NL9000009A - Keramisch filter voor het filtreren van metaalsmelten. - Google Patents

Description

Keramisch filter voor het filtreren van metaalsmelten

De uitvinding betreft een keramisch filter met een opencellige schuimstructuur op basis van hoogsmeltende keramiek voor het filtreren van metaalsmelten, met twee tegenoverliggende, dwars op de doorstroomrichting van de metaal-smelt verlopende doorstroomvlakken en ten minste één zich in hoofdzaak in de doorstroomrichting uitstrekkend zijvlak, waarbij een organisch schuimstofmateriaal met een hoog visceuse keramische brij geïmpregneerd is, na drogen het schuimstofmateriaal door verhitting verwijderd is en het overblijvende keramische materiaal gebrand, alsmede eventueel een oppervlakte nabehandeling met vuurvastmateriaal, na het drogen, plaatsgevonden heeft, alsmede op een werkwijze voor de vervaardiging daarvan.

Dergelijke keramische filters zijn reeds lang bekend en worden met goed resultaat in gieterijen gebruikt om verontreinigingen zoals slakken, zand en vuurvaste materialen zoveel mogelijk uit de te vervaardigen gietdelen te houden.

Keramische filters met opencellige schuimstructuur worden normaliter door doordrenken met organische schuim-stof, zoals polyurethaanschuim, met een laag visceuse keramische brij of door doordrenken met een hoog viscose brij en uitpersen van het overschot aan brij via walsen-paren vervaardigd. Bij de toepassing van een laag visceuse brij verkrijgt men een gelijkmatige verdeling van het keramische materiaal over het schuim. Bij toepassing van een hoog visceuse brij kunnen naar gelang de stuikhardheid van de schuim, de instelling van de walsen en de geaardheid van de brij ophopingen van de brijmassa in het inwendige of op de evenwijdige aan de transportrichting door de walsenverlopende zijden ontstaan.

Opdat de filterwerking gewaarborgd is, moet het filter een grote betrouwbaarheid met betrekking tot de thermische en mechanische eigenschappen ten opzichte van het vloeibare metaal hebben. Bij bekende filters leidt dit - afhankelijk van de belasting - bij een bepaald procentueel aandeel steeds weer tot breuk en erosie van de keramiek in het vloeibare metaal. Dit treedt in het bijzonder in het bereik van de zich in hoofdzaak in de doorstroomrichting van de metaalsmelt uitstrekkende zijvlakken, ook wanneer zich in hun bereik een vermeerderde metaalverzameling door dienovereenkomstig walsen bevindt, alsmede aan naar buiten open holle ruggen van de schuim-s truc tuur op·. Deze laatste ontstaan, doordat bij het impregneren van de schuimstof een deel van de brij bij het transport van het geïmpregneerde schuim weer afgegeven wordt en bij het uitbranden van de schuimstof de daarbij optredende dampdruk aan de geëxponeerde celruggen min of meer tot sleufvormige openingen leidt.

Uit WO 82/03339 is een keramisch filter met opencel-lige schuimstructuur op basis van hoogsmeltende keramiek bekend, dat door impregneren van een organisch schuimstof-materiaal met een hoog visceuse keramische brij, drogen, verhitten voor het verwijderen van het schuimstofmateriaal en calcineren verkregen wordt. Overtollige brij wordt na het doordrenken van de schuimstof verwijderd, doordat de geïmpregneerde schuimstof door een systeem van walsen-paren vervoerd wordt. Bovendien kunnen aan de oppervlakken van het filter liggende geëxponeerde celruggen tegen afbreken beveiligd worden, doordat de gedroogde, geïmpregneerde schuimstof bovendien aan het oppervlak aan een verder impregneren met een keramische brij onderworpen wordt. Hierdoor wordt gelijktijdig de temperatuursbesten-digheid van het filter verhoogd. Dit naimpregneren is echter enerzijds in zoverre nadelig, dat als gevolg hiervan niet alleen de geëxponeerde celruggen, doch ook de daaronder liggende bereiken van het filter dat van een extra brijlaag voorzien worden, welke de doorlaatbaarheid van het filter benadeelt, en leidt anderzijds niet tot een voor vele toepassingsgevallen voldoende stevigheid en wel in het bijzonder bij grotere valhoogtes van de metaal-umelt, zodat steeds nog relatief vaak breuken en erosie optreden.

Doel van de uitvinding is dus, een keramisch filter van het bovenomschreven type te verschaffen, dat een verhoogde mechanische en thermische stabiliteit ten opzichte van metaalsmelten bezit.

Dit probleem wordt opgelost, doordat het zijvlak, respectievelijk de zijvlakken in de omtreksrichting totaal van een gesloten laag uit vuurvast materiaal met een diepte van 0,5 tot 3 mm voorzien is of zijn.

Hierdoor wordt bereikt dat de filters in het bereik van de rondomlopende zijvlakken een gesloten frame hebben. In het bijzonder worden hierbij de vrije celruggen aan de doorstroomvlakken door een bekleding afgesloten, welke de poreusiteit van het filter niet benadeelt.

In het bereik van de rondomlopende zijvlakken (in het geval van een filter met rond of ovaal grondvlak is slechts een rondomlopend zijvlak aanwezig) van de schuim-stof van het in afmetingen van het te vervaardigen filter aanwezige organische schuim wordt zoveel materiaal met vuurvaste eigenschappen in de schuimstof gebracht, dat zich in het bereik over de gehele lengte in de omtreksrichting een gesloten laag met een diepte van 0,5 tot 3 mm vormt, en een nabehandeling in de vorm van een bekleding van de vrije celruggen aan de doorstroomvlakken van de schuimstructuur vindt met een materiaal met vuurvaste eigenschappen plaats.

De bekleding van de vrije celruggen geschiedt bij voorkeur in een dikte van 0,1 tot 1 m, waarbij in het bijzonder de bekledingsmassa in een hoeveelheid van 40 tot 2 400 mg/cm opgebracht wordt.

Bij voorkeur wordt de gesloten laag aan de zijvlakken evenals de bekleding van de vrije celruggen uit de voor het impregneren gebruikte keramische brij vervaardigd.

Hiertoe gebruikte materialen zijn als zodanig bekend.

Bijvoorbeeld stoffen met een hoofdbestanddeel uit A^'Og'.

of andere zeer vuurvaste, in het bijzonder veel klei bevattende stoffen zoals sillimannit, mullit of schamotte in aanmerking. De viscositeit van de gebruikte brij ligt 4 4 bij voorkeur in het bereik van 10 tot 2.10 cps bij 20 , omw/min.. Eventueel kan in plaats van de voor het impregneren gebruikte brij voor het vervaardigen van de gesloten laag en/of de bekleding van de vrije celruggen ook een andere brij uit vuurvast materiaal danwel een in de lucht afbindend middel met vuurvaste eigenschappen zoals bijvoorbeeld waterglas, kiezelzout, hars, aluminiumfosfaat, zirkoniumoxyde-chloride, ethylsilicaat gebruikt worden.

De uitvinding wordt hierna aan de hand van de bijgevoegde afbeeldingen nader toegelicht.

Fig. 1 toont een schematische, vergrote doorsnede door een keramisch filter voor het branden.

Fig. 2a en 2b tonen een uitvoeringsvorm van een werkwijze voor het vervaardigen van een rondomlopende, gesloten laag.

Fig. 3 en 4 tonen twee uitvoeringsvormen van een werkwijze voor het vervaardigen van twee overliggende, gesloten randlagen.

F|g. 5 toont een beproevingsinrichting voor keramische filters.'

In Fig. 1 is een doorsnede van een ruw filter voor het branden weergegeven, waarbij een schuimstofframe 1 uit organisch materiaal, zoals polyurethaanschuim o.d., dat bijvoorbeeld blokvormig met vier aan elkaar grenzende rondomlopende zijvlakken twee aan twee tegenover elkaar liggende evenwijdige doorstroomvlakken 3 is, allereerst met ëen lïÖóg^ viscëüse keramische brij 4 geïmpregneerd : is. Zoals nog in detail besproken zal worden, wordt aan alle zijvlakken 2 een gesloten laag 5 met een diepte van 0,5 tot 3 mm uit vuurvast materiaal, in het bijzonder uit de ook voor het impregneren gebruikte brij, gemaakt. Bovendien worden vrije celruggen 6 aan de cborstroomvlakken 3 van een bekleding 7 uit vuurvast materiaal, in het bijzonder de ook voor het impregneren gebruikte brij, voorzien.

Na het branden is het schuimstofframe weggebrand en de brij hard geworden.

Volgens de figuren 2a en 2b kan men voor het verkrijgen van een rondomlopende, gesloten laag 5 in het bereik van de zijvlakken 2 het met de brij doordrenkte schuimstofframe 1 door middel van een stempel 8, dat hetzelfde grondvlak als het schuimstofframe 1 heeft, zover samendrukken, dat overtollige brij in het bereik van de zijvlakken 2 komt en zich ten dele op de buitenzijde in de vorm van een kraag verzamelt, zoals in fig. 2a aangeduid is. Bij het ontspannen van het schuimstofframe 1 door het lichten van het stempel 8 vormt zich een alzijdig gesloten frame uit brij, omdat de overtollige kraag uit brij aan de zijvlakken 2 zich bij het ontspannen gelijkmatig over de zijvlakken 2 verdeelt. Aansluitend wordt het geïmpregneerde schuim gedroogd en gebrand alsmede voor of na het branden van een bekleding 7 voorzien.

Zoals in fig. 3 weergegeven, kan het schuimstofframe 1 ook na het doordrenken met brij door een zich openend bandenpaar 9 gevoerd worden, waartussen het doordrenkte schuimstof frame 1 allereerst samengedrukt wordt, waardoor overtollige brij zijdelings naar buiten gedrukt wordt en aldaar een overeenstemmende kraag vormt. Bij het verder doorlopen door het bandenpaar 9 wordt het schuimstofframe 1 weer ontspannen en de schuimkraag gelijkmatig over de beide tegenover elkaar liggende zijvlakken 2 verdeeld, zodat 2 tegenover elkaar liggende, gesloten lagen 5 worden gevormd.

Volgens fig. 4 worden de gesloten lagen 5 verkregen, doordat de geïmpregneerde en gedroogde schuimstofframes 1 door middel van een horizontale transporteur 10 door een vertikaalstaand walsenpaar 11 gevoerd worden, tot op twee overliggende zijvlakken 2 in overeenstemming met het vuurvaste materiaal, brij of in de lucht afbindend materiaal, opbrengt en in de poriënstructuur tot op een gegeven diepte indrukt. Op de walsoppervlakken wordt hierbij steeds een gelijkmatige laagdikte uit op te brengen materiaal bijvoorbeeld door middel van een rakel of een walsinrichting gewaarborgd.

Deze methode voor het verkrijgen van gesloten lagen 5 kan achter die volgens fig. 3 geschakeld zijn, om alle vier zijvlakken 2 van een gesloten laag 5 te voorzien. Echter kunnen ook twee inrichtingen volgens fig. 4 met een station vóór het draaien Van de schuimstofstructuren 1 over 90° achter elkaar geschakeld zijn, om alle vier zijvlakken 2 van een gesloten laag 5 te voorzien.

In plaats daarvan kan de gesloten laag 5 echter ook zodanig verkregen worden, dat men de zijvlakken 2 van de schuimstofstructuur 1 met een laag uit schuimstof-materiaal met een geschikt aantal fijne poriën verlijmd of van een spinsel uit fijne kleefstofdraden voorziet.

Bij het impregneren met de brij blijven de kleine poriën, resp. tussenruimtes in het rondomlopende zijrandbeteik 'met brij gevuld, waardoor een rondomlopende, gesloten laag 5 wordt gevormd.

De methode volgens fig. 4 kan ook worden gebruikt om de zijvlakken 2 van een reeds gebrand filter van een gesloten laag 5 uit in de lucht afbindend materiaal met vuurvaste eigenschappen te voorzien.

Bovendien kan de methode volgens fig. 4 gebruikt worden,-om de bekleding 7 hetzij na het dragen en voor het branden in de vorm brij of na het branden in de vorm van een in de lucht afbindend materiaal met vuurvaste eigenschappen op te brengen.

lij de toepassing van schuimkeramische filters voor het filtreren van metaalsmelten zoals gietijzer (zoals ;GGL, GGG, GT Ni-resist) in het gietsysteem treedt stootsgewijs een thermische alsook een statische belasting van het filter door het aanstromende, vloeiende materiaal, op. De graad van thermische belasting is min of meer van een samenstelling en de eigenschappen van de gebrande brij afhankelijk, welke voor de vervaardiging van het keramische filter gebruikt werd.

Andere de stabiliteit beïnvloedende kenmerken zijn de oplegvlakken (tegenlagers) van het filter in de vorm alsmede de door de structuur bepaalde eigen vorm van het filter. Dit laatste kan door toepassing van de uitvinding duidelijk zonder nadelig beïnvloeden van de doorstroomsnelheid voor het vloeiende materiaal verbeterd worden.

Derhalve kan het filter volgens de uitvinding in tegenstelling tot de tot nog toe vervaardigde en veel hogere belastingen (val- en drukhoogtes) in de toepassing blootgesteld worden. Dit kan met de in fig. 5 weergegeven beproevingsinrichting bewezen worden.

De weergegeven beproevingsinrichting omvat een reservoir 12 voor het opnemen van vloeibaar materiaal, dat aan de bodemzijde door een stop 13 afgesloten is.

Onder het reservoir 12 bevindt zich een filterruimte 14 met een genormaliseerde beproevingsruimte 15, welke een te beproeven filter 16 van bijvoorbeeld een grootte van 50 mm x 50 mm x 22 mm opneemt. Tussen het reservoir 12 en de filteropneemruimte 14 bevindt zich een valbuis 13, welke bijvoorbeeld met een gedeelte 17' van voorafbepaalde lengte verlengbaar is.

De te beproeven filters 16 worden in de beproevingsruimte 15 gelegd en na het wegtrekken van de stop 13 met een voorafbepaald type en hoeveelheid ijzer belast en doorstroomd.

Volgens de uitvinding vervaardigde keramische filters van de gegeven grootte (met rondomlopende gesloten laag 5 van een dikte van 2 mm en een bekleding 7 met een dikte van 0,5 mm) werden met in hoofdzaak gelijke keramische filters, welke echter op bekende wijze slechts door impreg neren zonder laag 5 en bekleding 7 vervaardigd werden : en dus dezelfde doorstroomweerstand bezaten, onder toepassing van in fig. 5 weergegeven beproevingsinrichting en GGL als materiaal, vergeleken. Het gewichtsspectrum was bij beide filtersoorten in hoofdzaak gelijk. Bovendien werden beide filtertypes aan dezelfde warmtebehande1ing onderworpen. Het resultaat is in de hieronder volgende tabel weergegeven.

als bekend volgens de als bekend volgens ds ; vervaardigd uitvinding vervaardigd uitvinding vervaardigd vervaardigd ; :--- - - - —--—:-— —-: 1--: 1- ------

Giethoogte 450 ram ; 450 mm 527 ram 527 mm

Giettemp. °C 1440 - 1440 - 1438 - 1438 - 1379 1379 1380 1380

Aantal beproef- 5 5 5 5 . de filters daarvan gebroken 3 0 4 0 daarvan intact 2 5 1 5

Claims (16)

1. Keramisch filter met een opencellige schuimstructuur op basis van hoogsmeltende keramiek voor het filtreren van metaalsmelten, met twee tegenoverliggende, dwars op de door-stroomrichting van de metaalsmelt verlopende doorstroom-vlakken (3) en ten minste ëën zich in hoofdzaak in de door-stroomrichting uitstrekkend zijvlak (2), waarbij een organisch schuimstofmateriaal (1) met een hoog visceuse, keramische brij (4) geïmpregneerd is, na het drogen het schuim-stof (1) door verhitten verwijderd is en het overblijvende, keramische materiaal (4) gebrand, alsmede eventueel een oppervlaktenabehandeling met vuurvast materiaal na het drogen plaatsgevonden heeft, met het kenmerk, dat het zijvlak of de zijvlakken (2) in de omtreksrichting in totaal van een gesloten laag (5) met vuurvast materiaal met een diepte van 0,5 tot 3 mm voorzien is, resp. zijn.

2. Keramisch filter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vrije celruggen (6) van de schuimstructuur en de doorstroomvlakken (3) door een bekleding (7) uit vuurvast materiaal afgesloten zijn.

3. Keramisch filter volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de bekleding (7) in een dikte van 0,1 tot 1 mm opgebracht is.

4. Keramisch filter volgens één van de conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat de laag (5) en/of bekleding (7) uit vuurvast materiaal uit de voor het impregneren gebruikte keramische brij gemaakt zijn.

5. Werkwijze voor het vervaardigen van een keramisch filter volgens één van de conclusies 1 tot 4, waarbij een organisch schuim in de afmetingen van het te maken filter met een hoog visceuse brij uit hoogsmeltend keramisch materiaal geïmpregneerd, gedroogd, voor het verwijderen van het organische schuim verhit en gecalcineerd wordt, waarbij eventueel een oppervlaktenabehandeling met een materiaal met vuurvaste eigenschappen plaatsgevonden heeft, met het kenmerk, dat in het bereik van het rondomlopende zijvlak of de vlakken van de schuimstof zoveel materiaal met vuurvaste eigenschappen in de schuimstof gebracht wordt, dat in hun bereik over de gehele lengte in de om-treksrichting een gesloten laag met een diepte van 0,5 tot 3 mm op ontstaat.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de nabehandeling in de vorm van een bekleding van de vrije celruggen aan de doorstroomvlakken van de schuim-structuur met een materiaal met vuurvaste eigenschappen plaatsvindt.

7. Werkwijze volgens conclusies 5 of 6, met het kenmerk, dat de bekleding van de vrije celruggen in een dikte 2 van 0,1 tot 1 mm een 40 tot 400 mg/cm bekledingsmassa plaatsvindt.

8. Werkwijze volgens één van de conclusies 5 tot 7 met het kenmerk, dat het organische schuim na het impregneren door middel van een stempel, dat hetzelfde grondvlak als het schuim heeft, samengedrukt wordt, waarna men het schuim laat ontspannen.

9. Werkwijze volgens ëên van de conclusies 5 tot 7, met het kenmerk, dat het geïmpregneerde organische schuim voor het uitpersen van overtollige brij door een zich openend bandenpaar geleid wordt.

10. Werkwijze volgens één van de conclusies 5 tot 7, met het kenmerk, dat het aantal poriën van het organische schuim aan de rondomlopende zijvlakken zodanig verkleind wordt, dat zich aldaar bij het .impregneren een gesloten brij laag vormt.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het aantal poriën door vastplakken van schuimmateriaal en een aantal fijnere poriën overeenkomstig de laagdikte van de gesloten brij laag verkleind wordt.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het poriënaantal door het opbrengen van een spinsel uit fijne kleefstofdraden tot de rondomlopende zijvlakken verkleind wordt.

13. Werkwijze volgens één van de conclusies 5 tot 7, met het kenmerk, dat het geïmpregneerde, gedroogde en ongebrande schuim met de zijvlakken door ten minste éën vertikaalstaand walsenpaar gevoerd wordt, waardoor hoog visceuse brij opgebracht en met de voorafbepaalde diepte in de schuim gedrukt wordt.

14. Werkwijze volgens éën van de conclusies 5 tot 7, met het kenmerk, dat het gebrande filter met zijn zijvlakken door ten minste één vertikaalstaand walsenpaar gevoerd wordt, dat een in de lucht afbindend middel met vuurvaste eigenschappen opbrengt en met de voorafbepaalde diepte in het filter drukt.

15. Werkwijze volgens één van de conclusies 5 tot 14, met het kenmerk, dat het geïmpregneerde, gedroogde en ongebrande schuim door een vertikaalstaand walsenpaar gevoerd wordt en daarbij de vrije celruggen met een hoog visceuse brij bekleedt.

16. Werkwijze volgens één van de conclusies 5 tot 15, met het kenmerk, dat het gebrande filter door een vertikaalstaand walsenpaar gevoerd wordt en de vrije celruggen daarbij met een in de lucht afbindend middel met vuurvaste eigenschappen bekleed worden.