PT92846A

PT92846A - Filtro de material ceramico para filtracao de metais fundidos

Info

Publication number: PT92846A
Application number: PT92846A
Authority: PT
Inventors: Werner Kallisch; Reiner Stotzel; Rolf Rietzscher
Original assignee: Fischer Ag Georg
Priority date: 1989-01-11
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1990-07-31
Also published as: NL9000009A; MX173465B; AT396875B; JPH02229515A; IT9019040A1; FI900143A0; NO900129L; NO175874C; GB2227185A; GB2227185B; FR2641475B1; AR243093A1; AU4773690A; CH679746A5; KR900011502A; CA2007450A1; NO900129D0; BR9000098A; NO175874B; ZA90198B

Description

ί/β 70 427

2649/ΑΜ -2-

MEMÓRIA DESCRITIVA Ο presente invento diz respeito a um filtro de cerâmica para a filtração de metais fundidos de acordo com o termo genérico da reivindicação 1, assim como a um processo para a sua produção. Os filtros de cerâmica deste tipo conhecem-se desde há bastante tempo e utilizam-se com muito êxito em fundições para afastar impurezas tais como escórias, areia e matérias resistentes ao fogo, das peças de fundição a fabricar.

Os filtros de cerâmica com estrutura porosa de alvéolos abertos são fabricados usualmente pela impregnação de um material alveolar orgânico, por exemplo, espuma de poliuretano, com uma argila líquida cerâmica de baixa viscosidade ou pela impregnação com uma argila líquida altamente viscosa, e pelo espremer do excesso de argila liquida por meio de pares de cilindros. No caso de se utilizar uma argila líquida de baixa viscosidade, obtém-se uma distribuição homogénea na espuma. No caso de se utilizai* uma argila líquida altamente viscosa, podem resultar acumulações de massa de argila líquida, no interior ou nos lados paralelos à direcção de transporte pelos cilindros, conforme a resistência da espuma ao recalcamento, o ajuste dos cilindros e a reologia da argila líquida.

Para que seja garantido o efeito do filtro, o filtro tem que ter uma alta fiabilidade no que diz respeito às qualidades térmicas e mecânicas em relação ao metal líquido. Em filtros conhecidos acontecem repetidas vezes, em certa percentagem, - dependendo da carga - fracturas no metal líquido e erosão do cerâmico. Isto acontece particularmente na área das superfícies laterais que se estendem essencialmente na direcção da passagem do metal líquido, mesmo que se verifique na sua área uma acumulação mais elevada de material pela acção dos respectivos cilindros, assim como em nervuras côncavas, abertas para fora, da estrutura porosa. Estas últimas devem a sua formação ao facto de que , ao impregnar o material alveolar se torna a tirar uma parte da argila líquida durante o transporte das espumas impregnadas, e que ao queimar o material alveolar a pressão do vapor daí resultante provoca aberturas mais ou menos em forma de ranhuras, nas nervuras celulares expostas. .,ν* -3- .,ν* -3- Lo 70 427 2649/ΑΜ

Da WO 82/03339 conhece-se um filtro de material cerâmico com uma estrutura porosa de alvéolos abertos com base num cerâmico de elevado ponto de fusão, o qual é produzido pela impregnação de um material alveolar orgânico com uma argila líquida altamente viscosa, por secagem, por aquecimento e calcinação para a eliminação do material alveolar. Remove-se a argila líquida excedente, depois da impregnação do material alveolar, fazendo passar o material alveolar impregnado através de um sistema de pares de cilindros. Adicionalmente, as nervuras celulares expostas que se encontram à superfíc.ie do filtro, podem ser protegidas contra rompimento, submetendo-se adicionalmente a superfície do material alveolar impregnado seco, a mais uma impregnação com uma argila líquida cerâmica. Assim, aumenta-se simultaneamente a resistência térmica do filtro. No entanto, esta impregnação posterior é, por um lado, desvantajosa dado que assim não só se guarnecem as nervuras celulares expostas, mas também áreas do filtro que se encontram sob elas, de uma camada adicional de argila líquida, a qual prejudica a permeabilidade do filtro, não conduzindo, por outro lado, a uma estabilidade suficiente para um grande número de aplicações, nomeadamente/ quando as alturas da queda do metal fundido são mais elevadas, de modo a que continuam a verificar-se, relativamente, muitos casos de fracturas e de erosão. 0 objectivo do presente invento é, por isso, o de criar um filtro de material cerâmico, de acordo com o termo genérico da reivindicação 1, que possua uma estabilidade mecânica e térmica mais elevada em relação aos metais fundidos.

Este problema resolve-se de acordo com a parte característica da reivindicação 1.

Desta forma consegue-se que os filtros apresentem uma armação fechada na área das superfícies laterais da periferia. Especialmente meste caso as nervuras celulares livres às superfícies de passagem são fechadas por um revestimento que não estorva a porosidade do filtro.

Na área das superfícies laterais da periferia (no caso de um -4- 70 427 2649/ΑΜ filtro com superfície básica redonda ou oval só há uma superfície lateral periférica) do material alveolar da espuma orgânica existente nas dimensões do filtro a fabricar, introduz-se, no material alveolar, material com qualidades de resistência ao fogo em quantidade tal que resulta na sua área, em toda a extensão da periferia, uma camada completa duma espessura de 0,5 a 3 mm, e realiza-se um tratamento posterior com um material com qualidades de resistência ao fogo, na forma de um revestimento das nervuras celulares livres, nas superfícies de passagem da estrutura porosa.

Realiza-se o revestimento das nervuras celulares livres, de preferência numa espessura de 0,1 a 1 mm, aplicando-se particularmente a massa de revestimento numa quantidade de 40 a 400 mg/cm^.

De preferência, produz-se a camada completa das superfícies laterais, tal como o revestimento das nervuras celulares livres, a partir da argila líquida cerâmica utilizada para a impregnação.

Os materiais utilizados para este fim são, em princípio, conhecidos. Por exemplo, é possível utilizar substâncias que contêm, como componente principal, AI2O3, ou outras substâncias altamente resistentes ao fogo, particularmente altamente aluminíferas, tais como silimanite, mulite ou argila refractária. É vantajoso que a viscosidade da argila líquida utilizada se 4 4 encontre na área de 10 a 2x10 cps a 2G r.p.m.. Eventualmente, é também possível utilizar, para a produção da camada completa e/ou do revestimento das nervuras celulares livres, em vez da argila líquida utilizada para a impregnação, uma outra argila líquida de um material resistente ao fogo, ou então um agente com qualidades de resistência ao fogo, que faz presa ao ar, por exemplo, silicato de sódio solúvel, vidro silicioso, resinas, fosfatos de alumínio, oxicloreto de zircónio, silicato de etilo.

As figuras em anexo que a seguir se apresentam descrevem, o presente invento com mais pormenor. A figura 1 mostra uma secção esquemática, ampliada e pormenorizada de um filtro de material cerâmico, antes da -5- 70 427 2649/ΑΜ calcinação.

As figuras 2a e 2b mostram uma forma de realização de um processo para a produção de uma camada periférica completa.

As figuras 3 e 4 mostram duas formas de realização de um processo para a produção de duas camadas marginais completas, situadas em posição oposta. A figura 5 mostra um dispositivo de teste para filtros de cerâmico.

Na figura 1 representa-se uma secção de um filtro bruto antes da calcinação, no qual se impregnou um esqueleto de material alveolar 1 de um material orgânico, por exemplo, de espuma de poliuretano ou de material semelhante, com argila liquida cerâmica 4, altamente viscosa, e o qual tem, por exemplo, a forma de um paralelipípedo rectângulo com quatro superfícies laterais periféricas adjacentes 2 e duas superfícies de passagem 3 opostas, paralelas. Como a seguir se vai expor detalhadamente, é gerada em todas as superfícies laterais 2 uma camada completa 5, de um material resistente ao fogo, particularmente da argila liquida utilizada igualmente para a impregnação com uma espessura de 0,5 a 3 mm. Além disso, as superfícies de passagem 3 de um revestimento 7 de um material resistente ao fogo, particularmente da argila líquida utilizada também para a impregnação, são providas de nervuras celulares livres 6. Depois da calcinação, o esqueleto de material alveolar fica completamente queimado e a argila líquida solidificada.

Conforme as figuras 2a e 2b é possível comprimir, utilizando um êmbolo 8 que tem a mesma superfície básica que/esqueleto de material alveolar 1, para obter uma camada completa periférica 5, na área das superfícies laterais 2, de modo a que a argila líquida excedente atinja a área das superfícies laterais 2 acumulando-se, em parte, no lado exterior de forma rebordada, como se representa na figura 2a. Ao atenuar a tensão exercida no esqueleto de material alveolar 1, pelo levantamento do êmbolo 8, forma-se uma armação de argila líquida fechada em todos os lados, dado que o rebordo excedente de argila líquida nas superfícies 70 427 ; . ... ..-, 2649/ΑΜ -6- laterais 2, se dispersa, durante a atenuação da tensão, de forma homogénea, pelas superfícies laterais 2. Seguidamente, seca-se a espuma impregnada e calcina-se, provida, antes ou depois da calcinação, do revestimento 7.

Como se representa na figura 3, é também possível fazer passar o esqueleto de material alveolar 1, depois da impregnação com a argila líquida, através de um par de correias divergentes 9, entre o qual se comprime inicialmente o esqueleto de material alveolar impregnado 1, sendo a argila líquida excedente expremida, lateralmente para fora, formando-se aí um rebordo respectivo. Ao continuar a passagem pelo par de correias 9, o esqueleto de material alveolar 1 expande-se e o rebordo de argila liquida distribui-se de forma homogénea pelas duas superfícies laterais opostas 2, formando-se duas camadas completas 5, opostas.

De acordo com a figura 4, as camadas completas 5 são geradas fazendo passar os esqueletos de material alveolar 1, impregnandos e secos, por meio de um transportador horizontal 10, através de um par de cilindros verticais 11, no qual aplica, em duas superfícies laterais opostas 2, material resistentes ao fogo, argila líquida ou material que faz presa ao ar, introduzindo-o sob pressão, na estrutura porosa, até a espessura prevista. Nas superfícies dos cilindros garante-se sempre uma camada de material a aplicar de espessura constante, por meio de raspadores ou com os rolos laminadores.

Este método para a produção de camadas completas 5 pode ser subsequente ao da figura 3 para guarnecer todas as quatro superfícies laterais 2 de uma camada completa 5. No entanto, pode também haver dois dispositivos, um a seguir do outro, de acordo com a figura 4, com local para a viragem das estruturas de material alveolar 1 em 90o, a fim de guarnecer todas as quatro superfícies laterais 2 de uma camada completa 5.

Mas, em vez disso, é também possível gerar a camada completa 5 de modo a colar, nas superfícies laterais 2 da estrutura de material alveolar 1, uma camada de material alveolar com uma -7- 70 427 2649/ΑΜ menor porosidade ου de modo a provê-las de uma tela de finos fios de cola. Durante a impregnação com a argila liquida, os poros mais pequenos ou os espaços intermédios, respectivamente, na área da margem lateral periférica, ficam cheios de argila líquida, formando-se uma camada completa periférica 5.

Pode também utilizar-se o método de acordo com a figura 4 para guarnecer as superfícies laterais 2 de ura filtro já calcinado, com uma camada completa 5 de um material que faz presa ao ar com qualidades de resistência ao fogo.

Além disso, pode utilizar-se o método de figura 4 para aplicar o revestimento 7, ou depois da secagem e antes da calcinação, na forma de uma argila líquida, ou depois da calcinação, na forma de um material que faz presa ao ar, com qualidades de resistência ao fogo.

Durante a aplicação de filtros de cerâmica porosa para a filtração de metais fundidos, tais como ferro fundido (possivelmente ferro fundido com grafite lamelar, ferro fundido nodular, ferro fundido maleável com elevado teor em níquel) no sistema de fundição, dá-se repentinamente um choque térmico e estático dos filtros devido à afluência do material líquido. O grau da carga térmica depende mais ou menos da composição e das características da argila líquida calcinada que foi aplicada para a produção do filtro de cerâmica.

Outras características que influenciam a estabilidade são as superfícies de apoio (encontros) que conferem a forma ao filtro, bem como a própria forma do filtro condicionada pela estrutura. Esta última pode ser aperfeiçoada, nitidamente, pela construção de acordo com o invento, sem o coeficiente de débito do material líquido ser influenciado de forma prejudicial.

De acordo com este facto é possível expôr o filtro de acordo com o invento, ao contrário dos que são produzidos tradicionalmente, a cargas (alturas de queda e altas pressões) muito mais elevadas. Isto pode demostrar-se por meio do dispositivo de teste representado na figura 5. O dispositivo de teste representado compreende um

70 427 2649/ΑΜ -8-reservatório 12 para a recepção de material líquido, o qual está fechado no fundo por um tampão 13. Por baixo do reservatório 12 encontra-se um apoio do filtro 14, com uma caixa de machos padrão 15 onde se encaixa um filtro a examinar 16 com uma dimensão de, por exemplo, 50 mm x 50 mm x 22 mm. Entre o reservatório 12 e o apoio do filtro 14 encontra-se um tubo de queda 17, o qual pode ser prolongado por segmentos 17’, de comprimento predeterminado.

Os filtros a examinar 16 são metidos na caixa de ensaio 15 e, depois de puxar o tampão 13, são admitidos e percorridos por ferro de uma qualidade e quantidade predeterminadas.

Utilizando o dispositivo de teste representado na figura 5 e ferro fundido com grafite lamelar como material, compararam-se filtros de material cerâmico produzidos de acordo com o invento, do tamanho indicado (com uma camada completa periférica 5 de uma espessura de 2 mm e um revestimento 7 de uma espessura de 0,5 mm) com filtros de cerâmica essencialmente iguais, os quais foram no entanto produzidos tradicionalmente, só por impregnação, sem a camada 5 nem o revestimento 7, possuindo portanto a mesma resistência à passagem. O espectro de peso era essencialmente igual nos dois géneros de filtros. Além disso, submeteram-se ambos os géneros de filtros à mesma marcha do forno. O resultado é representado na tabela seguinte. prod. trad. prod. d.ac.inv. prod. trad. prod. d.ac.inv altura de fundição 450 mm 450 mm 527 mm 527 mm temperatura de fundição 1440- 1440- 1438- 1438- SC -1379 -1379 -1380 -1380 número de filtros exami- 5 5 5 5 nados (filtros) rotos 3 0 4 0 (filtros) intactos 2 5 1 5

Claims

-9- 70 427 2649/ΑΜ REIVINDICAÇÕES 1 - Filtro de cerâmica com uma estrutura porosa de alvéolos abertos, à base de um material cerâmico de elevado ponto de fusão, para a filtração de metais fundidos, com duas superfícies de passagem (3), situadas opostamente, tranversais ao sentido da passagem do metal fundido e, pelo menos, uma superfície lateral (2) que se estende, essencialmente no sentido da passagem, filtro esse em que se impregna um material alveolar orgânico (1) com argila líquida cerâmica (4) altamente viscosa, e donde é eliminado, depois de uma secagem, o material alveolar (1), por meio de aquecimento, ficando depois o material cerâmico restante (4) calcinado, assim como é submetido- eventualmente a um tratamento posterior, na superfície, com um material resistente ao fogo, caracterizado por a(s) superficie(s) lateral(ais) (2) estar(em) munida(s) com um material resistente ao fogo, possuindo uma espessura de 0,5 a 3 mm no sentido periférico na totalidade de uma camada completa (5).
2 - Filtro de cerâmica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as nervuras celulares livres (6) da estrutura porosa estarem fechadas nas superfícies de passagem (3), por um revestimento (7) de um material resistente ao fogo.
3 - Filtro de cerâmica de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o revestimento (7) aplicado ter espessura de 0,1 a 1 mm.
4 - Filtro de cerâmica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a camada (5) e/ou o revestimento (7) serem feitos de material resistente ao fogo a partir da argila líquida cerâmica utilizada para a impregnação.
5 - Processo para a produção de um filtro de cerâmica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, no qual uma espuma orgânica, nas dimensões do filtro a fabricar, é impregnada com uma argila líquida altamente viscosa de um material de elevado ponto de fusão, o filtro é seco, aquecido e calcinado para eliminar a espuma orgânica, sendo submetido eventualmente a um tratamento posterior, na superfície, com um material com a -10- -10- ' ;...JE-2SSS? .......rSSr 70 427 2649/ΑΜ qualidade de resistência ao fogo, caracterizado por se introduzir no material alveolar, na área da(s) superfície(s) lateral(ais) da periferia do material alveolar, tanto material com a qualidade de resistência ao fogo, tal que resulte nessas áreas era todo o comprimento, no sentido periférico, uma camada completa com uma espessura de 0,5 a 3 mm.
6 - Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por se aplicar o tratamento posterior, na forma de um revestimento das nervuras celulares livres existentes nas superfícies de passagem da estrutura porosa, com um material com a qualidade de resistência ao fogo.
7 - Processo da acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado por se realizar o revestimento das nervuras celulares livres com uma espessura de 0,1 a 1 mm e com 40 a 400 mg/cm2de massa de revestimento.
8 - Processo de acordo com uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado por se comprimir a espuma orgânica, depois da impregnação, com uma matriz superior com a mesma superfície de a base que a espuma, após o que se deixa recuperar/espuma.
9 - Processo de acordo com uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado por se fazer passar a espuma orgânica impregnada entre um par de cintas divergentes para se espremer a argila líquida em excesso.
10 - Processo de acordo com uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado por se reduzir o número dos poros da espuma orgânica na(s) superfície(s) lateral( ais) da periferia de modo a formar-se aí, durante a impregnação, a camada completa de argila líquida.
11 - Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por se reduzir o número dos poros pela colagem de material alveolar de menor porosidade de acordo com a espessura da camada de argila líquida completa.
12 - Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por se reduzir o número dos poros pela aplicação de -11- 70 427 2649/ΑΜ uma tela de fios finos de cola, na(s) superficie(s) lateral(ais) da periferia.
13 - Processo de acordo com uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado por se fazer passar a espuma impregnada, seca e não calcinada, com as superfícies laterais, entre, pelo menos, um par de cilindros verticais, através das quais é aplicada argila líquida altamente viscosa que é assim introduzida na espuma, sob pressão, com a espessura prevista.
14 - Processo dé acordo com uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado por se fazer passar o filtro calcinado com as suas superfícies laterais por, pelo menos, um par de cilindros verticais, através dos quais se aplica um agente que faz presa ao ar, com a qualidade de resistência ao fogo, introduzindo-o na espuma, sob pressão, com a espessura prevista.
15 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 14, caracterizado por se fazer passar a espuma impregnada, seca e não calcinada, entre um par de cilindros verticais, ficando as nervuras celulares livres revestidas de uma argila líquida altamente viscosa*
16 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 15, caracterizado por se fazer passar o filtro calcinado entre um par de cilindros .verticais, revestindo-se assim as nervuras celulares livres com um agente que faz presa ao ar, com qualidade de resistência ao fogo.

Por FIRMA GEORG FISCHER AG