MX2012008894A - Filtro usado para la filtracion de metal fundido y procedimiento de fabricacion del mismo. - Google Patents

Abstract

Se describen un filtro usado para la filtración de metal fundido y un procedimiento de fabricación del mismo. El filtro comprende material poroso de poro abierto, aglutinante y material refractario. El material refractario esta unido al material poroso de poro abierto con el aglutinante, siendo la proporción en peso del aglutinante al menso del 50 % y la proporción en peso del material refractario no más de 50 %. El filtro presenta mejores propiedades mecánicas y propiedades de resistencia a altas temperaturas, a la vez que su procedimiento de fabricación es más económico que los habituales.

Description

FILTRO USADO PARA LA FILTRACIÓN DE METAL FUNDIDO Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DEL MISMO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un campo de fabricación de filtros, de forma particular se refiere a un filtro usado para la filtración de metal fundido y un procedimiento de fabricación del mismo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la actualidad se encuentra disponible un conjunto de referencias bibliográficas en lo que se refiere a filtros usados para la filtración de metal fundido.

La patente de Estados Unidos n° 5104540 (Corning Inc.) describe un filtro cerámico sinterizado poroso recubierto con carbono para la filtración de metal fundido, que comprende un material sustrato de filtro unitario simple formado por material refractario tal como alúmina, mulita, polvo de circonio, circonio, espinela, cordierita, litio, aluminosilicato, titanato, feldespato, cuarzo, sílice pirogénica, carburo de silicio, caolín, titanato de aluminio, silicato, aluminato y mezclas de los mismos. Se aplica un recubrimiento basado en carbono a la superficie del tamiz de filtro o se usa como una termita.

El documento US 5520823 describe un filtro únicamente para filtración de aluminio fundido, en el que se usa vidrio de borosilicato como el aglutinante. Aunque el filtro contenga grafito se pierde una cantidad considerable de grafito debido a la sinterización al aire. La pérdida de carbono limita que se use este filtro en la filtración del metal de aluminio únicamente mientras no siendo adecuado únicamente para la filtración de hierro o acero fundidos.

El documento WO 0218075 describe un filtro para la filtración de metal fundido, en el que el filtro comprende material poroso de célula abierta que contiene partículas refractarias unidas conjuntamente con un aglutinante que contiene estructura de carbono. Es decir, en este filtro no existe mecanismo de unión excepto para aglutinante de carbono.

En los filtros actuales la alta resistencia del filtro a la temperatura se ve mejorada con el uso de aglutinante de carbono, mientras que el contenido del mismo necesita ser controlado en un estrecho intervalo, que no es favorable para el control de los contenidos del aglutinante durante el procesamiento. Adicionalmente, si bien los materiales refractarios que contienen carbono pueden resistir temperatura mayor que la del metal fundido, impiden la penetración de metal, mostrando resistencia muy alta a la temperatura elevada y mostrando mejor resistencia al choque térmico; desafortunadamente, el filtro unido por aglutinante de carbono presenta muy poca resistencia a temperatura ambiente, al mismo tiempo, tiende a absorber humedad, ejerciendo influencia de este modo en el uso de este producto a temperatura elevada.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN A la vista de lo anterior la presente invención proporciona un filtro para la filtración de metal fundido y un procedimiento de fabricación del mismo, mejorando la propiedad mecánica a temperatura ambiente y la resistencia del filtro a temperaturas elevadas.

Para conseguir el anterior objeto, la presente invención proporciona las siguientes soluciones técnicas: Un filtro para la filtración de metal fundido, que comprende un material poroso de célula abierta, un material refractario y un aglutinante, en el que el material refractario está unido al material poroso de célula abierta mediante el aglutinante, y la relación en peso del aglutinante al material refractario es al menos del 50 % en peso del aglutinante a no más del 50 % en peso del material refractario.

Preferiblemente en el filtro anteriormente citado el material refractario incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por mulita de circonio, mulita, corindón, arcilla, pirofilita, wolastonita, cianita, silimanita, espinela u olivino.

Preferiblemente en el filtro anteriormente citado el aglutinante incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por negro de carbono, grafito, carbono, asfalto, alquitrán, asfalto sintético, resina sintética, resina natural, antracita, dihidrogenofosfato de aluminio, sol de alúmina, gel de aluminio-sílice, sol de sílice, PVA, látex blanco, dextrina, almidón, CMC o MC.

Preferiblemente en el filtro anteriormente citado la relación en peso del aglutinante al material refractario es del 50~70 % en peso del aglutinante al 30~50 % en peso del material refractario.

La presente invención también describe un procedimiento para la fabricación de un filtro para la filtración de metal fundido, que comprende: formulación de un material refractario, un aglutinante, un aditivo y un vehículo líquido en suspensión; recubrimiento de la suspensión así formulada sobre un material poroso de célula abierta para formar al menos un recubrimiento refractario. sinterización del material poroso de célula abierta formado con el recubrimiento refractario bajo una temperatura de sinterización; en el que la relación en peso del aglutinante al material refractario es al menos del 50 % en peso del aglutinante a no más del 50 % en peso del material refractario.

Preferiblemente, en el procedimiento anteriormente citado, la relación en peso del peso total del material refractario, el aglutinante y un dispersante al peso del vehículo líquido es al menos 70 %:30 %.

Preferiblemente, en el procedimiento anteriormente citado, el contenido del material refractario, el aglutinante y un dispersante es como sigue, respectivamente: del 20~45 % en peso del material refractario; del 52-78 % en peso del aglutinante; del 1-9 % en peso del aditivo.

Preferiblemente, en el procedimiento anteriormente citado, el vehículo líquido es agua.

Preferiblemente, en el procedimiento anteriormente citado, el material poroso de célula abierta es espuma de poliuretano de célula abierta reticulada.

Preferiblemente, en el procedimiento anteriormente citado, la temperatura de sinterización no es superior a 1150 °C.

Preferiblemente, en el procedimiento anteriormente citado, el procedimiento comprende adicionalmente: antes de la etapa de "sinterizar el material poroso de célula abierta formado con el recubrimiento refractario bajo temperatura de sinterización", secar el material poroso de célula abierta recubierto con el recubrimiento refractario a una temperatura entre 100 y 200 °C.

Preferiblemente, en el procedimiento anteriormente citado, el material refractario incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por mulita de circonio, mulita, corindón, arcilla, pirofilita, wolastonita, cianita, silimanita, espinela u olivino.

Preferiblemente, en el procedimiento anteriormente citado, el aglutinante incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por negro de carbono, grafito, carbono, asfalto, alquitrán, asfalto sintético, resina sintética, resina natural, antracita, dihidrogenofosfato de aluminio, sol de alúmina, gel de aluminio-sílice, sol de sílice, PVA, látex blanco, dextrina, almidón, CMC o MC.

Preferiblemente, en el procedimiento anteriormente citado, la relación en peso del aglutinante al material refractario es del 50-70 % en peso del aglutinante al 30-50 % en peso del material refractario.

Aumentando el componente y contenido del aglutinante en el filtro y combinando el uso del material refractario, se mejora en gran medida la propiedad mecánica del filtro y se aumenta la resistencia del filtro, a altas temperaturas de modo que el filtro puede filtrar metal fundido a temperatura agresiva, y se mejoran de forma significativa las propiedades mecánicas, tales como resistencia a la tracción, tasa de elongación y similares, de las masas fundidas tras filtración con el filtro. Adicionalmente los componentes seleccionados y usados en la fabricación del filtro son económicos, y el filtro es fácil de producir en el proceso de producción de modo tal que la fabricación del filtro es más económica.

Los términos usados en esta invención se ilustran como sigue: PVA es la abreviatura de poli(alcohol vinílico).

CMC es la abreviatura de carboxilmetilcelulosa.

MC se refiere a metilcelulosa.

El material poroso de célula abierta significa un material sólido que comprende células que presentan distribución regular, parcialmente regular, irregular o aleatoria, estas células son el paso para el metal fundido. Tales células pueden comunicarse entre sí total o parcialmente, o presentar diversos pasos para el paso del metal fundido. El tamaño y forma de las células mismas puede ser regular o irregular. Por ejemplo, tales células pueden comprender una serie de pasos paralelos que pasan linealmente a través del material sólido, y los pasos pueden presentar cualquier sección transversal deseada, tal como paso de círculo, elipse o triángulo comunicados, de forma similar a la distribución porosa de la espuma natural. El material poroso de célula abierta preferido es espuma de poliuretano de célula abierta reticulada que se encuentra comercialmente disponible y presenta distribución relativamente regular. Es bien conocido que se puede usar tal material en la fabricación del filtro de material refractario para la filtración del metal fundido.

En adelante se presentará una descripción clara y completa de realizaciones de la presente invención a título ilustrativo y descriptivo. Debería quedar claro que las realizaciones que se van a describir son más bien meramente una parte que la totalidad de las realizaciones de la presente invención. Todas las demás realizaciones obtenidas por personas especialistas en la técnica basadas en las realizaciones de la presente invención sin esfuerzos creativos quedan dentro del alcance de protección de la presente invención.

Las realizaciones de la invención describen un filtro para la filtración de metal fundido y un procedimiento de fabricación del mismo, para mejorar la resistencia a alta temperatura y la propiedad mecánica del filtro.

Para conseguir el objeto anterior las realizaciones de la invención usan las siguientes soluciones técnicas. En la presente invención se modifican los ingredientes refractarios en comparación con los de la técnica anterior y se modifica de acuerdo con esto el procedimiento de fabricación del filtro correspondiente.

Un filtro para la filtración de metal fundido, que comprende un material poroso de célula abierta, un aglutinante y un material refractario, en el que el material refractario está unido al material poroso de célula abierta mediante el aglutinante, y la relación en peso del aglutinante al material refractario es al menos del 50 % en peso del aglutinante a no más del 50 % en peso del material refractario.

El material refractario se selecciona principalmente de uno o más de mulita de circonio, mulita, corindón, arcilla, pirofilita, wolastonita, cianita, silimanita, espinela u olivino.

En el que el aglutinante incluye material a base de carbono y material aglutinante, siendo la función principal de ambos unir el material refractario al material poroso de célula abierta. El material basado en carbono se selecciona principalmente de negro de carbono, grafito, carbono, asfalto, alquitrán, asfalto sintético, resina sintética, resina natural o antracita, mientras que el material aglutinante se selecciona principalmente de uno o más de dihidrogenofosfato de aluminio, sol de alúmina, gel de aluminio-sílice, sol de sílice, PVA, látex blanco, dextrina, almidón, CMC o MC.

La relación en peso del aglutinante al material refractario es del 50~70 % en peso del aglutinante al 30~50 % en peso del material refractario.

La invención también describe un procedimiento para la fabricación de un filtro para la filtración de metal fundido, que comprende: formulación de un material refractario, un aglutinante, un aditivo y un vehículo líquido en una suspensión; recubrimiento de la suspensión así formulada sobre un material poroso de célula abierta para formar al menos un recubrimiento refractario. sinterización del material poroso de célula abierta formado con el recubrimiento refractario bajo una temperatura de sinterización; en el que la relación en peso del aglutinante al material refractario es al menos del 50 % en peso del aglutinante a no más del 50 % en peso del material refractario.

La relación en peso del peso total del material refractario, el aglutinante y el dispersante al peso del vehículo líquido es al menos del 70 %:30 %; preferiblemente del 75 %:25 %, más preferiblemente del 80 %:20 %.

El contenido del material refractario, el aglutinante y un dispersante es como sigue, respectivamente: del 20-45 % en peso del material refractario; del 52~78 % en peso del aglutinante; del 1~9 % en peso del aditivo.

El aditivo incluye principalmente un dispersante y un agente activo, el vehículo líquido es agua y puede ser también metanol o etanol.

El procedimiento comprende además: antes de la etapa de sinterización, secado del material poroso de célula abierta recubierto con el recubrimiento refractario a una temperatura entre 100 y 200 °C.

Durante la sinterización la temperatura de sinterización debería no ser superior a 1150 °C, preferiblemente no más de 1100 °C. La sinterización debería llevarse a cabo en atmósfera con déficit de oxígeno, tal como en nitrógeno, argón o a vacío, o en atmósfera reductora, tal como en hidrógeno y/o monóxido de carbono, o gas del alumbrado. La sinterización se lleva a cabo por lo general en una estufa seca o en un horno; sin embargo, se pueden usar también otras formas de fuente de calor, tal como microondas que lleva a cabo el calentamiento por frecuencia de radio.

El material refractario incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por mulita de circonio, mulita, corindón, arcilla, pirofilita, wolastonita, cianita, silimanita, espenela u olivino.

El aglutinante incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por negro de carbono, grafito, carbono, asfalto, alquitrán, asfalto sintético, resina sintética, resina natural, antracita, dihidrogenofosfato de aluminio, sol de alúmina, gel de aluminio-sílice, sol de sílice, PVA, látex blanco, dextrina, almidón, CMC o MC.

La relación en peso del aglutinante al material refractario es preferiblemente del 50~70 % en peso del aglutinante al 30-50 % en peso del material refractario.

El tamaño de partícula del material refractario y del material de carbono puede ser inferior a 50 pm, preferiblemente inferior a 30 pm, más preferiblemente inferior a 20 pm.

Ejemplo 1 Se preparó una suspensión mediante adición de agua al 45 % en peso de corindón, 50 % en peso de carbono, 2 % en peso de gel de aluminio-sílice, 1 ,5 % en peso de dispersante y 1 ,5 % en peso de agente activo, en donde la relación en peso del peso total de conndón, carbono, gel de aluminio-sílice, dispersante y agente activo al peso de agua es 100 %:12 %.

Se usó la suspensión obtenida para recubrimiento de espuma de poliuretano que se ha cortado de forma apropiada. La espuma recubierta se secó y luego se pulverizó con la suspensión diluida de nuevo, seguido de sinterización a 950 °C siendo secado de nuevo.

Ejemplo 2 Se preparó una suspensión mediante adición de agua al 29 % en peso de polvo de espinela, 56 % en peso de carbono, 12 % en peso de sol de sílice, 2,5 % en peso de dispersante y 0,5 % en peso de agente activo, en donde la relación en peso del peso total del polvo de espinela, carbono, sol de sílice, dispersante y agente activo al peso de agua es 100 % : 18 %.

Se preparó la suspensión mezclando los materiales en polvo y el agua en un mezclador de alto rendimiento. Se usó la suspensión obtenida para recubrimiento de la espuma de poliuretano. Se secó la espuma recubierta, y luego se recubrió con la suspensión diluida una vez más y se secó de nuevo; finalmente se sinterizó la espuma a 1100 °C.

Ejemplo 3 Se añade agua al 30 % en peso de polvo de mulita, 47 % en peso de carbono, 20 % en peso de asfalto de alto punto de reblandecimiento, 2 % en peso de PVA, 2 % en peso de dispersante y 1 ,0 % en peso de agente activo, en donde la relación en peso del peso total de polvo de mulita, carbono, asfalto de alto punto de reblandecimiento, poli(alcohol vinílíco), dispersante y agente activo al peso del agua es 100 % : 20 %.

Se preparó la suspensión mezclando el polvo de mulita, carbono, asfalto de alto punto de reblandecimiento, PVA y el agua en un mezclador de alto rendimiento. Se usó la suspensión obtenida para recubrimiento de la espuma de poliuretano y se secó la espuma recubierta. Se pulverizó la espuma con la suspensión diluida una vez más y se secó de nuevo; finalmente se sinterizó la espuma a 1150 °C en atmósfera libre de oxígeno.

Ejemplo 4 Se preparó una suspensión añadiendo agua a una mezcla de polvo del 40 % en peso de polvo de mulita electrofundida, 20 % en peso de corindón, 20 % en peso de polvo de grafito en copos, 10 % en peso de grafito amorfo, 4 % en peso de CMC, 0,5 % en peso de dispersante y 0,5 % en peso de agente activo, en donde la relación en peso del material refractario al agua es de 100 %:22 %. La suspensión se preparó mezclando los materiales en polvo y el agua en un mezclador de alto rendimiento. Se usó la suspensión mixta para conformar la espuma de poliuretano y se secó la espuma conformada. Se pulverizó la espuma con la suspensión diluida una vez más y se secó a aproximadamente 120 °C de nuevo; finalmente se sinterizó la espuma a 1120 °C en atmósfera sin oxígeno.

Tabla: la comparación del rendimiento de las masas fundidas antes y después de la filtración con filtros que contiene diferente aglutinante y material refractario.

El tamaño del filtro preparado de acuerdo con las anteriores cuatro formulaciones fue 50*50*15 mm. Se usó el filtro obtenido para filtrar 50 kg de acero fundido ZG45 a 1650 °C. El resultado muestra que el filtro resistió las condiciones de ensayo y rindió como se requería en la filtración del acero fundido. De acuerdo con los ensayos llevados a cabo en las masas fundidas tras filtración, la resistencia a la tracción, la tasa de elongación y la estructura de las masas fundidas mostraban en todos los casos mejoras significativas en comparación con las masas fundidas antes de la filtración: la resistencia a la tracción se aumentó el 4,0-7,5 %; se aumentó la tasa de elongación el 9,5-15,0 %; se mejoró mucho la estructura metalográfica, siendo ambas ferrita y perlita antes y después de la filtración, mientras que la ferrita llegó a ser más fina tras la filtración, lo que es beneficioso para la mejora del rendimiento. El análisis por microscopio electrónico de barrido de la fractura de las masas fundidas antes y después de la filtración indica que hay inclusión de sulfuro en la fractura de la masa fundida no filtrada mientras que no hay inclusión en la fractura de la masa fundida tras filtración con el filtro de la invención.

La anterior descripción de las realizaciones descritas se proporciona para hacer que los especialistas en la técnica sean capaces de llevar a cabo o usar la presente invención. Serán obvias muchas modificaciones de las realizaciones descritas en esta invención para los especialistas en la técnica, y se pueden llevar a cabo los principios generales definidos en esta invención en otras realizaciones sin apartarse del espíritu o alcance de la invención. Por tanto la invención no se ve limitada a las realizaciones ilustradas descritas en esta invención, sino que se limita solo por las reivindicaciones adjuntas y los equivalentes.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un filtro para la filtración de metal fundido, caracterizado porque: el filtro comprende un material poroso de célula abierta, un material refractario y un aglutinante, en el que el material refractario está unido al material poroso de célula abierta mediante el aglutinante, y la relación en peso del aglutinante al material refractario es al menos del 50 % en peso del aglutinante a no más de del 50 % en peso del material refractario.

2. El filtro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el material refractario incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por mulita de circonio, mulita, corindón, arcilla, pirofilita, wolastonita, cianita, silimanita, espinela u olivino.

3. El filtro de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el aglutinante incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por negro de carbono, grafito, carbono, asfalto, alquitrán, asfalto sintético, resina sintética, resina natural, antracita, dihidrogenofosfato de aluminio, sol de alúmina, gel de aluminio-sílice, sol de sílice, PVA, látex blanco, dextrina, almidón, CMC o MC.

4. El filtro de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la relación en peso del aglutinante al material refractario es del 50-70 % en peso del aglutinante al 30-50 % en peso del material refractario.

5. Un procedimiento para la fabricación de un filtro para la filtración de metal fundido, caracterizado porque el procedimiento comprende los pasos de: formular un material refractario, un aglutinante, un aditivo y un vehículo líquido en una suspensión; recubir la suspensión así formulada sobre un material poroso de célula abierta para formar al menos un recubrimiento refractario. sinterizar el material poroso de célula abierta formado con el recubrimiento refractario bajo una temperatura de sinterización; en el que la relación en peso del aglutinante al material refractario es al menos del 50 % en peso del aglutinante a no más del 50 % en peso del material refractario.

6. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la relación en peso del peso total del material refractario, el aglutinante y un dispersante al peso del vehículo líquido es al menos 70 %:30 %.

7. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el contenido del material refractario, el aglutinante y un dispersante es como sigue, respectivamente: del 20~45 % en peso del material refractario; del 52-78 % en peso del aglutinante; del 1-9 % en peso del aditivo.

8. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el vehículo líquido es agua.

9. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el material poroso de célula abierta es espuma de poliuretano de célula abierta reticulada.

10. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la temperatura de sinterización no es superior a 1150 °C.

11. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el procedimiento comprende adicionalmente: antes de la etapa de "sinterizar el material poroso de célula abierta formado con el recubrimiento refractario bajo temperatura de sinterización", la etapa de secar el material poroso de célula abierta recubierto con el recubrimiento refractario a una temperatura entre 100 y 200 °C.

12. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado porque el material refractario incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por mulita de circonio, mulita, corindón, arcilla, pirofilita, wolastonita, cianita, silimanita, espinela u olivino.

13. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el aglutinante incluye uno o más seleccionados del grupo constituido por negro de carbono, grafito, carbono, asfalto, alquitrán, asfalto sintético, resina sintética, resina natural, antracita, dihidrogenofosfato de aluminio, sol de alúmina, gel de aluminio-sílice, sol de sílice, PVA, látex blanco, dextrina, almidón, CMC o MC.

14. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la relación en peso del aglutinante al material refractario es del 50-70 % en peso del aglutinante al 30-50 % en peso del material refractario.