Способ изготовления фильтрующей пенокерамики для обработки алюминиевых расплавов



Способ изготовления фильтрующей пенокерамики для обработки алюминиевых расплавов
Способ изготовления фильтрующей пенокерамики для обработки алюминиевых расплавов
C04B41/524 - Последующая обработка строительных растворов, бетона, искусственных камней или керамики; обработка природного камня (кондиционирование материалов перед формованием C04B 40/00; нанесение жидких или других текучих материалов на поверхность вообще B05; шлифование или полирование B24; способы и устройства для изготовления и обработки отформованных изделий из глины или других керамических составов, шлака или смесей, содержащих вяжущие вещества B28B 11/00; обработка камня и т.п. материалов B28D; глазури, кроме холодных глазурей, C03C 8/00; составы для травления, поверхностного осветления или декапирования C09K 13/00)

Владельцы патента RU 2684628:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)

Изобретение относится к способам получения пенокерамических фильтров (ПКФ) для очистки жидкого алюминия и его сплавов. Может использоваться в металлургии, литейном производстве. Технический результат – изготовление ПКФ на основе кварца с достаточной стойкостью к температурному воздействию алюминиевого расплава, не изменяющего свой объем при нагревании, исключающего операцию спекания при обжиге готового изделия, сохраняющего работоспособность при возможном химическом взаимодействии SiO2 с алюминием из расплава и исключающего вредное воздействие железа на обрабатываемый алюминиевый расплав. Технический результат достигается тем, что шликером, включающим наполнитель кварцевой природы в виде тонкоизмельченного (менее 50 мкм) боя керамических оболочек стального литья по выплавляемым моделям, воду и жидкое стекло, пропитывают трёхмерную полиуретановую сетку, сушат, выжигают полиуретан при 450-500°С. На заготовку послойно наносят шликер того же качественного состава с промежуточной сушкой каждого слоя при температуре 65°С в течение 30 минут. 1 пр., 3 табл.

 

Способ изготовления фильтрующей пенокерамики для обработки алюминиевых расплавов

Изобретение относится к способам получения пенокерамических фильтров (ПКФ) для очистки жидкого алюминия и его сплавов. Может использоваться в металлургии, литейном производстве.

Известен способ изготовления пенокерамики для рафинирования металлов, включающий пропитку пористых материалов керамическим шликером следующего состава, мас. %: тонкомолотый дунит, форстерит или брак форстеритовых изделий (60-80) и тонкомолотая смесь периклаза или брака периклазовых изделий и глины в соотношении 80:20-90:10-20:40. При этом обжиг пенокерамики проводят при температурах 1200-1750°C [1], а его продолжительность не приведена.

К недостаткам способа можно отнести высокие энергетические затраты на его реализацию.

Известен способ изготовления фильтрующей пенокерамики, который включает пропитку органической пены керамическим шликером, содержащим, мас. %: алюмосиликатную пыль с электрофильтров в расчете на Al2O3 (30-90), магнезитовый шлам (0,5-20), K2O (2-8), SiO2 (4-40), металлургический тонкодисперсный шлак или смесь солей железа II и III и галлия - остальное. Пропитанные шликером заготовки из органической пены сушат при температуре 250-300°C и обжигают при температурах 1200-1600°C [2]. Продолжительность операций сушки и обжига не приведена.

К недостаткам способа относятся многокомпонентный состав шликера и высокие энергетические затраты на его реализацию.

Наиболее близким к изобретению является способ производства фильтрующей пенокерамики для очистки в том числе алюминия и алюминиевых сплавов от шлаковых включений, включающий пропитку трехмерной полиуретановой сетки шликером, удаление его избытка, сушку образцов при температурах 18-25°C до 6-8 часов, при температурах 100-150°C до 2 часов и закалку при температурах 450-500°C до 3 часов [3]. Шликер по данному способу имеет следующий состав, мас. %: высокомодульное жидкое стекло (50-75), гидроксид алюминия (20-40), высокоглиноземистый цемент или корунд до 30, технические углеводы (3-5), вода техническая в количестве, необходимом для получения оптимальной консистенции.

К недостаткам способа можно отнести многокомпонентный состав шликера, высокая длительность операции сушки, использование дорогостоящих материалов на основе Al2O3, технологическая необходимость тонкого совместного перетира всех компонентов сухой смеси, необходимость выдержки изделия при температурах 450-500°C в течение 3 часов.

Задача заявляемого решения - расширение сырьевой базы наполнителей суспензий для получения ПКФ за счет использования недорогих и доступных материалов - промышленных отходов в виде тонкоизмельченного боя керамичесиих оболочек стального литья по выплавляемым моделям кварцевой природы.

Технический результат - изготовление шликера на основе кварца, обеспечивающего получение ПКФ для обработки алюминиевого расплава с достаточной стойкостью к температурному воздействию, не изменяющего свой объем при нагревании, исключающего операцию спекания при обжиге готового изделия, сохраняющего работоспособность при возможном химическом взаимодействии SiO2 с алюминием из расплава и исключающего вредное воздействие железа на обрабатываемый алюминиевый расплав.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления фильтрующей пенокерамики, включающем пропитку трехмерной полиуретановой сетки шликером, удаление его избытка, сушку образцов, нагрев до 450-500°C, сушка производится при температуре 65°C в течение 30 минут, после выжигания пенополиуретановой основы проводится нанесение оставшихся слоев шликера с последующей сушкой между слоями по 30 минут при температуре 65°C, а в качестве наполнителя шликера используется тонкоизмельченный бой керамических оболочковых форм стального литья по выплавляемым моделям.

Шликер для изготовления пенокерамических фильтров включает наполнитель кварцевой природы в виде тонкоизмельченного (менее 50 мкм) боя керамических оболочек стального литья по выплавляемым моделям, содержит воду и жидкое стекло в качестве связующего.

Элементный состав тонкоизмельченного боя керамических оболочек, определенный методом микрозондового рентгеновского анализа с энергодисперсионным спектрометром, приведен в таблице 1.

Особенность тонкоизмельченного боя керамических оболочек в том, что он имеет стабильный элементный состав, гарантированный постоянством применяемых по технологии ЛВМ материалов и, обладая формулой SiO2, практически не склонен к полиморфным превращениям. Все они уже прошли в маршалите и кварцевом песке при литье стали по технологии ЛВМ при температурах заливки 1550-1630°C в нагретые до 900°C формы.

В связи с этим последующий нагрев тонкоизмельченного боя керамических оболочек не должен вызывать изменений объема, напряжений и трещин в изделиях из него. По этой же причине готовые ПКФ не нуждаются в обжиге, а их высокотемпературная обработка сводится к выжиганию пенополиуретановой основы при температурах 450-500°C. Выдержка при этой температуре не требуется, так как при достижении значения в 500°C каркас из пенополиуретана удаляется.

Возможное химическое взаимодействие SiO2 с алюминием из обрабатываемого расплава можно не учитывать, так как процесс восстановления кремния из его оксида алюминием требует гораздо большего времени, чем занимает заливка литейной формы через ПКФ.

Малая массовая доля железа в тонкоизмельченном бое керамических оболочек стального ЛВМ не оказывает вредного воздействия на алюминиевые расплавы при их фильтрации через ПКФ.

Кроме перечисленного выше применение тонкоизмельченного боя керамических оболочек в технологии получения ПКФ способствует развитию ресурсосбережения в литейном производстве, технологий рециклинга промышленных отходов, сырьевой базы литейно-металлургических технологий.

Пример.

Примененный в качестве наполнителя шликера бой керамических оболочек стального ЛВМ имел следующие свойства: насыпная плотность 2350-2360 кг/м3; влажность 2-3%; рН=6; изменение массы при прокаливании 1%; гигроскопичность 0,5-1%. Материал относится к 4-му классу опасности (вещества малоопасные) по ГОСТ 12.1.007-76.

Из боя керамических оболочек стального ЛВМ с помощью операций дробления и измельчения получали тонкодисперсный порошок. Куски боя керамических оболочек с исходным размером 20-50 мм дробились в щековой дробилке до максимального размера 10 мм. Далее материал измельчался в вибрационном истирателе ИВЧ-3 до заявленного производителем оборудования размера в 50 мкм.

Из высокопористого ячеистого материала (ВПЯМ) типа ППУ-ЭФ (пенополиуретан эластичный) [4] с количеством пор на дюйм поверхности PPI 10 готовили каркас фильтра с размерами 50×50×22 мм.

Шликер готовили смешиванием измельченного боя керамических оболочек, жидкого стекла и воды в соотношениях, приведенных в таблице 2. Жидкое стекло использовали плотностью 1450 кг/м3 и модулем 2,7.

Каркас из пенополиуретана погружали в шликер состава 1 (таблица 2) плотностью 1700-1750 кг/м3 и давали пропитаться. Излишки шликера удалялись с помощью прокатного валка. Заготовку сушили при температуре 65°C в течение 30 минут в лабораторном сушиле. Затем ее еще теплую помещали в нагретую не выше 200°C муфельную печь сопротивления, постепенно повышая температуру до 450-500°C для выжигания каркаса ВПЯМ. Выдержки заготовки в печи при этих температурах не требуется, так как каркас из ВПЯМ при достижении 500°C полностью удаляется. После извлечения заготовки из печи и ее охлаждения на воздухе до комнатной температуры полученный керамический каркас погружали в шликер состава 2 (таблица 2). Давали суспензии стечь и проводили продувку сжатым воздухом небольшого давления для раскрытия пор.

Затем заготовку сушили при температуре 65°C в течение 30 минут в лабораторном сушиле. После этого повторяли операции нанесения суспензии и сушки для второго и последующих укрепляющих слоев.

Полученный таким образом фильтр имел пористость 81,5% и средний размер пор 2,5 мм. Пористость определяли по формуле:

где ρ - истинная плотность керамики, кг/м3; ρ0 - плотность фильтра, кг/м3.

Плотность фильтра определяли по выражению:

где М - масса фильтра, кг; V - его объем, м3.

Средний размер пор определялся с помощью калибров.

В таблице 3 приведены сравнительные характеристики разработанного ПКФ с прототипом при одинаковом числе слоев, равном 3.

Полученные пенокерамические фильтры применялись для заливки литейных форм с полостью, формирующей стандартные литые образцы для определения механических свойств по ГОСТ 1583-93. В работе использовался сплав АК5М2 с температурой заливки форм 740±10°C.

Литые образцы подверглись механическим испытаниям на твердость по шкале НВ и предел прочности при растяжении. А из их технологических приливов были изготовлены шлифы для металлографического анализа.

Фильтрация расплава через разработанные пенокерамические фильтры не вызвала их разрушение или изменение формы. Химический состав сплава после фильтрования не изменился.

Значения твердости по шкале НВ и предела прочности при растяжении образцов, полученных из обработанного фильтрацией через опытные ПКФ находятся на уровне, соответствующем требованиям ГОСТ 1583-93 для сплава АК5М2.

Металлографические испытания показали следующие результаты:

- микроструктура образца из сплава АК5М2, полученного без фильтрующей обработки, представляет собой дендриты легированного твердого раствора на основе алюминия с небольшим количеством игольчатой эвтектики. Средний размер дендрита составляет 35 мкм, а эвтектики 23 мкм. Балл пористости - 3 по ГОСТ 1583-93;

- микроструктура образца из сплава АК5М2, полученного с использованием разработанного ПКФ имеет средний размер дендрита 30 мкм, а эвтектики - 20 мкм. Балл пористости - 1.

Источники информации:

1. Патент РФ на изобретение №2196755, С04В 35/20, С04В 38/00, 10.12.1999.

2. Патент РФ на изобретение №2196756, С04В 38/00, С04В 35/16, 10.12.1999.

3. Патент РФ на изобретение №2351573, С04В 38/00, 28.10.2005 - прототип.

4. Булатов, Г.А. Пенополиуретаны в машиностроении и строительстве / Г.А. Булатов. - М.: Машиностроение, 1978. - 184 с.

Способ изготовления фильтрующей пенокерамики, включающий пропитку трехмерной полиуретановой сетки шликером, удаление его избытка, сушку заготовки и нагрев до 450-500°C для выжигания пенополиуретана, отличающийся тем, что после выжигания пенополиуретановой основы проводится послойное нанесение шликера с сушкой каждого слоя в течение 30 минут при температуре 65°C, а в качестве наполнителя шликера используется тонкоизмельченный бой кварцевых керамических оболочковых форм стального литья по выплавляемым моделям.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области рафинирования металлов и сплавов при помощи электромагнитных сил. Устройство содержит ферромагнитный магнитопровод, между полюсами электромагнита которого выполнен сепарационный канал с расположенными в нем параллельными перегородками.
Изобретение относится к очистке магния от примесей. Способ включает рафинирование магния в подогретом тигле, установленном в электропечи, с получением предварительно очищенного расплавленного магния, заливку очищенного расплавленного магния в литейные формы, выдержку полученных отливок магния, извлечение их из литейных форм, загрузку отливок магния в аппарат для возгонки, их нагрев, возгонку паров магния и их конденсацию в реторте-конденсаторе, охлаждение аппарата для возгонки, извлечение конденсатного магния из реторты-конденсатора.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для рафинирования металлов в состоянии расплава. Способ включает разогрев и плавление металла в тигле, в вакуумной камере и циклическую обработку плазмой переменного тока поверхности расплава, содержащую период обработки с использованием увлажненного аргона, период обработки с использованием сухого аргона, период вакуумной дистилляции и период подачи флюса.

Изобретение относится к устройству для рафинирования расплавов из алюминиевых сплавов. Устройство содержит корпус, выполненный в виде лотка, закрытого герметичной подъемной крышкой, входной и выходной каналы, размещенные в донной части корпуса и оснащенные магнитогидродинамическими насосами.

Изобретение относится к устройству и способу рафинирования расплавов из алюминиевых сплавов. Устройство содержит плоский корпус, выполненный в виде лотка с трапецеидальными каналами на дне, на стенках которых размещены электроды, подключенные к положительному полюсу источника постоянного напряжения, и выполненные на дне корпуса входной и выходной каналы, оборудованные магнитогидродинамическими насосами для подачи и отвода жидкого металла.

Изобретение относится к устройству и способу рафинирования расплавов из алюминиевых сплавов. Устройство содержит корпус, выполненный в виде лотка, стенки которого расположены под углом 90° друг к другу и соединены с полюсами источника электрического тока, причем в нижней части лотка стенки зафиксированы в пазах балки, выполненной из материала с демпфирующими и диэлектрическими свойствами.

Изобретение относится к металлургии. Технический результат - повышение производительности и уменьшение износа футеровки.

Изобретение относится к металлургии. Способ очистки тетрафторида циркония от примесей включает сублимацию тетрафторида циркония в смеси с 8-30 мас.% металлического циркония и десублимацию образующихся паров.

Изобретение относится к способу и устройству для добавления порошка в жидкий металл. .

Изобретение относится к области рафинирования металлов и сплавов при помощи электромагнитных сил. Устройство содержит ферромагнитный магнитопровод, между полюсами электромагнита которого выполнен сепарационный канал с расположенными в нем параллельными перегородками.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к разделению неоднородных суспензий фильтрованием в поле центробежных сил в металлургии вторичных металлов.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к получению полупроводниковых материалов, и может быть использовано в производстве сырьевого германия, применяемого для выращивания монокристаллов для оптического применения.

Изобретение относится к рафинированию свинца от примесей. В расплав вмешивают реагент-осадитель, связывающий примеси в соль, нерастворимую в расплавленной щелочи.

Изобретение относится к способу и устройству для рафинирования свинца от меди. Способ включает фильтрацию примесей центробежным аппаратом в верхней зоне при температуре 400-450°С и охлаждение металла в нижней зоне до 340-330°С продувкой азотом с гранулированной серой и с древесными опилками.

Изобретение относится к центрифуге для рафинирования расплавленных металлов. Центрифуга содержит плавильную ванну; фильтр, состоящий из двух конусообразных тарелей с образованием полости фильтра и с окнами; диск с образованием фильтрующих щелей с тарелями, приводы вращения и погружения фильтра, на диске фильтра закреплен кольцеобразный экран.

Изобретение относится к вакуумному аппарату для разделения оловянных сплавов дистилляцией. Вакуумный аппарат содержит цилиндрическую вакуумную камеру с установленной колонной кольцевых испарительных тарелей с верхней питающей тарелью и нижней сливной тарелью, металлопровод, подведенный к верхней питающей тарели и соединенный с барометрической трубой, погруженной в котел для исходного сплава, при этом нижняя сливная тарель соединена с барометрической трубой, погруженной в котел для отвода чистого олова из камеры, графитовый нагреватель, размещенный по оси колонны тарелей и смонтированный на верхней крышке вакуумной камеры, цилиндрические графитовые перфорированные экраны для конденсации паров, окружающие колонну тарелей по периферии, и барометрическую трубу, размещенную под упомянутой вакуумной камерой и погруженную в котел для отвода конденсата, и снабжен конденсатором, установленным между стенкой упомянутой вакуумной камеры и графитовым перфорированным экраном соосно с ним, выполненным в виде сетки и сверху накрытый кольцевой чашей с дном из сетки, и по крайней мере одним штуцером для заливки оборотного конденсата, вставленным в кольцевую чашу.

Изобретение относится к способу и устройству для эффективной заливки электрически непроводящего фильтра. Способ включает окружение керамической фильтрующей среды низкочастотной (1-60 Гц) индукционной катушкой, сосной с направлением результирующего потока металла.

Группа изобретений относится к переработке электронных печатных плат. Полую емкость с ломом электронных печатных плат размещают в среде жидкого теплоносителя, разогретого до температуры или выше температуры плавления оловянно-свинцового припоя, после расплавления оловянно-свинцового припоя полую емкость освобождают от теплоносителя и затем путем вращения удаляют из нее расплавленный оловянно-свинцовый припой и остатки теплоносителя.

Изобретение относится к устройству для рафинирования жидкого алюминия и его сплавов в процессе непрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов. Устройство содержит корпус с входным и выходным каналами, закрытый сверху герметичной крышкой, внутри которого размещены гидравлически связанные с образованием сообщающихся сосудов буферная емкость в виде приемного канала и вертикальная футерованная рабочая камера в виде раздаточного цилиндрического канала, вокруг нижней части которой размещены катушки магнитогидродинамического турбулизатора.

Изобретение относится к покрытию, покрывающему двигатель или другую часть воздушного судна, в частности покрытию, защищающему двигатель или другую часть от высокотемпературной окислительной окружающей среды.

Изобретение относится к способам получения пенокерамических фильтров для очистки жидкого алюминия и его сплавов. Может использоваться в металлургии, литейном производстве. Технический результат – изготовление ПКФ на основе кварца с достаточной стойкостью к температурному воздействию алюминиевого расплава, не изменяющего свой объем при нагревании, исключающего операцию спекания при обжиге готового изделия, сохраняющего работоспособность при возможном химическом взаимодействии SiO2 с алюминием из расплава и исключающего вредное воздействие железа на обрабатываемый алюминиевый расплав. Технический результат достигается тем, что шликером, включающим наполнитель кварцевой природы в виде тонкоизмельченного боя керамических оболочек стального литья по выплавляемым моделям, воду и жидкое стекло, пропитывают трёхмерную полиуретановую сетку, сушат, выжигают полиуретан при 450-500°С. На заготовку послойно наносят шликер того же качественного состава с промежуточной сушкой каждого слоя при температуре 65°С в течение 30 минут. 1 пр., 3 табл.

Наверх