DE19847049A1 - High temperature ceramic filter production, e.g. for filtering hot gases, glass melts and metal melts, comprises vibration molding mixture of corundum grains, water and binder - Google Patents

High temperature ceramic filter production, e.g. for filtering hot gases, glass melts and metal melts, comprises vibration molding mixture of corundum grains, water and binder

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    • B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

High temperature ceramic filter production comprises vibration molding a mixture of corundum grains, water and a vitreous or crystalline bond-forming binder. Production of a corundum ceramic high temperature filter comprises vibration compaction molding a mixture of corundum grains, water and a vitreous or crystalline bond-forming binder, drying the resulting green body at 80 deg C, demolding and sintering in an electric furnace at 1100-1400 deg C. Preferred Features: Vibration molding is carried out using a tube which is subjected to vibrations of 20 g acceleration and more than 200 Hz frequency for at least 60 seconds, a load of at least 20 kPa being applied onto the mixture during compaction. The water is added to the mixture as ice pieces.

Description

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft die Vorrichtung und Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to the device and method according to the preamble of Claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Die keramische Filter finden einen breiten Einsatz. Sie werden gegenwärtig mittels Pressen (wie beispielweise das Patent Nr. 0369330 A2 beschreibt), Extrudieren (beispielweise Patent Nr. EP 0723799 A1 sowie Auftragen einer keramischen Zusammensetzung verschiedener Komponenten auf einem synthetischen Substrat (laut Patent Nr. EP 0726234 A2) hergestellt.The ceramic filters are widely used. They are currently pressed (e.g. for example, describes patent no. 0369330 A2), extrusion (for example, patent no. EP 0723799 A1 and application of a ceramic composition of various Components made on a synthetic substrate (according to Patent No. EP 0726234 A2).

Die Vibrationsverdichtung ist im Kernforschungsbereich bei der Herstellung von Brennstäben (Patent Nr. 1758238) zum Einsatz gekommen.Vibration compression is in the core research area in the manufacture of fuel rods (Patent No. 1758238) were used.

Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the prior art

Wenn über die Korngröße der eingesetzten keramischen Ausgangsmaterialien eine bestimmte Porengröße bzw. Porengrößenverteilung bestrebt wird, sind die bis jetzt eingesetzten Formgebungsverfahren relativ unsicher. Durch die Preßkraft werden die Ausgangskörnungen zerstört, ausgenommen der Fall, daß sehr harte Materialien verwendet werden. Ein mittlerer Durchmesser der Poren im mm-Bereich läßt sich sehr schwer mit den oben genannten Verfahren realisieren.If a certain one about the grain size of the ceramic starting materials used Pore size or pore size distribution is the goal so far Shaping process relatively unsafe. The initial grains are created by the pressing force destroyed, except in the case that very hard materials are used. A medium one The diameter of the pores in the mm range is very difficult with the above-mentioned methods realize.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von keramischen Hochtemperaturfiltern zu entwickeln. Die breite Palette der Porendurchmesser ermöglicht den Einsatz zur Filtration von Heißgasen, Glasschmelzen sowie von Metallschmelzen.The object of the invention is a method and apparatus for the production of ceramic To develop high temperature filters. The wide range of pore diameters enables Use for the filtration of hot gases, glass melts and metal melts.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device and a method having the features of claim 1 solved.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Vibrationsverdichtung ist eine schonende Formgebung, die Körner werden dadurch nicht zerstört, sondern umgelagert und verdichtet. Aufgrund der erhöhten Beweglichkeit der Ausgangskörner vermindern sich die Reibungskoeffizienten zwischen den einzelnen Körnern. Das Resultat ist eine schnelle Anordnung der Körner in einer optimalen, reproduzierbaren und definierten Packung.The vibration compression is a gentle shaping, the grains are not destroyed, but rearranged and compacted. Due to the increased mobility of the Starting grains reduce the coefficient of friction between the individual grains. The The result is a quick arrangement of the grains in an optimal, reproducible and defined pack.

Die stabile Packung bildet das Filtergerüst. Die Verbindung zwischen den Körnern ist durch Sinterbrücken (Glas- oder Kristallphase) gegeben. Die Art der Sinterbrücken kann in Verbindung mit den an Filter gestellten Forderungen frei gewählt werden. Dadurch wird die Einsatztemperatur der Filter maßgebend beeinflußt und gesteuert.The stable packing forms the filter frame. The connection between the grains is through Sinter bridges (glass or crystal phase) are given. The type of sintered bridges can be related can be freely chosen with the demands made on filters. This will increase the operating temperature the filter is significantly influenced and controlled.

Die Höhe des Filters kann unterschiedlich gestaltet werden, in Abhängigkeit vom Einsatzgebiet. The height of the filter can be designed differently, depending on the area of application.  

Beispielbeschreibung einer PatenanmeldungExample description of a patent application

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hochtemperaturfiltern aus keramischen Ausgangskörnungen bei denen aus einem eng begrenztem Korngrößenbereich aus Korund bestehenden Körnern durch Vibrationsverdichtung ein Grünkörper hergestellt wird, der bis zu einer Temperatur zwischen 1100 und 1400°C zum Filterkörper verarbeitet wird.The invention relates to a method and device for producing High temperature filters made of ceramic starting grains with those from a narrow limited grain size range made of corundum due to vibration compaction a green body is produced which can be used up to a temperature between 1100 and 1400 ° C Filter body is processed.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hochtemperaturfiltern aus keramischen Körnungen zu schaffen, die das Durchströmen einer genügend Gas- oder Flüssigkeitsmenge erlauben, so daß derartige Formkörper als Heißgasfilter oder Filter für geschmolzene Metalle bzw. Glas eingesetzt werden können.It is an object of the invention to provide a method and apparatus for the production of To create high temperature filters from ceramic grits that flow through a allow enough gas or liquid quantity so that such shaped bodies as hot gas filters or filters for molten metals or glass can be used.

Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zunächst die Ausgangskörnungen mit der benötigten Menge Wasser in Form von Eisstücke vermischt wird bis das ganze Eis geschmolzen ist und die Körner mit einer Wasserschicht umhüllt werden, gefolgt von einer Binderzugabe in Pulverform und Weitermischen bis zu einer homogenen Umhüllung der Körner mit dem Wasser-Binder-Gemisch. Die Mischzeit ist auf 4 Stunden festzulegen.The object underlying the invention is achieved in that the Initial granules are mixed with the required amount of water in the form of ice cubes until all the ice has melted and the grains are covered with a layer of water, followed from the addition of a binder in powder form and further mixing to a homogeneous coating of the Grains with the water-binder mixture. The mixing time should be set to 4 hours.

Für die Formgebung werden Metallrohre als Matrizen verwendet, die an einem Ende mit einem speziell angefertigten Metallstopfen verschlossen wurden. Rohr und Stopfen werden in einer Aufnahmehülse mittels Rädelschrauben arretiert. Die Aufnahmehülse besitzt am Boden eine Bohrung und kann mit Hilfe dieser Bohrung auf das Gestänge der Vibratorquelle aufgeschraubt werden.For the shaping metal tubes are used as matrices, which at one end with a specially made metal plugs were closed. Pipe and plug are in one Receiving sleeve locked by means of thumb screws. The receiving sleeve has one on the bottom Hole and can be screwed onto the linkage of the vibrator source using this hole become.

Der Vibration wird über einen pneumatischen Preßstempel ein statisches Druck überlagert, von 0,5 atü registriert, also dies entspricht bei dem verwendeten Zylinder laut Eichung 28 kPa. Die Vibrationsbedingungen sind a = 20 g (g = 9,81 m/s2), f = 225 Hz, t = 60 s.A static pressure is superimposed on the vibration via a pneumatic press ram, registered at 0.5 atm, so this corresponds to 28 kPa for the cylinder used according to the calibration. The vibration conditions are a = 20 g (g = 9.81 m / s 2 ), f = 225 Hz, t = 60 s.

Nach Entnahme des Metallrohrs aus der Aufnahmehülse werden Metallrohr mit Stopfen und Formkörper im Trockenschrank bei ca. 80°C getrocknet und anschließend der Formkörper entformt.After removing the metal tube from the receiving sleeve, metal tube with plug and Shaped body dried in a drying cabinet at approx. 80 ° C and then the shaped body demolded.

Dieser entformte Körper wird in einem elektrischen Ofen gesintert bei einer Temperatur von 1150°C bzw. 1350°C, wobei sich der Binder in eine glasige oder kristalline Brücke verwandelt und die Festigkeit des Filters bestimmt.This demolded body is sintered in an electric furnace at a temperature of 1150 ° C or 1350 ° C, whereby the binder transforms into a glassy or crystalline bridge and determines the strength of the filter.

Beispiel IExample I

37,26 g Korund (gebrochene Körnung, D = 0,80-1,00 mm) wurden mit 0,74 g Eis und anschließend mit 2 g Binderzubereitung (1,20 g Monoaluminiumphosphat und 0,80 g Al2O3 fein gemahlen) gemischt.37.26 g of corundum (broken grain, D = 0.80-1.00 mm) were finely ground with 0.74 g of ice and then with 2 g of binder preparation (1.20 g of monoaluminum phosphate and 0.80 g of Al 2 O 3 ) mixed.

Die homogene Mischung wird in einer Matrize eingefüllt. Die Matrize wurde vor dem Einfüllen der Mischung mit Fettpapier seitlich ausgelegt, sowie deren Bodenbereich. Nach dem Einfüllen wird die Mischung wieder mit einer Lage Fettpapier bedeckt.The homogeneous mixture is poured into a die. The matrix was pre-filled the mixture with grease paper laid out on the side, as well as its bottom area. After filling the mixture is covered again with a layer of grease paper.

Die Matrize wird in die Vibrationshülle eingebaut der Stempel (p = 28 kPa) aufgesetzt und die Probe verdichtet (a = 20 g, f = 225 Hz, t = 60 s). Nach einer Trocknung von 16 h bei einer Temperatur von ca. 80°C wird die Probe entformt und bei 1350°C 6 h gesintert.The die is built into the vibration envelope, the punch (p = 28 kPa) is placed on it and the Sample compacted (a = 20 g, f = 225 Hz, t = 60 s). After drying for 16 h at one temperature The sample is demolded from approx. 80 ° C and sintered at 1350 ° C for 6 h.

Der gesinterte Filterkörper hatte die Abmessungen D = 29,90 mm, H = 28,70 mm und eine Gasdurchlässigkeit von 17,96 × 10-12 m2. The sintered filter body had the dimensions D = 29.90 mm, H = 28.70 mm and a gas permeability of 17.96 × 10 -12 m 2 .

Beispiel IIExample II

37,19 g Korund (Vollkugeln, Körnung, D = 0,80-1,00 mm) wurden mit 1,42 g Eis und anschließend mit 1,40 g Natriumphosphatzubereitung (P2O5-Gehalt: ca. 69%, Na2O-Gehalt ca. 29%) gemischt.37.19 g of corundum (solid balls, grain size, D = 0.80-1.00 mm) were mixed with 1.42 g of ice and then with 1.40 g of sodium phosphate preparation (P 2 O 5 content: approx. 69%, Na 2 O content approx. 29%) mixed.

Die homogene Mischung wird in einer Matrize eingefüllt. Die Matrize wurde vor dem Einfüllen der Mischung mit Fettpapier seitlich ausgelegt, sowie deren Bodenbereich. Nach dem Einfüllen wird die Mischung wieder mit einer Lage Fettpapier bedeckt.The homogeneous mixture is poured into a die. The matrix was pre-filled the mixture with grease paper laid out on the side, as well as its bottom area. After filling the mixture is covered again with a layer of grease paper.

Die Matrize wird in die Vibrationshülle eingebaut der Stempel (p = 28 kPa) aufgesetzt und die Probe verdichtet (a =20 g, f = 225 Hz, t = 60 s). Nach einer Trocknung von 16 h bei einer Temperatur von ca. 80°C wird die Probe entformt und bei 1150°C 6 h gesintert.The die is built into the vibration envelope, the punch (p = 28 kPa) is placed on it and the Sample compacted (a = 20 g, f = 225 Hz, t = 60 s). After drying for 16 h at one temperature The sample is demolded from approx. 80 ° C and sintered at 1150 ° C for 6 h.

Der gesinterte Filterkörper hatte die Abmessungen D = 29,90 mm, H = 24,27 mm und eine Gasdurchlässigkeit von 23,27 × 10-12 m2.The sintered filter body had the dimensions D = 29.90 mm, H = 24.27 mm and a gas permeability of 23.27 × 10 -12 m 2 .

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung keramischer Hochtemperaturfilter aus Korund (gebrochener Körnung oder Vollkugeln) bei dem aus einer von der vorgesehenen Durchlässigkeit des zu bildenden Formkörpers bestimmten Kornfraktion eines Korundmaterials ein Grünkörper mittels Vibrationsverdichtung geformt wird, worauf die Grünkörper bis 1400°C gesintert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in an sich bekannte Weise ein aus Korundkörnung, Wasser und Binder zur Bildung einer glasigen oder kristallinen Binderbrücke gebildete Mischung zu einem grünen Körper vibrationsverdichtet geformt wird und daß der Körper bei ca. 80°C getrocknet und anschließend entformt wird und daß der getrocknete Grünkörper in einem Elektroofen bis zu einer Temperatur im Bereich zwischen 1100°C-1400°C gesintert wird.1. A process for producing high-temperature ceramic filters made of corundum (broken grains or solid spheres) in which a green body is formed from a grain fraction of a corundum material determined by the intended permeability of the shaped body to be formed, by means of vibration compression, whereupon the green bodies are sintered up to 1400 ° C., characterized that a mixture of corundum, water and binder to form a glassy or crystalline binder bridge is first formed in a manner known per se to be vibration-compacted into a green body and that the body is dried at about 80 ° C. and then removed from the mold and that the dried one Green body is sintered in an electric furnace up to a temperature in the range between 1100 ° C-1400 ° C. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr Schwingungen mit einer Beschleunigung von 20 g ausgesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the tube vibrations with a Acceleration of 20 g is suspended. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsfrequenz mehr als 200 Hz beträgt.3. The method according to claim 1, characterized in that the vibration frequency is more than 200 Hz is. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vibrationsdauer mindestens 60 Sekunden beträgt.4. The method according to claim 1, characterized in that the vibration duration at least 60th Seconds. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Belastung von mindestens 20 kPa während der Verdichtung auf der zu verdichtende Mischung aufgesetzt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that a load of at least 20 kPa is placed on the mixture to be compacted during compression. 6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das benötigte Wasser zur Herstellung des zu verdichteten Materials als Eisstücke zugegeben wird.6. The method according to claim 1-5, characterized in that the water required for Production of the material to be compacted is added as pieces of ice. 7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit des Filterkörpers durch die Ausbildung der Binderbrücken und deren Art beeinflußt wird.7. The method according to claim 1-6, characterized in that the strength of the filter body is influenced by the design of the truss bridges and their type.
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