BRPI0615471A2 - dispositivo de filtro para filtração de metal em fusão, método para produzir dispositivos de filtro cerámicos para filtração de metal em fusão e uso de dispositivos de filtro - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE FILTRO PARA FILTRAçãO DE METAL EM FUSãO, MéTODO PARA PRODUZIR DISPOSITIVOS DE FILTRO CERáMICAS PARA FILTRAçãO DE METAL EM FUSãO E USO DE DISPOSITIVOS DE FILTRO. A presente invenção diz respeito a um dispositivo de filtro cerâmica para filtração de metal em fusão compreendendo uma fase cerâmica principal e uma fase carbono secundária ligadas por ligação de fosfato, um método para produzir tais dispositivos de filtro, e o uso de tais dispositivos de filtro para a filtração de aço líquido.
Description
"DISPOSITIVO DE FILTRO PARA FILTRAÇÃO DE METAL EM FUSÃO, MÉTODO PARA PRODUZIR DISPOSITIVOS DE FILTRO CERÂMICOS PARA FILTRAÇÃO DE METAL EM FUSÃO E USO DE DISPOSITIVOS DE FILTRO"
A presente invenção diz respeito a dispositivos de filtro para filtração de metal em fusão, a um método para produzir tais dispositivos de filtro e ao uso de tais dispositivos de filtro para a filtração de aço líquido.
Para o processamento de metais em fusão, é desejável remover inclusões intermetálicas exógenas, tais como as provenientes de matérias- primas, da escória, rejeitos e óxidos que se formam na superfície do banho líquido e proveniente de pequenos fragmentos de materiais refratários que são usados para formar a câmara ou vaso no qual o banho líquido de metal é formado.
A remoção dessas inclusões forma um banho líquido homogêneo que garante alta qualidade dos produtos, especialmente no lingotamento de aço, metais de ferro e alumínio. Atualmente, dispositivos de filtro cerâmicos são amplamente usados por causa de sua alta capacidade de suportar choque térmico extremo, por causa de sua resistência à corrosão química e sua capacidade de suportar tensões mecânicas.
A produção de tais dispositivos de filtro cerâmicos em geral envolve a mistura de pó cerâmico com aglutinantes orgânicos adequados e água a fim de preparar uma pasta ou lama. A lama é usada para impregnar espuma de poliuretano, que subseqüentemente é seca e aquecida a uma temperatura na faixa de 1.000 a 1.700 °C. Com este tratamento, o material combustível é queimado durante a sinterização para produzir um corpo poroso. As US-A-2.360.929 e US-A-2.752.258 podem servir como exemplos para o procedimento comum.
Também, é conhecido um dispositivo de filtro de poroso aberto que, em vez de uma distribuição aleatória das passagens de 10
interconexão irregulares, consiste em uma série de dutos paralelos que passam através do material, sendo em geral feitos por prensagem hidráulica de um pó cerâmico úmido e aglutinante orgânico em um molde contendo pinos perpendiculares. Uma estrutura perfurada é assim obtida, a qual pode ser na forma de um disco ou bloco. O artigo perfurado é então aquecido a uma temperatura na faixa de 1.000 a 1.700 0C5 dependendo da aplicação final para produzir um disco perfurado. Durante o aquecimento, desenvolve-se uma ligação cerâmica e/ou vítrea.
WO-A1-0140414 diz respeito a um material poroso a base de carvão para uso em várias aplicações, tais como construção, processamento de metais ou condutores. O material é produzido aquecendo-se particulados de carvão pulverizado em um molde em uma atmosfera não oxidante. O documento sugere o uso de um produto poroso a base de carvão na filtração de alumínio metálico fundido como uma substituição aos filtros de espuma cerâmica. Um filtro a base de carvão, entretanto, é mecanicamente fraco.
EP A2 0.251.634 descreve um processo para fabricar corpos cerâmicos porosos definidos com propósitos de filtração de metal, que tem células de paredes lisas formadas por formadores de poros, e poros com bordas arredondadas, que interconectam as células. Os formadores de poros são volatilizados e removidos da cerâmica no processo de produção.
US-A-5.520.823 diz respeito a dispositivos de filtro para filtrar somente alumínio fundido. A ligação é obtida usando vidro de borossilicato. O aquecimento é realizado ao ar e uma quantidade considerável de grafita deve se perder por causa da oxidação pelo ar.
De maneira geral, dispositivos de filtro usados para filtração
de alumínio são geralmente aquecidos a cerca de 1.200 0C, enquanto aqueles destinados à filtração de ferro são aquecidos a temperaturas de 1.450 °C, e para aço a cerca de 1.600 0C. Dispositivos de filtro de zircônia aquecidos a aproximadamente 1.700 0C são também convencionalmente empregados na filtração de aço. A despeito de seu uso difundido para filtração de metal, dispositivos de filtro cerâmicos dos tipos supramencionados apresentam diversos inconveniente que limitam sua aplicabilidade.
Dispositivos de filtro cerâmicos, embora pré-aquecidos, tendem entupir pela solidificação de partículas no primeiro contato com o metal em fusão. Com este propósito, normalmente metal em fusão superaquecido, que é metal a uma temperatura de cerca de 100 0C acima da temperatura de líquido, é usado para lingotamento para impedir entupimento dos dispositivos de filtro. Esta prática é extremamente dispendiosa em termos de energia e custo, e qualquer melhoria que reduza a temperatura de processamento do metal em fusão é de grande valia. Revestimentos de carbono têm sido aplicados na tecnologia anterior na superfície de dispositivos de filtro cerâmicos para reduzir a massa térmica da parte que entra em contato direto com o metal em fusão.
Material de termite que reage exotermicamente aplicado a uma superfície revestida com carbono do dispositivo de filtro cerâmico foi proposto pela EP 0.463.234 BL Esta última solução, embora reduzindo a temperatura necessária para o fluxo do metal em fusão, aumenta o custo de produção dos dispositivos de filtro e limita muito rigorosamente a aplicabilidade, uma vez que revestimento de termite tem que ser de conformidade com o tipo de metal em fusão para o qual ele é usado.
De qualquer maneira, tanto revestimento de carbono quanto de termite servem para superar o inconveniente de alta massa térmica do dispositivo de filtro cerâmico, enquanto o desafio de diversas desvantagens adicionais não é resolvido.
Ligações cerâmicas e vítreas tendem amolecer e deformar a alta temperatura muito freqüentemente, resultando em erosão do dispositivo de filtro e subseqüente contaminação do banho líquido. Trincamento por causa de choque térmico ou corrosão química (redutora) pelo banho líquido de metal quente é um problema freqüentemente encontrado com dispositivos de filtro ligados cerâmicos e vítreos.
A necessidade de temperaturas de aquecimento extremamente altas, especialmente no caso de cerâmicas destinadas a filtração de aço, é um grave inconveniente de dispositivos de filtro cerâmicos convencionais que é ainda pior quando se considera a necessidade de matéria-prima cerâmica de alto custo.
Além do mais, o uso de zircônia com sua radiação de fundo relativamente forte é perigoso e deve ser evitado.
EP 1.421.042 Al diz respeito a um dispositivo de filtro para filtração de metal em fusão que compreende uma rede ligada de carbono grafitizado e seu uso para filtração de aço fundido. Entretanto, esses filtros são relativamente fracos e apresentam problema de baixa resistência mecânica.
EP 1.511.589 Al diz respeito a um dispositivo de filtro compreendendo uma rede ligada de carbono grafitizado para filtração de aço líquido, caracterizado pela presença de pelo menos duas chapas de peneira separadas uma da outra, em particular provendo uma câmara de reservatório. Os dispositivos de filtro de acordo com esses documentos têm
uma resistência mecânica limitada que causa problemas durante o transporte e uso, e limitam a capacidade de os filtros suportarem a pressão do metal em fusão neles.
Também, esses dispositivos de filtro são friáveis e tendem quebrar em pedaços que podem cair no molde antes da fundição, causando contaminação da peça fundida.
Esses inconvenientes foram abordados pela EP 1.513.600 Al, provendo um filtro para filtração de metal, melhorando a resistência mecânica e a rigidez, empregando uma rede tridimensional de ligação de carbono grafitizável e fibras que liga o pó cerâmico. Tradicionalmente, fibras são adicionadas aos materiais cerâmicos e compósitos a fim de melhorar a resistência mecânica e a rigidez dos artigos. Fibras conhecidas são tanto fibras de metal, fibras orgânicas tais como fibras de poliéster, fibras de viscose, fibras de polietileno, fibras de poliacrilonitrila (PAN)5 fibras de aramida, fibras de poliamida, etc., quanto fibras cerâmicas, tais como fibras de aluminossilicato, fibras de alumina ou fibras de vidro, ou fibras de carbono; fibras de carbono podem consistir em 100 % de carbono.
US-A1-4.265.659 diz respeito, por exemplo, a um filtro com maior resistência pela adição de fibras cerâmicas à lama.
Filtros de alumina ligados com fosfato têm sido usados em filtração de alumínio. W0-A-82033339 diz respeito a um filtro cerâmico poroso para filtrar alumínio metálico. O filtro é obtido pela impregnação de uma espuma por meio de uma lama compreendendo particulado cerâmico, preferivelmente Al2O3, e um aglutinante. O aglutinante descrito é um aglutinante de fosfato de alumínio.
US 3.947.363 diz respeito a um filtro de espuma cerâmico a base de alumina para filtrar metais em fusão. O aglutinante é um aglutinante de ortofosfato de alumínio. Esses dispositivos de filtro de alumina convencionais,
entretanto, não podem ser usados para a filtração, por exemplo, de ferro ou aço, por causa da maciez e baixa capacidade refratária da ligação de fosfato.
Esses inconvenientes foram abordados pela EP-A-15 9963, que fornece um filtro que é adequado para filtração de aço líquido. O filtro é preparado pela impregnação de uma espuma com uma pasta cerâmica que contém um aglutinante de fosfato, eliminando o excesso de pasta por compressão, secando e aquecendo o material de espuma à temperatura de 1.660 0C ou mais. Assim, o filtro cerâmico obtido é essencialmente sem fosfato, os particulados cerâmicos tendo sido mutuamente sinterizados. âl' 6
Dispositivos de filtro de carbono convencionais são constituídos por até 50 % de uma matriz de carbono na qual pó cerâmico é embutido, descrito pela EP 1.282.477 Al. Esta patente particular sugere controlar a atmosfera de aquecimento dos filtros ligados de carbono em que ar é injetado no início do aquecimento e em seguida interrompido na caixa de aquecimento a fim de controlar o nível de oxigênio dentro da caixa de aquecimento. Tal método é muito difícil de controlar, tedioso e propenso a produzir qualidade inconsistente de filtros. Também, experiência prática mostrou que filtros grandes, de mais de 200 mm de diâmetro, não podem ser feitos usando os métodos revelados nesta patente. Além da pouca resistência mecânica, a limitação de tamanho e qualidade inconsistente, filtros feitos de acordo com a EP 1.282.477 Al também apresenta o problema de alta taxa de oxidação por causa da presença de alto nível de carbono de baixa resistência à oxidação (até 50 %). Por outro lado, EP 1.421.042 Al, EP 1.511.589 Al e EP 1.513.600 Al revelam filtros contendo uma ligação grafitizada em quantidades de cerca de 10 % com até cerca de 90 % de cerâmica. A despeito da diferença desses dois tipos de filtros, ambos apresentam problema de inconsistência na fabricação por causa da dificuldade de controlar a atmosfera de aquecimento, que resulta em variação na resistência mecânica de um dispositivo de filtro para outro e igualmente em uma alta taxa de rejeitos. Eles podem apresentar baixa resistência mecânica, causando problemas no manuseio e transporte. Esses filtros também apresentam problema de baixa resistência a oxidação, especialmente dispositivos de filtro contendo uma fase carbono principal, tal como uma matriz com cerca de 50 % de carbono, por causa da presença de seu alto nível de carbono oxidável. Por causa da alta contração mediante aquecimento e baixa resistência mecânica, filtros feitos de acordo com a EP 1.282.477 Al não podem ser produzidos e tamanhos maiores. Os problemas de baixa resistência mecânica e friabilidade têm limitado o uso desses tipos de filtros por causa da relutância do fundidor em usar filtros mais fracos que filtros ligados cerâmicos com os quais eles estão familiarizados.
O objetivo da presente invenção, portanto, é abordar os problemas supradescritos todos juntos, em particular, fornecer dispositivos de filtro, e um processo de produção de tais dispositivos de filtro, sendo térmica e mecanicamente duros e resistentes o bastante para ser manuseados sem excessivo cuidado, por exemplo, durante o transporte, e suportar choque e tensão do metal líquido na fundição, incluindo ferro e aço, além disso evitar a necessidade de superaquecer os metais em fusão para impedir entupimento dos poros, e que pode ser produzido e reproduzido confiavelmente com propriedades predeterminadas, mesmo em grandes tamanhos.
Os problemas foram solucionados por um dispositivo de filtro para filtração de metal em fusão compreendendo uma fase cerâmica principal e uma fase carbono secundária ligadas por uma ligação de fosfato.
Sem querer ficar preso à teoria, acredita-se que a fase carbono entrelaça com a rede de ligação de fosfato, e afeta sua constituição, e reforça assim sua natureza de outra forma fraca a um ponto que apresenta tanto alta dureza, resistência mecânica estrutural e elasticidade para suportar os desafios dos problemas supramencionados. Uma combinação desses constituintes estruturais mutuamente influentes não foi esperada acontecer nas características sinergísticas dos dispositivos de filtro da invenção. Decorre que o filtro da invenção não precisa ser aquecido a alta temperatura, sendo ainda também adequado para filtração de aço fundido. A fase cerâmica principal no sentido da presente invenção significa alumina, sílica, zircônia, zircônio, magnésia, grafita, mulita, carboneto de silício, argila, boretos metálicos tal como diboreto de zircônio, ou uma combinação dos citados em uma quantidade de pelo menos 50 partes em peso do dispositivo de filtro.
É essencial entender que o filtro contendo somente uma fase cerâmica ligada por fosfato não pode ser usado para filtração de aço por causa da baixa refratariedade da ligação de fosfato. Conseqüentemente, é essencial ter uma fase carbono que torna o filtro adequado para uso na filtração de aço.
Os filtros de fosfato ligado com fase carbono secundária de acordo com a presente invenção apresentam uma massa térmica relativamente baixa. Um resultado disto é que não há necessidade de superaquecer o metal em fusão a ser filtrado, reduzindo o consumo de energia. A resistência mecânica de um dispositivo de filtro de acordo com a invenção é tão alta quanto a de um filtro puramente ligado por cerâmica. Os dispositivos de filtro podem ser produzidos consistentemente com altos padrões de qualidade confiável. Os dispositivos de filtro são fáceis de manusear e seguros durante o transporte. Eles apresentam alta resistência a oxidação. Por causa de sua maior resistência, eles podem ser produzidos em tamanho ainda maior, que significa que eles são abertos para aplicações ainda não previstas, por exemplo, na filtração de aço.
Preferivelmente, a fase cerâmica do dispositivo de filtro da invenção compreende, ou em particular consiste em alumina, zircônia, zirconita, sílica, magnésia, qualquer tipo de argila, talco, mica, silício, carboneto, nitreto de silício e similares, ou uma mistura destes, ou grafita, em particular alumina fundida marrom. O dispositivo de filtro de acordo com a invenção é particularmente preferido, em que o fosfato constitui até 15 partes em peso, em particular 1 a 10 partes em peso, mais especificamente 5 partes em peso.
A dita fase carbono preferivelmente constitui até 15 partes em peso, em particular 1 a 10 partes em peso, mais especificamente 7 partes em peso do dispositivo de filtro de acordo com a invenção.
A dita fase carbono secundária compreende ou em particular consiste em alcatrão, piche, resina fenólica, coque sintético, semiprodutos de coque, grafita, carbono sinterizado, antracita, linhita, produtos de coque sinterizado, polímeros orgânicos e uma mistura ou combinação destes. Em uma modalidade particularmente preferida, o dispositivo de filtro de acordo com a invenção pode além disso conter fibras cerâmicas e/ou orgânicas.
As ditas fibras cerâmicas são preferivelmente selecionadas do grupo que consiste em fibras de alumina, fibras de sílica, fibras de aluminossilicatos, fibras de carbono e suas misturas. As ditas fibras orgânicas são preferivelmente selecionadas do grupo que consiste em fibras de poliéster, fibras de poliacrilonitrila, fibras de polietileno, fibras de poliamida, fibras de viscose, fibras de aramida e suas misturas. A adição de 01, até 20 partes em peso, em particular 0,2 a 10
partes em peso, mais particularmente 4 partes em peso de fibras às receitas de dispositivos de filtro contribui para uma melhoria significativa no desempenho dos dispositivos de filtro. A melhoria é basicamente por causa de um aumento na resistência mecânica, maior rigidez, maior resistência ao impacto e melhor choque térmico. A melhoria se manifesta por um aumento da capacidade de filtração, melhor integridade mecânica e menor contaminação da peça fundida de aço. Por causa da excelente resistência mecânica da ligação de fosfato na combinação com carbono e fibras a alta temperatura, nenhum amolecimento ou dobramento pode ocorrer durante o processo de fundição do metal. Isto contribui para uma peça fundida de metal ainda mais limpa.
Filtros ligados com fosfato incluindo adicionalmente fase carbono e fibras de acordo com a presente invenção oferecem as vantagens seguintes, comparados com filtros ligados com carbono vítreo: - alta resistência a oxidação
- alta resistência mecânica
- alta resistência ao impacto
- baixa microporosidade
- baixa superfície específica - flexibilidade estrutural
- comportamento não frágil
- uso econômico
- fácil de fabricar
- qualidade consistente.
O inventor observou que a adição de qualquer dos tipos de fibras nos dispositivos de filtro de fosfato ligado com fase carbono secundária causa uma melhoria significativa adicional na resistência mecânica dos filtros, bem como uma melhoria na resistência ao impacto e choque térmico.
O inventor observou que o efeito benéfico da adição de fibras depende da quantidade de fibras adicionada, comprimento das fibras, natureza e tipo dos dispositivos de fibra adicionados. Quanto maior o nível de fibras adicionado, tanto mais fortes tornam-se os dispositivos de filtro. Entretanto, um nível muito alto de fibras não é desejável em virtude de ter um efeito negativo na reologia da lama. Melhores resultados são obtidos pela incorporação de fibra de carbono seguida por fibras cerâmicas. Por outro lado, fibras de carbono são as mais caras, ao passo que fibras orgânicas são as mais baratas. Fibras orgânicas são as mais econômicas de usar, uma vez que elas são adicionadas a um nível muito mais baixo que tanto fibras de carbono quanto cerâmicas (menos de 2 partes em peso). Entretanto, fibras orgânicas interferem na reologia da lama mais que as fibras cerâmicas ou de carbono. A forma é tanto de fibras picadas quanto a granel a ser adicionadas durante a mistura dos ingredientes do filtro. Não é necessária nenhuma técnica extra.
O comprimento das fibras usadas de acordo com a presente invenção, todos na faixa de 0,1 a 5 mm, preferivelmente têm um comprimento de 0,1 mm a 1,0 mm.
Em uma modalidade adicional da presente invenção, os dispositivos de filtro cerâmicos para filtração de metal em fusão são produzidos em um primeiro processo, compreendendo as etapas de: a) impregnar uma espuma feita de material termoplástico com uma lama contendo um precursor de fosfato, uma fonte de carbono, pó cerâmico, opcionalmente fibras cerâmicas e de carbono, e opcionalmente outros aditivos;
b) secar, opcionalmente seguido por uma ou duas impregnações de uma lama descrita em a), seguido por secagem final;
c) aquecer a espuma impregnada em atmosfera não oxidante e/ou redutora a uma temperatura na faixa de 500 a 1.000 °C, em particular 600 a 900 °C.
O dito precursor de fosfato é preferivelmente selecionado do grupo que consiste em ácido fosfórico, fosfato de sódio, orto e mono fosfato de alumínio, fosfato de cálcio, fosfato de magnésio, sais contendo fosfato, compostos contendo fosfato e suas misturas.
Preferivelmente, uma espuma termoplástica contendo poliuretano é utilizada para a produção de dispositivos de filtro de acordo com a presente invenção.
E vantajoso misturar as fibras, se necessário, e fonte de carbono antes da impregnação da espuma com o pó cerâmico, água, aglutinante orgânico e aditivos de controle de reologia, que, em uma modalidade da invenção, podem estar presentes em uma quantidade de até 2 partes em peso, preferivelmente em uma faixa de 0,1 a 2 partes em peso.
Em uma outra modalidade da presente invenção, um segundo tipo de filtro cerâmico é produzido por um processo que compreende as etapas de:
a) prensar uma mistura semi-úmida compreendendo precursor de fosfato, fonte de carbono, pó cerâmico e opcionalmente outros aditivos incluindo fibras em uma prensa hidráulica;
b) prensar a mistura na forma de um disco ou um bloco;
c) perfurar a mistura prensada da etapa b) em etapas combinadas ou separadas;
d) aquecer o artigo perfurado da etapa c) em atmosfera não oxidante e/ou redutora a uma temperatura na faixa de 500 a 1.000 °C, em particular de 600 a 900 °C.
A fonte de fase carbono é preferivelmente um piche de alto
ponto de fusão (HMP) em virtude de oferecer propriedades ideais com relação à trabalhabilidade, custo e qualidade de produto. Entretanto, deve-se notar que outra fonte de carbono pode também ser usada para produzir materiais fonte de carbono de acordo com a presente invenção, tais como resinas sintéticas ou naturais, grafita, coque, polímeros, e carbono sinterizável, desde que dê uma fase carbono. A escolha da fase carbono é determinada por seus aspectos de saúde e segurança, pelo nível de voláteis durante o aquecimento, rendimento de carbono, compatibilidade com outros constituintes, compatibilidade com água, custo, etc. É preferível selecionar uma fonte de carbono que dê alto rendimento de carbono, tenha baixa absorção de água, isenta de poluição ambiental, seguro para manusear e usar, baixo custo e compatível com água.
Em modalidades adicionais da presente invenção, esses processos usam uma lama (para a produção de um fosfato ligado com filtro de fase carbono do primeiro tipo) ou uma mistura semi-úmida (para a produção do filtro cerâmico de fosfato ligado com fase carbono do segundo tipo) que compreende:
precursor de fosfato na quantidade de 1 a 15 partes em peso; fonte de fase carbono na quantidade de 5 a 90 partes em peso; cerâmica, em particular pó de alumina, na quantidade de 5 a 90 partes em peso;
material antioxidante na quantidade de 0 a 80 partes em peso; fibras na quantidade de 0 a 20 partes em peso; aglutinante orgânico na quantidade de 0 a 10, em particular 0,2 a 2 partes em peso; e agente de dispersão na quantidade de 0 a 4, em particular 01, a 2 partes em peso.
r
Agua é adicionada em uma quantidade exigida. Com o propósito de preparação da lama, 15 a 40 partes em peso são necessárias, dependendo da natureza dos materiais de carga cerâmica e a fonte de fase carbono. Para a mistura semi-úmida usada para prensagem, água é necessária em uma quantidade de 2 a 10 partes em peso, dependendo da natureza dos materiais de carga cerâmica e da fonte de fase carbono.
O pó cerâmico pode compreender ou preferivelmente consiste em alumina, particularmente alumina fundida marrom, zircônia, zircônio, sílica, magnésia, qualquer tipo de argila, talco, mica, silício, carboneto, nitreto de silício e similares, ou uma mistura destes.
Materiais antioxidantes preferidos de acordo com a presente invenção são pós metálicos, tais como aço, ferro, bronze, silício, magnésio, alumínio, boro, boreto de zircônio, boreto de cálcio, boreto de titânio e similares, e/ou fritas de vidro contendo 20 a 30 partes em peso de óxido bórico.
Aglutinantes orgânicos que são preferidos de acordo com a presente invenção são aglutinantes verdes, tais como álcool polivinílico (PVA), amido, goma arábica, açúcar ou similares, ou qualquer combinação destes. Esses aglutinantes podem ser adicionados para melhorar as propriedades mecânicas dos dispositivos de filtro durante o manuseio antes do aquecimento. Amido e goma arábica podem também ser usados como agente de espessamento.
Agentes de dispersão preferidos de acordo com a presente invenção são Despex®, ligninossulfonato ou similares, ou qualquer combinação destes que ajudam reduzir o nível de água na lama e que melhoram a reologia.
Em uma modalidade adicional da presente invenção, a lama ou mistura semi-úmida pode compreender um plastificante, tal como polietileno glicol (peso molecular preferido: 500 a 10.000) na faixa de 0 a 2 partes em peso, preferivelmente 0,5 a 1 parte em peso e/ou um agente anti-espumante, tal como anti-espuma de silício, na faixa de 0 a 1 parte em peso, preferivelmente 0,1 a 0,5 parte em peso.
O filtro da presente invenção é também adequado para filtração de aço líquido em virtude de suas excelentes propriedades. A
invenção está adicionalmente ilustrada pelos exemplos
seguintes:
Como piche grafitizável de alto ponto de fusão (HMP), foi
usado um piche de carvão-alcatrão com uma temperatura de transição vítrea de 210 °C, um valor de coqueificação de 85 % e um valor de cinzas de 0,5 % comercialmente disponível como um pó fino. Exemplo 1
A: filtros de acordo com o primeiro tipo:
Uma espuma de poliuretano foi cortada no tamanho exigido e impregnada com uma lama compreendendo:
pó de alumina 88 partes em peso (pep)
fosfato de alumínio 5 pep
carbono (HMP) 7 pep
aglutinante orgânico PVA 1,0 pep
Desfloculante Despex® 0,2 pep
Agente anti-espumante Derivados de Organo silício 0,1 pep e água.
O filtro foi tanto impregnado manualmente quanto por uma máquina contendo rolos usados com este propósito. Depois da impregnação, o filtro foi seco usando ar quente e/ou um secador de microondas. Um revestimento adicional foi aplicado por uma pistola pneumática de aspersão. O dispositivo de filtro foi seco mais uma vez e transferido para um forno, e foi aquecido em atmosfera inerte a uma temperatura na faixa de 600 0C a 900 0C por 20 a 120 minutos a uma taxa. de aquecimento na faixa de 1 °C/minuto a 10 °C/minuto. O dito dispositivo de filtro teve um módulo de ruptura de 1 MPa. Quanto mais pesado o filtro, tanto mais alta a resistência. Este dispositivo de filtro foi significativamente mais leve que aqueles feitos apenas de material ligado cerâmico ou de vidro. Ele foi também significativamente mais barato. Durante as experiências no campo, observou-se que não foi necessário nenhum superaquecimento quando se usa este filtro, uma vez que calor extra foi gerado pelo contato do metal em fusão com o dispositivo de filtro (reação exotérmica).
Exemplo 2
A: filtros de acordo com o exemplo 1 foram preparados com uma lama compreendendo:
pó de alumina 84 partes
em peso (pep)
fosfato de alumínio 5 pep
carbono (HMP) 7 pep
aglutinante orgânico PVA l;0 pep
Desfloculante DespexdD 0,2 pep
Agente anti-espumante Derivados de Organo silício 0,1 pep fibras de carbono 4 pep
e água.
O dito dispositivo de filtro teve um maior módulo de ruptura com relação ao filtro do exemplo 1. Um módulo de ruptura maior que 3 MPa foi medido. Durante experiências no campo, observou-se que não foi necessário calor quando se usa este filtro, uma vez que calor extra foi gerado pelo contato do metal em fusão com o dispositivo de filtro (reação exotérmica). Dependendo do teor de fibra, módulo de ruptura de até 6 MPa pode ser medido.
Exemplo 3
B: Filtro de acordo com o segundo tipo: Uma mistura de acordo com o exemplo 1 compreendendo 4 pep de água foi preparada em uma misturadora Hobart ou Eirich. O objetivo do processo de mistura foi fazer uma mistura semi-úmida e homogênea. A mistura foi envelhecida por 24 horas antes da prensagem. Um peso predeterminado da mistura foi colocado em um molde de aço contendo pinos verticais descritos na EP 1.511.589 Al. A prensagem da mistura produziu um artigo perfurado. Este artigo perfurado foi então removido do molde, seco e aquecido em uma atmosfera não oxidante ou redutora a uma temperatura de 900°C por 1 hora com uma taxa de aquecimento de 2°C/minuto.
Claims (24)
1. Dispositivo de filtro para filtração de metal em fusão, caracterizado pelo fato de que compreende uma fase cerâmica principal e uma fase carbono secundária ligadas por ligação fosfato.
2. Dispositivo de filtro, de acordo com a reivindicação caracterizado pelo fato de que a fase cerâmica compreende alumina, zircônia, zirconita, sílica, magnésia, qualquer tipo de argila, talco, mica, silício, carboneto, nitreto de silício ou uma mistura destes.
3. Dispositivo de filtro, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a fase cerâmica compreende alumina fundida marrom.
4. Dispositivo de filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dito fosfato constitui até 15 partes em peso, em particular IalO partes em peso, mais especificamente 5 partes em peso.
5. Dispositivo de filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a dita fase carbono constitui até 15 partes em peso, em particular 1 a 10 partes em peso, mais especificamente 7 partes em peso.
6. Dispositivo de filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que contém adicionalmente fibras cerâmicas e/ou orgânicas.
7. Dispositivo de filtro, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as ditas fibras cerâmicas são selecionadas do grupo que consiste em fibras de alumina, fibras de sílica, fibras de aluminossilicato, fibras de carbono e suas misturas.
8. Dispositivo de filtro, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as fibras orgânicas são selecionadas do grupo que consiste em fibras de poliéster, fibras de poliacrilonitrila, fibras de polietileno, fibras de poliamida, fibras de viscose, fibras de aramida e suas misturas.
9. Dispositivo de filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que contém uma quantidade de O5I a 20 partes em peso, em particular 0,2 a 10 partes em peso das ditas fibras, mais preferivelmente 4 partes em peso.
10. Dispositivo de filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que o comprimento das fibras é na faixa de 0,1 a 5 mm, preferivelmente 0,1 mm a 1 mm.
11. Método para produzir dispositivos de filtro cerâmicos para filtração de metal em fusão, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) impregnar uma espuma feita de material termoplástico com uma lama contendo um precursor de fase carbono, pó cerâmico, opcionalmente fibras e opcionalmente outros aditivos; b) secar, opcionalmente seguido por uma ou duas impregnações da mesma lama, seguido por secagem final; c) aquecer a espuma impregnada em atmosfera não oxidante e/ou redutora a uma temperatura na faixa de 500 a 1.000 °C, em particular 600 0C a 900 °C.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito precursor de fosfato é selecionado do grupo que consiste em ácido fosfórico, fosfato de sódio, orto e mono fosfato de alumínio, fosfato de cálcio, fosfato de magnésio, sais contendo fosfato, compostos contendo fosfato e suas misturas.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o dito precursor de fase carbono é convertido pelo menos parcialmente, ou completamente, a uma fase carbono estável.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que utiliza uma espuma termoplástica contendo
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações lia 14, caracterizado pelo fato de que o precursor de fosfato e o precursor de fase carbono são misturados com fibras, pó cerâmico, água, aglutinante orgânico e aditivos de controle de reologia antes da impregnação da espuma.
16. Método para produzir dispositivos de filtro cerâmicos para filtração de metal em fusão, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fosfato, precursor de fase carbono, pó cerâmico e opcionalmente outros aditivos incluindo fibras em uma prensa hidráulica; b) prensar a mistura na forma de um disco ou de um bloco; c) perfurar a mistura prensada da etapa b) em etapas combinadas ou separadas; d) aquecer o artigo perfurado da etapa c) em atmosfera não oxidante e/ou redutora a uma temperatura na faixa de 500 0C a 1.000 °C, em particular de 600 0C a 900 °C.
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações lia 16, caracterizado pelo fato de que grafita, coque, piche, particularmente piche de alto ponto de fusão (HMP) e/ou resina é usada como a fonte de fase carbono.
18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações lia 17, caracterizado pelo fato de que uma lama ou mistura semi-úmida é usada, compreendendo: precursor de fosfato na quantidade de 1 a 15 partes em peso; fonte de fase carbono na quantidade de 5 a 90 partes em peso; pó cerâmico em uma quantidade de 5 a 90 partes em peso; material antioxidante na quantidade de 0 a 80 partes em peso; fibras na quantidade de 0 a 20 partes em peso; aglutinante orgânico na quantidade de 0 a 10, em particular 0,2 a 2 partes em peso; e agente de dispersão na quantidade de 0 a 4, em particular 01, a 2 partes em peso.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o dito pó cerâmico compreende ou preferivelmente consiste em alumina, particularmente alumina fundida marrom, zircônia, zircônio, sílica, magnésia, qualquer tipo de argila, talco, mica, silício, carboneto, nitreto de silício ou uma mistura destes.
20. Método, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que pós metálicos tais como aço, ferro, bronze, silício, magnésio, alumínio, boro, boreto de zircônio, boreto de cálcio, boreto de titânio e similares, e/ou Mtas de vidro contendo 20 a 30 partes em peso de óxido bórico são usados como o material antioxidante.
21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado pelo fato de que o aglutinante verde tais como PCA, amido, gomas, açúcar ou uma combinação destas é usado como o aglutinante orgânico.
22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizado pelo fato de que ligninossulfonato é usado como o agente de dispersão.
23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 22, caracterizado pelo fato de que é usada uma lama ou mistura semi-úmida, que compreende: um plastifícante na quantidade de 0 a 2 partes em peso; e um agente anti-espumante em uma quantidade de 0 a 1 parte em peso.
24. Uso de dispositivos de filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que é para a filtração de aço líquido.
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