07 декабря Керамический пенопластовый фильтр от AdTech

Posted at 06:20h in Новости by AdTech 0 Comments

0 Likes

Керамический пенопластовый фильтр от AdTech

1. Керамический пенофильтр, характеризующийся тем, что фильтр изготовлен из композиции, содержащей карбид кремния, оксид алюминия, диоксид кремния, полученный из коллоидного золя кремнезема, и алюмосиликатные волокна, и прошел обжиг при такой температуре, при которой в керамической матрице фильтра алюмосиликатные волокна практически растворились.

2. Керамический пенофильтр согласно пункту 1 формулы изобретения, характеризующийся тем, что фильтр сформирован из водной суспензии с содержанием твердых веществ, включающей 20–50% по массе карбида кремния, 20–50% по массе оксида алюминия, 1,5–5,0% по массе кремнезема, полученного из коллоидного кремнеземного золя, и 1–3% по массе алюмосиликатных волокон.

3. Керамический пенофильтр согласно пункту 1 или пункту 2 формулы изобретения, отличающийся тем, что размер частиц карбида кремния составляет от 1 до 80 микрон.

4. Керамический пенофильтр согласно любому из пунктов 1–3 формулы изобретения, характеризующийся тем, что размер частиц оксида алюминия составляет 1–40 микрон.

5. Керамический пенофильтр согласно любому из пунктов формулы изобретения 1–4, характеризующееся тем, что длина алюмосиликатных волокон составляет от 60 микрон до 3 мм.

6. Керамический пенофильтр согласно любому из пунктов 1–5 формулы изобретения, характеризующийся тем, что фильтр был обожжен при температуре в диапазоне от 1200 °C до 1300 °C.

7. Керамический пенофильтр согласно любому из пунктов 1–6 формулы изобретения, характеризующийся тем, что толщина фильтра составляет 15 мм или менее.

8. Способ изготовления керамического пенофильтра, при котором органическая пена пропитывается водной керамической суспензией, а пропитанная пена подвергается сушке и обжигу, характеризующийся тем, что водная суспензия содержит карбид кремния, оксид алюминия, коллоидный золь кремнезема и алюмосиликатные волокна, а высушенная пропитанная пена обжигается при температуре не менее 1150 °C.

9. Способ согласно пункту 8 формулы изобретения, характеризующийся тем, что высушенный пропитанный пенопласт обжигается при температуре в диапазоне от 1200 °C до 1300 °C.

Описание:
КЕРАМИЧЕСКИЕ ПЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ

Настоящее изобретение относится к керамическим пенофильтрам, в частности — к керамическим пенофильтрам для фильтрации расплавленного железа.

Керамические пенофильтры широко используются для фильтрации различных расплавов металлов, в том числе алюминия, меди и железа.

Фильтры, которые изначально использовались для этой цели, представляли собой в основном керамические пены с фосфатным связующим, однако из-за применения фосфатного связующего, такого как ортофосфат алюминия, у этих фильтров имеются недостатки, особенно при фильтрации чугуна, поскольку при температурах литья расплавленного чугуна они могут обладать недостаточной прочностью для эксплуатации, если только их толщина не составляет порядка 20 мм или более. Кроме того, фосфатные связующие вещества нежелательны по экологическим соображениям, поскольку при температуре обжига фильтров в процессе производства они выделяют пятиокись фосфора.

В настоящее время установлено, что более эффективные фильтры для расплавленного железа получаются, если керамическая пена изготавливается из смеси, содержащей карбид кремния, оксид алюминия, коллоидный золь кремнезема и небольшую долю алюмосиликатного волокна.

Согласно изобретению предлагается керамический пенофильтр, изготовленный из композиции, содержащей карбид кремния, оксид алюминия, диоксид кремния, полученный из коллоидного золя кремнезема, и алюмосиликатные волокна, которая была обожжена при такой температуре, что фильтр имеет керамическую матрицу, в которой алюмосиликатные волокна практически растворены.

Керамический пенофильтр предпочтительно изготавливают из водной суспензии, содержащей 20–50% по массе карбида кремния, 20–50% по массе оксида алюминия, 1,5–5,0% по массе диоксида кремния, полученного из коллоидного золя кремнезема, и 1–3% по массе алюмосиликатных волокон.

Размер частиц карбида кремния предпочтительно составляет от 1 до 80 микрон, а размер частиц оксида алюминия — от 1 до 40 микрон. Длина алюмосиликатных волокон предпочтительно составляет от 60 микрон до 3 мм. В продаже имеются коллоидные золи кремнезема с содержанием кремнезема в диапазоне от 30 до 50% по массе. Поэтому водная суспензия, используемая для изготовления фильтра по изобретению, обычно содержит от 5 до 10% по массе коллоидного золя кремнезема.

Керамический пенофильтр может быть изготовлен с использованием известного способа получения керамической пены, при котором органическая пена — обычно полиуретановая — пропитывается водной суспензией керамического материала, содержащей связующее вещество, пропитанная пена сушится для удаления воды, а высушенная пропитанная пена обжигается с целью сгорания органической пены с получением керамической пены. Производство керамических пен по данному методу описано в патенте США № 3090094 и в британских патентах № 932862, 916784, 1004352, 1054421, 1377691, 1388911, 1388912 и 1388913.

В процессе изготовления керамический пенофильтр, описанный в настоящем изобретении, необходимо обжигать при температуре не ниже 1150 °C. Предпочтительно, чтобы температура обжига находилась в диапазоне от 1200 °C до 1300 °C.

Таким образом, в соответствии с еще одной особенностью изобретения предлагается способ изготовления керамического пенофильтра, включающий формирование водной суспензии, содержащей карбид кремния, оксида алюминия, коллоидного золя кремнезема и алюмосиликатных волокон, пропитку органической пены этой суспензией, сушку пропитанной пены для удаления воды и обжиг высушенной пропитанной пены при температуре не менее 1150 °C.

При обжиге фильтра коллоидный диоксид кремния, алюмосиликатные волокна и более мелкие частицы оксида алюминия вступают во взаимодействие, образуя керамическую матрицу, окружающую карбид кремния и более крупные частицы оксида алюминия и содержащую первичную связующую фазу из алюмосиликата. Значительное растворение алюмосиликатных волокон в керамической матрице можно продемонстрировать путем микроскопического исследования керамического пенофильтра с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ).

Суспензия может также содержать другие добавки, улучшающие ее рабочие свойства при пропитке органической пены. Примерами таких добавок являются реологические добавки, такие как глина, пирогенный диоксид кремния или органические загустители, вспомогательные вещества для нанесения покрытий, такие как поливиниловый спирт, а также пеногасители.

При желании фильтры, описанные в изобретении, можно дополнительно усовершенствовать, нанеся на них дополнительный слой керамического материала того же состава после сушки и перед обжигом пропитанной органической пены. При нанесении такого покрытия масса покрытия обычно составляет 5–10 % от массы готового фильтра.

Фильтры, описанные в изобретении, обладают большей прочностью и меньшей ломкостью по сравнению с фильтрами из карбида кремния, связанного фосфатом, и благодаря их повышенной прочности их можно использовать в виде более тонких секций, то есть толщиной порядка 15 мм или менее.

Приведенные ниже примеры послужат иллюстрацией изобретения. ПРИМЕР 1

Керамические пенофильтры, пригодные для фильтрации расплавленного чугуна, изготавливались следующим образом:—

Была приготовлена водная суспензия следующего состава:—

Количество столбцов = 2> Заголовок столбца 1: Заголовок столбца 2: % По весу карбид кремния (размер частиц D50 = 25 микрон) 47,00 алюмино (размер частиц D50 = 4 микрон) 25,00 алюмосиликатные волокна (длина 3 мм) 2,00 глина 3,00 пирогенный кремнезем 2,50 загуститель 0,05 поливиниловый спирт 3,25 золь коллоидного кремнезема (30% по массе кремнезема) 5,50 пеногаситель 0,10 вода 10,60
Карбид кремния, оксид алюминия, алюмосиликатные волокна, глина, пирогенный диоксид кремния и загуститель были смешаны в смесителе для порошков и перенесены в миксер. Затем были добавлены поливиниловый спирт и пеногаситель, после чего компоненты были перемешаны. Затем был добавлен коллоидный золь кремнезема, после чего было добавлено достаточное количество воды, чтобы при дальнейшем перемешивании смесь приобрела тестообразную консистенцию. В заключение была добавлена оставшаяся часть воды, и перемешивание продолжалось до получения суспензии.

Кусочки сетчатой эластичной полиуретановой пены размером 50 × 50 × 22 мм и 50 × 50 × 15 мм были пропитаны суспензией, и после удаления излишков суспензии пропитанные кусочки сушили при температуре от 180 до 190 °C в течение 1 часа, а затем нагревали до 1200 °C и обжигали в течение 1 часа при этой температуре.

Была измерена прочность на сжатие фильтров толщиной 22 мм, которая составила в среднем 2,7 кг/см. Продающиеся в торговой сети керамические пенообразные фильтры на основе карбида кремния с фосфатным связующим для удаления железа, имеющие те же размеры, демонстрировали среднюю прочность на сжатие 1,5 кг/см.

Были испытаны десять фильтров толщиной 15 мм с целью оценки их пригодности для фильтрации расплавленного чугуна путем прямого облива расплавленным серым чугуном при температуре 1400 °C с высоты 500 мм, и все фильтры прошли испытание.

В аналогичном испытании на ударную прочность 9 из 10 керамических пенообразных фильтров на основе карбида кремния с фосфатным связующим и такими же габаритами вышли из строя. ПРИМЕР 2

Керамические пенофильтры изготавливали из кусочков сетчатой гибкой полиуретановой пены размером 50 × 50 × 15 мм и из трёх различных водных суспензий по методу, описанному в примере 1.

Суспензии имели следующий процентный состав по массе:—

Количество столбцов = 4> Заголовок столбца 1: Заголовок столбца 2: 1 Заголовок столбца 3: 2 Заголовок столбца 4: 3 карбид кремния (размер частиц D50 = 25 микрон) 30,00 30,00 30,00 оксид алюминия (размер частиц D50 = 4 микрон)43,00 42,00 42,00 алюмосиликатные волокна (средняя длина 150 микрон) — — 1,00 андалузит — 1,00 — глина 3,00 3,00 3,00 пирогенный кремнезем 2,00 2,00 2,00 загуститель 0,05 0,05 0,05 поливиниловый спирт 3,00 3,00 3,00 пеногаситель 0,15 0,15 0,15 коллоидный золь кремнезема (30% по массе кремнезема) 10,00 10,00 10,00 вода 8,80 8,80 8,80
Фильтры, изготовленные из суспензии 1, не содержавшей алюмосиликатных волокон, имели среднюю прочность на сжатие 1,44 кг/см; фильтры, изготовленные из суспензии 2, содержавшей андалузит — дисперсный алюмосиликат — вместо алюмосиликатных волокон, имели среднюю прочность на сжатие 1,10 кг/см²; а фильтры, содержащие алюмосиликатные волокна согласно изобретению и изготовленные из суспензии 3, имели среднюю прочность на сжатие 1,65 кг/см².

Фильтры из суспензии № 3 оказались на 15% более эффективными, чем фильтры из суспензии № 1, и на 50% более эффективными, чем фильтры из суспензии № 2.