Керамический пенопластовый фильтр Kiez Technology

17 сентября Керамический пенофильтр Kiez Technology

Posted at 02:48h in Керамический пенофильтр by AdTech 0 Comments

0 Likes

Керамический пенофильтр Kiez Technology

Изобретение относится к способам изготовления керамических пенообразных фильтров (PCF) для очистки жидкого алюминия и его сплавов. Оно может применяться в металлургии и литейном производстве.

Известный способ изготовления пенокерамики для рафинирования металлов, включающий пропитку пористых материалов керамическим шликером следующего состава, в весовых частях: мелкоизмельченный дунит, форстерит или смесь продуктов форстерита (60–80) и мелкоизмельченную смесь периклаза или смесь продуктов периклаза с глиной в соотношении 80:20–90:10–20:40. При этом обжиг керамической пены осуществляется при температурах 1200–1750 °C, а его продолжительность не указана.

К недостаткам данного метода относятся высокие затраты энергии, необходимые для его реализации.
Известный способ изготовления фильтрующей керамической пены, который включает пропитку органической пены керамическим шликером, содержащим в весовых долях: %: алюмосиликатную пыль из электростатических осадителей на основе Al₂O₃ (30–90), магнезитовый шлам (0,5–20), K₂O (2–8), SiO₂ (4–40), мелкодисперсный металлургический шлак или смесь солей железа II и III и галлия — остаток.
Преформы из органической пены, пропитанные смазкой, сушат при температуре 250–300 °C и обжигают при температуре 1200–1600 °C.
Продолжительность процессов сушки и обжига не указана.

К недостаткам данного метода относятся многокомпонентный состав суспензии и высокие энергозатраты на его реализацию.
Наиболее близким к изобретению является способ изготовления фильтрующей пенокерамики для очистки, в том числе алюминия и алюминиевых сплавов, от шлаковых включений, включающий пропитку трехмерной полиуретановой сетки шликером, удаление его излишков, сушку образцов при температуре 18–25 °C в течение 6–8 часов, при температурах 100–150 °C в течение до 2 часов и закалку при температурах 450–500 °C в течение до 3 часов.
Раствор, приготовленный по данному методу, имеет следующий состав (в весовых частях, %): жидкое стекло с высоким модулем упругости (50–75), гидроксид алюминия (20–40), цемент с высоким содержанием оксида алюминия или корунд — до 30, промышленные углеводы (3–5), промышленная вода в количестве, необходимом для получения оптимальной консистенции.

Керамический пенофильтр Kiez Technology
К недостаткам данного метода относятся многокомпонентный состав шлицевой смеси, длительность процесса сушки, использование дорогостоящих материалов на основе Al₂O₃, технологическая необходимость тонкого измельчения всех компонентов сухой смеси, а также необходимость выдерживания изделия при температуре 450–500 °C в течение 3 часов.

Целью предлагаемого решения является расширение сырьевой базы для производства суспензионных наполнителей, используемых при изготовлении PCF, за счет применения недорогих и доступных материалов — промышленных отходов в виде мелкоизмельченной шлаковой пуды, полученной при литье стали в керамические формы с использованием кварцевых моделей.

РЕЗУЛЬТАТ: получение суспензии на основе кварца, которая служит в качестве PCF для обработки расплава алюминия, обладает достаточной устойчивостью к температурным воздействиям, не изменяет свой объем при нагревании, исключает операцию спекания при обжиге готового изделия, что обеспечивает работоспособность при возможном химическом взаимодействии SiO₂ с алюминием из расплава и устраняет вредное воздействие железа на обрабатываемый расплав алюминия.

Керамический пенофильтр Kiez Technology
Технический результат достигается благодаря тому, что в способе изготовления фильтрующей пенокерамики, включающем пропитку трехмерной полиуретановой сетки шликером, удаление его излишков, сушку образцов, нагрев до 450–500 °C, сушка проводится при температуре 65 °C в течение 30 минут; после выжигания полиуретановой пенной основы наносятся оставшиеся слои шликера, после чего между слоями проводится сушка в течение 30 минут при температуре 65 °C, в качестве наполнителя шликера для выжигаемых моделей используется мелкоизмельчённая пыль керамических оболочечных форм для литья стали.

Смесь для изготовления керамических пенофильтров содержит природный кварцевый наполнитель в виде мелкоизмельчённой (менее 50 микрон) крошки керамических литых стальных оболочек, изготовленных методом литья по выплавляемым моделям, а также воду и жидкое стекло в качестве связующего вещества.

Элементный состав мелкоизмельчённого остатка керамических снарядов, определённый с помощью микрозондового рентгеновского анализа с использованием энергодисперсионного спектрометра.

Особенность мелкоизмельченного наполнителя из керамических скорлупок заключается в том, что он обладает стабильным химическим составом, гарантируемым постоянством материалов, используемых в соответствии с технологией LVM, и, имея формулу SiO₂, практически не подвержен полиморфным превращениям. Все они уже прошли испытания в составе маршаллита и кварцевого песка при литье стали по технологии LVM при температурах разлива 1550–1630 °C в формы, нагретые до 900 °C.

Керамический пенофильтр Kiez Technology
В связи с этим последующий нагрев мелкоизмельченного шлака керамических оболочек не должен вызывать изменений объема, напряжений и растрескивания изделий, изготовленных из него. По той же причине готовые ПКФ не требуют обжига, а их высокотемпературная обработка сводится к выжиганию полиуретановой пенной основы при температуре 450–500 °C. Длительное нахождение при этой температуре не требуется, так как при достижении значения 500 °C каркас из полиуретановой пены удаляется.

Возможное химическое взаимодействие SiO₂ с алюминием из перерабатываемого расплава не может быть учтено, поскольку процесс восстановления кремния из его оксида алюминия требует гораздо большего времени, чем время, необходимое для заполнения формы через PCF.

Незначительная массовая доля железа в мелкоизмельчённой крошке керамических оболочек стальной сетки LAN не оказывает негативного влияния на алюминиевые расплавы при их фильтрации через PCF.

Помимо вышесказанного, использование мелкоизмельчённых керамических отходов в технологии производства PCF способствует развитию ресурсосбережения в литейной промышленности, технологий переработки промышленных отходов, а также укреплению сырьевой базы литейных и металлургических технологий.

Керамические шаровые наполнители стальной LAN, использовавшиеся в качестве шламового наполнителя, обладали следующими свойствами: насыпная плотность 2350–2360 кг/м³; влажность 2–3%; pH = 6; изменение массы при отжиге 1%; гигроскопичность 0,5–1%. Материал относится к 4-му классу опасности.

Мелкодисперсный порошок был получен из обломков керамических снарядов стальной ЛАН путем дробления и измельчения. Осколки керамических снарядов с исходным размером 20–50 мм дробились в щековой дробилке до максимального размера 10 мм. Далее материал измельчался в вибрационном абразивном измельчителе IVCh-3 до размера 50 микрон, заявленного производителем оборудования.

Керамический пенофильтр Была изготовлена рама размерами 50 × 50 × 22 мм из высокопористого ячеистого материала (HPLM) типа PPU-EF (эластичная полиуретановая пена) [4] с количеством пор на дюйм поверхности (PPI) равным 10.

Суспензию приготовили путем смешивания измельченного порошка керамических снарядов, жидкого стекла и воды в соотношениях, указанных в таблице 2. Использовалось жидкое стекло плотностью 1450 кг/м³.

Каркас из полиуретановой пены погрузили в раствор плотностью 1700–1750 кг/м³ и оставили для пропитки. Излишки раствора удалили с помощью валика.
Заготовку сушили при температуре 65 °C в течение 30 минут в лабораторной сушильной печи. Затем её, пока она ещё была тёплой, поместили в резистивную муфельную печь, нагретую до температуры не более 200 °C, и постепенно повышали температуру до 450–500 °C для сжигания каркаса ВЭЖХ.
Выдержка заготовки в печи при таких температурах не требуется, поскольку рама из системы HPLC полностью извлекается по достижении температуры 500 °C.
После извлечения заготовки из печи и охлаждения её на воздухе до комнатной температуры полученный керамический каркас погрузили в раствор.
Суспензию оставили стекать, а затем провели продувку сжатым воздухом под низким давлением для раскрытия пор.

Затем заготовку сушили при температуре 65 °C в течение 30 минут в лабораторной сушилке.
После этого операции нанесения суспензии и сушки повторялись для второго и последующих армирующих слоев.