7 de diciembre Un filtro de espuma cerámica de AdTech

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Un filtro de espuma cerámica de AdTech

1. Filtro de espuma cerámica caracterizado porque está formado por una composición que comprende carburo de silicio, alúmina, sílice derivada de un sol coloidal de sílice y fibras de aluminosilicato, y ha sido cocido a una temperatura tal que el filtro presenta una matriz cerámica en la que las fibras de aluminosilicato se encuentran prácticamente disueltas.

2. Filtro de espuma cerámica según la reivindicación 1, caracterizado porque el filtro está formado a partir de una suspensión acuosa con un contenido en sólidos que comprende entre el 20 y el 50% en peso de carburo de silicio, entre el 20 y el 50% en peso de alúmina, entre el 1,5 y el 5,0% en peso de sílice derivada de un sol de sílice coloidal y entre el 1 y el 3% en peso de fibras de aluminosilicato.

3. Filtro de espuma cerámica según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque el carburo de silicio tiene un tamaño de partícula de entre 1 y 80 micras.

4. Filtro de espuma cerámica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la alúmina tiene un tamaño de partícula de entre 1 y 40 micras.

5. Un filtro de espuma cerámica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las fibras de aluminosilicato tienen una longitud de entre 60 micras y 3 mm.

6. Filtro de espuma cerámica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el filtro se ha cocido a una temperatura comprendida entre 1200 °C y 1300 °C.

7. Filtro de espuma cerámica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el filtro tiene un espesor de 15 mm o menos.

8. Método para fabricar un filtro de espuma cerámica en el que se impregna una espuma orgánica con una suspensión acuosa de cerámica, y la espuma impregnada se seca y se cuece, caracterizado porque la suspensión acuosa contiene carburo de silicio, alúmina, sol de sílice coloidal y fibras de aluminosilicato, y la espuma impregnada y secada se cuece a una temperatura de al menos 1150 °C.

9. Un método según la reivindicación 8, caracterizado porque la espuma impregnada y secada se cuece a una temperatura comprendida entre 1200 °C y 1300 °C.

Descripción:
FILTROS DE ESPUMA CERÁMICA

La presente invención se refiere a filtros de espuma cerámica y, en particular, a filtros de espuma cerámica para la filtración de hierro fundido.

Los filtros de espuma cerámica se utilizan habitualmente para filtrar diversos metales fundidos, como el aluminio, el cobre y el hierro.

Los filtros que se utilizaban originalmente para este fin eran principalmente espumas cerámicas aglomeradas con fosfato, pero debido al uso de un aglutinante fosfático, como el ortofosfato de aluminio, estos filtros presentan inconvenientes, sobre todo cuando se utilizan para filtrar hierro, ya que pueden carecer de la resistencia suficiente para su manipulación al estar sometidos a las temperaturas de fundición del hierro fundido, a menos que tengan un grosor considerable, es decir, del orden de 20 mm o más. Además, los aglutinantes fosfatados son indeseables por razones medioambientales, ya que a la temperatura a la que se cuecen los filtros durante su fabricación desprenden pentóxido de fósforo.

Se ha descubierto ahora que se obtienen filtros mejorados para el hierro fundido si la espuma cerámica se fabrica a partir de una composición que incluye carburo de silicio, alúmina, sol de sílice coloidal y una pequeña proporción de fibra de aluminosilicato.

De acuerdo con la invención, se proporciona un filtro de espuma cerámica fabricado a partir de una composición que comprende carburo de silicio, alúmina, sílice derivada de un sol coloidal de sílice y fibras de aluminosilicato, y que ha sido cocido a una temperatura tal que el filtro presenta una matriz cerámica en la que las fibras de aluminosilicato se encuentran prácticamente disueltas.

El filtro de espuma cerámica se fabrica preferiblemente a partir de una suspensión acuosa con un contenido en sólidos que comprende entre el 20 y el 50% en peso de carburo de silicio, entre el 20 y el 50% en peso de alúmina, entre el 1,5 y el 5,0% en peso de sílice derivada de un sol de sílice coloidal y entre el 1 y el 3% en peso de fibras de aluminosilicato.

El tamaño de las partículas de carburo de silicio es, preferiblemente, de 1 a 80 micras, y el tamaño de las partículas de alúmina es, preferiblemente, de 1 a 40 micras. Las fibras de aluminosilicato tienen, preferiblemente, una longitud de entre 60 micras y 3 mm. Existen en el mercado soles de sílice coloidal con un contenido de sílice comprendido entre el 30 y el 50% en peso. Por lo tanto, la suspensión acuosa utilizada para fabricar el filtro de la invención contendrá habitualmente entre un 5 y un 10% en peso de sol de sílice coloidal.

El filtro de espuma cerámica puede fabricarse mediante un método conocido para la fabricación de espuma cerámica, en el que una espuma orgánica —normalmente una espuma de poliuretano— se impregna con una suspensión acuosa de material cerámico que contiene un aglutinante; se seca la espuma impregnada para eliminar el agua y se cuece la espuma impregnada seca para quemar la espuma orgánica y producir una espuma cerámica. La producción de espumas cerámicas mediante este método se describe en la patente estadounidense 3090094 y en las patentes británicas 932862, 916784, 1004352, 1054421, 1377691, 1388911, 1388912 y 1388913.

Durante su fabricación, el filtro de espuma cerámica de la invención debe cocerse a una temperatura mínima de 1150 °C. Preferiblemente, la temperatura de cocción se sitúa en el intervalo comprendido entre 1200 °C y 1300 °C.

Por lo tanto, según otra característica de la invención, se proporciona un método para fabricar un filtro de espuma cerámica que comprende la formación de una suspensión acuosa que contiene carburo de silicio, alúmina, un sol de sílice coloidal y fibras de aluminosilicato; impregnar una espuma orgánica con dicha suspensión; secar la espuma impregnada para eliminar el agua; y cocer la espuma impregnada y seca a una temperatura de al menos 1150 °C.

Cuando se cuece el filtro, la sílice coloidal, las fibras de aluminosilicato y las partículas más finas de alúmina interactúan para formar una matriz cerámica que rodea el carburo de silicio y las partículas más gruesas de alúmina, y que presenta una fase aglutinante primaria de silicato de aluminio. La disolución sustancial de las fibras de aluminosilicato en la matriz cerámica puede demostrarse mediante el examen microscópico del filtro de espuma cerámica con un microscopio electrónico de barrido (SEM).

La suspensión también puede contener otros aditivos para mejorar sus propiedades de aplicación durante la impregnación de la espuma orgánica. Entre dichos aditivos se encuentran, por ejemplo, agentes reológicos —como la arcilla, la sílice pirogénica o los espesantes orgánicos—, aditivos para el recubrimiento —como el alcohol polivinílico— y agentes antiespumantes.

Si se desea, los filtros de la invención pueden mejorarse aún más recubriéndolos con material cerámico adicional de la misma composición, tras el secado y antes de la cocción de la espuma orgánica impregnada. Cuando los filtros se recubren de esta manera, la masa de recubrimiento suele constituir entre el 5 y el 10 % en peso del filtro acabado.

Los filtros de la invención son más resistentes y menos quebradizos que los filtros de carburo de silicio aglomerados con fosfato y, al ser más resistentes, es posible utilizarlos en secciones más delgadas, es decir, del orden de 15 mm o menos.

Los siguientes ejemplos servirán para ilustrar la invención. EJEMPLO 1

Los filtros de espuma cerámica aptos para la filtración de hierro fundido se fabricaron de la siguiente manera:

Se preparó una suspensión acuosa con la siguiente composición:

Columnas=2> Columna 1: Columna 2: % en peso carburo de silicio (tamaño de partícula D50 = 25 micras) 47,00 alumino (tamaño de partícula D50 = 4 micras) 25,00 fibras de aluminosilicato (longitud 3 mm) 2,00 arcilla 3,00 sílice pirogénica 2,50 agente espesante 0,05 alcohol polivinílico 3,25 sol de sílice coloidal (30% en peso de sílice) 5,50 agente antiespumante 0,10 agua 10,60
El carburo de silicio, la alúmina, las fibras de aluminosilicato, la arcilla, la sílice pirogénica y el espesante se mezclaron en un mezclador de polvos y se transfirieron a una mezcladora. Se añadieron el alcohol polivinílico y el agente antiespumante, y se mezclaron los componentes. A continuación, se añadió el sol de sílice coloidal, seguido de agua suficiente para obtener una consistencia similar a la de una masa al seguir mezclando. Por último, se añadió el resto del agua y se continuó mezclando hasta obtener una suspensión.

Se impregnaron con la suspensión piezas de espuma de poliuretano flexible reticulada de 50 x 50 x 22 mm y de 50 x 50 x 15 mm y, tras eliminar el exceso de suspensión, las piezas impregnadas se secaron a una temperatura de entre 180 y 190 °C durante 1 hora y, a continuación, se calentaron a 1200 °C y se sometieron a cocción durante 1 hora a esa temperatura.

Se midió la resistencia a la compresión de los filtros de 22 mm de espesor y se determinó que era, de media, de 2,7 kg/cm. Los filtros de espuma cerámica a base de carburo de silicio aglomerados con fosfato disponibles en el mercado para la eliminación de hierro, de las mismas dimensiones, presentaban una resistencia a la compresión media de 1,5 kg/cm.

Se sometieron a ensayo diez de los filtros de 15 mm de espesor para evaluar su idoneidad para filtrar hierro fundido mediante el impacto directo de hierro fundido gris a una temperatura de 1400 °C desde una altura de 500 mm, y todos los filtros superaron la prueba.

En una prueba de impacto similar, 9 de cada 10 filtros de espuma cerámica a base de carburo de silicio con aglutinante de fosfato, de las mismas dimensiones, fallaron. EJEMPLO 2

Se fabricaron filtros de espuma cerámica a partir de piezas de espuma de poliuretano flexible reticulada de 50 x 50 x 15 mm y de tres suspensiones acuosas diferentes, utilizando el método descrito en el ejemplo 1.

Las suspensiones presentaban la siguiente composición porcentual en peso: -

Columnas=4> Encabezado col. 1: Cabecera col. 2: 1 Cabecera col. 3: 2 Cabecera col. 4: 3 carburo de silicio (tamaño de partícula D50 = 25 micras) 30,00 30,00 30,00 alúmina (tamaño de partícula D50 = 4 micras)43,00 42,00 42,00 Fibras de aluminosilicato (longitud media 150 micras) - - 1,00 Andalusita - 1,00 - Arcilla 3,00 3,00 3,00 Sílice pirogénica 2,00 2,00 2,00 agente espesante 0,05 0,05 0,05 alcohol polivinílico 3,00 3,00 3,00 agente antiespumante 0,15 0,15 0,15 sol de sílice coloidal (30% en peso de sílice) 10,00 10,00 10,00 agua 8,80 8,80 8,80
Los filtros fabricados a partir de la suspensión 1, que no contenía fibras de aluminosilicato, presentaban una resistencia media a la compresión de 1,44 kg/cm; los filtros fabricados a partir de la suspensión 2, que contenía andalusita —un silicato de aluminio en forma de partículas— en lugar de fibras de aluminosilicato, presentaban una resistencia media a la compresión de 1,10 kg/cm²; y los filtros que contenían fibras de aluminosilicato según la invención, fabricados a partir de la suspensión 3, tenían una resistencia media a la compresión de 1,65 kg/cm².

Los filtros de la suspensión 3 eran 15% más resistentes que los de la suspensión 1 y 50% más resistentes que los de la suspensión 2.