamente 1200°C, mientras que los destinados a la filtración de hierro se calientan a las temperaturas de 1450°C y para el acero a más de 1600°C. Los dispositivos de filtro de zirconia de cerámica calentados a aproximadamente 1700°C se emplean también convencionalmente en la filtración de acero. A pesar de su uso extensamente difundido para la filtración de metales los dispositivos de filtro de cerámica de los tipos mencionados anteriormente tienen varios inconvenientes que limitan su aplicabilidad. Los dispositivos de filtro de cerámica, aunque estén precalentados, tienden a ser obstruidos por partículas de congelación al primer contacto al metal fundido. Con este propósito se usa para fundir usualmente metal fundido o sobrecalentado, que es metal a una temperatura de aproximadamente 100°C superior a la temperatura de liquidez, para evitar la obstrucción de los dispositivos de filtro. Esta práctica es extremadamente antieconómica en términos de energía y costo, y cualquier mejoramiento que reduzca la temperatura de procesamiento del metal fundido es de gran beneficio. Se han aplicado revestimientos de carbono en la técnica anterior sobre la superficie de dispositivos de filtro de cerámica para reducir la masa térmica de la parte que entra en contacto con el metal fundido. El documento EP 0 463 234 B1 ha propuesto material de termina exotérmicamente reactivo, aplicado a una superficie revestida de carbono del dispositivo de filtro de cerámica. La última solución, aunque reduce la temperatura necesaria para el flujo de metal fundido, aumenta el costo de producción de los dispositivos de filtro y limita muy estrechamente la aplicabilidad, ya que el revestimiento de Thermit® tiene que estar de acuerdo con el tipo de metal fundido para el cual se usa. De cualquier manera, el revestimiento tanto de carbono como de Thermit® sirve para superar el inconveniente de la alta masa térmica del dispositivo de filtro de cerámica, aunque no se satisface el desafio de varias desventajas adicionales. Las bonderizaciones de tipo cerámico y vitreo tienden a reemblandecerse y correrse a alta temperatura dando por resultado muy a menudo la erosión del dispositivo de filtro y la contaminación subsiguiente de la masa fundida. El agrietamiento debido al choque térmico o a la corrosión química (reductora) por la masa fundida metálica caliente es un problema con el cual se enfrenta uno a menudo con los dispositivos de filtro bonderizados con cerámica y vidrio. La necesidad de temperaturas de calentamiento extremadamente altas, especialmente en el caso de materiales cerámicos destinados a la filtración de acero, es un inconveniente severo de los dispositivos convencionales del filtro de cerámica, lo cual es aún peor cuando se considera la necesidad de material de partida cerámico de alto costo. Además, el uso de zirconia con su radiación secundaria altamente fuerte es riesgosa y debe evitarse. El documento EP 1 421 042 A1 se refiere a un dispositivo de filtro para la filtración de metal fundido que comprende una red bonderizada de carbono graficado y a su uso para la filtración de acero fundido. Sin embargo, estos filtros son relativamente débiles y adolecen de baja resistencia mecánica. El documento EP 1 511 589 A1 se refiere a un dispositivo de filtro que comprende una red bonderizada de carbón graficado para la filtración de acero fundido, caracterizado por la presencia por lo menos de dos placas de criba separadas una de otra, proveyendo en particular una cámara de depósito.

Los dispositivos de filtro de acuerdo con estos documentos tienen una resistencia mecánica limitada, la cual causa problemas durante el transporte y el uso, y limitan la capacidad de los filtros de resistir la presión de metal fundido sobre los mismos. Asimismo estos dispositivos de filtro son friables y tienden a romperse en pedazos que pueden caer al molde antes de la fundición, causando la contaminación de la pieza fundida. Estos inconvenientes han sido abordados por el documento EP 1 513 600 A1 que provee un filtro para la filtración de metal, que mejora la resistencia mecánica y la rigidez, empleando una red tridimensional de bonderizador de carbono grafitable y fibras que aglutinan el polvo cerámico. Tradicionalmente, se añaden las fibras a materiales cerámicos y mixtos a fin de mejorar la resistencia mecánica y la rigidez a los artículos. Las fibras conocidas son o bien fibras de metal, fibras orgánicas tales como fibras de poliéster, fibras de viscosa, fibras de polietileno, fibras de poliacrilonitrilo (PAN), fibras de aramida, fibras de poliamida, etc., o fibras cerámicas tales como fibras de aluminosilicato, fibras de alúmina o fibras de vidrio, o fibras de carbono; las fibras de carbono pueden consistir en 100% de carbono. El documento US-A1 -4265659 se refiere por ejemplo a un filtro con resistencia mejorada mediante la adición de fibras cerámicas a la suspensión espesa. Filtros de alúmina bonderizados con fosfato se han usado en la filtración de aluminio. El documento WO-A-82033339 se refiere a un filtro poroso de cerámica para filtrar metal aluminio. Se obtiene el filtro mediante la impregnación de un material alveolar por una suspensión espesa que comprende material particulado cerámico preferiblemente Al203 y un aglutinante. El aglutinante descrito es un aglutinante de fosfato de aluminio. El documento US 3947363 se refiere a un filtro de material alveolar cerámico a base de alúmina para la filtración de metales fundidos. El aglutinante es un aglutinante de ortofosfato de aluminio. No se pueden usar, sin embargo, estos dispositivos convencionales de filtro de alúmina para la filtración de hierro o acero por ejemplo, debido a la blandura y la baja refractoriedad de la bonderización de fosfato. Estos inconvenientes han sido abordados por el documento EP-A-159963 que provee un filtro que es adecuado para la filtración de acero fundido. Se prepara el filtro impregnando un material alveolar con una barbotina cerámica que contiene un aglutinante de fosfato, desechando por prensado la barbotina en exceso secando y quemando el material de material alveolar a una temperatura de 1660°C y mayor. De esta manera, el filtro de cerámica obtenido está esencialmente libre de fosfato, los materiales particulados cerámicos estando mutuamente concrecionados entre sí. Los dispositivos convencionales de filtro de carbono están constituidos hasta el 50% de una matriz de carbón, en la cual está incrustado el polvo cerámico, como está descrito en el documento EP 1282477 A1. Esta patente en particular sugiere controlar la atmósfera de calentamiento de los filtros bonderizados con carbono, en los cuales se inyecta aire al comienzo del calentamiento y se detiene luego hacia dentro del compartimiento de calentamiento a fin de controlar el nivel de oxígeno dentro del compartimiento del calentamiento. Tal método es muy difícil de controlar, tedioso y propenso a producir una calidad incompatible de filtros. Asimismo la experiencia práctica ha demostrado que no se pueden hacer filtros grandes, de más de 200 mm de diámetro, usando los métodos expuestos en esta patente. Además de la poca resistencia mecánica, la limitación de tamaño y la calidad incompatible, los filtros hechos de acuerdo con el documento EP 1282477 A1 adolecen también de alto índice de oxidación, debido a la presencia del alto nivel de carbono con baja resistencia a la oxidación (hasta el 50%). Por otra parte, los documentos EP 1 421 042 A1 , EP 1 511 589 A1 y EP 1 513 600 A1 exponen filtros que contienen una bonderización grafitada en cantidades de aproximadamente el 10% hasta aproximadamente el 90% de cerámica. A pesar de la diferencia de estos dos tipos de filtro, ambos adolecen de la incompatibilidad en la fabricación, debido a la dificultad de controlar la atmósfera de calentamiento, lo cual da por resultado la variación de la resistencia mecánica de un dispositivo de filtro a otro y asimismo una alta proporción de desecho. Exhiben también baja resistencia mecánica, causando problemas en el manejo y el transporte. Estos filtros adolecen también de la baja resistencia a la oxidación, especialmente los dispositivos de filtro que contienen una mayor fase de carbono, por ejemplo aproximadamente el 50% de matriz de carbón, debido a la presencia de su alto nivel de carbono oxidable. Debido a la alta contracción con el calentamiento y a la baja resistencia mecánica, los filtros hechos de acuerdo con el documento EP 1282477 A1 no se pueden producir en tamaños mayores. Los problemas de baja resistencia mecánica y friabilidad ha limitado el uso de estos tipos de filtro, debido a la renuencia de los fundidores a usar filtros más débiles que los filtros bonderizados con cerámica con los cuales están familiarizados. El objeto de la presente invención es por lo tanto abordar en conjunto los problemas descritos anteriormente, en particular para proveer dispositivos de filtro y un procedimiento de producir tales dispositivos de filtro, que sean suficientemente duros y fuertes en sentido térmico y mecánico para que se manejen sin cuidado excesivo durante el transporte por ejemplo y resistir el choque y la tensión de colar metal fundido incluyendo hierro y acero, evitando además la necesidad de sobrecalentar los metales fundidos para evitar la obstrucción de los poros, y los cuales se puedan producir y reproducir confiablemente con propiedades predeterminadas, incluso en tamaños grandes. Se han resuelto los problemas con un dispositivo de filtro para la filtración de metal fundido, que comprende una fase mayor de cerámica y una fase menor de carbono bonderizadas mediante una bonderización con fosfato. Sin desear estar restringidos por la teoría, se cree que la fase de carbono se entrelaza con la formación de la red de bonderización con fosfato, e incluye la misma, fortalece así su naturaleza de otra manera blanda a un grado que exhibe tanto alta dureza, resistencia mecánica estructural como elasticidad para resistir los desafíos de los problemas mencionados anteriormente. No se esperaba que una combinación de estos constituyentes estructurales que influyen mutuamente dieran por resultado las características sinérgicas de los dispositivos de filtro de la invención. Resulta que no es necesario calentar el filtro de la invención a alta temperatura, a la vez que es adecuado también para la filtración de acero fundido. Mayor fase de cerámica en el sentido de la presente invención significa alúmina, sílice, zirconia, zircón, magnesia, grafito, mullita, carburo de silicio, arcilla, boruros metálicos tales como diboruro de zirconio, o una combinación de los anteriores en una cantidad de por lo menos de 50 partes en peso del dispositivo de filtro. Es esencial entender que no se puede usar un filtro que contenga solamente una fase de cerámica bonderizada por bonderización con fosfato para la filtración, debido a la baja refractoriedad de la bonderización con fosfato. Por consiguiente es esencial una fase de carbono que haga adecuado el filtro para su uso en la filtración de acero. El fosfato bonderizado con filtros de fase menor de carbono de la presente invención exhibe una masa térmica relativamente baja. El resultado de esto es que no hay necesidad de sobrecalentar el metal fundido a filtrar, reduciendo el consumo de energía. La resistencia mecánica de un dispositivo del filtro de acuerdo con la invención es tan alta como la de un filtro solamente bonderizado con cerámica. Se pueden producir compatiblemente los dispositivos de filtro con estándares confiables de alta calidad. Los dispositivos de filtro son fáciles de manejar y seguros durante el transporte.

Exhiben alta resistencia a la oxidación. Debido a su mayor resistencia, se pueden producir en tamaño incluso mayor, lo que significa que están dispuestos para otras aplicaciones no provistas, por ejemplo en la filtración de acero. Preferiblemente, la fase de cerámica del dispositivo de filtro de la invención comprende o consiste en particular en alúmina, zirconia, zircón, sílice, magnesia, cualquier tipo de arcilla, talco, mica, silicio, carburo, nitro silicio y similares o una mezcla de los mismos, o grafito, en particular alúmina fundida de color café. El dispositivo de filtro de acuerdo con la invención es particularmente preferido, cuando el fosfato constituye hasta 15 partes en peso, en particular de 1 a 10 partes en peso, más específicamente 5 partes en peso. Dicha fase de carbono constituye preferiblemente hasta 15 partes en peso, en particular de 1 a 10 partes en peso, más específicamente 7 partes en peso del dispositivo de filtro de acuerdo con la invención. La fase menor de carbono comprende o consiste en particular en alquitrán líquido, alquitrán sólido, resina fenólica, coque sintético, productos de semicoque, grafito, carbón concrecionado, antracita, lignina, productos de coque concrecionados, polímeros orgánicos y una mezcla o combinaciones de los mismos. En una modalidad particularmente preferida, el dispositivo de filtro de acuerdo con la invención puede contener además fibras cerámicas y/u orgánicas.

Dichas fibras cerámicas se seleccionan preferiblemente del grupo que consiste en fibras de alúmina, fibras de sílice, fibras de aluminosilicato, fibras de carbono y mezclas de las mismas. Dichas fibras orgánicas se seleccionan preferiblemente del grupo que consiste en fibras de poliéster, fibras de poliacrilonitrilo, fibras de polietileno, fibras poliamida, fibras de viscosa, fibras de aramida y mezclas de las mismas. Añadiendo de 0.1 a 20 partes en peso, en particular de 0.2 a 10 partes en peso, más particularmente 4 partes en peso de fibras a las fórmulas de dispositivos de filtro contribuye a un mejoramiento considerable en la realización de los dispositivos de filtro. El mejoramiento se debe principalmente a un aumento de resistencia mecánica, rigidez mejorada, mayor resistencia a impactos y mejor choque térmico. El mejoramiento se manifiesta por un aumento de la capacidad de filtración, mejor integridad mecánica y menos contaminación a la pieza fundida de acero. Debido a la sobresaliente resistencia mecánica de la bonderización de fosfato en combinación con el carbono y las fibras a alta temperatura no puede tener lugar algún reblandecimiento o flexión durante el procedimiento de la pieza fundida de metal. Esto contribuye a una pieza fundida de metal a un más limpia. Los filtros bonderizados de fosfato que incluyen además una fase de carbono y fibras de acuerdo con la invención ofrecen las siguientes ventajas en comparación con los filtros bonderizados con carbono vitreo: - alta resistencia a la oxidación, - alta resistencia mecánica, - alta resistencia a impactos, - baja microporosidad, - baja superficie específica, - flexibilidad estructural, - comportamiento no quebradizo, - uso económico, - facilidad de fabricación, - calidad compatible. El inventor ha hallado que la adición de cualquiera de los tipos de fibras al fosfato banderizadas con dispositivo de filtro de fase menor de carbono causa un mejoramiento considerable adicional de la resistencia mecánica de los filtros así como un mejoramiento de la resistencia a impactos y del choque térmico. El inventor ha hallado que el efecto beneficioso de la adición de fibras depende de la cantidad de fibras, la longitud de las fibras, la naturaleza y el tipo de los dispositivos de filtro añadidos. Mientras más alto sea el nivel de fibras añadidas, más fuertes se harán los dispositivos de filtro. Sin embargo, no es conveniente un alto nivel de fibras, porque tiene un efecto negativo en la reología de la suspensión espesa. Se obtienen los mejores resultados de la incorporación de fibra de carbono, seguida por fibras cerámicas. Por otra parte, las fibras de carbono son las más caras, mientras que las fibras orgánicas son las más baratas. Las fibras orgánicas son las más económicas de usar, ya que se añaden a mucho menor nivel de fibras ya sea de carbono o cerámicas (menos de 2 partes en peso). Sin embargo, las fibras orgánicas interfieren con la reología de la suspensión espesa más que las fibras cerámicas o las de carbono. La forma de las fibras es de fibras ya sean picadas o voluminosas a añadir durante el mezclado de los ingredientes del filtro. No se requiere alguna técnica de mezclado adicional. La longitud de las fibras usada de acuerdo con la presente invención, todas en intervalo de 0.1 a 5 mm, tiene preferiblemente una longitud de 0.1 mm a 1.0 mm. En una modalidad tradicional de la presente invención se producen los dispositivos de filtro de cerámica para filtración de metal fundido en un primer procedimiento que comprende los pasos de: a) impregnar un material alveolar hecho de material termoplástico con una suspensión espesa que contenga un precursor de fosfato, una fuente de carbono, polvo cerámico opcionalmente fibras cerámicas o de carbono y opcionalmente otros aditivos, b) secar, opcionalmente seguido por una o dos impregnaciones de una suspensión espesa como la que describe en el inciso a, seguido por el secado final, c) calentar el material alveolar impregnado en la atmósfera no oxidante y/o reductora una temperatura de intervalo de 500 a 1000°C, en particular de 600°C a 900°C.

Dicho precursor de fosfato se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en ácido fosfórico, fosfato de sodio, orto- y monofosfato de aluminio, fosfato de calcio, fosfato de magnesio, sales que contengan fosfato, compuestos que contengan fosfato y mezclas de los mismos. Preferiblemente se utiliza un material alveolar termoplástico que contenga poliuretano para la producción de dispositivos de filtro de acuerdo con la presente invención. Es ventajoso mezclar fibras si es necesario y una fuente de carbono antes de impregnar el material alveolar con polvo cerámico, agua, aglutinante orgánico y aditivos para el control de la reología, los cuales en una modalidad de la invención pueden estar presentes en una cantidad hasta de 2 partes en peso, preferiblemente en el intervalo de 0.1 a 2 partes en peso. En otra modalidad de la presente invención se produce un segundo tipo de filtro de cerámica mediante un procedimiento que comprende los pasos de a) prensar una mezcla semihúmeda que comprenda precursor de fosfato, fuente de carbono, polvo cerámico y opcionalmente otros aditivos que incluyan fibras de una prensa hidráulica, b) prensar la mezcla, dándole la forma de disco o bloque, c) perforar la mezcla prensada del paso b) en pasos combinados o separados, d) calentar el artículo perforado del paso c) en atmósfera no oxidante y/o reductora a una temperatura en el intervalo de 500°C a 1O00°C, en particular de 600° a 900°. La fuente de la base de carbono es preferiblemente un alquitrán sólido de alto punto de fusión (HMP), porque que ofrece propiedades óptimas con respecto a facilidad de trabajo, costo y calidad el producto. Sin embargo, se debe hacer notar que se puede usar también otra fuente de carbono para producir materiales de fuente de carbono de acuerdo con la presente invención, tales como resinas sintéticas o naturales, grafito, coque, polímeros y carbono cocrecionable, siempre que dé una fase de carbono. La elección de la fase de carbono está determinada por sus aspectos de salud y seguridad el nivel de materiales volátiles durante el calentamiento, el rendimiento del carbono, la compatibilidad con otros constituyentes, la compatibilidad con el agua, costo, etc. Es preferible seleccionar una fuente de carbono que dé alto rendimiento de carbono, tenga baja absorción de agua, sea libre de la contaminación del medio ambiente, seguro de manejar y usar, de bajo costo y compartible con el agua. En modalidades adicionales de la presente invención estos procedimientos usan una suspensión espesa (para la producción de un fosfato bonderizado con un filtro fase de carbono del primer tipo) o una mezcla semihúmeda (para la producción del fosfato bonderizado con un filtro de cerámica de fase de carbono del segundo tipo que comprende: precursor de fosfato en la cantidad de 1 a 15 partes en peso, fuente de la fase de carbono en la cantidad de 5 a 90 partes en peso, cerámica, en particular polvo de alúmina en la cantidad de 5 a 90 partes en peso, material de antioxidación en la cantidad de 0 a 80 partes en peso, fibras en la cantidad de 0 a 20 partes en peso, aglutinante orgánico en la cantidad de 0 a 10, en particular de 0.2 a 2 partes en peso, y agente de dispersión en la cantidad de 0 a 4, en particular de 0.1 a 2 partes en peso. Se añade agua en una cantidad que se requiera. Para el propósito de la preparación de la suspensión espesa, son necesarias de 15 a 40 partes en peso de agua, dependiendo de la naturaleza de los materiales llenadores cerámicos y la fuente de la fase de carbono. Para la mezcla semihúmeda usada para prensar, el agua es necesaria en una cantidad de 2 a 10 partes en peso, dependiendo de la naturaleza de los materiales llenadores cerámicos y la fuente de la fase de carbono. El polvo cerámico puede comprender o consiste preferiblemente en alúmina, particularmente alúmina fundida de color café, zirconia, zircón, sílice, magnesia, cualquier tipo de arcilla, talco, mica, silicio, carburo, nitruro de silicio y similares o una mezcla de los mismos.

Los materiales de antioxidación preferidos de acuerdo con la presente invención son polvo metálico, tal como acero, hierro, bronce, silicio, magnesio, aluminio, boro, boruro de zirconio, boruro de calcio, boruro de titanio y similares, y/o fritas vitreas que contengan de 20 a 30 partes en peso de óxido bórico. Los aglutinantes orgánicos que se prefieren de acuerdo con la presente invención son aglutinantes crudos, tales como alcohol polivinílico (PVA), almidón, goma arábiga, azúcar o similares o cualquier combinación de los mismos. Se pueden añadir estos aglutinantes para mejorar las propiedades mecánicas de los dispositivos de filtro durante el manejo antes de calentar. Se puede usar también almidón o goma arábiga como agente de espesamiento. Los agentes de dispersión preferidos de acuerdo con la presente invención son Despex®, ligninsulfonato o similares o cualquier combinación de los mismos que ayuden a reducir el nivel de agua en la suspensión espesa y a mejorar la reología. En una modalidad adicional de la presente invención la suspensión espesa o mezcla semihúmeda puede comprender un plastificador, tal como polietilenglicol (peso molecular preferido: 500 a 10000) en el intervalo de 0 a 2 partes en peso, preferiblemente de 0.5 a una parte en peso, y/o un agente antiespumante tal como antiespumante de silicio en el intervalo de 0 a 1 parte en peso, preferiblemente de 0.1 a 0.5 partes en peso.

El filtro de la presente invención es también adecuado para la filtración de acero fundido, a causa de sus propiedades sobresalientes. Se ilustra la invención más detalladamente con los siguientes ejemplos: Como alquitrán sólido de alto punto de fusión (HMP) grafitable se usó un alquitrán sólido de alquitrán mineral que tiene una temperatura de transición de vidrio de 210°C, un valor de cocción del 85%, un valor de ceniza del 0.5% que es comercialmente obtenible como un polvo fino.

EJEMPLO 1 Filtros de acuerdo con el primer tipo Se cortó una material alveolar de poliuretano al tamaño requerido y se impregnó con una suspensión espesa que comprendía: polvo de alúmina 88 partes en peso (p/p), fosfato de aluminio 5 p/p, carbono (HMP) 7 p/p, aglutinante orgánico PVA 1.0 p/p, desfloculante Despex® 0.2 p/p, derivados de silicio de agente antiespumante Órgano 0.1 p/p, y agua. Se impregnó el filtro ya sea manualmente o con una máquina que contenía rodillos usados para este propósito. Después de la impregnación se secó el filtro usando aire caliente y/o una secadora de microondas. Se aplicó un revestimiento adicional con una pistola de aire de aspersión. Se secó una vez más el dispositivo de filtro y se transfirió a un horno y se calentó en atmósfera inerte a una temperatura en el intervalo de 600°C a 900°C durante 20 a 120 min a un régimen de calentamiento en un intervalo de 1 °C/min a 10°C/min. Dicho dispositivo de filtro tenía un módulo de ruptura de 1 MPa. Mientras más pesado es el filtro, más alta es la resistencia. El dispositivo de filtro era significantemente más ligero que los hechos solamente de material bonderizado con cerámica o vidrio. Fue también significativamente más barato. Durante pruebas de campo se halló que no se requiere algún sobrecalentamiento cuando se usa este filtro, ya que se generó calor adicional como resultado del contacto de metal fundido con el dispositivo de filtro (reacción exotérmica).

EJEMPLO 2 Se prepararon filtros de acuerdo con el ejemplo 1 , con una suspensión espesa que comprendía: polvo de alúmina 84 partes en peso (p/p), fosfato de aluminio 5 p/p, carbono (HMP) 7 p/p, aglutinante orgánico PVA 1.0 p/p, desfloculante Despex® 0.2 p/p, derivados de silicio de agente antiespumante Órgano 0.1 p/p, fibras de carbono 4 p/p, y agua. Dicho dispositivo de filtro tiene un módulo de ruptura incrementado con respecto al filtro del ejemplo 1. Se ha medido un módulo de obtura mayor a 3 MPa. Durante pruebas de campo se halló que no se requería algún sobrecalentamiento cuando se usa este filtro, ya que se había generado calor adicional como resultado del contacto del metal fundido con el dispositivo de filtro (reacción exotérmica). Dependiendo del contenido de fibra, se puede medir un módulo de ruptura hasta de 6 MPa.

EJEMPLO 3 Filtro de acuerdo con el segundo tipo Se preparó una mezcla de acuerdo con el ejemplo 1 que comprendía 4 p/p en una mezcladora Hobart o Eirich. La finalidad del procedimiento de mezclado era hacer una mezcla semihúmeda y homogénea. Se estabilizó por reposo la mezcla durante 24 horas antes del prensado. Se puso un peso predeterminado de la mezcla en un molde de acero que contenía espigas verticales como se describe en el documento EP 1 511 589 A1. El pensado de la mezcla produjo un artículo perforado. Se removió luego este articulo perforado del molde, se secó y se calentó en una atmósfera no oxidante o reductora a una temperatura de 900°C durante 1 hora con régimen de calentamiento de 2°C/min.

Claims (19)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un dispositivo de filtro para la filtración de metal fundido, que comprende una fase mayor de cerámica y una fase menor de carbono bonderizadas por bonderización con fosfato.

2.- El dispositivo de filtro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la fase de cerámica comprende alúmina, zirconia, zircón, sílice, magnesia, cualquier tipo de arcilla, talco, mica, silicio, carburo, nitruro de silicio y una mezcla de los mismos.

3.- El dispositivo de filtro de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque la fase de cerámica comprende alúmina fundida de color café.

4.- El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque dicho fosfato constituye hasta 15 partes en peso, en particular de 1 a 10 partes en peso, más específicamente 5 partes en peso.

5.- El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado además porque dicha fase de carbono constituye hasta 15 partes en peso, en particular de 1 a 10 partes en peso, más específicamente 7 partes en peso.

6.- El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque contiene adicionalmente fibras cerámicas y/u orgánicas.

7.- El dispositivo de filtro de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque dichas fibras cerámicas están seleccionadas del grupo que consiste en fibras de alúmina, fibras de sílice, fibras de aluminosilicato, fibras de carbono y mezclas de las mismas.

8.- El dispositivo de filtro de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque las fibras orgánicas están seleccionadas del grupo que consiste en fibras de poliéster, fibras de poliacrilonitrilo, fibras de polietileno, fibras de poliamida, fibras de viscosa, fibras de aramida y mezclas de las misma.

9.- El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado además porque contiene una cantidad de 0.1 a 20 partes, en particular de 0.2 a 10 partes en peso de dichas fibras, más preferiblemente 4 partes en peso.

10.- El dispositivo de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado además porque la longitud de las fibras está en el intervalo de 0.1 mm a 5 mm, preferiblemente de 0.1 mm a 1 mm.

11.- Un método para producir dispositivos de filtro de cerámica para la filtración de metal fundido, que comprende los pasos de a) impregnar un material alveolar hecho de material termoplástico con una suspensión espesa que contiene un precursor de fosfato, un precursor de fase de carbono, un polvo cerámico, opcionalmente fibras y opcionalmente otros aditivos, b) secar, opcionalmente seguido por una o dos impregnaciones de la misma suspensión espesa, seguido por el secado final, c) calentar el material alveolar impregnado en la atmósfera no oxidante y/o reductora a una temperatura en el intervalo de 500 a 1000°C, en particular de 600°C a 900°C.

12.- El método de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque se selecciona dicho precursor de fosfato del grupo que consiste en ácido fosfórico, fosfato de sodio, orto- y monofosfato de aluminio, fosfato de calcio, fosfato de magnesio, sales que contengan fosfato, compuestos que contengan fosfato y mezclas de los mismos.

13.- El método de conformidad con la reivindicación 11 ó 12, caracterizado además porque se convierte dicho precursor de fase de carbono por lo menos en parte o por completo a una fase estable de carbono.

14.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado además porque se utiliza un material alveolar termoplástico que contiene poliuretano.

15.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado además porque se mezcla el precursor de fosfato y el precursor de fase de carbono con fibras, polvo cerámico, agua, aglutinante orgánico y aditivos para el control de la reología antes de impregnar el material alveolar.

16.- Un método para producir dispositivos de filtro de cerámica para la filtración de metal fundido, que comprende los pasos de a) prensar una mezcla semihúmeda que comprende el precursor de fosfato, precursor de fase de carbono, polvo cerámico y opcionalmente otros aditivos que incluyen fibras en una prensa hidráulica, b) prensar la mezcla, dándole forma de disco o bloque, c) perforar la mezcla prensada del paso b) en pasos combinados o separados, d) calentar el artículo perforado del paso c) en la atmósfera no oxidante y/o reductora a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 500°C a 1000°C, en particular de 600°C a 900°C.

17.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado además porque se usa grafito, coque, alquitrán sólido, particularmente alquitrán sólido de alto punto de fusión (HMP) y/o resina, como la fuente de fase de carbono.

18.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado además porque se usa una suspensión espesa o una mezcla semihúmeda que comprende: precursor de fosfato en una cantidad de 1 a 15 partes en peso, fuente de fase de carbono en una cantidad de 5 a 90 partes en peso, polvo cerámico en una cantidad de 5 a 90 partes en peso, material de antioxidación en una cantidad de 0 a 80 partes en peso, fibras en una cantidad de 0 a 20 partes en peso, aglutinante orgánico en una cantidad de 0 a 10, en particular de 0.2 a 2 partes en peso, y agente de dispersión en una cantidad de 0 a 4, en particular de 0.1 a 2 partes en peso.

19.- El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque dicho polvo cerámico comprende o consiste preferiblemente en alumina, particularmente alumina fundida de color cafe, zirconia, zircon, sílice, magnesia, cualquier tipo de arcilla, talco, mica, silicio, carburo, nitruro de silicio y una mezcla de los mismos 20 - El método de conformidad con la reivindicación 18 ó 19, caracterizado ademas porque se usan polvos metálicos, tales como acero, hierro, bronce, silicio, magnesio, aluminio, boro, boruro de zirconio, boruro de calcio, boruro de titanio y similares, y/o fritas de vidrio que contienen de 20 a 30 partes en peso de oxido bórico, como el material de antioxidacion 21 - El método de conformidad con las reivindicaciones 18 a 20, caracterizado ademas porque se usa un aglutinante crudo, tal como PVA, almidón, gomas, azúcar o una combinación de los mismos, como el aglutinante orgánico 22 - El método de conformidad con las reivindicaciones 18 a 21 , caracterizado ademas porque se usa ligninsulfonato como el agente de dispersión 23 - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 22, caracterizado además porque se usa una suspensión espesa o una mezcla semihumeda que comprende adicionalmente un plastificante en la cantidad de 0 a 2 partes en peso y/o un agente antiespumante en una cantidad de 0 a 1 parte en peso 24 - El uso de los dispositivos de filtro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, para la filtración de acero fundido