CH679746A5 - - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft einen Keramikfilter zum Filtrieren von Metallschmelzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 



  Derartige Keramikfilter sind seit längerem bekannt und werden mit gutem Erfolg in Giessereien eingesetzt, um Verunreinigungen wie Schlacken, Sand und Feuerfestmaterialien aus den herzustellenden Gussteilen fernzuhalten. 



  Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur werden üblicherweise durch Tränken von organischem Schaumstoff, etwa Polyurethanschaum, mit einem niedrigviskosen Keramikschlicker oder durch Tränken mit einem hochviskosen Schlicker und Ausquetschen des Schlickerüberschusses über Walzenpaare gefertigt. Bei Verwendung eines niedrigviskosen Schlickers erhält man eine gleichmässige Verteilung des Keramikmaterials über den Schaum. Bei Verwendung eines hochviskosen Schlickers können je nach Stauchhärte des Schaums, der Walzeneinstellung und der Rheologie des Schlickers Anhäufungen von Schlickermasse im Inneren oder an den parallel zur Transportrichtung durch die Walzen verlaufenden Seiten entstehen. 



  Damit die Filterwirkung gewährleistet ist, muss der Filter eine hohe Zuverlässigkeit bezüglich der thermischen und mechanischen Eigenschaften gegenüber dem flüssigen Metall aufweisen. Bei bekannten Filtern kommt es - abhängig von der Belastung - bei einem gewissen prozentualen Anteil immer wieder zu Brüchen und Erosion der Keramik im flüssigen Metall. Dies tritt insbesondere im Bereich der sich im wesentlichen in Durchströmrichtung der Metallschmelze erstreckenden Seitenflächen, auch wenn sich in deren Bereich eine vermehrte Materialansammlung durch entsprechendes Walzen befindet, sowie an nach aussen offenen Hohlstegen der Schaumstruktur auf.

  Letztere entstehen dadurch, dass beim Imprägnieren des Schaumstoffs ein Teil des Schlickers beim Transport der  imprägnierten Schäume wieder abgetragen wird und beim Ausbrennen des Schaumstoffes der dabei auftretende Dampfdruck an den exponierten Zellstegen zu mehr oder weniger schlitzförmigen \ffnungen führt. 



  Aus WO 82/03 339 ist ein Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur auf der Basis hochschmelzender Keramik bekannt, der durch Imprägnieren eines organischen Schaumstoffmaterials mit einem hochviskosen Keramikschlicker, Trocknen, Erhitzen zum Entfernen des Schaumstoffmaterials und Calcinieren erzeugt wird. Überschüssiger Schlicker wird nach dem Durchtränken des Schaumstoffs entfernt, indem der imprägnierte Schaumstoff durch ein System von Walzenpaaren geführt wird. Zusätzlich können an der Oberfläche des Filters liegende exponierte Zellstege gegen Abbrechen gesichert werden, indem der getrocknete, imprägnierte Schaumstoff zusätzlich an der Oberfläche einer weiteren Imprägnierung mit einem keramischen Schlicker unterworfen wird. Hierdurch wird gleichzeitig die Temperaturbeständigkeit des Filters erhöht.

  Diese Nachimprägnierung ist jedoch einerseits insofern nachteilig, als infolge hiervon nicht nur die exponierten Zellstege, sondern auch darunter liegende Bereiche des Filters mit einem zusätzlichem Schlickerauftrag versehen werden, der die Durchlässigkeit des Filters beeinträchtigt, und führt andererseits nicht zu einer für viele Anwendungsfälle ausreichenden Festigkeit, und zwar insbesondere bei grösseren Fallhöhen der Metallschmelze, so dass immer noch relativ häufig Brüche und Erosion auftreten. 



  Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Keramikfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen,  das  eine erhöhte  mechanische  und  thermische  Stabilität  gegenüber  Metallschmelzen  besitzt. 



  Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. 



  Hierdurch wird erreicht, dass die Filter im Bereich der umlaufenden Seitenflächen einen geschlossenen Rahmen aufweisen. Insbesondere werden hierbei die freien Zellstege an den Durchströmflächen durch eine Beschichtung verschlossen, die die Porosität des Filters nicht beeinträchtigt. 



  Im Bereich der umlaufenden Seitenflächen (im Falle eines Filters mit runder oder ovaler Grundfläche ist nur eine umlaufende Seitenfläche vorhanden) des Schaumstoffs des in den Abmessungen des herzustellenden Filters vorliegenden organischen Schaums wird soviel Material mit feuerfesten Eigenschaften in den Schaumstoff eingebracht, dass sich in deren Bereich auf der gesamten Länge in Umfangsrichtung eine geschlossene Schicht mit einer Tiefe von 0,5 bis  3 mm ergibt, und eine Nachbehandlung in Form einer Beschichtung der freien Zellstege an den Durchströmflächen der Schaumstruktur wird mit einem Material mit feuerfesten Eigenschaften vorgenommen. 



  Die Beschichtung der freien Zellstege erfolgt vorzugsweise in einer Stärke von 0,1 bis 1 mm, wobei insbesondere die Beschichtungsmasse in einer Menge von 40 bis 400 mg/cm<2> aufgetragen wird. 



  Bevorzugt wird die geschlossene Schicht an den Seitenflächen ebenso wie die Beschichtung der freien ZelIstege aus dem zum Imprägnieren verwendeten Keramikschlicker hergestellt. Hierfür verwendete Materialien sind an sich bekannt. Es kommen beispielsweise Substanzen mit einem Hauptbestandteil aus Al2O3 oder andere hochfeuerfeste, insbesondere hochtonerdehaltige Stoffe wie Sillimannit, Mullit oder Schamotte in Frage. Die Viskosität des verwendeten Schlickers liegt vorteilhafterweise im Bereich von 10<4> bis 2 . 10<4> cps bei 20 U/min.

  Gegebenenfalls kann anstelle des zum Imprägnieren verwendeten Schlickers für die Herstellung der geschlossenen Schicht und/oder der Beschichtung der freien Zellstege auch ein anderer Schlicker aus feuerfestem Material oder aber ein an Luft abbindendes Mittel mit feuerfesten Eigenschaften wie beispielsweise Wasserglas, Kieselsol, Harze, Aluminiumphosphate, Zirkonoxidchlorid, Ethylsilicat verwendet werden. 



  Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert. 
 
   Fig. 1 zeigt einen schematisierten, vergrösserten, ausschnittweisen Schnitt durch einen Keramikfilter vor dem Brennen. 
   Fig. 2a und 2b zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer umlaufenden geschlossenen Schicht. 
   Fig. 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsformen eines Verfahrens zur Herstellung von zwei gegenüberliegenden geschlossenen Randschichten. 
   Fig. 5 zeigt eine Prüfanordnung für Keramikfilter. 
 



   In Fig. 1 ist im Schnitt ein Rohfilter vor dem Brennen dargestellt, bei dem ein Schaumstoffgerüst 1 aus organischem Material wie etwa Polyurethanschaum oder dgl., das beispielsweise quaderförmig mit vier aneinandergrenzenden umIaufenden Seitenflächen 2 und zwei einander gegenüberliegenden parallelen Durchströmflächen 3 ist, zunächst mit einem hochviskosen Keramikschlicker 4 imprägniert worden ist. Wie nachfolgend im einzelnen ausgeführt wird, wird an allen Seitenflächen 2 eine geschlossene Schicht 5 einer Tiefe von 0,5 bis 3 mm aus  feuerfestem Material, insbesondere aus dem ebenfalls zum Imprägnieren verwendeten Schlicker, erzeugt. Ausserdem werden freie Zellstege 6 an den Durchströmflächen 3 mit einer Beschichtung 7 aus feuerfestem Material, insbesondere aus dem auch zum Imprägnieren verwendeten Schlicker, versehen.

  Nach dem Brennen ist das Schaumstoffgerüst ausgebrannt und der Schlicker verfestigt. 



  Gemäss den Fig. 2a und 2b kann man zur Erzielung einer umlaufenden geschlossenen Schicht 5 im Bereich der Seitenflächen 2 das mit dem Schlicker getränkte Schaumstoffgerüst 1 mittels eines Stempels 8, der die gleiche Grundfläche wie das Schaumstoffgerüst 1 aufweist, soweit zusammendrücken, dass überschüssiger Schlicker in den Bereich der Seitenflächen 2 gelangt und sich teilweise auf der Aussenseite wulstartig ansammelt, wie in Fig. 2a angedeutet ist. Beim Entspannen des Schaumstoffgerüsts 1 durch Anheben des Stempels 8 bildet sich ein allseitig geschlossener Rahmen aus Schlicker, da der überschüssige Wulst aus Schlicker an den Seitenflächen 2 sich beim Entspannen gleichmässig über die Seitenflächen 2 verteilt. Anschliessend wird der imprägnierte Schaum getrocknet und gebrannt sowie vor oder nach dem Brennen mit der Beschichtung 7 versehen. 



  Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann das Schaumstoffgerüst 1 auch nach dem Tränken mit Schlicker durch ein sich öffnendes Bandpaar 9 geführt werden, zwischen dem das getränkte Schaumstoffgerüst 1 zunächst zusammengedrückt wird, wodurch überschüssiger Schlicker seitlich nach aussen gedrückt wird und dort einen entsprechenden Wulst bildet. Beim weiteren Hindurchlaufen durch das Bandpaar 9 wird das Schaumstoffgerüst 1 wieder entspannt und der Schlickerwulst über die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 2 gleichmässig verteilt, so dass sich zwei gegenüberliegende geschlossene Schichten 5 ausbilden. 



  Gemäss Fig. 4 werden die geschlossenen Schichten 5 dadurch erzeugt, dass die imprägnierten und getrockneten Schaumstoffgerüste 1 mittels eines horizontalen Förderers 10 durch ein senkrecht stehendes Walzenpaar 11 hindurchgeführt werden, das auf zwei gegenüberliegende Seitenflächen 2 jeweils entsprechendes feuerfestes Material, Schlicker oder an Luft abbindendes Material, aufträgt und in die Porenstruktur bis zu der vorgesehenen Tiefe eindrückt. Auf den Walzenoberflächen wird hierbei immer eine gleichmässige Schichtdicke aus aufzutragendem Material etwa mittels eines Rakels oder eines Walzenstuhls sichergestellt. 



  Diese Methode zur Erzeugung von geschlossenen Schichten 5 kann derjenigen von Fig. 3 nachgeschaltet sein, um alle vier Seitenflächen 2 mit einer geschlossenen Schicht 5 zu versehen. Jedoch können auch zwei Einrichtungen  gemäss Fig. 4 mit einer Station zum Drehen der Schaumstoffstrukturen 1 um 90 DEG  hintereinandergeschaltet sein, um alle vier Seitenflächen 2 mit einer geschlossenen Schicht 5 zu versehen. 



  Stattdessen kann man die geschlossene Schicht 5 aber auch derart erzeugen, dass man die Seitenflächen 2 der Schaumstoffstruktur 1 mit einer Schicht aus Schaumstoffmaterial mit entsprechend feiner Porenzahl verklebt oder mit einem Gespinst von feinen Klebstoffäden versieht. Beim Imprägnieren mit dem Schlicker bleiben die kleinen Poren bzw. Zwischenräume im umlaufenden Seitenrandbereich mit Schlicker gefüllt, wodurch sich eine umlaufende geschlossene Schicht 5 ausbildet. 



  Die Methode gemäss Fig. 4 kann auch dazu benutzt werden, die Seitenflächen 2 eines bereits gebrannten Filters mit einer geschlossenen Schicht 5 aus an Luft abbindendem Material mit feuerfesten Eigenschaften zu versehen. 



  Ausserdem kann die Methode von Fig. 4 dazu verwendet werden, um die Beschichtung 7 entweder nach dem Trocknen und vor dem Brennen in Form eines Schlickers oder nach dem Brennen in Form eines an Luft abbindenden Materials mit feuerfesten Eigenschaften aufzubringen. 



  Bei der Anwendung schaumkeramischer Filter zur Filtration von Metallschmelzen wie Gusseisen (etwa GGL, GGG, GT Ni-Resist) im Giesssystem kommt es schlagartig zu einer thermischen wie auch statischen Belastung der Filter durch den anströmenden, flüssigen Werkstoff. Der Grad der thermischen Belastung ist mehr oder weniger von der Zusammensetzung und der Eigenschaft des gebrannten Schlickers abhängig, der zur Herstellung des Keramikfilters eingesetzt wurde. 



  Weitere stabilitätsbeeinflussende Merkmale sind die Auflageflächen (Widerlager) des Filters in der Form sowie die strukturbedingte Eigenform des Filters. Letzteres lässt sich durch die erfindungsgemässe Ausbildung deutlich ohne nachteilige Beeinflussung der Durchflussrate für den flüssigen Werkstoff verbessern. 



  Dementsprechend kann der erfindungsgemässe Filter im Gegensatz zu herkömmlich hergestellten weitaus höheren Belastungen (Fall- und Druckhöhen) in der Anwendung ausgesetzt werden. Dies lässt sich mit der in Fig. 5 dargestellten Prüfanordung nachweisen. 



  Die dargestellte Prüfanordnung umfasst ein Reservoir 12 zur Aufnahme von flüssigem Werkstoff, das bodenseitig durch einen Stopfen 13 verschlossen ist. Unterhalb des Reservoirs 12 befindet sich eine Filteraufnahme 14 mit einer standardisierten Kernmarke 15, die ein zu prüfendes Filter 16 von bei-  spielsweise einer Grösse von 50 mm x 50 mm x 22 mm aufnimmt. Zwischen dem Reservoir 12 und der Filteraufnahme 14 befindet sich ein Fallrohr 17, das beispielsweise um Abschnitte 17 min  vorbestimmter Länge verlängerbar ist. 



  Die zu prüfenden Filter 16 werden in die Prüfmarke 15 eingelegt und nach Ziehen des Stopfens 13 mit einer vorbestimmten Art und Menge Eisen beaufschlagt und durchströmt. 



   Erfindungsgemässe Keramikfilter der angegebenen Grösse (mit umlaufender geschlossener Schicht 5 einer Stärke von 2 mm und einer Beschichtung 7 einer Stärke von 0,5 mm) wurden mit im wesentlichen gleichen Keramikfiltern, die allerdings in herkömmlicher Weise nur unter Imprägnieren ohne Schicht 5 und Beschichtung 7 hergestellt wurden und damit den gleichen Durchflusswiderstand besassen, unter Verwendung der in Fig. 5 dargestellten Prüfanordnung und GGL als Werkstoff verglichen. Das Gewichtsspektrum war bei beiden Filterarten im wesentlichen gleich. Ausserdem wurden beide Filterarten der gleichen Ofenreise unterworfen.

   Das Ergebnis ist in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. 
<tb><TABLE> Columns=5 
<tb>Head Col 02 AL=L: herk.
hergest. 
<tb>Head Col 03 AL=L: erf.
hergest. 
<tb>Head Col 04 AL=L: herk.
hergest. 
<tb>Head Col 05 AL=L: erf.
hergest. 
<tb> <SEP>Giesshöhe <SEP>450 mm <SEP>450 mm <SEP>527 mm <SEP>527 mm 
<tb> <SEP>Giesstemp.  DEG C <SEP>1440-1379 <SEP>1440-1379 <SEP>1438-1380 <SEP>1438-1380 
<tb> <SEP>Anzahl geprüfter Filter <SEP>5 <SEP>5 <SEP>5 <SEP>5 
<tb> <SEP>davon gebrochen <SEP>3 <SEP>0 <SEP>4 <SEP>0 
<tb> <SEP>davon intakt <SEP>2 <SEP>5 <SEP>1 <SEP>5 
<tb></TABLE> 

Claims (2)

1. Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur auf der Basis hochschmelzender Keramik zum Filtrieren von Metallschmelzen, mit zwei gegenüberliegenden quer zur Durchströmrichtung der Metallschmelze verlaufenden Durchströmflächen (3) und wenigstens einer sich in Durchströmrichtung erstreckenden Seitenfläche (2) dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche(n) (2) in Umfangsrichtung insgesamt mit einer geschlossenen Schicht (5) aus feuerfestem Material einer Tiefe von 0,5 bis 3 mm versehen sind.

2. Keramikfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (5) aus feuerfestem Material aus dem zum Imprägnieren verwendeten Keramikschlicker hergestellt ist.