PT2385871E - Método para a produção de um filtro refractário - Google Patents

Description

ΡΕ2385871 1 DESCRIÇÃO "MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM FILTRO REFRACTÁRIO" A presente invenção refere-se a um método para a produção de filtros adequados para a filtração de metal fundido e a filtros feitos por este método.

Os metais fundidos contêm habitualmente sólidos, tais como óxidos do metal e outras impurezas, que podem fazer com que o produto fundido final tenha caracteristicas indesejáveis. Têm sido concebidos filtros para removerem estas impurezas do metal fundido durante o processo de fundição. Normalmente, estes filtros são feitos de materiais refractários, para suportarem as elevadas temperaturas associadas aos metais fundidos.

Um tipo de filtro é um filtro celular que contém uma série de passagens ou canais paralelos para que o metal passe através deles. Estes filtros são formados por extrusão ou por estampilhagem. Embora sejam robustos e fáceis de manusear, a sua eficiência de filtração é relativamente pouca, pois o metal fundido apenas passa por um caminho curto e recto através do filtro.

Os filtros refractários preferenciais têm uma aparência espumosa e são referidos na indústria de filtra- 2 ΡΕ2385871 ção de metais como filtros de espuma. São habitualmente filtros de espuma cerâmica, mas mais recentemente começaram a ficar estabelecidos para certas aplicações filtros com ligações ao carbono (em que o material refractário é ligado por um material que contém uma matriz de carbono, tal como descrito em W02002/018075). Um filtro de espuma tem uma rede de cadeias que definem uma multiplicidade de células abertas interligadas. Uma vez que o percurso de escoamento através de um filtro deste tipo é tortuoso, a eficiência de filtração é muito maior do que a dos filtros celulares. A fabricação de filtros de espuma cerâmica é descrita na EP 0 412 673 A2 e na EP 0 649 334 AI. Tipicamente, uma espuma de células aberta (por exemplo, uma espuma de poliuretano reticulado) é impregnada com uma pasta liquida aquosa de partículas refractárias e ligante. A espuma impregnada é comprimida para expelir o excesso de pasta líquida e depois seca e queimada para destruir a espuma orgânica e sinterizar as partículas refractárias e o ligante no revestimento de pasta líquida. É assim formada uma espuma cerâmica sólida com uma multiplicidade de vazios interligados tendo substancialmente a mesma configuração estrutural da espuma de partida. Embora a eficiência de filtração esteja muito melhorada em relação aos filtros celulares previamente descritos, os filtros de espuma cerâmica são mecanicamente mais fracos (as cadeias, particularmente na orla do filtro, têm tendência a quebrar).

No seu uso, o filtro pode ser colocado numa 3 ΡΕ2385871 abertura numa parede entre um dispositivo de entrada de metal fundido e um dispositivo de saida de metal fundido, para filtrar o metal. Um exemplo de colocação de um filtro numa parede refractária está descrito na US 4,940,489. Uma vez que os filtros de espuma são porosos em todas as direcções e as superfícies da orla são desiguais, é possível que algum metal fundido se escoe à volta das orlas do filtro ou apenas passe através de parte do filtro, reduzindo assim a eficiência da filtração. Este problema é exacerbado se tiver ocorrido quebra de cadeias durante o transporte do filtro ou durante o posicionamento do filtro na parede refractária (há que notar que as próprias cadeias quebradas podem contribuir para as impurezas no produto fundido final).

Aumentar a quantidade de pasta líquida usada para impregnar, ou seja, revestir a espuma na produção do filtro aumenta a sua resistência mas também resulta numa eficiência de filtração reduzida, em virtude do peso mais elevado e da menor porosidade. O processo de filtração requer que o filtro seja pré-tratado sendo os poros dos filtro enchidos com metal e conseguindo-se um fluxo contínuo de metal. 0 pré-tratamento envolve a deslocação do ar nos poros (na superfície do filtro) e a pressão requerida é inversamente proporcional ao tamanho dos poros. Adicionalmente, perdas de temperatura no metal irão aumentar a viscosidade do metal, pelo que os filtros com uma elevada capacidade de aquecimento irão 4 ΡΕ2385871 causar um aumento das perdas térmicas e reduzir o pré-tratamento. Um filtro mais pesado, no qual as cadeias revestidas são mais espessas, é por isso indesejável, uma vez que irá ter uma maior capacidade de aquecimento. Isto significa que o metal fundido terá de ser aquecido a uma temperatura mais elevada para assegurar que não congela quando passa através do filtro. Isto traz desvantagens, tanto do ponto de vista económico como do ambiental, uma vez que aumenta a quantidade de energia necessária para aquecer o metal até à temperatura necessária.

Além do peso adicional, os filtros produzidos usando uma quantidade maior de pasta liquida terão taxas de escoamento do metal mais reduzidas devido à maior espessura das cadeias e aos poros mais pequenos, e terão uma tendência maior para ficarem bloqueados. Taxas de escoamento reduzidas e bloqueamentos prematuros podem ter efeitos adversos na fundição do metal, por exemplo aumentando os tempos de vazamento ou causando o enchimento incompleto do molde, e pode ser necessário aumentar o tamanho do filtro para aumentar o tamanho dos poros da espuma. Assim, aumentar o nivel da pasta liquida não é uma solução prática para aumentar a resistência dos filtros de espuma, particularmente as orlas dos filtros de espuma. A US 5,039,340 descreve um método para a fabricação de um filtro de espuma em que um material para promover a adesão, preferencialmente em conjunto com a floculação, é aplicado à espuma. O material para promover a 5 ΡΕ2385871 adesão e a floculação aumentam a quantidade de pasta líquida que adere subsequentemente à espuma. 0 resultado final é um filtro mais forte, mas também mais pesado. Já foi anteriormente proposto dotar as orlas do filtro de espuma, que ficam em contacto com a parede do molde/matriz, de uma camada protectora. As finalidades desta camada protectora podem incluir o melhoramento da resistência mecânica, evitando a passagem de metal entre a parede do molde ou da matriz e o filtro (desvio do metal) e reduzindo a probabilidade das extremidades das cadeias do filtro de espuma cerâmica quebrarem durante o manuseamento (particularmente no manuseamento mecânico/robótico dos filtros) e o transporte. A camada protectora também facilita o uso de manuseamento robótico para permitir a colocação automática dos filtros nos moldes. A EP 0 510 582 AI divulga um filtro de espuma cerâmica encaixado numa armação rígida de metal ou cerâmica. O filtro com a moldura cerâmica pode ser feito enrolando uma tira extrudida de massa de formação cerâmica tipo pasta em torno do filtro, o qual pode ou não ter sido previamente queimado, seguindo-se-lhe a secagem e queima. CN 200991617Y divulga um filtro de espuma cerâmica que tem uma camada protectora de material orgânico em torno da sua orla, a qual se decompõe a temperaturas elevadas durante o uso do filtro. A camada protectora irá supostamente reduzir os danos no filtro durante o 6 ΡΕ2385871 transporte e a instalaçao e também permitir o seu uso em linhas de produção automática. A US 4,568,595 refere-se a um filtro de espuma cerâmica com um revestimento cerâmico. 0 revestimento é proporcionado aplicando com uma pá, escovando ou pulverizando uma pasta liquida de cerâmica sobre o filtro de espuma cerâmica queimado e depois queimando a estrutura composta. A US 4,331,621 descreve um filtro de espuma cerâmica com uma junta de cerâmica integralmente ligada, que fica agarrada a uma superfície periférica do mesmo. Pode ser executada impregnando um material de espuma flexível com uma pasta líquida, colocando-o num molde com o tamanho desejado do filtro final e depois alimentando uma pasta líquida de fibras cerâmicas para dentro do intervalo entre o material de espuma e o molde. 0 molde é então seco e queimado para eliminar a espuma e sinterizar o material cerâmico. A GB 2 227 185 sugere, num modelo de realização, saturar uma peça de partida plástica de espuma com uma suspensão aquosa cerâmica e depois espremendo a espuma para fazer com que o excesso de suspensão aquosa forme uma camada periférica sólida antes da queima. Num outro modelo de realização, a GB 2 227 185 propõe a formação de uma camada fechada sobre um filtro de espuma cerâmica fazendo aderir um outro material de espuma ou uma rede de 7 ΡΕ2385871 filamentos plásticos finos à espuma. Durante a impregnação com a suspensão aquosa, os pequenos poros ou espaços intermédios na região da orla lateral periférica passam a estar, e permanecem, preenchidos com a suspensão aquosa, indo formar deste modo uma camada fechada durante a queima. Em ambos os modelos de realização, o revestimento resultante é espesso, reduzindo assim o volume útil do filtro e também aumentando a sua capacidade de aquecimento. É um objecto da presente invenção proporcionar um método melhorado para a produção de filtros de espuma e filtros melhorados feitos desta forma. Em particular, é um objecto da presente invenção proporcionar um método e filtros que oferecem uma ou mais das seguintes vantagens: (i) um método simplificado de produção; (ii) custos de produção mais baixos; (iii) filtros com menor friabilidade; (iv) filtros com maior porosidade (e portanto uma taxa de escoamento e uma capacidade mais elevadas); (v) filtros com maior resistência ao manuseamento; (vi) filtros de instalação mais fácil; (vii) manuseamento automático (robótico) dos filtros.

Em conformidade com um primeiro aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para a ΡΕ2385871 produção de um filtro de espuma refractária com a orla fechada, compreendendo: proporcionar um substrato de espuma reticulada tendo pelo menos uma primeira superfície para formar uma face lateral do filtro e duas segundas superfícies opostas para formarem as faces de atravessamento do filtro; aplicar à primeira superfície um líquido que contém um componente de revestimento orgânico; solidificar o componente de revestimento orgânico para formar um precursor do filtro com um revestimento volatilizável contínuo na primeira superfície; impregnar o precursor do filtro com uma pasta líquida que contém partículas de um material refractário, um ligante e um veículo líquido; e secar e queimar o precursor do filtro impregnado para formar o filtro com a orla fechada.

Um filtro com a orla fechada é um filtro no qual os poros da orla (ou seja, a superfície ou o lado periférico) do filtro estão fechados, ou seja, bloqueados. Os filtros descritos na US 4,568,595 e US 4,331,621 são exemplos de filtros com a orla fechada. 0 termo "orlas" é habitualmente usado pelos peritos da especialidade para se referirem às superfícies/lados periféricos de um filtro. 9 ΡΕ2385871 0 líquido tem de ser aplicado ao substrato de espuma para proporcionar um revestimento volatilizável contínuo na(s) primeira(s) superfície(s) do precursor do filtro, de modo a que após a impregnação com pasta líquida e a queima, o filtro resultante tenha uma orla fechada contínua. Fica entendido que poderão existir pequenas descontinuidades no revestimento volatilizável resultantes do método de aplicação e da solidificação do revestimento orgânico. Pequenas descontinuidades na orla fechada do filtro podem também surgir, como resultado de quaisquer defeitos na camada de revestimento volatilizável e subsequente volatilização do componente de revestimento orgânico na queima do filtro. Estas descontinuidades irão constituir não mais de 5% da área das primeiras superfícies que estão revestidas. A pasta líquida adere a ambos os lados do revestimento volatilizável, bem como ao substrato de espuma, pelo que na altura da queima o revestimento volatilizável e o substrato de espuma volatilizam-se para produzirem um filtro com a orla fechada unificada. Por unificada queremos dizer que não é possível distinguir o final de uma cadeia em relação ao início do revestimento. Será verificado que a orla fechada unificada é diferente do revestimento protector que é obtido aplicando pasta líquida a um filtro que já foi queimado, tal como na US 4,568,595 referida acima. Nesses casos, irá existir um limite visível entre as cadeias do filtro e a orla fechada. 10 ΡΕ2385871 A invenção também reside num filtro de espuma refractária para filtrar metal fundido, o qual pode ser produzido pelo processo do primeiro aspecto, esse filtro contendo uma rede tridimensional de cadeias de material refractário e tendo pelo menos uma face lateral e duas faces de atravessamento opostas, essa pelo menos uma face lateral tendo uma orla fechada unificada, e em que a orla fechada contém cavidades. O processo da presente invenção permite que a orla do filtro fique protegida sem que o interior do filtro seja construído com material refractário desnecessário. Em conformidade, esta característica pode ser empregue para produzir filtros que têm quer densidade/peso mais baixos, quer maior porosidade em comparação com os filtros convencionais, simultaneamente mantendo ou melhorando as propriedades (tais como friabilidade ou resistência da orla) de um filtro convencional.

Em conformidade com um segundo aspecto da presente invenção, é proporcionado um filtro de espuma refractária que pode ser produzido pelo método do primeiro aspecto, o filtro contendo uma rede/treliça de cadeias de material refractário e tendo pelo menos uma face lateral e duas faces de escoamento opostas, essa pelo menos uma face lateral tendo uma orla fechada unificada, caracterizada pelo facto da orla fechada unificada ter uma espessura inferior a 1 mm. 11 ΡΕ2385871

Em certos modelos de realização, as cavidades são significativamente mais compridas numa direcção paralela à face lateral do que largas na direcção perpendicular à face lateral.

Numa série especifica de modelos de realização, a orla fechada tem uma espessura inferior a 0,7 mm, inferior a 0,5 mm, inferior a 0,45 mm, inferior a 0,4 mm, inferior a 0,35 mm, ou inferior a 0,3 mm. Numa outra série de modelos de realização, a orla fechada tem uma espessura de pelo menos 0,15 mm, pelo menos 0,25 mm, pelo menos 0,35 mm, pelo menos 0,45 mm, pelo menos 0,55 mm, pelo menos 0,65 mm, pelo menos 0,75 mm, pelo menos 0,85 mm, ou pelo menos 0,95 mm.

Será entendido que existirá variabilidade na espessura da orla fechada. Tal como aqui referido, a espessura é determinada geralmente a meio caminho entre nós de superfície adjacentes no filtro. Um nó é definido como um ponto na rede irregular de cadeias onde duas ou mais cadeias se encontram. A espessura pode ser determinada por referência a uma multiplicidade dessas medições entre diferentes pares de nós de superfície. A espessura da orla fechada pode ser comparada com a espessura das cadeias do filtro. Num modelo de realização, a razão entre a espessura da orla fechada e a espessura das cadeias vai de 0,5 a 2:1, ou de 0,75 a 1,75:1, ou de 1 a 1,5:1. 12 ΡΕ2385871

Num modelo de realização, o filtro da presente invenção tem uma redução na densidade de pelo menos 10% quando comparado com um filtro convencional análogo. Num outro modelo de realização, a redução é de pelo menos 15%, pelo menos 18% ou pelo menos 20%.

As propriedades térmicas e físicas para as quais os filtros são comparados irão avaliar a adequação dos filtros para o uso. Os filtros deverão conseguir suportar o choque térmico de serem aquecidos a elevadas temperaturas, suportar fisicamente o choque mecânico do impacto do metal fundido, permitir que passe metal fundido suficiente através do filtro (ou seja, pré-tratamento e capacidade do filtro), e ter suficiente resistência para suportarem o manuseamento e o transporte. Os testes concebidos para medir estas propriedades incluem friabilidade, taxa de escoamento do ar e/ou água, resistência mecânica e impacto do metal fundido (tal como aqui descrito).

Tal como usado aqui, um filtro de espuma refrac-tária é um filtro capaz de suportar elevadas temperaturas (por exemplo, acima de 500°C ou até mesmo acima de 1500°C no caso de filtros para aço fundido) tendo uma rede ou treliça irregular de cadeias interligadas que definem poros ou vazios interligados entre as mesmas, de modo a constituírem múltiplos caminhos tortuosos através do filtro. Estes filtros de espuma são convenientemente (mas não necessariamente) formados usando um substrato de espuma 13 ΡΕ2385871 reticulada, por exemplo, tal como definido no método da presente invenção. 0 substrato de espuma reticulada pode ser uma espuma polimérica, tal como um poliéter, um poliuretano (incluindo poliéter-poliuretano e poliéster-poliuretano), ou uma espuma celulósica. 0 substrato de espuma reticulada serve de molde para o filtro resultante, pelo que a sua porosidade dá uma indicação da porosidade do filtro resultante. A porosidade pode ser definida em termos do número de poros e da percentagem em volume de vazios (poros) no substrato. A porosidade de um filtro de espuma é habitualmente especificada em termos de número de poros por polegada linear (ppi) e para aplicações metalúrgicas a porosidade habitualmente vai de 5 ppi a 60 ppi, tipicamente de 10 ppi a 30 ppi para a maioria das aplicações na fundição. De facto, na indústria da fundição a referência ao ppi de um filtro é, estritamente falando, uma referência ao ppi do substrato de espuma a partir do qual ele foi feito. O substrato de espuma reticulada da presente invenção pode ter uma porosidade entre 5 ppi e 60 ppi, tipicamente entre 10 e 40 ppi ou entre 10 e 30 ppi.

Os poros no filtro não têm um tamanho uniforme (devido à estrutura do substrato de espuma) e além disso o tamanho dos poros é influenciado pelo método e nível de impregnação da espuma. Por exemplo, o tamanho médio dos poros para uma espuma de 10 ppi estará tipicamente entre 4800 e 5200 microns, enquanto que um filtro resultante 14 ΡΕ2385871 produzido a partir desta espuma terá um tamanho médio de poros na ordem dos 1200 a 1500 microns. Similarmente para 30 ppi, o substrato de espuma tem um tamanho médio dos poros na ordem dos 2800 a 3200 microns, enquanto que o tamanho médio dos poros é entre 650 e 900 microns. A porosidade total de um filtro de espuma em termos de volume situa-se tipicamente à volta de 75% a 90%. A forma do substrato de espuma reticulada não é crucial e irá geralmente depender da aplicação pretendida para o filtro resultante. Comummente, o substrato de espuma reticulada terá uma secção transversal circular, quadrada ou rectangular. Um substrato de espuma reticulada com uma secção transversal circular terá apenas uma primeira superfície, enquanto que um substrato de espuma reticulada com uma secção transversal quadrada ou rectangular terá quatro primeiras superfícies. O líquido pode ser aplicado a uma ou mais primeiras superfícies do substrato de espuma reticulada. Comummente, o líquido orgânico será aplicado a todas as primeiras superfícies do substrato de espuma reticulada. O líquido pode ser aplicado por pulverização. Em alternativa, o líquido pode ser aplicado utilizando cilindros ou uma escova, ou submergindo a orla do filtro num corpo do líquido.

As propriedades físicas do líquido serão 15 ΡΕ2385871 parcialmente determinadas pelo método de aplicação. Quando se utilizam cilindros, escova ou imersão, o conteúdo de sólidos e a viscosidade deverão ser ajustados de modo a proporcionar adesividade suficiente para aderirem ao precursor e fecharem completamente os poros laterais, proporcionando um revestimento de superfície liso, com penetração mínima do líquido para o interior do precursor. 0 líquido (contendo o componente de revestimento orgânico) deverá também ter as propriedades de revestir com uma película de forma rápida e eficiente, a fim de minimizar o abatimento e manter uma camada de revestimento regular e homogénea. A aplicação por pulverização permite um maior controlo da espessura do revestimento e portanto permite que se use uma quantidade mínima de componente de revestimento orgânico. Tal como com os outros métodos de revestimento, a pulverização também requer que o líquido possua boas propriedades de revestimento com película e ainda uma viscosidade baixa, para facilitar a pulverização. 0 revestimento volatilizável pode ser construído aplicando quantidades adicionais de líquido, para assegurar a obtenção de um revestimento contínuo. Isto pode ser necessário quando se aplica o líquido por pulverização, e podem ser necessárias várias aplicações. 0 líquido total a ser aplicado irá depender das propriedades pretendidas para o revestimento volatilizável e do método de aplicação do líquido, por exemplo das propriedades do processo de pulverização. 16 ΡΕ2385871

Depois da aplicação no substrato de espuma reticulada, o componente de revestimento orgânico pode ser seco e endurecido à temperatura ambiente. Nalguns modelos de realização, a secagem é acelerada secando a uma temperatura elevada, por exemplo entre 80 e 140°C. Quando solidificado (por exemplo, seco ou curado), o componente de revestimento orgânico forma um revestimento volatilizável que é compatível com os passos de impregnação subsequentes e eventuais destruições durante a queima (ou seja, volatiliza-se), pelo que não estará presente no filtro resultante. Num modelo de realização particular, o componente de revestimento orgânico solidifica para formar um revestimento volatilizável flexível. Por "flexível" queremos dizer que o revestimento pode dobrar-se e é durável; pode ser flectido ou dobrado sem estalar, quebrar ou ficar separado da espuma reticulada, e retorna à e mantém a sua forma quando é removida qualquer pressão aplicada. Esta característica é particularmente importante se o precursor do filtro for impregnado com pasta líquida usando um método que requeira compressão (prensagem) para remover a pasta líquida em excesso. O líquido pode ser o componente de revestimento orgânico em si mesmo, ou o líquido pode conter o componente de revestimento orgânico em conjunto com outros componentes, tais como solventes, agentes de cura e pigmentos. Num modelo de realização, o líquido é não aquoso. 17 ΡΕ2385871 A solidificação do componente de revestimento orgânico para formar o revestimento volatilizável pode ser feita por simples secagem do líquido que contém o componente de revestimento orgânico (evaporação dos solventes) à temperatura ambiente, ou pela aplicação de calor e/ou jacto de ar, ou por cura do componente de revestimento orgânico, por exemplo expondo-o à humidade na atmosfera ou através da adição de um acelerador químico, ou por combinação de um ou mais destes métodos. 0 componente de revestimento orgânico pode ser um material polimérico, tal como poliuretano, cloreto de polivinil (PVC), poliéster (PET, PVA), polistireno, misturas de dois ou mais tipos de polímeros e copolímeros. Num modelo de realização, o componente de revestimento orgânico forma um elastómero na secagem. Os componentes de revestimento orgânico supracitados são considerados particularmente úteis, uma vez que se sabe que formam um elastómero durável na secagem. 0 componente de revestimento orgânico pode ser, por exemplo, um sistema de componente único ou um sistema de dois componentes misturados pouco tempo antes da aplicação ao substrato de espuma reticulada. 0 líquido pode conter um solvente orgânico para diluir o componente de revestimento orgânico. 0 solvente não deverá ter efeitos adversos, ou seja dissolver o substrato de espuma, e deverá evaporar rapidamente à 18 ΡΕ2385871 temperatura ambiente. Dependendo da natureza química do substrato e do revestimento, há uma grande variedade de solventes que podem ser apropriados, nas classes que incluem éteres como o tetraidrofurano (THF) e o éter dietílico, hidrocarbonetos como o pentano, o ciclopentano e o xilol, cetonas como a acetona e a metiletilcetona, ésteres como o acetato de etilo, e hidrocarbonetos fluorados/clorados. Num modelo de realização particular, o líquido contém um solvente seleccionado entre a acetona, o THF, o acetato de etilo, o xilol, e misturas dos mesmos.

Num determinado modelo de realização, o componente de revestimento orgânico é um poliuretano para cura com humidade com um único componente, diluído até à viscosidade requerida com uma mistura de solventes cetona/éter. 0 líquido pode conter um pigmento para o colorir. Isto proporciona um indicador útil da quantidade de líquido que foi aplicada na(s) primeira(s) superfície(s) e ajuda a garantir que a superfície foi completamente revestida. 0 material refractário pode ser seleccionado entre zircónia, zircão, sílica, alumina (incluindo alumina fundida castanha), talco, mica, titânia, carboneto de silício, carboneto de zircónio, carboneto de titânio, carboneto de cálcio, carboneto de alumínio, nitreto de silício, nitreto de alumínio, óxido de níquel, óxido crómico, magnésia, mulite, grafite, antracite, coque, car- 19 ΡΕ2385871 vão activado, grafite-magnésia, grafite-alumina, grafite-zircónia, boreto de zircónio, boreto de cálcio, boreto de titânio, frita (vidro moido), e misturas contendo dois ou mais dos atrás referidos.

As partículas de material refractário empregues podem ser, por exemplo, pós, finos, grânulos, materiais fibrosos, ou microsferas (ocas e/ou sólidas). Num modelo de realização, os materiais fibrosos constituem até 5% do material refractário empregue. Estas pequenas adições de material fibroso são conhecidas por melhorarem a resistência mecânica e a resistência térmica do filtro.

Podem ser adicionadas pequenas quantidades de outros materiais à pasta líquida para modificarem as propriedades mecânicas e térmicas do filtro resultante. Num modelo de realização, outros materiais, tais como pós de metal e pós de ligas metálicas, estão presentes numa quantidade equivalente a até 5% do peso do material refractário. Materiais adequados incluem o aço, o ferro, o bronze, o silício, o magnésio, o alumínio, o boro. alcatrões, pezes, 0 ligante pode ser qualquer ligante convencional empregue na produção de filtros de espuma refractária. 0 ligante pode ser um ligante inorgânico, tal como um vidro de silicato (por exemplo, borossilicato, aluminossilicato, silicato de magnésio) ou vidro fosfatado, ou uma fonte rica em carbono seleccionada entre uma ou mais das seguintes classes de materiais: pezes, alcatrões, e polímeros 20 ΡΕ2385871 orgânicos que se degradam para formar carbono em pirólise numa atmosfera não oxidante. O perito da especialidade será capaz de selec-cionar o material refractário apropriado, ou mistura de materiais refractários, em conformidade com os requisitos específicos mecânicos e térmicos do filtro. Por exemplo, misturas de alumina ligada ao vidro e alumina/grafite são usadas regularmente usadas para a filtração de ligas de alumínio, misturas de alumina ligada ao vidro e carboneto de silício são regularmente usadas para a filtração do ferro, e zircónia ligada ao vidro é usada para a filtração do aço, enquanto que misturas de alumina ligada ao carbono e grafite são usadas tanto para a filtração do ferro como do aço. O veículo líquido na pasta líquida pode ser qualquer diluente líquido apropriado, por exemplo água, metanol, etanol ou éter de petróleo. Contudo, é habitualmente empregue água, uma vez que proporciona pastas líquidas com boas propriedades de revestimento e é ambientalmente segura.

Podem também ser adicionados outros materiais à pasta líquida refractária para modificar as suas propriedades reológicas. 0 uso de tais materiais na preparação de filtros é bem conhecido da técnica, e os mesmos incluem agentes de suspensão, tais como argilas, agentes anti-espuma, tais como líquidos à base de silicone, estabilizadores poliméricos e dispersantes. 21 ΡΕ2385871 A impregnação dos precursores do filtro pela pasta liquida refractária é bem conhecida da técnica, e pode ser feita por imersão do precursor dentro da pasta liquida e/ou laminando a pasta liquida em cima e para dentro do precursor e/ou pulverizando, removendo qualquer excesso de pasta liquida por pressão e/ou laminagem e/ou centrifugação.

Uma ou mais camadas adicionais de revestimento de um material refractário e/ou um ligante, opcionalmente com um veiculo liquido, podem ser aplicadas ao precursor do filtro e estas camadas de revestimento adicionais podem ser secas.

Serão agora descritos, apenas a titulo exempli-ficativo, modelos de realização da invenção com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 é um diagrama esquemático de uma secção transversal de parte de um filtro em conformidade com um modelo de realização da invenção; A Figura 2a é uma secção transversal de um filtro convencional obtida usando tomografia computorizada de raios-x e a Figura 2b é um negativo da mesma imagem; A Figura 3a é uma secção transversal de um filtro em conformidade com um modelo de realização da invenção 22 ΡΕ2385871 obtida usando tomografia computorizada de raios-x e a Figura 3b é um negativo da mesma imagem; e

As Figuras 4a a 4d são imagens obtidas por Microscopia de Varrimento Electrónico (SEM) de um filtro em conformidade com um modelo de realização da invenção. A Figura 1 é uma secção transversal muito esquematizada de parte de um filtro 10 em conformidade com a presente invenção. O filtro 10 tem uma orla periférica fechada 12 e contém uma rede irregular de cadeias 14 que rodeiam e definem poros/vazios 15. Tanto a orla fechada 12 como as cadeias 14 são pasta liquida formada a partir de um material refractário. As cadeias 14 têm cavidades 16 devido à eliminação (volatilização) da espuma reticulada durante a queima do precursor do filtro. Também estariam presentes cavidades na orla fechada 14, onde estava previamente presente o revestimento volatilizável. Estas estariam localizadas ao longo da linha pontilhada.

Pode ser definido um nó no filtro onde duas ou mais cadeias 14 se encontram. Alguns dos nós no filtro foram marcados com a letra A. A parte mais fina da orla fechada 12 está localizada no ponto médio entre dois nós da superfície. Exemplos de pontos médios foram marcados com a letra B. Pode ser observado que o ponto mais fino da orla fechada 12 tem uma espessura comparável à das cadeias 14. ΡΕ2385871 23

METODOLOGIA

Preparação de vim filtro padrão de espuma de carboneto de silício

Uma peça de espuma de poliuretano reticulada tendo uma secção transversal quadrada foi impregnada com pasta líquida refractária usando uma combinação de laminagem e pulverização até se atingir um peso desejado. A pasta líquida continha aproximadamente 60% de carboneto de silício, 15% de alumina, 5% de sílica, 10% de modificadores de reologia (agentes anti-espuma, dispersantes, estabilizadores, ligantes, etc.) e 5-10% de água. A quantidade de água adicionada foi ajustada para se obter a viscosidade pretendida da pasta líquida. A peça de espuma impregnada foi então seca num forno a 150°C antes de ser queimada. A queima foi efectuada numa estufa de túnel (contínuo), a temperatura não excedendo um máximo de 1200°C na zona mais quente da estufa.

Preparação de um filtro de espuma de carboneto de silício com a orla fechada

Uma peça de espuma de poliuretano com uma secção transversal quadrada foi revestida por pulverização nas suas quatro laterais (faces laterais) com um líquido contendo um adesivo de poliuretano para cura com humidade com um componente único não deformável? non-sag?, diluído 24 ΡΕ2385871 com uma mistura solvente de cetona/éter até uma solução de sólidos secos a 15% e colorido por meio da adição de 5% de um pigmento compatível. 0 líquido foi aplicado usando uma pistola de pulverização de um tipo padrão com depósito de pressão, e a uma pressão de atomização (ar) de 5 bares e uma pressão de alimentação do líquido de 2 bares. Várias camadas foram aplicadas às faces laterais até a camada de revestimento líquido da peça de espuma ser contínua. A peça de espuma com a orla revestida foi então deixada a secar à temperatura ambiente. A peça de espuma com a orla revestida foi usada para preparar um filtro de espuma usando o mesmo método que é descrito acima em relação ao filtro de espuma padrão, excepto por ter sido usada uma taxa de aplicação de pasta líquida mais reduzida na preparação dos filtros da invenção. A quantidade de pasta líquida aplicada (taxa de aplicação) foi reduzida diminuindo a viscosidade e o conteúdo de sólidos da pasta líquida por diluição, e/ou ajustando a proporção da laminação: aplicação por pulverização até se atingir o peso desejado, mantendo ao mesmo tempo uma cobertura uniforme da espuma. Depois da aplicação da pasta líquida, a peça de espuma impregnada com a orla revestida foi seca e depois queimada da mesma forma que o filtro de espuma padrão.

Avaliação dos filtros

As seguintes medições foram empregues de modo a 25 ΡΕ2385871 avaliar as propriedades dos filtros. Será entendido que os testes existem para fins de comparação e portanto é importante que os mesmos parâmetros sejam usados para todos os filtros que são testados.

Peso médio 0 peso de um determinado número de amostras foi medido e calculada uma média. Tal como descrito previa-mente, existe um compromisso entre usar pasta liquida bastante para proporcionar resistência suficiente e permitir uma boa eficiência de pré-tratamento e de filtração. De um modo geral, um filtro com peso mais baixo será preferencial, desde que o filtro seja suficientemente robusto quando usado.

Teste de Taxa de Escoamento da Água (Capacidade) 0 dispositivo de teste da taxa de escoamento da água é um aparelho concebido internamente, em que a água é feita circular e passa através de um tubo vertical de aço, no qual um filtro está selado no fundo, perpendicular ao fluxo, de modo a que a água flua no sentido descendente para cima da face e através do filtro. 0 aparelho está organizado de forma a que o diâmetro da área da face do filtro exposta à água seja de 40 mm, para todos os filtros testados. A altura (cabeça) da água acima do filtro é de 125 mm e é medida a taxa média de escoamento de água através do filtro. O teste é usado para comparar as taxas 26 ΡΕ2385871 de escoamento relativas esperadas (capacidade) de vários filtros, a fim de se obter uma indicação de como os filtros se irão comportar com o metal fundido. Os valores cotados são a média de resultados dos testes feitos a vários filtros.

Teste de Queda da Pressão (Capacidade e pré-tratamento) 0 teste de queda da pressão é um teste padrão para filtros, no qual a queda da pressão do ar através de um filtro é determinada usando um manómetro. 0 filtro é selado numa impressão dentro do dispositivo de teste, à qual está ligada uma bomba de ar de débito constante. Uma válvula de entrada é utilizada para fazer variar o débito do ar e é ligado um medidor de débito ao ponto de saída, para registar a taxa de débito através do dispositivo. Um manómetro está ligado ao dispositivo em cada um dos lados da amostra e mede a queda da pressão do ar que passa através do filtro. 0 aparelho está organizado de modo a que a área de superfície da face do filtro exposta ao ar varia em conformidade com o tamanho do filtro, tal como acontece com o fluxo de ar. Para filtros de 50 mm x 50 mm, 75 mm x 75 mm e 100 mm x 100 mm, as áreas expostas e as taxas de débito são de 2025 mm2, 4096 mm2, 6400 mm2 e 40 m3/hora, 57 m3/hora e 100 m3/hora, respectivamente. Tal como no teste da taxa de escoamento da água, o teste de queda da pressão é usado para fins comparativos, para indicar as características relativas do escoamento através de um 27 ΡΕ2385871 filtro. Crê-se que, geralmente, quanto mais baixa a queda da pressão, mais fácil é para o metal pré-tratar e passar através de um filtro. Os valores indicados são a média dos resultados dos testes a vários filtros.

Medição da Friabilidade

Foram empregues dois métodos para medir a friabilidade dos filtros.

No primeiro, foi medido o peso de fragmentos de filtro que se partiram e separaram de um filtro durante a fase de embalagem automática de uma fábrica de produção de filtros comerciais. Foi aberta uma caixa embalada de filtros e cada filtro foi retirado. Quaisquer fragmentos partidos e soltos foram separados dos filtros e reunidos em conjunto com todos os fragmentos remanescentes na caixa e na embalagem. 0 valor da friabilidade é então dado pelo peso total dos fragmentos soltos em percentagem do peso total dos filtros.

Um teste alternativo e mais rigoroso envolveu a colocação de seis filtros numa panela de metal de 200 mm de diâmetro com tampa, fixando-a depois num agitador com peneira padrão. A base vibratória foi ligada (regulação de velocidade número 3) e o recipiente de metal vibrou durante 3 minutos. Após três minutos, os filtros foram removidos da panela e foram separados quaisquer fragmentos soltos. Os filtros foram então recolocados na panela e foi repetida a 28 ΡΕ2385871 vibração durante mais um período de 3 minutos. A panela foi então retirada e o valor de friabilidade foi calculado tal como descrito acima, separando e pesando o peso total dos fragmentos de filtro soltos.

Teste de Impacto Directo (Medição da Resistência

Mecânica)

Os filtros foram testados com ferro fundido usando um teste de impacto directo, no qual 50 kg de ferro cinzento a uma determinada temperatura foram vertidos de uma panela com vazamento pelo fundo descendo por um canal de vazamento de 450 mm para cima da face de um filtro suportado em dois lados opostos numa impressão feita de areia resinosa. O teste proporciona uma medição da resistência mecânica do filtro a partir do impacto do metal inicial, resistência ao choque térmico, a resistência mecânica à temperatura e a resistência à erosão. Pode fazer-se variar a temperatura do teste de acordo com a espessura do filtro que está a ser testado e a severidade pretendida; por exemplo, uma temperatura de 1530°C é um teste mais severo do desempenho de um filtro do que usar um metal a 1480°C. Depois do teste (e do arrefecimento), o filtro é inspeccionado, e considera-se como tendo falhado se tiver algum buraco a atravessá-lo completamente. Um número máximo de cinco filtros são testados para cada exemplo, e o resultado é considerado como "Passou" se pelo menos quatro filtros passarem (o quinto filtro não é testado se os primeiros quatros passarem). Adicionalmente, 29 ΡΕ2385871 o filtro é examinado para se verificar o nivel de erosão e se existem quaisquer fissuras no filtro.

Resistência ao esmagamento em frio A resistência dos filtros aos esmagamento em frio foi medida usando um aparelho de teste de resistência à compressão de Hounsfield. A amostra de teste foi colocada centralmente numa base de teste e um punção com um determinado diâmetro foi impulsionado no sentido descendente na direcção da amostra a uma velocidade constante de 50 mm por minuto até a amostra ser esmagada. Os valores relatados são a média dos resultados dos testes a vários filtros.

Exemplo comparativo 1 - Filtro padrão de espuma de carboneto de silicio

Filtros com as dimensões de 50 mm x 50 mm x 22 mm foram preparados a partir de peças de espuma de poliuretano reticulada de 10 ppi com as dimensões apropriadas, usando o método descrito acima. A Figura 2a é uma secção transversal de um filtro completo do Exemplo Comparativo 1, o qual tem as dimensões de 50 mm x 50 mm x 22 mm. A disposição irregular das cadeias refractárias pode ser claramente visualizada na forma de áreas claras contra o fundo escuro. As cadeias refractárias contêm cavidades, onde a espuma reticulada foi 30 ΡΕ2385871 destruída durante a queima. Estas são visualizadas como regiões escuras dentro das cadeias de cor clara. Para melhor esclarecimento, é mostrado na Figura 2b um negativo desta imagem, onde as cadeias de material refractário são mostradas como zonas escuras.

Exemplo 1 - Filtro de espuma de carboneto de silício com um revestimento com a orla fechada

Um filtro com a orla fechada com as dimensões de 50 mm x 50 mm x 22 mm foi preparado a partir de uma peça de espuma de poliuretano reticulada de 10 ppi com as dimensões apropriadas (tal como descrito acima) . A taxa de aplicação da pasta liquida foi reduzida, por comparação com o Exemplo Comparativo 1. A Figura 3a é uma secção transversal do filtro completo do Exemplo 1, o qual tem as dimensões de 50 mm x 50 mm x 22 mm. A rede irregular de cadeias do material refractário pode ser claramente visualizada em conjunto com a orla fechada continua. O filtro com a orla fechada é visualizado na forma de áreas claras e os poros/vazios na forma de áreas escuras. O revestimento e as cadeias têm uma espessura semelhante, ou seja, a razão entre o diâmetro do revestimento da orla e o diâmetro das cadeias é aproxima-damente de 1:1. Para melhor esclarecimento, é mostrado na Figura 3b um negativo desta imagem, onde o material refractário é mostrado como zonas escuras. 31 ΡΕ2385871 A figura 4a é uma imagem obtida por Microscopia de Varrimento Electrónico (SEM) de uma porção de um canto do filtro do Exemplo 1 e as figuras 4b, 4c e 4d são imagens ampliadas da mesma porção. Em cada caso, a linha representa 1 mm. A espessura da orla fechada varia entre um máximo de cerca de 1 mm nos nós e menos de 0,5 mm no ponto médio entre os nós. A orla fechada tem uma espessura comparável à das cadeias e, nalguns pontos, é notavelmente mais fina do que as cadeias. A orla fechada contém cavidades, uma vez que o revestimento orgânico volatilizável foi destruído durante a queima. São visíveis várias cavidades estreitas e longas, as quais mostram os locais onde o revestimento volatilizável se encontrava antes da queima. Estas foram assinaladas por setas em cada uma das figuras b, c e d. Uma vez que o revestimento volatilizável era contínuo, era expectável que tivesse resultado numa cavidade contínua, em vez de numa cavidade descontínua. Os inventores crêem que as cavidades numerosas resultam do facto da composição refractária da pasta líquida seca endurecer mas permanecer fluida enquanto o revestimento está a ser volatilizado, pelo que se desloca para preencher os intervalos à medida que vão sendo criados.

Resultados

As propriedades mecânicas, físicas e termome-cânicas dos filtros do Exemplo Comparativo 1 e Exemplo 1 são mostradas a seguir: ΡΕ2385871 32

Tabela 1

Ex Ccmp 1 Ex 1 Peso Médio do Filtro (g) 19,5 15,9 Densidade Média do Filtro (g/cm3) 0,39 0,32 Taxa de Escoamento da Água (1/s) 1,81 2,03 Friabilidade (%) 0,016 0,005 Teste de Impacto Directo (1530°C) Passou Passou Teste de Impacto Directo (1510°C) Passou Passou

Peso Médio do Filtro 0 peso médio (e a densidade) para um filtro da invenção (Exemplo 1) foi 18,5% mais baixo do que o peso médio para um filtro da técnica anterior (Exemplo Comparativo 1) com as orlas abertas.

Taxa de Escoamento da Água (Capacidade) A taxa de escoamento da água do Exemplo 1 foi aproximadamente 11% mais elevada do que a do Exemplo Comparativo 1, o que indica que o filtro terá uma taxa de escoamento do metal mais elevada e maior capacidade na utilização. 0 Exemplo 1 tinha um nível mais baixo de impregnação com pasta líquida do que o Exemplo Comparativo 1 e consequentemente um peso do filtro mais baixo, do que resultou um filtro com maior porosidade (cadeias mais finas e menos poros bloqueados). 33 ΡΕ2385871

Medição da Friabilidade A friabilidade foi medida usando o primeiro teste descrito acima (linha de embalagem convencional). A medição mostrou que o Exemplo 1 foi menos friável, ou seja, que a orla fechada protegeu as extremidades das cadeias do filtro e consequentemente reduziu a quantidade de fragmentos que se quebraram, embora as cadeias fossem mais finas (menos carga refractária) e portanto de um modo geral mais frágeis do que no Exemplo Comparativo 1.

Teste de Impacto Directo (Medição da Resistência

Mecânica)

Usando o teste padrão, todos os filtros do Exemplo 1 passaram, não mostrando sinais de falhas, ou seja, de quebras. Os resultados sendo os mesmos do Exemplo Comparativo 1 mostram que apesar de terem um peso mais baixo (nível de impregnação) , os filtros com a orla fechada do Exemplo 1 mantêm-se adequados para a filtração de metal fundido.

Assim, o filtro com a orla fechada proporciona uma vantagem à luz do filtro da técnica anterior. A orla do filtro fica protegida sem necessidade de aumentar a parte interior do filtro, e de facto o nível de impregnação do interior do filtro até pode ser diminuído. Como 34 ΡΕ2385871 consequência, a velocidade de escoamento e a capacidade do filtro podem ser aumentadas, e nalgumas circunstâncias será possivel produzir um filtro com um tamanho de poros mais pequeno, mantendo simultaneamente a taxa de escoamento e a capacidade de um filtro de espuma padrão com um tamanho de poros maior. Isto significa que a eficiência da filtração pode ser aumentada sem afectar adversamente a generalidade do processo de vazamento (enchimento dos moldes).

Exemplos Comparativos 2 e 3 e Exemplos 2 e 3

Filtros convencionais e com a orla fechada com as dimensões de 50 mm x 50 mm x 15 mm foram preparados a partir de peças de espuma de poliuretano. O Ex Comp 2 e o Ex 2 foram preparados a partir de peças com 20 ppi e o Ex

Comp 3 e o Ex 3 foram preparados a partir de peças com 30 ppi. As propriedades dos filtros estão listadas abaixo.

Tabela 2

Ex Comp 2 Ex Comp 3 Ex 2 Ex 3 (20 ppi) (30 ppi) (20 ppi) (30 ppi) Peso Médio Geral do Filtro (g) 15,2 15,1 12,6 14,6 Taxa de Escoamento da Água (1/s) 1,94 1,81 2,08 1,90 Teste de Impacto Directo (1510°C) Não testado Não testado Passou Passou Teste de Impacto Directo (1480°C) Passou1 Passou1 Não testado Não testado Resistência Média ao Esmagamento 701 797 320 569 em Frio (N) Nota 1) especificação de produto (e resultado) de produto comercial 35 ΡΕ2385871

Tal como esperado, os filtros com 20 ppi apresentaram uma taxa de escoamento da água mais elevada do que os filtros com 30 ppi, devido ao tamanho maior dos poros. O Ex 3 tem um tamanho de poros com 30 ppi, e mesmo assim tem uma taxa de escoamento da água comparável à do filtro convencional com 20 ppi (Ex Comp 2).

Os filtros do Ex 2 e do Ex 3 passaram o teste de impacto directo a uma temperatura mais alta (e portanto a um teste mais severo) do que a especificação do produto comercial actual do Ex Comp 2 e do Ex Comp 3. Em conjunto, os resultados significam que um filtro do Ex 3 poderá ser usado no lugar do filtro do Ex Comp 2, proporcionando a maior eficiência de filtração de um filtro com 30 ppi em conjunto com a capacidade normalmente associada a um produto com ppi mais baixo.

Exemplos Comparativos 4 e 5 e Exemplos 4 e 5

Filtros convencionais e com a orla fechada com as dimensões de 50 mm x 50 mm x 22 mm foram preparados a partir de peças de espuma de poliuretano. O Ex Comp 4 e o Ex 4 foram preparados a partir de peças com 20 ppi e o Ex Comp 5 e o Ex 5 foram preparados a partir de peças com 30 ppi. As propriedades dos filtros estão listadas abaixo. ΡΕ2385871 36

Tabela 3

Ex Cctrp 4 (20 ppi) Ex Carrp 5 (30 ppi) Ex 4 (20 ppi) Ex 5 (30 ppi) Peso Médio Geral do Filtro (g) 19,6 19,4 17,1 18,4 Friabilidade (%) (Método do Teste na Embalagem) 0,013 0,011 0,010 0,007 Taxa de Escoamento da Agua (1/s) 1,64 1,60 1,97 1,77 Teste de Impacto Directo 1530°C Passou1 Passou1 Passou Passou Resistência Média ao Esmagamento em Frio (N) 750 745 403 517 Nota 1) especificação de produto (e resultado) de produto comercial

Ambos os filtros da invenção mostram friabilidade melhorada (diminuída) apesar de terem pesos e resistências ao esmagamento em frio mais baixos do que os filtros convencionais. Também têm taxas de escoamento da água mais altas do que os filtros convencionais, o que indica que terão uma maior capacidade no uso para a filtração de metal. 0 Ex 5 pode ser usado no lugar do Ex Comparativo 4, de forma a proporcionar uma maior eficiência de filtração, mantendo simultaneamente a taxa de escoamento.

Exemplo Comparativo 6 e Exemplo 6

Filtros convencionais e com a orla fechada com as dimensões de 75 mm x 75 mm x 22 mm foram preparados a partir de peças de espuma de poliuretano com uma porosidade de 20 ppi. As propriedades dos filtros estão listadas abaixo. ΡΕ2385871 37

Tabela 4

Ex Comp 6 (20 ppi) Ex 6 (20 Fpi) Peso Médio do Filtro (g) 44,0 37,7 Taxa de Escoamento da Agua (1/s) 2,09 2,59 Teste de Impacto Directo 1530°C Não testado Passou Teste de Impacto Directo 1510°C Passou1 Não testado Resistência Média ao Esmagamento em Frio (N) 970 535 Nota 1) especificação de produto (e resultado) de produto comercial

Exemplos Comparativos 7 e 8 e Exemplos 7 e 8

Filtros convencionais e com a orla fechada com as dimensões de 100 mm x 100 mm x 22 mm foram preparados a partir de peças de espuma de poliuretano. O Ex Comp 7 e o Ex 7 foram preparados a partir de peças com 20 ppi e o Ex Comp 8 e o Ex 8 foram preparados a partir de peças com 30 ppi. As propriedades dos filtros estão listadas abaixo.

Tabela 5

Ex Ccmp 7 Ex Ccmp 8 Ex 7 Ex 8 (20 ppi) (30 Fpi) (20 Fpi) (30 Fpi) Peso Médio do Filtro (g) 90,5 90,6 77,4 74,4 Taxa de Escoamento da Água (1/s) Não testado Não testado 2,16 2,59 Teste de Impacto Directo 1510°C Passou1 Passou1 Passou Passou Resistência Média ao Esmagamento 1225 1196 738 873 em Frio (N) Nota 1) especificação de produto (e resultado) de produto comercial 38 ΡΕ2385871

Exemplo Comparativo 9 e Exemplos 9A, 9B e 9C

Filtros convencionais e com a orla fechada com as dimensões de 50 mm x 50 mm x 15 mm foram preparados a partir de peças de espuma de poliuretano com uma porosidade de 20 ppi. Foi usada uma composição diferente de pasta liquida em comparação com os exemplos anteriores, contendo aproximadamente 55% de carboneto de silício, 15% de alumina, 10% de sílica, 10% de modificadores de reologia e ligantes e 5-10% de água. A quantidade de pasta líquida aplicada foi ajustada para se produzir uma gama de filtros com pesos diferentes. As peças de espuma impregnadas foram secas como nos exemplos anteriores, no entanto a queima dos filtros foi efectuada numa estufa de secagem, atingindo um máximo de 1150°C no ponto mais elevado do ciclo de queima. A friabilidade dos filtros foi medida usando o segundo método e é indicada abaixo, em conjunto com outras propriedades dos filtros.

Tabela 6

Ex Ccmp 9 Ξχ 9A Ξχ 9B Ex 9C Peso Médio do Filtro (g) 15,4 12,6 14,9 17,6 Friabilidade (%) 0,14 0,26 0,14 0,04 (Teste do Agitador com Peneira) Queda da Pressão (Pa) 271 181 197 248 Impacto Directo (1510°C) Passou Passou Não testado Não testado Resistência Média ao Esmagamento 1301 552 703 967 em Frio (N) 39 ΡΕ2385871

Os resultados mostram que o aumento do nível de impregnação, e consequentemente do peso do filtro, aumenta a resistência e reduz a friabilidade dos filtros. Além disso, ο Ex 9B tem um peso total semelhante ao Ex Com 9; no entanto, uma vez que também tem a orla fechada, a impregnação do corpo de espuma, ou seja, a espessura das cadeias revestidas, é menor. 0 filtro terá por conseguinte uma maior capacidade e uma maior taxa de escoamento em comparaçao com um filtro padrão, tal como indicado pelo valor mais baixo da queda da pressão, mas sem aumento da friabilidade do filtro (orlas).

Comparado com o Ex Comp 9, o Ex 9C tem uma peso total mais elevado, no entanto o nível de impregnação das cadeias é menor, tal como indicado pelos dados da queda da pressão. Será portanto expectável que tenha uma capacidade e uma taxa de escoamento do metal ligeiramente mais elevadas em comparação com o filtro convencional. Adicionalmente, como resultado da sua friabilidade (reduzida) significativamente melhorada, o Ex 9C será mais resistente às quebras e portanto particularmente robusto para o manuseamento mecânico (incluindo o robótico).

Exemplos 10, 11 e 12

Foram preparados filtros à base de zircónia com a orla fechada a partir de peças de espuma de poliuretano com as mesmas dimensões das usadas para produzir os Exemplos 6 40 ΡΕ2385871 (Exemplo 10) e 7 (Exemplos 11 e 12). A composição da pasta líquida continha aproximadamente 75% de zircónia, 10% de magnésia, 10% de modificadores da reologia e ligantes, e 5-10% de água. As peças de espuma impregnadas foram secas tal como nos exemplos anteriores. Os filtros de zircónia foram queimados a uma temperatura mais elevada do que os anteriores filtros de carboneto de silício, atingindo um máximo de 1600°C no ponto mais elevado do ciclo de queima conduzida numa estufa de secagem. Os resultados são mostrados abaixo.

Tabela 7

Ex 10 Ex 11 Ex 12 Porosidade da espuma 20 ppi 10 ppi 20 ppi Peso Médio do Filtro (g) 72,6 159,7 143,1 Queda da Pressão (Pa) 208 421 451 Resistência Média ao Esmagamento em Frio (N) 3973 5307 3268

Exemplos 13 e 14 e Exemplos Comparativos 13 e 14

Filtros de carboneto de silício de 20 ppi com a orla fechada e filtros padrão foram preparados tal como descrito anteriormente e avaliados num molde dividido horizontalmente. Para cada teste foram fundidos vinte conjuntos de peças de eixos dianteiros, dois por caixa do molde, um filtro por fundição. Foram produzidas duas séries diferentes de peças fundidas, com um filtro maior a ser usado para as peças fundidas do tipo maior/mais pesado. Os resultados são mostrados abaixo. ΡΕ2385871 41

Tabela 8

Ex Conp 13 Ex 13 Ex Carp 14 Ex 14 Dimensões (mm) 50x50x22 50x50x22 50x75x22 50x75x22 Peso Médio do Filtro (g) 19,5 16,2 30,3 24,7 Taxa de Escoamento da Água (1/s) 1,6 2,1 2,0 2,3 Tempo médio de vazamento do produto fundido (s) 11,7 11,0 12,6 11,9 Peso médio do produto fundido vazado (kg) 62,1 61,4 71,4 70,2 Taxa de escoamento do metal através do filtro (kg/s) 5,3 5,6 5,7 5,9

Os filtros com a orla fechada são consideravelmente mais leves do que os filtros padrão correspondentes. Além disso, estes resultados mostram que os filtros com a orla fechada têm taxas de escoamento mais elevadas, o que oferece uma redução nos tempos de vazamento do produto fundido de aproximadamente 6% por comparação com os filtros padrão equivalentes. Todos os produtos fundidos pareceram satisfatórios na verificação visual, sem defeitos visíveis (relacionados com o filtro).

Lisboa, 4 de dezembro de 2012

Claims (11)

1. ΡΕ2385871 1 REIVINDICAÇÕES 1. Um método para a produção de um filtro de espuma refractária com a orla fechada, compreendendo: proporcionar um substrato de espuma reticulada tendo pelo menos uma primeira superfície para formar uma face lateral do filtro e duas segundas superfícies opostas para formarem as faces de atravessamento do filtro; aplicar à primeira superfície um líquido que contém um componente de revestimento orgânico; solidificar o componente de revestimento orgânico para formar um precursor do filtro com um revestimento volatilizável contínuo na primeira superfície; impregnar o precursor do filtro com uma pasta líquida que contém partículas de um material refractário, um ligante e um veículo líquido; e secar e queimar o precursor do filtro impregnado para formar o filtro com a orla fechada.
2. 2. 0 método da reivindicação 1, em que o substrato de espuma reticulada tem uma porosidade de entre 5 e 60 poros por polegada linear (ppi).
3. 3. O método da reivindicação 1 ou 2, em que o líquido é aplicado a todas as primeiras superfícies do substrato de espuma reticulada.
4. ΡΕ2385871 2 4 . precedentes, 0 método de qualquer uma das reivindicações em que o liquido é aplicado por pulverização.
5. 5. 0 método de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o revestimento volatilizável é flexível .
6. 6. 0 método de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o componente de revestimento orgânico é seleccionado a partir de um ou mais entre poliuretano, cloreto de polivinil (PVC), poliéster (PET) ou polistireno.
7. 7. Um filtro de espuma refractária que pode ser produzido pelo método de qualquer uma das reivindicações precedentes contendo uma rede tridimensional de cadeias de material refractário e tendo pelo menos uma face lateral e duas faces de atravessamento opostas, essa pelo menos uma face lateral tendo uma orla fechada unificada, e em que a orla fechada contém cavidades.
8. 8. 0 filtro em conformidade com a reivindicação 7, no qual a orla fechada unificada tem um espessura inferior a 1 mm.
9. 9. 0 filtro em conformidade com a reivindicação 7 ou 8, no qual as cavidades são significativamente mais compridas numa direcção paralela à face lateral do que largas numa direcção perpendicular à face lateral. 3 ΡΕ2385871
10. 10. O filtro de qualquer uma das reivindicações 7 a 9, no qual a orla fechada unificada tem um espessura inferior a 0,5 mm.
11. 11. O filtro de qualquer uma das reivindicações 7 a 10, no qual razão entre a espessura da orla fechada unificada e a espessura das cadeias vai de 0,5 a 2. Lisboa, 4 de dezembro de 2012