Filtro de espuma cerámica de Kiez Technology

17 de septiembre Filtro de espuma cerámica de Kiez Technology

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Filtro de espuma cerámica de Kiez Technology

La invención se refiere a métodos para filtros de espuma cerámica (PCF) destinados a la purificación del aluminio líquido y sus aleaciones. Puede utilizarse en metalurgia y en fundición.

Un método conocido para la fabricación de cerámicas espumosas destinadas al refinado de metales, que incluye la impregnación de materiales porosos con una pasta cerámica de la siguiente composición, en peso: %: dunita finamente molida, forsterita o una mezcla de productos de forsterita (60-80) y una mezcla finamente molida de periclasa o una mezcla de productos de periclasa y arcilla en una proporción de 80: 20-90: 10-20: 40. En este caso, la cocción de la espuma cerámica se lleva a cabo a temperaturas de 1200-1750 °C, y no se indica su duración.

Entre las desventajas de este método se encuentran los elevados costes energéticos que conlleva su aplicación.
Un método conocido para la fabricación de una espuma cerámica filtrante, que consiste en la impregnación de una espuma orgánica con una pasta cerámica que contiene, en peso: %: polvo de aluminosilicato procedente de precipitadores electrostáticos a base de Al₂O₃ (30-90), lodos de magnesita (0,5-20), K₂O (2-8), SiO₂ (4-40), escoria fina metalúrgica o una mezcla de sales de hierro II y III y galio; el resto.
Las preformas de espuma orgánica impregnadas con slip se secan a una temperatura de entre 250 y 300 °C y se cuecen a temperaturas de entre 1200 y 1600 °C.
No se indica la duración de las operaciones de secado y cocción.

Entre las desventajas de este método se encuentran la composición multicomponente de la pasta y los elevados costes energéticos que conlleva su aplicación.
El método más cercano a la invención es un procedimiento para la producción de cerámicas de espuma filtrante destinadas a la limpieza, que incluyen aluminio y aleaciones de aluminio, a partir de inclusiones de escoria; dicho procedimiento consiste en impregnar una malla tridimensional de poliuretano con una pasta de barbotina, eliminar el exceso de esta, secar las muestras a temperaturas de 18-25 °C durante 6-8 horas, a temperaturas de 100-150 °C durante un máximo de 2 horas y el enfriamiento rápido a temperaturas de 450-500 °C durante un máximo de 3 horas.
La pasta obtenida mediante este método tiene la siguiente composición, en peso (%): vidrio líquido de alto módulo (50-75), hidróxido de aluminio (20-40), cemento con alto contenido en alúmina o corindón hasta un 30 %, carbohidratos industriales (3-5) y agua industrial en la cantidad necesaria para obtener la consistencia óptima.

Filtro de espuma cerámica de Kiez Technology
Entre las desventajas de este método se encuentran la composición multicomponente de la pasta, la larga duración del proceso de secado, el uso de materiales costosos a base de Al₂O₃, la necesidad tecnológica de realizar un molido fino de todos los componentes de la mezcla seca y la necesidad de mantener el producto a temperaturas de entre 450 y 500 °C durante 3 horas.

El objetivo de la solución propuesta es ampliar la base de materias primas de los rellenos en suspensión para la producción de PCF mediante el uso de materiales económicos y asequibles: residuos industriales en forma de polvo finamente molido procedente de la fundición de acero y de cáscaras cerámicas obtenidas mediante fundición a la cera perdida a base de cuarzo.

EFECTO: la producción de una pasta a base de cuarzo, que proporciona PCF para el procesamiento de aluminio fundido con suficiente resistencia a los efectos de la temperatura, no varía de volumen al calentarse, elimina la operación de sinterización durante la cocción del producto acabado, lo que mantiene la operatividad durante una posible interacción química del SiO₂ con el aluminio del fundido y elimina los efectos nocivos del hierro sobre el aluminio fundido procesado.

Filtro de espuma cerámica de Kiez Technology
El resultado técnico se consigue gracias a que, en el método de fabricación de cerámica de espuma filtrante —que incluye la impregnación de una malla tridimensional de poliuretano con una pasta de colado, la eliminación del exceso de esta, el secado de las muestras y el calentamiento a 450-500 °C—, el secado se realiza a una temperatura de 65 °C durante 30 minutos; tras la combustión de la base de espuma de poliuretano, se aplican las capas restantes de pasta, seguidas de un secado entre capas de 30 minutos a una temperatura de 65 °C, y se utiliza polvo finamente molido de moldes de cáscara cerámica para fundición de acero como relleno de las pastas de los modelos fundidos.

Una pasta para la fabricación de filtros de espuma cerámica incluye un relleno de cuarzo natural en forma de fragmentos finamente molidos (menos de 50 micras) de conchas de acero fundido cerámico, obtenidas mediante fundición a la cera perdida, y contiene agua y vidrio líquido como aglutinante.

La composición elemental de la mezcla finamente molida de conchas cerámicas, determinada mediante análisis con microsonda de rayos X y un espectrómetro de dispersión de energía.

La particularidad de la mezcla finamente molida de conchas cerámicas radica en que presenta una composición elemental estable, garantizada por la constancia de los materiales utilizados según la tecnología LVM, y, al tener la fórmula SiO₂, prácticamente no es propensa a sufrir transformaciones polimórficas. Todas ellas ya han sido sometidas a un proceso de fundición de acero mediante la tecnología LVM, utilizando arena de maršalita y cuarzo a temperaturas de colada de 1550-1630 °C en moldes calentados a 900 °C.

Filtro de espuma cerámica de Kiez Technology
En este sentido, el calentamiento posterior de la pulverización fina de casquillos cerámicos no debería provocar cambios de volumen, tensiones ni grietas en los productos fabricados a partir de ella. Por la misma razón, los PCF acabados no necesitan ser cocidos, y su procesamiento a alta temperatura se reduce a la combustión de la base de espuma de poliuretano a temperaturas de entre 450 y 500 °C. No es necesario mantenerlos a esta temperatura, ya que, una vez alcanzado el valor de 500 °C, se retira la estructura de espuma de poliuretano.

No se puede tener en cuenta la posible interacción química del SiO₂ con el aluminio de la masa fundida que se está procesando, ya que el proceso de reducción del silicio a partir de su óxido de aluminio requiere mucho más tiempo del que se tarda en llenar el molde mediante PCF.

La baja fracción másica de hierro presente en el polvo finamente molido de las capas cerámicas de una red LAN de acero no afecta negativamente a las fundiciones de aluminio cuando se filtran a través de PCF.

Además de lo anterior, el uso de conchas cerámicas trituradas finamente en la tecnología de producción de PCF contribuye al desarrollo de la conservación de recursos en la industria de la fundición, a las tecnologías de reciclaje de residuos industriales y a la base de materias primas de las tecnologías de fundición y metalúrgicas.

La mezcla de conchas cerámicas de una red LAN de acero utilizada como relleno en suspensión presentaba las siguientes propiedades: densidad aparente de 2350-2360 kg/m³; humedad del 2-3%; pH = 6; variación de masa durante el recocido: 1%; higroscopicidad: 0,5-1%. El material pertenece a la cuarta clase de peligro.

Se obtuvo polvo finamente dispersado a partir de los restos de proyectiles cerámicos de un sistema LAN de acero mediante operaciones de trituración y molienda. Los fragmentos de casquillos cerámicos con un tamaño inicial de 20-50 mm se trituraron en una trituradora de mandíbulas hasta alcanzar un tamaño máximo de 10 mm. Posteriormente, el material se trituró en el molino vibratorio IVCh-3 hasta alcanzar el tamaño de 50 micras indicado por el fabricante del equipo.

Filtro de espuma cerámica Se preparó un marco con unas dimensiones de 50 × 50 × 22 mm a partir de un material celular altamente poroso (HPLM) del tipo PPU-EF (espuma de poliuretano elástica) [4], con un número de poros por pulgada de superficie (PPI) de 10.

La lechada se preparó mezclando polvo de proyectiles cerámicos triturados, vidrio líquido y agua en las proporciones que se indican en la tabla 2. Se utilizó vidrio líquido con una densidad de 1450 kg/m³.

Se sumergió un marco de espuma de poliuretano en una pasta con una densidad de 1700-1750 kg/m³ y se dejó que se empapara. El exceso de pasta se eliminó con un rodillo.
La pieza se secó a 65 °C durante 30 minutos en un secador de laboratorio. A continuación, mientras aún estaba caliente, se introdujo en un horno de mufla de resistencia calentado a una temperatura que no superaba los 200 °C, elevando gradualmente la temperatura hasta 450-500 °C para quemar la estructura del HPLC.
No es necesario que el lingote permanezca expuesto en el horno a estas temperaturas, ya que el bastidor del HPLC se retira por completo cuando alcanza los 500 °C.
Tras retirar la preforma del horno y enfriarla al aire hasta alcanzar la temperatura ambiente, se sumergió la estructura cerámica resultante.
Se dejó que la lechada se escurriera y se inyectó aire comprimido a baja presión para abrir los poros.

A continuación, la preforma se secó a 65 °C durante 30 minutos en un secador de laboratorio.
A continuación, se repitieron las operaciones de aplicación de la suspensión y secado para la segunda capa de refuerzo y las siguientes.