NO175874B

NO175874B -

Info

Publication number: NO175874B
Application number: NO900129A
Authority: NO
Priority date: 1989-01-11
Filing date: 1990-01-10
Publication date: 1994-09-12
Also published as: PT92846A; FR2641475A1; IT1238156B; ZA90198B; JPH02229515A; GB9000617D0; FI900143A; ES2019014A6; BR9000098A; SE9000055L; NO175874C; GB2227185B; FR2641475B1; AR243093A1; DD291480A5; HU900107D0; YU250189A; BE1002969A5; IL92973A0; ATA288689A

Description

Oppfinnelsen angår et keramikkfilter for filtrering The invention relates to a ceramic filter for filtration

av metallsmelter,i henhold til krav l's ingress . of metal melts, in accordance with requirements l's preamble.

Slike keramikkfiltere har lenge vært kjent og blir anvendt i støperier med godt resultat for å holde for-urensninger, som slagger, sand og ildfaste materialer, Such ceramic filters have long been known and are used in foundries with good results to keep impurities, such as slag, sand and refractory materials,

vekk fra støpedelene som skal fremstilles. away from the castings to be produced.

Keramikkfiltere med skumstruktur med åpne celler blir vanligvis ferdigfremstilt ved impregnering av organisk skumstoff, f.eks. polyurethanskum, med et keramikkslam med lav viskositet eller ved impregnering med et slam med høy viskositet og utpressing av slamoverskuddet over valsepar. Når et slam med lav viskositet anvendes, fås en jevn for-deling av keramikkmaterialet over skummet. Når et slam med høy viskositet anvendes, kan alt efter skummets kom-presjonshardhet valseinnstillingen og slammets r.eologi opphopninger av slammasse dannes i det indre eller på de sider som forløper parallelt med transportretningen gjennom valsene. Ceramic filters with a foam structure with open cells are usually ready-made by impregnation with organic foam, e.g. polyurethane foam, with a low-viscosity ceramic slurry or by impregnation with a high-viscosity slurry and squeezing the excess slurry over a pair of rollers. When a low-viscosity slurry is used, an even distribution of the ceramic material over the foam is achieved. When a slurry with a high viscosity is used, depending on the compression hardness of the foam, the roller setting and the rheology of the slurry, accumulations of sludge mass can form in the interior or on the sides that run parallel to the direction of transport through the rollers.

For å sikre filtervirkningen må filteret oppvise en høy pålitelighet hva gjelder de termiske og mekaniske egenskaper overfor det flytende metall. For en viss prosentuell andel av kjente filtere forekommer, avhengig av be-lastningen, stadig brudd og erosjon av keramikken i det flytende metall. Dette inntrer spesielt innen området for sideflatene som strekker seg i det vesentlige i metall-r smeltens gjennomstrømningsretning, også når en øket material-ansamling på grunn av tilsvarende valsing befinner seg i sideflatenes område, såvel som på utad åpne hulkanaler i skumstrukturen. Det sistnevnte oppstår derved at når skum-stof fet impregneres, blir endel av slammet igjen fjernet ved transporten av de impregnerte skum, og når skumstoffet utbrennes, fører det derved dannede damptrykk til mer eller mindre slisseformige åpninger på de eksponerte cellesteg. To ensure the filter effect, the filter must show a high reliability in terms of the thermal and mechanical properties towards the liquid metal. For a certain percentage of known filters, depending on the load, constant breakage and erosion of the ceramic in the liquid metal occurs. This occurs in particular in the area of the side surfaces which extend essentially in the flow direction of the metal-r melt, also when an increased material accumulation due to corresponding rolling is in the area of the side surfaces, as well as on outwardly open hollow channels in the foam structure. The latter occurs because when the foam material is fat impregnated, part of the sludge is again removed during the transport of the impregnated foam, and when the foam material burns out, the steam pressure created thereby leads to more or less slot-shaped openings on the exposed cell steps.

Fra WO 82/03339 er et keramikkfilter med skumstruktur med åpne celler på basis av høytsmeltende keramikk kjent, hvor filteret fremstilles ved impregnering av et organisk skumstoffmateriale med et keramikkslam med høy viskositet, tørking, oppvarming for å fjerne skumstoff-. materialet og kalsinering. Overskudd av slam blir fjernet efter gjennomimpregneringen av skumstoffet idet det impregnerte skumstoff føres gjennom et system av valsepar. I tillegg kan eksponerte cellesteg som ligger på filterets over-flate, sikres mot brudd idet det tørkede, impregnerte skumstoff i tillegg utsettes for en ytterligere impregnering med et keramisk slam på overflaten. Derved blir samtidig filterets temperaturbestandighet øket. Denne efterimpreg-nering er imidlertid på den ene side ugunstig forsåvidt som på grunn av denne ikke bare de eksponerte cellesteg, From WO 82/03339, a ceramic filter with a foam structure with open cells on the basis of high-melting ceramics is known, where the filter is produced by impregnating an organic foam material with a ceramic slurry of high viscosity, drying, heating to remove the foam. the material and calcination. Excess sludge is removed after the foam has been thoroughly impregnated as the impregnated foam is passed through a system of roller pairs. In addition, exposed cell steps which lie on the surface of the filter can be secured against breakage as the dried, impregnated foam material is additionally exposed to a further impregnation with a ceramic sludge on the surface. Thereby, the temperature resistance of the filter is increased at the same time. This after-impregnation is, however, on the one hand unfavorable insofar as because of this not only the exposed cell steps,

men også de områder av filteret som ligger under disse, but also the areas of the filter that lie below these,

blir forsynt med en ytterligere slampåføring som uheldig påvirker filterets gjennomtrengelighet, og på den annen side fører den ikke til en fasthet som er tilstrekkelig for flere anvendelsestilfeller, og nærmere bestemt spesielt ved større fallhøyder for meta11smeiten, slik at det fremdeles forholdsvis hyppig oppstår brudd og erosjon. is provided with an additional sludge application which adversely affects the permeability of the filter, and on the other hand it does not lead to a firmness which is sufficient for several application cases, and more specifically especially at greater drop heights for the metal forge, so that breakage and erosion still occur relatively frequently .

Det tas derfor ved oppfinnelsen sikte på å frem-skaffe et keramikkfilter i henhold til krav l's ingress som har en øket mekanisk og termisk stabilitet overfor metallsmelter. The invention therefore aims to produce a ceramic filter according to claim 1's preamble which has an increased mechanical and thermal stability against metal melts.

Denne oppgave løses i overensstemmelse med krav l's karakteriserende del. This task is solved in accordance with requirement 1's characterizing part.

Derved oppnås det at filterne oppviser en lukket ramme innen området for de omløpende sideflater. Spesielt blir derved de frie cellesteg lukket på gjennomstrømnings-flåtene ved hjelp av et sjikt som ikke uheldig påvirker filterets porøsitet. Thereby, it is achieved that the filters exhibit a closed frame within the area of the surrounding side surfaces. In particular, the free cell steps are thereby closed on the flow-through rafts by means of a layer which does not adversely affect the porosity of the filter.

Innen området for de omløpende sideflater (i til-felle av et filter med rund eller oval grunnflate foreligger bare én omløpende sideflate) av skumstoffet for det organiske skum som foreligger med dimensjonene for filteret som skal fremstilles, blir så mye materiale med ildfaste egenskaper bragt inn i skumstoffet at det i sideflatenes område over hele lengden i omfangsretningen fås et lukket sjikt med en dybde av 0,5-3 mm, og en etterbehandling i form av en belegning av de frie cellesteg på skumstrukturens gjennom- Within the area of the surrounding side surfaces (in the case of a filter with a round or oval base there is only one surrounding side surface) of the foam material for the organic foam that exists with the dimensions of the filter to be produced, as much material with refractory properties is brought in in the foam material that a closed layer with a depth of 0.5-3 mm is obtained in the area of the side surfaces over the entire length in the direction of the scope, and a finishing treatment in the form of a coating of the free cell steps on the through-

strømningsflater blir foretatt med et materiale med ild- flow surfaces are made with a material with fire-

faste egenskaper. fixed properties.

Belegningen av de frie cellesteg utføres fortrinnsvis med en tykkelse på 0,1-1 mm, hvorved spesielt belegnings-massen påføres i en mengde av 40-400 mg/cm 2. The coating of the free cell steps is preferably carried out with a thickness of 0.1-1 mm, whereby the coating mass in particular is applied in an amount of 40-400 mg/cm 2 .

Det lukkede sjikt på sideflatene såvel som belegget for de frie cellesteg blir fortrinnsvis fremstilt fra keramikkslammet.som anvendes for impregneringen. Materialer som anvendes for dette, er i og for seg kjente. Spesielt kommer stoffer med en høy hovedbestanddel av A^O^ eller andre høyildfaste stoffer, spesielt stoffer med høyt aluminium-oxydinnhold, som sillimanitt, mullitt eller sjamotte, på The closed layer on the side surfaces as well as the coating for the free cell steps is preferably produced from the ceramic slurry which is used for the impregnation. Materials used for this are known in and of themselves. In particular, substances with a high main component of A^O^ or other highly refractory substances, especially substances with a high aluminum oxide content, such as sillimanite, mullite or chamotte, appear on

tale. Det anvendte slams viskositet ligger med fordel innen området fra 10 4 til 2.10 4 cPs ved 20 r/min. Likeledes kan istedenfor slammet som anvendes for impregneringen, også et annet slam av ildfast materiale eller et middel som bindes i luft og har ildfaste egenskaper, som for eksempel vann-glass, silikasol, harpikser, aluminiumfosfater, zirkonium-oxyklorid eller ethylsilikat, anvendes for fremstillingen av det lukkede sjikt og/eller belegningen av de frie cellesteg. speech. The viscosity of the sludge used is advantageously in the range from 10 4 to 2.10 4 cPs at 20 r/min. Similarly, instead of the sludge used for the impregnation, another sludge of refractory material or an agent that binds in air and has refractory properties, such as water glass, silica sol, resins, aluminum phosphates, zirconium oxychloride or ethyl silicate, can also be used for the production of the closed layer and/or the coating of the free cell steps.

Oppfinnelsen er nedenfor nærmere forklart ved hjelp The invention is explained in more detail below with help

av de vedføyede figurer. of the attached figures.

Fig. 1 viser et skjematisert, forstørret, utsnitt's-vist snitt gjennom et keramikkfilter før brenningen. Fig. 2a og 2b viser en utførelsesform av en frem-gangsmåte for fremstilling av et omløpende lukket sjikt. Fig. 3 og 4 viser to utførelsesformer av en frem-gangsmåte for fremstilling av to lukkede randsjikt som ligger overfor hverandre. Fig. 5 viser en prøvningsanordning for keramikkfiltere. Fig. 1 shows a schematic, enlarged, cut-away section through a ceramic filter before firing. Fig. 2a and 2b show an embodiment of a method for producing a circumferential closed layer. Fig. 3 and 4 show two embodiments of a method for producing two closed edge layers that lie opposite each other. Fig. 5 shows a test device for ceramic filters.

På Fig. 1 er et råfilter før brenningen vist i In Fig. 1, a raw filter before burning is shown i

snitt, hvor et skumstoffskjelett 1 av organisk materiale, section, where a foam skeleton 1 of organic material,

som f.eks. polyurethanskum eller et lignende organisk materiale, som for eksempel har parallellepipedisk form med fire omløpende sideflater 2 som grenser til hverandre, like for example. polyurethane foam or a similar organic material, which for example has a parallelepipedal shape with four surrounding side surfaces 2 that border each other,

og to parallelle gjennomstrømningsflater 3 som ligger over- and two parallel flow-through surfaces 3 which lie above

for hverandre, først er blitt impregnert med et keramikkslam 4 med høy viskositet. Som forklart detaljert nedenfor blir på alle sideflater 2 et lukket sjikt 5 med en dybde av 0,5-3 mm av ildfast materiale, spesielt av slammet som likeledes anvendes for impregneringen, dannet. Dessuten blir frie cellesteg 6 på gjennomstrømningsflåtene 3 forsynt med et belegg 7 av ildfast materiale, spesielt av slammet som også anvendes for impregneringen. Efter bren-nigen er skumstoffskjelettet utbrent og slammet blitt fast. for each other, have first been impregnated with a ceramic slurry 4 of high viscosity. As explained in detail below, a closed layer 5 with a depth of 0.5-3 mm of refractory material, especially of the sludge which is also used for the impregnation, is formed on all side surfaces 2. In addition, free cell steps 6 on the flow-through rafts 3 are provided with a coating 7 of refractory material, especially of the sludge which is also used for the impregnation. After the burning, the foam skeleton has burned out and the sludge has solidified.

I henhold til Fig. 2a og 2b kan for oppnåelse av According to Fig. 2a and 2b can for the achievement of

et omløpende lukket sjikt 5 skumstoffskjelettet 1 som er blitt impregnert med slammet, sammentrykkes så sterkt innen området for sideflatene 2 ved hjelp av et stempel 8, som oppviser den samme grunnflate som skumstoffskjelettet 1, a surrounding closed layer 5 the foam skeleton 1 which has been impregnated with the sludge is then strongly compressed within the area of the side surfaces 2 by means of a piston 8, which exhibits the same base surface as the foam skeleton 1,

at overskudd av slam kommer frem til sideflatenes 2 område og delvis ansamles lik en vulst på utsiden, som antydet på that excess mud reaches the area of the side surfaces 2 and partially accumulates like a bead on the outside, as indicated on

Fig. 2a. Når trykket mot skumstoffskjelettet 1 oppheves ved å løfte stemplet 8, dannes på alle sider en lukket ramme av slam da overskuddsvulsten av slam på sideflatene 2 for-deler seg jevnt over sideflatene 2 når trykket oppheves. Derpå blir det impregnerte skum tørket og brent og dessuten før eller efter brenningen forsynt med belegget 7. Fig. 2a. When the pressure against the foam skeleton 1 is lifted by lifting the piston 8, a closed frame of sludge is formed on all sides as the surplus lump of sludge on the side surfaces 2 is distributed evenly over the side surfaces 2 when the pressure is lifted. The impregnated foam is then dried and fired and, before or after firing, provided with the coating 7.

Som vist på Fig. 3 kan skumstoffskjelettet 1 også efter impregneringen med slam føres gjennom et båndpar 9 som åpner seg og mellom hvilket det impregnerte skumstoffskjelett 1 først sammentrykkes, hvorved overskudd av slam trykkes ut i sideretning og der danner en tilsvarende vulst. Efterhvert som det løper videre gjennom båndparet 9, blir skumstoffskjelettet 1 igjen utsatt for trykkopphevelse, As shown in Fig. 3, the foam skeleton 1 can also be passed after impregnation with mud through a pair of belts 9 which open and between which the impregnated foam skeleton 1 is first compressed, whereby excess mud is pushed out in a lateral direction and there forms a corresponding bead. As it continues through the belt pair 9, the foam skeleton 1 is again exposed to depressurization,

og slamvulsten blir jevnt fordelt over de to sideflater 2 som ligger overfor hverandre, slik at to lukkede sjikt 5 som ligger overfor hverandre, blir dannet. and the mud bead is evenly distributed over the two side surfaces 2 that lie opposite each other, so that two closed layers 5 that lie opposite each other are formed.

I henhold til Fig. 4 blir de lukkede sjikt 5 dannet derved at de impregnerte og tørkede skumstoffskjeletter 1 ved hjelp av en horisontal transportinnretning 10 føres gjennom et loddrett stående valsepar 11 som på begge av to sideflater 2 som ligger overfor hverandre, påfører et tilsvarende ildfast materiale, slam eller materiale som bindes i luft,cg trykker dette inn i porestrukturen inntil den på forhånd beregnede dybde. På valseoverflåtene blir derved alltid en jevn . sjikttykkelse av materiale som skal påføres f.eks. ved hjelp av en rakel eller en valsestol, sikret. According to Fig. 4, the closed layers 5 are formed by means of the impregnated and dried foam skeletons 1 being guided by means of a horizontal transport device 10 through a vertically standing pair of rollers 11 which, on both of two side surfaces 2 that lie opposite each other, apply a corresponding refractory material, sludge or material that binds in air, cg presses this into the pore structure up to the pre-calculated depth. The roller surfaces always have an even . layer thickness of material to be applied, e.g. using a squeegee or a roller chair, secured.

D.enne metode for å danne lukkede sjikt 5 kan være innkoplet efter den metode som er vist på Fig. 3, for å forsyne alle fire sidefla.ter 2 med et lukket sjikt 5. Imidlertid kan også to innretninger i henhold til Fig. 4 This method of forming closed layers 5 can be connected according to the method shown in Fig. 3, in order to supply all four side surfaces 2 with a closed layer 5. However, two devices according to Fig. 4 can also

med en stasjon for dreiing av skumstoffstrukturen 1 med 90° være innkoplet efter hverandre for å forsyne alle fire sideflater 2 med et lukket sjikt 5. with a station for turning the foam structure 1 by 90° be connected one after the other to supply all four side surfaces 2 with a closed layer 5.

Istedenfor dette kan imidlertid det lukkede sjikt Instead of this, however, the closed layer can

5 også dannes på den måte at et sjikt av skumstoffmateriale med tilsvarende fint poretall klebes på skumstoffstruk-turens 1 sideflater 2 eller at disse forsynes med et flor av fine klebestofftråder. Ved impregneringen med slammet forblir de små porer hhv. mellomrom i det omløpende side-randområde fylt med slam, hvorved et omløpende lukket sjikt 5 dannes. 5 is also formed in such a way that a layer of foam material with a correspondingly fine pore number is glued to the side surfaces 2 of the foam structure 1 or that these are provided with a layer of fine adhesive threads. During the impregnation with the sludge, the small pores remain or spaces in the circumferential side edge area filled with mud, whereby a circumferential closed layer 5 is formed.

Metoden ifølge Fig. 4 kan imidlertid også benyttes for å forsyne sideflatene 2 av et allerede brent filter med et lukket sjikt 5 av materiale som bindes i luft og har ildfaste egenskaper. However, the method according to Fig. 4 can also be used to supply the side surfaces 2 of an already burnt filter with a closed layer 5 of material which binds in air and has refractory properties.

Dessuten kan metoden ifølge Fig. 4 anvendes for å påføre belegget 7 enten efter tørkingen eller før brenningen i form av et slam eller efter brenningen i form av et materiale med ildfaste egenskaper og som bindes i luft. Moreover, the method according to Fig. 4 can be used to apply the coating 7 either after drying or before firing in the form of a sludge or after firing in the form of a material with refractory properties and which binds in air.

Når skumkeramiske filtere anvendes for filtrering When foam ceramic filters are used for filtration

av metallsmelter, som støpejern (f.eks. GGL, GGG, GT Ni-resist) i støpesystemet, vil det slaglignende oppstå såvel en termisk som en statisk belastning av filteret på grunn av det tilstrømmende flytende materiale. Graden av termisk belastning er mer eller mindre avhengig av sammensetning eller egenskapen til det brente slam som er blitt anvendt for fremstilling av kermikkfilteret. of metal melts, such as cast iron (e.g. GGL, GGG, GT Ni-resist) in the casting system, a thermal as well as a static load on the filter due to the inflowing liquid material will occur in an impact-like manner. The degree of thermal load is more or less dependent on the composition or the properties of the burnt sludge that has been used to manufacture the ceramic filter.

Ytterligere stabilitetspåvirkende trekk er filterets bæreoverflater (mothold) i formen såvel som filterets strukturbetingede egenform. Den sistnevnte kan i henhold til utførelsesformen ifølge oppfinnelsen tydelig forbedres uten uheldig påvirkning av gjennomstrømningsmengden av det flytende materiale pr. tidsenhet. Further stability-affecting features are the filter's support surfaces (resistance) in the form as well as the filter's structure-related specific form. The latter can, according to the embodiment according to the invention, be clearly improved without adversely affecting the flow rate of the liquid material per unit of time.

I overensstemmelse hermed kan filteret ifølge oppfinnelsen i motsetning til vanlig fremstilte filtere utsettes for langt høyere belastninger (fall- og trykkhøyder) når det anvendes. Dette lar seg påvise ved hjelp av prøv-ningsanordningen som er vist på Fig. 5. In accordance with this, the filter according to the invention, in contrast to conventionally produced filters, can be exposed to much higher loads (drop and pressure heights) when it is used. This can be demonstrated using the test device shown in Fig. 5.

Den viste prøvningsanordning omfatter et reservoar 12 for mottagelse av flytende materiale og er lukket med en propp 13 på sin bunnside. Under reservoaret 12 befinner et filteropptak 14 seg med et standardisert kjerne-merke 15 som tar opp et filter 16 som for eksempel har en størrelse av 50 mm x 50 mm x 22 mm og som skal prøves. Mellom reservoaret 12 og filteropptaket 14 befinner et fallrør 17 seg som for eksempel lar seq forlenae med seksjoner 17 <1> med på forhånd bestemt lengde. The test device shown comprises a reservoir 12 for receiving liquid material and is closed with a stopper 13 on its bottom side. Below the reservoir 12 is a filter receptacle 14 with a standardized core mark 15 which accommodates a filter 16 which, for example, has a size of 50 mm x 50 mm x 22 mm and which is to be tested. Between the reservoir 12 and the filter intake 14 there is a downpipe 17 which, for example, allows sections 17 <1> of predetermined length to extend.

Filteret 16 som skal prøves, legges inn i prøvnings-merket 15 og blir efter at proppen 13 er blitt trukket ut, belastet med og gjennomstrømmet av en på forhånd bestemt type og mengde av jern. The filter 16 to be tested is inserted into the test mark 15 and is, after the plug 13 has been pulled out, loaded with and flowed through by a predetermined type and amount of iron.

Keramikkfiltere ifølge oppfinnelsen og med Ceramic filters according to the invention and with

den angitte størrelse (med omløpende lukket sjikt 5 med en tykkelse av 2 mm og et belegg 7 med en tykkelse av 0,5 mm) ble sammenlignet med i det vesentlige de samme keramikkfiltere som imidlertid på vanlig måte var blitt fremstilt bare med impregnering uten sjikt 5 og belegg 7 og dermed hadde den samme gjennomstrømningsmotstand, under anvendelse av prøvningsanordningen vist på Fig. 5 og med GGL som arbeidsmateriale. Vektspektrumet var i det vesentlige det samme for begge filtertyper. Dessuten ble begge filtertyper utsatt for den samme ovnsbehandling. Resultatet er angitt i den nedenstående tabell. the specified size (with a circumferential closed layer 5 with a thickness of 2 mm and a coating 7 with a thickness of 0.5 mm) was compared with essentially the same ceramic filters which, however, had been produced in the usual way only with impregnation without a layer 5 and coating 7 and thus had the same flow resistance, using the test device shown in Fig. 5 and with GGL as the working material. The weight spectrum was essentially the same for both filter types. Moreover, both filter types were subjected to the same oven treatment. The result is indicated in the table below.

Vanlig Filter Vanlig Filter fremstilt iflg, oppt. fremstilt iflg, oppf. Normal Filter Normal Filter produced according to, opt. produced according to, opf.

Støpehøyde 450 mm 450 ram 527 mm 527 mm Støpetemp. °C 1440 - 1440 - 1438 - 1438 - Casting height 450 mm 450 frame 527 mm 527 mm Casting temp. °C 1440 - 1440 - 1438 - 1438 -

1379 1379 1380 1380 Antall prøvede 5 5 5 5 filtre 1379 1379 1380 1380 Number of tested 5 5 5 5 filters

Derav brukket 3 0 4 0 Derav intakt 2 5 15 Of which broken 3 0 4 0 Of which intact 2 5 15

Claims

1. Ceramic filters with an open-cell foam structure and on the basis of high-melting ceramics, for filtering metal melts, with two flow-through surfaces (3) located opposite each other and extending across the flow direction of the metal melt, and with at least one side surface (2) extending in the direction of flow, where an organic foam material (1) is impregnated with a ceramic slurry (4) of high viscosity and removed by heating after drying the foam material (1) and where the remaining ceramic material (4) is burned and in addition a surface-side finishing with refractory material can be done after drying, characterized in that the side surface(s) (2) in the overall direction are provided with a closed layer (5) of refractory material with a depth of 0.5-3 mm.

2. Ceramic filter according to claim 1, characterized in that the layer (5) is made of refractory material from the ceramic sludge used for the impregnation.