PL181741B1

PL181741B1 - Sposób wytwarzania ceramicznych filtrów piankowych

Info

Publication number: PL181741B1
Application number: PL31134595A
Authority: PL
Inventors: Krystyna Piech; Jerzy Stachanczyk
Original assignee: Inst Odlewnictwa
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 2001-09-28
Also published as: PL311345A1

Abstract

Sposób wytwarzania ceramicznych filtrów piankowych, z masy zawierającej krzemian cyrkonu, tlenek glinu, bentonit, kwas borowy i spoiwo, znamienny tym, że z masy plastycznej składającej się z krzemianu cyrkonu w ilości 40-70% wagowych, tlenku glinu w ilości 0-30% wagowych, korzystnie od 1,0-27% wagowych, 25-35% wagowych spoiwa fosforanowego oraz 1-5% wagowych materiału pomocniczego, w skład którego wchodzi 0,1-100% wagowych bentonitu 0-60% wagowych kwasu borowego, korzystnie 34-50%, otrzymuje się półprodukt przejściowy, który to półprodukt suszy się, po wysuszeniu, co najmniej jeden raz nanosi się masę o konsystencji lejnej składającą się z krzemianu cyrkonu w ilości 40-70% wagowych, tlenku glinu w ilości 0-30% wagowych, korzystnie od 1,0-26% wagowych, 25-50% wagowych spoiwa w postaci krzemionki koloidalnej, lub zhydrolizowanego krzemianu etylu lub spoiwa fosforanowego i do 25% wagowych wody oraz 1-5% wagowych materiału pomocniczego, w skład którego wchodzi 0,1-90% wagowych bentonitu i 0-60% wagowych kwasu borowego, korzystnie 34-50%wagowych lub 0-30% wagowych środka powierzchniowo-czynnego, korzystnie 0,1-10% wagowych, a następnie suszy i wypala w temperaturze 1200-1450°C.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ceramicznych filtrów piankowych przeznaczonych do filtrowania cieczy, zwłaszcza ciekłych stopów metali.

Sposób wytwarzania ogniotrwałych wyrobów korundowo-cyrkonowych według polskiego opisu patentowego nr 111544 polega na tym, że mieszankę zawierającą 30-40% wagowych topionego kruszywa korundowo-cyrkonowego o uziarnieniu 0-1 mm, 30-40% wagowych kruszywa korundowo-cyrkonowego o uziarnieniu 1-3 mm lub 1-4 mm, 20-30% wagowych korundu spiekanego w postaci mączki o uziarnieniu 0-0,09 mm, 5-10% wagowych gliny ogniotrwałej zarabia się nasyconym roztworem wodnym fosforanu 2-sodowego lub trójpolifosforanu sodu lub też heksameta-fosforanu sodu i homogenizuje się w dowolnym mieszadle, a następnie z tak przygotowanej masy formuje się wyroby pod ciśnieniem co najmniej 60 MPa, suszy i wypala w temperaturze 1450 - 1550°C. Sposób produkcji ogniotrwałych wyrobów mulitowocyrkonowych znany z polskiego opisu patentowego nr 164057 polega na tym, że do masy zawierającej 50-80% wagowych kruszywa korundowo-cyrkonowego lub mulitowo-cyrkonowego o granulacji 0-2 mm, lub 0-5 mm, 5-20% wagowych surowej gliny ogniotrwałej zwykłej powyżej 1980 K i granulacji 0-2 mm, korzystnie częściowo w postaci zawiesiny wodnej, wprowadza się w ilości 8-25% wagowych mieszaninę składającą się z 4-20% wagowych z dwutlenku krzemu, korzystnie w postaci kwarcytu, łupku kwarcytowego lub piasku o granulacji poniżej 0,5 mm, korzystnie poniżej 0,09 mm, 20-80% wagowych korundu spiekanego, elektrokorundu, boksytu, palonki wysokoglinowej zawierającej powyżej 80% ΑΕΟβ o granulacji poniżej 0,5 mm oraz 1-10% wagowych mineralizatorów w postaci jednego lub mieszaniny dwu lub trzech materiałów zawierających co najmniej 50% wagowych związku magnezu, tytanu, żelaza lub boru o granulacji poniżej 1 mm, lub w postaci wodnego roztworu. Z tej masy o wilgotności 4-6% formuje się wyroby pod ciśnieniem co najmniej 60 MPa, suszy i wypala w temperaturze 1720-1870 K. Znany z polskiego opisu patentowego nr 144806 sposób wytwarzania ceramicznych kształtek filtracyjnych z masy półsuchej lub plastycznej składającej się z monofrakcji ogniotrwałej gliny palonej, elektrokorundu lub korundu oraz bentonitu w ilości 5-15% wagowych węglanu sodowego w ilości 0,5-3,0% wagowych i/lub ługu posiarczynowego w ilości 1-4% wagowych, korzystnie oba składniki w postaci roztworów wodnych, formuje się wyroby, suszy i wypala w temperaturze 1000 -1380°C.

181 741

Otrzymane tym sposobem kształtki służą do filtracji gorących gazów i zawiesin. Sposób wytwarzania ceramicznych elementów filtracyjnych, przeznaczonych do mikro, ultra i hiperfiltracji cieczy i gazów, znany z polskiego opisu patentowego nr 162943 polega na tym, że w mieszaninie składającej się z tlenku glinu, drobno zmielonej gliny lub bentonitu w ilości 2-15% wagowych oraz szkła borowego, tlenek glinu występuje w postaci korundu lub elektrokorundu o uziemieniu do 30 pm, a szkło borowe dodaje się w ilości 2-15% wagowych. Mieszaninę zarabia się wodą z dodatkiem znanych plastyfikatorów, następnie formuje się znanym sposobem wyroby, suszy się i wypala w temperaturze od 1000-1300°C, po czym na wyformowane elementy nakłada się mikroporowate lub ultramikroporowate warstwy ceramiczne złożone z coraz drobniejszych frakcji Al₂O₃ i spieka każdorazowo po nałożeniu kolejnej warstwy w temperaturze niższej dla każdej warstwy. Znany z opisu patentowego nr 162678 sposób wytwarzania ceramicznych kształtek filtracyjnych stosowanych do filtracji gazów gorących i zawiesin, polega na zmieszaniu monofrakcji ogniotrwałej gliny palonej, elektrokorundu lub korundu spiekanego, bentonitu lub surowej gliny ogniotrwałej w ilości 5-15% wagowych oraz dodatku stanowiącego nośnik sodu w postaci polifosforanu sodu albo boraksu albo szkła wodnego oraz i/lub glikocel, w ilości 0,5-2,0% wagowych, przy czym stosunek ilości sodu do ilości bentonitu wynosi nie więcej niż 1:5. Składniki homogenizuje się w mieszadle, formuje kształtki, suszy i wypala w temperaturze 900-1200°C. Elementy filtracyjne, a szczególnie ceramiczne, otrzymane znanymi metodami charakteryzują się, a zwłaszcza w miarę wzrostu porowatości, niską wytrzymałością mechaniczną, nie pozwalającą na stosowanie ich do filtracji ciekłych stopów. Z pozycji książkowej Wł. Bieda i H. Laurecka pt Masy, betony i prefabrykaty ogniotrwałe Wyd. :Śląsk, Katowice 1981, sts. 12-22 znane są różne spoiwa nieorganiczne, ich dobór i wpływ na właściwości wyrobów ogniotrwałych.

Sposób wytwarzania ceramicznych filtrów piankowych według wynalazku polega na tym, że z masy plastycznej składającej się z krzemianu cyrkonu w ilości 40-70% wagowych, tlenku glinu w ilości 0-30% wagowych, korzystnie od 1,0-27% wagowych, 25-35% wagowych spoiwa fosforanowego oraz 1-5% wagowych materiału pomocniczego, w skład którego wchodzi 0,1 -100% wagowych bentonitu, i 0-60% wagowych kwasu borowego, korzystnie 34-50% wagowych, otrzymuje się półprodukt przejściowy, który to półprodukt suszy się, po wysuszeniu, co najmniej jeden raz nanosi się masę o konsystencji lejnej składającą się z krzemianu cyrkonu w ilości 40-70% wagowych, tlenku glinu w ilości 0-30% wagowych, korzystnie od 1,0-26% wagowych, 25-50% wagowych spoiwa w postaci krzemionki koloidalnej, lub zhydrolizowanego krzemianu etylu lub spoiwa fosforanowego i do 25% wagowych wody oraz 1-5% wagowych materiału pomocniczego, w skład którego wchodzi 0,1 - 90% wagowych bentonitu i 0-60% wagowych kwasu borowego, korzystnie 34-50% wagowych lub 0-30% wagowych środka powierzchniowo-czynnego, korzystnie 0,1-10% wagowych, a następnie suszy i wypala w temperaturze 1200-1450°C.

Tlenek glinu dodaje się w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej wytwarzanych filtrów o dużej powierzchni, wykorzystywanych przy wykonywaniu dużych odlewów. Tlenek glinu w czasie wypalania reaguje z SiO₂ ze spoiwa tworząc mulit.

Sposobem według wynalazku otrzymuje się filtry o porowatości otwartej 75-85%, o grubości ścianki od 0,5 do 1,5 mm i wytrzymałości mechanicznej pozwalającej na swobodny przepływ metalu. Filtry otrzymane sposobem według wynalazku są stosowane do filtrowania stopów żelaza i stopów specjalnych o temperaturach do 1650°C.

Stosowany krzemian cyrkonu i tlenek glinu występują jako mikroproszki o granulacji 0-0,075 mm. Masa o konsystencji lejnej pokrywa każdą ściankę zewnętrzną i wewnętrzną półproduktu, dzięki czemu, podczas wypalania na każdej ściance powstaje dodatkowa warstwa wzmacniająca filtr, dzięki czemu filtr wytrzymuje napór strugi ciekłego metalu.

Przykłady sposobu wytwarzania ceramicznych filtrów piankowych według wynalazku.

Przykład I

Na gąbkę poliuretanową nanosi się masę o konsystencji plastycznej składającą się z 67% wagowych krzemianu cyrkonu, 30% wagowych spoiwa fosforanowego w postaci Glifos F i 3% wagowych materiału pomocniczego zawierającego 66% wagowych bentonitu i 34% wagowych kwasu borowego. Tak wytworzony produkt przejściowy suszy się i zanurza

181 741 dwa razy w masie o konsystencji lejnej składającej się z 68% wagowych krzemianu cyrkonu, 30% wagowych spoiwa w postaci zhydrolizowanego krzemianu etylu i 2% wagowych materiału pomocniczego, w skład którego wchodzi 66% wagowych bentonitu i 34% wagowych kwasu borowego a następnie suszy się i wypala w temperaturze 1370°C, podczas którego gąbka poliuretanowa spala się, a tworzywo ceramiczne ulega spieczeniu tworząc filtr, który jest odwzorowaniem gąbki.

Otrzymane filtry posiadają następujące własności: porowatość otwarta - 78%, gęstość 4,45 g/cm³, gęstość pozoma-0,9 g/cm , wytrzymałość na ściskanie -1,7 MPa/min, ogniotrwałość zwykła - pow. 165.

Przykład II

Na gąbkę poliuretanową nanosi się masę o konsystencji plastycznej składającą się z 41% wagowych krzemianu cyrkonu, 27% wagowych tlenku glinu, 30% wagowych spoiwa fosforanowego w postaci Glifos F, i 2% wagowych materiału pomocniczego w postaci bentonitu. Tak wytworzony produkt przejściowy suszy się i zanurza dwa razy w masie o konsystencji lejnej składającej się z 40% wagowych krzemianu cyrkonu, 26% wagowych tlenku glinu, 32% wagowych spoiwa w postaci zhydrolizowanego krzemianu etylu sizolu 0-30 i 2% wagowych materiału pomocniczego, w skład którego wchodzi 90% wagowych bentonitu i 10% wagowych środka powierzchniowo czynnego w postaci Rokafenolu N-7, a następnie suszy się i wypala w temperaturze 1450°C, podczas którego gąbka poliuretanowa spala się, a tworzywo ceramiczne ulega spieczeniu tworząc filtr, który jest odwzorowaniem gąbki.

Otrzymane filtry posiadają następujące własność: porowatość otwarta - 79%, gęstość 3,8 g/cm³, gęstość pozorna - 0,75 g/cm3, wytrzymałość na ściskanie - 2,5 MPa/min, ogniotrwałość zwykła - pow.165.

Przykład III

Na gąbkę poliuretanową nanosi się masę o konsystencji plastycznej składającą się z 68% wagowych krzemianu cyrkonu, 30% wagowych spoiwa fosforanowego w postaci Glifos F, i 2% wagowych materiału pomocniczego zawierającego 50% wagowych bentonitu i 50% wagowych kwasu borowego.

Tak wytworzony produkt pośredni suszy się i zanurza dwa razy w masie o konsystencji lejnej składającej się z 48% wagowych krzemianu cyrkonu, 25% wagowych spoiwa fosforanowego Glifosu F i 25% wagowych wody oraz 2% wagowych materiału pomocniczego, w skład którego wchodzi 50% wagowych bentonitu i 50% wagowych kwasu borowego, a następnie suszy się i wypala w temperaturze 1300°C, podczas którego gąbka poliuretanowa spala się, a tworzywo ceramiczne ulega spieczeniu tworząc filtr, który jest odwzorowaniem gąbki.

Otrzymane filtry posiadają następujące własności: porowatość otwarta - 80%, gęstość - 4,45 g/cm3, gęstość pozorna - 0,9 g/cm3, wytrzymałość na ściskanie - 1,0 MPa/min, ogniotrwałość zwykła - pow. 165.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób wytwarzania ceramicznych filtrów piankowych z masy zawierającej krzemian cyrkonu, tlenek glinu, bentonit, kwas borowy i spoiwo, znamienny tym, ze z masy plastycznej składającej się z krzemianu cyrkonu w ilości 40-70% wagowych, tlenku glinu w ilości 0-30% wagowych, korzystnie od 1,0-27% wagowych, 25-35% wagowych spoiwa fosforanowego oraz 1-5% wagowych materiału pomocniczego, w skład którego wchodzi 0,1-100% wagowych bentonitu i 0-60% wagowych kwasu borowego, korzystnie 34-50%, otrzymuje siępółprodukt przejściowy, który to półprodukt suszy się, po wysuszeniu, co najmniej jeden raz nanosi się masę o konsystencji lejnej składającą się z krzemianu cyrkonu w ilości 40-70% wagowych, tlenku glinu w ilości 0-30% wagowych, korzystnie od 1,0-26% wagowych, 25-50% wagowych spoiwa w postaci krzemionki koloidalnej, lub zhydrolizowanego krzemianu etylu lub spoiwa fosforanowego i do 25% wagowych wody oraz 1-5% wagowych materiału pomocniczego, w- skład którego wchodzi 0,1-90% wagowych bentonitu i 0-60% wagowych kwasu borowego, korzystnie 34-50%wagowych lub 0-30% wagowych środka powierzchniowo czynnego, korzystnie 0,1 -10% wagowych, a następnie suszy i wypala w temperaturze 1200-1450°C.