ES2552661T3

ES2552661T3 - Un método para la fabricación de tubos electro-aislantes de cerámica

Info

Publication number: ES2552661T3
Application number: ES12184059.9T
Authority: ES
Inventors: Artur SLAWINSKI; Joachim SUMMERER
Original assignee: Industry Technologies S A; INDUSTRY TECHNOLOGIES SA
Current assignee: Industry Technologies S A; INDUSTRY TECHNOLOGIES SA
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2015-12-01
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: WO2014003587A1; EP2679363B1; US9321188B2; EP2679363A1; US20150197035A1

Abstract

Un método para la fabricación de tubos electro-aislantes de cerámica que tienen un diámetro externo entre 30 mm y 100 mm, un espesor de pared entre 5 mm y 10 mm, una longitud entre 15 cm y 150 cm, comprendiendo el método de moldeo en un molde, un elemento hecho de un polvo cerámico, compactando el elemento cerámico en una prensa, vidriado, cocción de un elemento vidriado en un horno y formando el elemento cocido con el fin de producir el tubo aislante de cerámica caracterizado porque el elemento se moldea en un molde (102) a partir de un polvo cerámico que consiste en Al2O3 desde 40% a 75% en peso, SiO2 desde 5 a 25%, caolín (arcilla blanca) desde 5% al 20%, y la arcilla de alfarero de 5% a 20%, en donde el molde (102) comprende punzón (202) inferior cilíndrico rígido y una membrana (203) exterior cilíndrica flexible colocada alrededor del punzón (202) inferior de manera que entre ellos se forma una brecha (204) cilíndrica para ser llenado con polvo de cerámica, en donde mientras se llena la brecha (204) con el polvo de cerámica, la membrana (203) exterior se deforma desde una sección transversal circular a una sección transversal oval con el uso de al menos un par de vibradores (211-212; 213-214) posicionados en los lados opuestos de la membrana (203) y que operan en al menos tres etapas, en las que la frecuencia aumenta la vibración y la amplitud de la vibración disminuye entre etapas sucesivas, en donde la frecuencia de vibración más baja es entre 50 Hz y 70 Hz, y la frecuencia de vibración más elevada está entre 90Hz y 110Hz, y en donde la amplitud de la vibración provoca una reducción del diámetro de la membrana entre los vibradores desde el valor más bajo de aproximadamente 0.5 % al valor más alto de aproximadamente 2%, en el que el molde (102) lleno se coloca en la prensa isostática con el fin de compactar el elemento, en donde la membrana (203) del molde se presiona isostáticamente en un primer ciclo que dura de 15 s a 25 s, en la cual la presión se incrementa linealmente desde 1 bar hasta un valor entre 300 bares y 800 bares, un segundo ciclo que dura aproximadamente 1 s, en el que se mantiene la presión en el nivel alcanzado hasta ahora, y en un tercer ciclo que dura de 25 s a 35 s, en el que la presión se reduce linealmente hasta 1 bar, lo que resulta en la formación de un elemento que tiene una porosidad inferior del 20%.

Description

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DESCRIPCION

Un metodo para la fabricacion de tubos electro-aislantes de ceramica

La presente invention se refiere a un metodo para la fabricacion de tubos electro-aislantes de ceramica.

Una solicitud PCT WO2011106232 muestra una forma tlpica de fabricacion de un elemento ceramico que incluye la mezcla de una premezcla con otros componentes con el fin de obtener una mezcla por lotes que contiene un ingrediente de celulosa y un componente de aluminio; la adicion de llquido a la mezcla del lote con el fin de formar el lote; conformar el lote para formar el cuerpo; cocer el cuerpo conformado con el fin de formar el elemento de ceramica. Esta manera tlpica tiene ciertos defectos, por ejemplo las inexactitudes resultantes de la conformation del cuerpo bajo una presion relativamente baja y las dimensiones relativamente grandes del elemento conformado con el fin de garantizar las propiedades electro-aislantes apropiadas.

Recientemente, se ha desarrollado una tecnologla de prensado isostatico que permite dar forma a elementos de ceramica con eficacia. Consiste en el tratamiento de una mezcla de ceramica bajo presion isostatica en una camara con un llquido a alta presion. La presion se ejerce sobre el material desde todas las direcciones.

Una patente de los Estados Unidos US4938673 describe un prensado isostatico en caliente, en donde un elemento se prepara a partir de una mezcla que contiene un polvo acoplado y un primer aislante en polvo, y despues de que el elemento es sumergido en un segundo aislante en polvo en un recipiente comprimible, y luego se coloca el elemento dentro de un recipiente a presion en el cual una energla de microondas se suministra para elevar una temperatura del elemento, y luego el elemento se comprime mediante el uso de un medio llquido suministrado bajo presion.

La tecnologla de prensado isostatico de elementos ceramicos se ha aplicado hasta ahora para los componentes relativamente grandes, tales como chimeneas de ceramica que requieren una precision dimensional moderada.

Un documento de la Patente de Rusia RU2318657 presenta un metodo para la fabricacion de un aislante de ceramica. Este aislante es un elemento solido. En este metodo, un molde se llena con un polvo de ceramica y, mientras se llena, se inducen las vibraciones de todo el molde. A continuation, se cierra el molde y se prensa para lograr la porosidad del elemento acabado en el nivel de 20-36%. Este proceso tiene varias desventajas. En primer lugar, los elementos producidos son elementos solidos y no tuberlas, por lo tanto, tienen gran masa y son bastante caros de fabricar. Al final, la relativamente alta porosidad de hasta 36%, induce grandes inexactitudes dimensionales cuando se cuece y por lo tanto el elemento producido requiere un tratamiento mecanico adicional mediante el uso de costosas herramientas de diamante con el fin de obtener la tolerancia dimensional deseada. Ademas, las vibraciones de todo el molde requieren vibradores de alta potencia.

El proposito de la presente invencion es proporcionar una forma alternativa de moldeo de tubos electro-aislantes de ceramica con el fin de lograr una mayor precision dimensional y mejores propiedades electro-aislantes.

El objeto de esta invencion es un metodo para la fabricacion de tubos electro-aislantes de ceramica que tienen un diametro externo entre 30 mm y 100 mm, un espesor de pared entre 5 mm y 10 mm, una longitud entre 15 cm y 150 cm, el metodo comprende moldear en un molde, un elemento hecho de un polvo ceramico, compactar el elemento de ceramica en una prensa, acristalamiento, coccion del elemento acristalado en un horno y dar forma al elemento cocido con el fin de producir el tubo aislante de ceramica caracterizado porque el elemento se moldea en un molde (102) a partir de un polvo ceramico que consiste en A2O3 del 40% al 75% en peso, SiO2 desde 5 a 25%, caolln (arcilla blanca) desde 5% a 20%, y la arcilla de alfarero de 5% a 20%, en donde el molde comprende un punzon inferior cillndrico rlgido y una membrana externa cillndrica flexible que se coloca alrededor del punzon inferior de manera que entre ellos se forma una brecha cillndrica para ser llenada con el polvo de ceramica, en donde mientras se llena la brecha con el polvo de ceramica, la membrana externa se deforma desde una section transversal circular a una seccion transversal ovalada con el uso de al menos un par de vibradores situados en los lados opuestos de la membrana y que operan en al menos tres etapas, en donde la frecuencia aumenta la vibration y la amplitud de la vibration disminuye entre etapas sucesivas, en donde la frecuencia de vibracion mas baja esta entre 50 Hz y 70 Hz, y la frecuencia de vibracion mas elevada esta entre 90Hz y 110Hz, y en donde la amplitud de la vibracion provoca una reduction del diametro de la membrana entre los vibradores desde el valor mas bajo de aproximadamente 0.5 % al valor mas alto de aproximadamente 2%, en donde el molde lleno se coloca en la prensa isostatica con el fin de compactar el elemento, en donde la membrana del molde se presiona isostaticamente en un primer ciclo que dura de 15 s a 25 s, en el cual la presion se incrementa linealmente de 1 bar hasta un valor entre 300 bar y 800 bar, un segundo ciclo que dura aproximadamente 1 s, en el que se mantiene la presion en el nivel alcanzado hasta ahora, y en un tercer ciclo que dura de 25 s 35 s, en el que la presion se reduce linealmente hasta 1 bar, lo que resulta en la formation de un elemento que tiene una porosidad por debajo del 20%.

La presente invencion se distingue de la tecnica mas proxima, la cual esta considerada en el documento de la Patente de Rusia RU2318657, ya que permite fabricar tubos de ceramica, pero no elementos solidos, de una porosidad mas baja cuando se cuecen, que requieren tratamiento mecanico despues en menor grado con el fin de lograr la precision dimensional deseada. En esta invencion, el molde no se hace vibrar en su conjunto, pero la

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vibracion se aplica puntualmente en las paredes exteriores flexibles con el uso de un conjunto de vibradores espaciados en el exterior del molde y controlados por etapas con la frecuencia de vibracion decreciente en sucesivas etapas, mediante el cual se optimiza el consumo de energia para las vibraciones. El uso del metodo de vibracion efectiva permite compactar eficazmente la masa, que en conjuncion con alta presion de prensado ofrece la porosidad de los elementos de tuberia moldeados a un nivel por debajo del 20%.

El uso de la tecnica de acuerdo con esta invencion permite fabricar tubos aislantes de ceramica de una alta calidad, principalmente como resultado de una alta precision dimensional. La precision dimensional reduce la cantidad de elementos defectuosos a un nivel por debajo del 4% de la produccion total. El alto nivel de compactacion de masa en el proceso de prensado isostatico proporciona la porosidad de elementos moldeados por debajo del 20% y permite reducir el espesor de pared de tubos en aproximadamente un 10-15% en comparacion con elementos estandar. Las tuberias de ceramica fabricados de acuerdo con la presente invencion tambien se caracterizan por una mayor resistencia medida como una fuerza de aplastamiento lateral en aproximadamente un 10% en comparacion con elementos estandar, debido a la mayor densidad y mas delgada pared del tubo. El reducido espesor de pared tambien se traduce en la reduccion de peso del elemento de tuberia en aproximadamente 10-15%. Ademas, el metodo de acuerdo con la presente invencion elimina la necesidad de secar los elementos moldeados ya que los elementos comprimidos isostaticamente tienen un cierto contenido de humedad, lo que aumenta la eficiencia energetica de todo el proceso.

La presente invencion se muestra por medio de un ejemplo de realization en un dibujo, en el cual:

La figura 1 presenta un diagrama esquematico de una linea tecnologica para la fabrication de tubos de ceramica electro-aislantes de acuerdo con la invencion.

La figura 2 presenta un molde con vibradores,

La figura 3 presenta un diagrama de la operation de vibradores, teniendo en cuenta la amplitud y la frecuencia de las vibraciones mientras se llena el molde.

Como se muestra en la figura 1, el polvo de ceramica a partir de un recipiente 101 es suministrado de una manera controlada en un molde 102, equipado con un conjunto 103 de vibracion, como se discute en detalle en relation con las Figs. 2 y 3. El molde 102 relleno se introduce en la prensa isostatica, donde el elemento es moldeado bajo una alta presion de aproximadamente 300-800 bar. A continuation, el elemento formado es transportado por los brazos de un robot automatizado a una estacion 105 de acristalamiento, en la que es cristalizado con el uso de la tecnologia de acristalamiento, pulverization, inmersion o chorro. Despues de cristalizado, los tubos son transportados en camiones a un horno 106, para ser cocidos. Despues de la coccion, los tubos son retirados de los camiones a traves de un sistema automatizado de transporte y son trasladados a una estacion 107 de tratamiento mecanico, donde pueden ser moldeados por fresado, laminado, corte, etc. A continuacion, los elementos formados son transportados a un almacen de productos 108 terminados.

El polvo de ceramica que se utiliza para la produccion de elementos de tuberia es un aluminio de alta resistencia de porcelana del tipo C-130 de acuerdo con la ENN/12212 estandar "Advanced technical ceramics. Unified method for classification" (ISBN 0580254925). Se compone de Al2O3 del 40% al 75% en peso, SiO2 del 5% al 25%, caolin del 5% al 20% (arcilla blanca), y arcilla de alfarero del 5% al 20%.

El molde de la prensa 102 isostatica se presenta en detalle en la figura 2. Contiene una base 201 en la que se instala un punzon 202 inferior. El punzon 202 inferior, esta equipado con una membrana 203 de poliuretano cilindrica elastica, por lo que se forma una brecha 204 cilindrica entre ellos para ser llenado. Esta invencion se refiere a la fabricacion de tubos de ceramica electro-aislantes que tienen un diametro exterior entre 30 mm y 100 mm, un espesor de pared entre un 5 mm y 10 mm, y una longitud entre 15 cm y 150 cm. Cuando se aumenta la longitud del tubo, la proportion de delgadez (i.e., la relacion de longitud con el espesor de la pared) de la brecha para ser llenada aumenta, por lo tanto la brecha 204 tiene que ser llenada precisamente con el polvo ceramico. Al menos un par de vibradores 213-214 se colocan en el lado de la membrana 203, en donde los vibradores que forman un par estan situados uno frente al otro. Los vibradores 211-212, 213-214 operan de una manera tal que presionan la membrana de manera que su section transversal se deforma ligeramente de una forma circular a una ovalada, facilitando de este modo la compactacion de polvo ceramico mientras que la brecha 204 es llenada. El funcionamiento de los vibradores se divide en etapas, por ejemplo, como se muestra en el ejemplo en la figura 3. Cuando la brecha 204 se llena por completo, los vibradores 213-214 se detienen y el molde es cerrado desde la arriba con un punzon 205 superior de acero.

Entonces, el molde 102 lleno se transfiere a la prensa 104 isostatica, donde se prensa isostaticamente, i.e. la presion uniforme se ejerce sobre la membrana 203. El ciclo operativo incluye una primera etapa, en la que la presion aumenta linealmente desde cero al rango entre 300 a 800 bar en el tiempo de 15 s a 20 s, entonces la presion se mantiene en el nivel maximo durante 1 s, y despues la presion se reduce en un tiempo de 25 s a 35 s, a cero.

El elemento de ceramica moldeado de tal manera esta particularmente bien preparado para su posterior paso en el proceso de fabricacion, que a continuacion se lleva a cabo de una manera tlpica. Como se describio anteriormente, el proceso especlfico de moldeo garantiza alta precision y alta calidad de los tubos electro-aislantes formados.

La figura 3 presenta un ejemplo de la operacion de vibradores. El proceso de llenado dura unos 40 s 50 s. En 5 principio, el funcionamiento de los vibradores se divide en al menos tres etapas, en las cuales se aumenta la frecuencia de vibracion y la amplitud de vibracion se reduce en etapas posteriores. La frecuencia mas baja de la vibracion esta entre 50 Hz y 70 Hz, y la frecuencia de vibracion mas alta esta entre 90Hz y 110Hz. La amplitud de la vibracion provoca un cambio del diametro de la membrana flexible entre vibradores, desde el valor mas bajo de aproximadamente 0.5 % al valor mas alto de aproximadamente 2%.

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Claims

Reivindicaciones

1. Un metodo para la fabricacion de tubos electro-aislantes de ceramica que tienen un diametro externo entre 30 mm y 100 mm, un espesor de pared entre 5 mm y 10 mm, una longitud entre 15 cm y 150 cm, comprendiendo el metodo de moldeo en un molde, un elemento hecho de un polvo ceramico, compactando el elemento ceramico en una 5 prensa, vidriado, coccion de un elemento vidriado en un horno y formando el elemento cocido con el fin de producir el tubo aislante de ceramica caracterizado porque el elemento se moldea en un molde (102) a partir de un polvo ceramico que consiste en Al2O3 desde 40% a 75% en peso, SiO2 desde 5 a 25%, caolln (arcilla blanca) desde 5% al 20%, y la arcilla de alfarero de 5% a 20%, en donde el molde (102) comprende punzon (202) inferior cillndrico rlgido y una membrana (203) exterior cillndrica flexible colocada alrededor del punzon (202) inferior de manera que entre 10 ellos se forma una brecha (204) cillndrica para ser llenado con polvo de ceramica, en donde mientras se llena la

brecha (204) con el polvo de ceramica, la membrana (203) exterior se deforma desde una seccion transversal circular a una seccion transversal oval con el uso de al menos un par de vibradores (211-212; 213-214) posicionados en los lados opuestos de la membrana (203) y que operan en al menos tres etapas, en las que la frecuencia aumenta la vibracion y la amplitud de la vibracion disminuye entre etapas sucesivas, en donde la frecuencia de 15 vibracion mas baja es entre 50 Hz y 70 Hz, y la frecuencia de vibracion mas elevada esta entre 90Hz y 110Hz, y en donde la amplitud de la vibracion provoca una reduccion del diametro de la membrana entre los vibradores desde el valor mas bajo de aproximadamente 0.5 % al valor mas alto de aproximadamente 2%, en el que el molde (102) lleno se coloca en la prensa isostatica con el fin de compactar el elemento, en donde la membrana (203) del molde se presiona isostaticamente en un primer ciclo que dura de 15 s a 25 s, en la cual la presion se incrementa linealmente 20 desde 1 bar hasta un valor entre 300 bares y 800 bares, un segundo ciclo que dura aproximadamente 1 s, en el que

se mantiene la presion en el nivel alcanzado hasta ahora, y en un tercer ciclo que dura de 25 s a 35 s, en el que la presion se reduce linealmente hasta 1 bar, lo que resulta en la formacion de un elemento que tiene una porosidad inferior del 20%.