керамический фильтр, содержащий углеродное покрытие, и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Керамический фильтр, пригодный для фильтрования расплавленного металла, содержащий углеродное покрытие и огнеупорные материалы, связанные с помощью керамических связующих, причем углеродное покрытие нанесено на огнеупорные материалы, которые связаны с помощью керамических связующих.

2. Керамический фильтр по п.1, в котором углеродное покрытие нанесено на огнеупорные материалы, связанные с помощью керамического связующего, с помощью способа спекания.

3. Керамический фильтр по п.1, в котором содержание огнеупорного материала составляет примерно 60-90 мас.%, содержание углеродного покрытия составляет примерно 0,5-20 мас.% и содержание керамического связующего составляет примерно 10-40 мас.%.

4. Керамический фильтр по п.1, в котором содержание огнеупорного материала составляет примерно 70-85 мас.%, содержание углеродного покрытия составляет примерно 1-10 мас.% и содержание керамического связующего составляет примерно 15-30 мас.%.

5. Керамический фильтр по любому из пп.1-4, в котором огнеупорный материал представляет собой один или несколько материалов из группы, состоящей из диоксида циркония, порошкообразного циркония, оксида кремния, оксида алюминия, оксида титана, карбидов, нитратов, оксида магния, оксида никеля, оксида хрома, муллита, талька, полевого шпата, агальматолита, волластонита и огнеупорной глины, и любых их сочетаний.

6. Керамический фильтр по п.5, в котором карбиды представляют собой карбид кремния, карбид циркония, карбид титана, карбид кальция или карбид алюминия и указанные нитраты представляют собой нитрат алюминия или нитрат кремния.

7. Керамический фильтр по любому из пп.1-4, в котором углеродное покрытие изготовлено из одного или нескольких углеродных материалов, выбранных из группы, состоящей из битума, гудрона, синтетического битума, синтетической и природной смолы, сахарозы и лигнина, и любых их сочетаний.

8. Керамический фильтр по любому из пп.1-4, в котором керамическое связующее представляет собой одно или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из связующего из кремния, фосфатного связующего, связующего из стекла и связующего из глины, и любых их сочетаний.

9. Керамический фильтр по п.8, в котором связующее из кремния представляет собой одно или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из силикагеля, силикатного золя, порошкообразного активного кремнезема, силана и органического соединения кремния, и любых их сочетаний.

10. Керамический фильтр по любому из пп.1-4, в котором огнеупорный материал представляет собой оксид алюминия, причем углеродное покрытие получают из лигнина, а связующее из кремния представляет собой порошкообразный активный кремнезем.

11. Керамический фильтр по любому из пп.1-4, в котором фильтр представляет собой фильтр из ретикулированной пены или прессованный фильтр.

12. Способ изготовления керамического фильтра, пригодного для фильтрования расплавленного металла, причем фильтр содержит углеродное покрытие и огнеупорный материал, связанный с помощью керамического связующего, в котором углеродное покрытие наносят на огнеупорный материал, связанный с помощью керамического связующего, включающий образование смеси огнеупорных материалов и керамических связующих в виде желаемой формы и нанесение на них углеродного покрытия.

13. Способ по п.12, который включает следующие стадии, на которых осуществляют: прессование смеси огнеупорного материала и керамического связующего в виде диска или бруска в штампе, затем прессованный диск или брусок прокалывают насквозь с помощью множества игл или стержней для получения малых пор в поперечном сечении диска или бруска, и таким образом получают прессованный указанный фильтр, затем на прессованный фильтр наносят углеродное покрытие.

14. Способ по п.12, в котором, по отношению к массе фильтра, содержание огнеупорного материала составляет примерно 60-90 мас.%, содержание углеродного покрытия составляет примерно 0,5-20 мас.% и содержание керамического связующего составляет примерно 10-40 мас.%.

15. Способ изготовления керамического фильтра, пригодного для фильтрования расплавленного металла, причем фильтр содержит углеродное покрытие и огнеупорный материал, связанный с помощью керамического связующего, в котором углеродное покрытие наносят на огнеупорный материал, связанный с помощью керамического связующего, отличающийся тем, что указанный способ включает следующие стадии, на которых:

(1) приготавливают суспензию, содержащую огнеупорные материалы, керамическое связующее и жидкий носитель;

(2) наносят покрытие из суспензии, приготовленной на стадии (1), на пористую пену, полученную из термопластичных материалов;

(3) осуществляют сушку пены с покрытием, приготовленной на стадии (2);

(4) приготавливают углеродное покрытие;

(5) наносят углеродное покрытие, приготовленное на стадии (4), на пену, приготовленную на стадии (3), и сушат пену с покрытием;

(6) необязательно осуществляют повторение стадии (5) один или несколько раз;

(7) осуществляют спекание при температуре 600-1100°C в атмосфере, не содержащей кислорода, и/или в восстанавливающей атмосфере.

16. Способ по п.15, в котором огнеупорный материал представляет собой один или несколько материалов, выбранных из группы, состоящей из диоксида циркония, порошкообразного циркония, оксида кремния, оксида алюминия, оксида титана, карбидов, нитратов, оксида магния, оксида никеля, оксида хрома, муллита, талька, полевого шпата, агальматолита, волластонита и огнеупорной глины, и любых их сочетаний.

17. Способ по п.15, в котором углеродное покрытие приготавливают из раствора одного или нескольких материалов растворимого углерода, выбранного из группы, состоящей из битума, гудрона, синтетического битума, синтетической и природной смолы, сахарозы и лигнина, и любых их сочетаний.

18. Способ по п.15, в котором связующее из керамики представляет собой одно или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из связующего из кремния, фосфатного связующего, связующего из стекла и связующего из глины, и любых их сочетаний.

19. Способ по п.15, в котором связующее из кремния представляет собой одно или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из силикагеля, силикатного золя, порошкообразного активного кремнезема и силана, и органического соединения кремния, и любых их сочетаний.

20. Способ по любому из пп.15-19, в котором термопластичные материалы представляют собой полиуретаны.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к фильтру, пригодному для фильтрования расплавленного металла, в частности к керамическому фильтру, содержащему углеродное покрытие. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления указанного фильтра.

При производстве литья, доля бракованных отливок, связанных с дефектами литья, такими как неметаллические приобретенные примеси, как правило, составляет 50%-60% от общего количества отходов. Приобретенные примеси не только ухудшают сильно механические свойства отливки, но также оказывают вредное воздействие на ее рабочие свойства и внешний вид. Очистка жидкого сплава для литья для уменьшения или устранения различных неметаллических приобретенных примесей определенно представляет собой очень важное техническое средство для получения отливки высокого качества. Задача очистки жидкого сплава для литья может быть эффективно реализована посредством использования техники фильтрования.

Техника фильтрования применяется в литейной промышленности в течение примерно нескольких десятков лет. Вначале, только простые фильтры, такие как сетка из тонкой проволоки, пористая стальная пластинка и пористая керамическая вставка, вставлялись в систему литья для отфильтровывания большого блока приобретенных примесей. Хотя пористый керамический фильтр спеченного типа, разработанный сначала в США в начале 1970-х годов, решал проблемы легко проходящих через него частиц и неудобного использования, его пористость была малой, как правило, меньше, чем 50%, и скорость протекания жидкого металла была низкой, так же как и в прессованном кассетном керамическом фильтре, разработанном впервые в США в начале 1980-х годов.

Техника фильтрования с вспененной керамикой быстро развивалась с тех пор, как фильтр для сплава алюминия из вспененной керамики был успешно разработан впервые в 1978 году.

Керамические фильтры, существующие на рынке, включают в основном фильтр из оксида алюминия для фильтрования металлического алюминия, фильтр из карбида кремния для фильтрования литейного чугуна и фильтр из диоксида циркония для фильтрования расплавленной стали. Среди них, фильтр из оксида алюминия и фильтр из карбида кремния не могут использоваться для фильтрования расплавленной стали, из-за недостаточно высокой температурной стойкости и характеристики стойкости к термическому шоку. Фильтр из диоксида циркония для фильтрования расплавленной стали имеет высокую стоимость изготовления.

Для улучшения огнеупорных свойств и уменьшения стоимости изготовления фильтра, фильтр, описанный в литературе, содержит материал на основе углерода, который имеет более высокие огнеупорные свойства. Огнеупорный материал, содержащий материал на основе углерода, может выдерживать температуру большую, чем у расплавленного металла, и предупреждать утечку металла; по этой причине такой материал имеет высокую прочность и лучшую характеристику стойкости к термическому шоку при высокой температуре.

Патент США № 5104540 (CORNING Inc.) описывает пористый спеченный керамический фильтр с углеродным покрытием для фильтрования расплавленного металла, где указанный фильтр содержит монолитную подложку, сформированную из огнеупорного материала, такого как оксид алюминия, муллит, порошкообразный цирконий, диоксид циркония, шпинель, кордиерит, литий, алюмосиликат, титанат, полевой шпат, кварц, коллоидный оксид кремния, карбид кремния, каолин, титанат алюминия, силикаты, алюминаты и их смесь. Покрытия на основе углерода наносят на поверхность сетчатого фильтра или используют как термит. Указанное углеродное покрытие не подвергается воздействию процесса спекания. Указанное покрытие получают из порошкообразного графита, и материал термита может смешиваться с ним.

Патент США № 5520823 описывает фильтры для фильтрования расплавленного легкого металла (алюминия), где используемое связующее представляет собой боросиликатное стекло. Хотя фильтр содержит графит, значительное количество графита теряется из-за спекания на воздухе. Потери графита (материала на основе углерода) ограничивали бы использование этого фильтра только фильтрованием металлического алюминия. Как следствие, этот фильтр непригоден для фильтрования расплавленного железа или стали.

WO 0218075A1 описывает фильтр для фильтрования расплавленного металла, где указанный фильтр содержит пористый материал с открытыми порами, содержащий огнеупорные частицы, которые связаны вместе с помощью связующего вещества, содержащего углерод, который, так сказать, не имеется другого механизма связывания, за исключением углеродного связующего. Однако, углеродное связующее является мягким при комнатной температуре, уровень огнеупорности фильтра, полученного с помощью углеродного связующего, хуже, чем у фильтра, полученного с керамическим связующим. Кроме того, является сложным контролировать содержание диоксида углерода в углеродном фильтре во время спекания, и качество такого фильтра является нестабильным.

Для решения проблем, известных из литературы, посредством исследований был разработан новый фильтр. Фильтр по настоящему изобретению имеет высокие огнеупорные свойства, высокую механическую прочность и стабильное качество, он легко обрабатывается и хранится.

В одном из аспектов, настоящее изобретение относится к керамическому фильтру, пригодному для фильтрования расплавленного металла, где указанный фильтр содержит углеродное покрытие и огнеупорный материал, связанный с помощью керамического связующего. Предпочтительно, указанное углеродное покрытие наносят на огнеупорный материал, связанный с помощью керамического связующего. Наиболее предпочтительно, указанное углеродное покрытие наносят на указанные огнеупорные материалы с помощью способа спекания. Более конкретно, по отношению к массе фильтра, содержание огнеупорного материала составляет примерно 60-90% мас., содержание углеродного покрытия составляет примерно 0,5-20% мас. и содержание керамического связующего составляет примерно 10-40% мас. Более предпочтительно, содержание огнеупорного материала составляет примерно 70-85% мас., содержание углеродного покрытия составляет примерно 1-10% мас. и содержание керамического связующего составляет примерно 15-30% мас. В предпочтительном варианте осуществления, в керамическом фильтре по настоящему изобретению, указанный огнеупорный материал представляет собой один или несколько материалов, выбранных из группы, состоящей из диоксида циркония, порошкообразного циркония, оксида кремния, оксида алюминия, оксида титана, карбидов, нитратов, оксида магния, оксида никеля, оксида хрома, муллита, талька, полевого шпата, агальматолита, волластонита и огнеупорной глины или любых их сочетаний. Предпочтительно, указанные карбиды представляют собой карбид кремния, карбид циркония, карбид титана, карбид кальция или карбид алюминия, и указанные нитраты представляют собой нитрат алюминия или нитрат кремния. В другом предпочтительном варианте осуществления, в керамическом фильтре по настоящему изобретению, указанное углеродное покрытие получают из раствора одного или нескольких растворимых углеродных материалов, выбранных из группы, состоящей из битума, гудрона, синтетического битума, синтетической и природной смолы, сахарозы и лигнина или любых их сочетаний.

В другом аспекте настоящего изобретения, в керамическом фильтре по настоящему изобретению, указанное керамическое связующее представляет собой одно или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из связующего из кремния, фосфатного связующего, связующего из стекла и связующего из глины, или любых их сочетаний. Предпочтительно, указанное связующее из кремния представляет собой одно или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из силикагеля, силикатного золя, порошкообразного активного кремнезема и силана, и органического соединения кремния или любых их сочетаний.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления, в керамическом фильтре по настоящему изобретению, указанный огнеупорный материал представляет собой оксид алюминия, углеродное покрытие получают из раствора, содержащего лигнин, и указанное керамическое связующее представляет собой порошкообразный активный кремнезем.

Предпочтительно, указанный фильтр представляет собой фильтр из ретикулированной пены или прессованный фильтр. В дополнительном аспекте настоящего изобретения, настоящее изобретение относится к способу изготовления керамического фильтра, пригодного для фильтрования расплавленного металла, где указанный фильтр содержит углеродное покрытие и огнеупорные материалы, связанные с помощью керамических связующих, и указанное углеродное покрытие наносят на огнеупорные материалы, связанные с помощью керамических связующих. В частности, указанный способ включает следующие стадии: образование смеси огнеупорных материалов и керамических связующих в виде желаемой формы и нанесение на них углеродного покрытия. Предпочтительно, указанный способ включает следующие стадии: прессования смеси огнеупорного материала и керамического связующего в виде диска или бруска в штампе, затем прессованный диск или брусок прокалывают насквозь с помощью множества игл или стержней для получения малых пор в поперечном сечении диска или бруска, и таким образом получают прессованный фильтр, затем на указанный прессованный фильтр наносят углеродное покрытие. Более предпочтительно, в указанном выше способе, содержание огнеупорного материала составляет примерно 60-90% мас., содержание углеродного покрытия составляет примерно 0,5-20% мас. и содержание керамического связующего составляет примерно 10-40% мас.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения, настоящее изобретение относится к способу изготовления керамического фильтра, пригодного для фильтрования расплавленного металла, где указанный фильтр содержит углеродное покрытие и огнеупорные материалы, связанные с помощью керамических связующих, и указанное углеродное покрытие наносят на огнеупорный материал, связанный с помощью керамического связующего, отличающемуся тем, что указанный способ включает следующие стадии:

(1) приготовления суспензии, содержащей огнеупорные материалы, керамическое связующее и жидкий носитель;

(2) нанесения покрытия из суспензии, приготовленной на стадии (1), на пористую пену, полученную из термопластичных материалов;

(3) сушки пены с покрытием, приготовленной на стадии (2);

(4) приготовления углеродного покрытия;

(5) нанесения углеродного покрытия, приготовленного на стадии (4), на керамическую пену, приготовленную на стадии (3), или погружения пены, приготовленной на стадии (3), с помощью раствора растворимого углерода, приготовленного на стадии (4), и сушки полученного изделия;

(6) необязательного повторения стадии (5) один или несколько раз;

(7) осуществления спекания при температуре 600-1100°С в атмосфере, не содержащей кислорода, и/или восстанавливающей атмосфере.

Предпочтительно, в рассмотренном выше способе, указанный огнеупорный материал представляет собой один или несколько материалов, выбранных из группы, состоящей из диоксида циркония, порошкообразного циркония, оксида кремния, оксида алюминия, оксида титана, карбидов, нитратов, оксида магния, оксида никеля, оксида хрома, муллита, талька, полевого шпата, агальматолита, волластонита и огнеупорной глины, и любых их сочетаний. Более предпочтительно, указанное углеродное покрытие приготавливают из раствора одного или нескольких материалов растворимого углерода, выбранного из группы, состоящей из битума, гудрона, синтетического битума, синтетической и природной смолы, сахарозы и лигнина, и любых их сочетаний. Наиболее предпочтительно, в рассмотренном выше способе, указанное керамическое связующее представляет собой одно или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из связующего из кремния, фосфатного связующего, связующего из стекла и связующего из глины, и любых их сочетаний, где указанное связующее из кремния представляет собой одно или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из силикагеля, силикатного золя, порошкообразного активного кремнезема, силана и органического соединения кремния, и любых их сочетаний. Предпочтительно, в рассмотренном выше способе, указанные термопластичные материалы представляют собой полиуретаны.

По сравнению с керамическим фильтром, известным из литературы, в особенности, со связанным углеродом фильтром, содержащим материал на основе углерода в качестве связующего, фильтр по настоящему изобретению имеет следующие преимущества: во-первых, фильтр по настоящему изобретению имеет более высокую прочность; во-вторых, сетка фильтра имеет стабильное качество с точки зрения прочности и процент отходов является низким, поскольку чувствительность фильтра по настоящему изобретению к атмосфере, не содержащей кислорода, сильно уменьшается, когда спекание и производство фильтра является простым; в-третьих, фильтр по настоящему изобретению имеет стабильные свойства во время хранения, поскольку керамика по настоящему изобретению является более инертной, чем фильтр, связанный с помощью углерода, в то время как связанный с помощью углерода фильтр может легко поглощать воду во время хранения и при этом свойства фильтра ухудшаются; в-четвертых, фильтр по настоящему изобретению имеет стабильное качество, в то время как содержание диоксида углерода в связанном с помощью углерода фильтре трудно контролировать и качество его, соответственно, является нестабильным.

Настоящее изобретение предусматривает керамический фильтр, пригодный для фильтрования расплавленного металла, где указанный фильтр содержит огнеупорные материалы, связанные с помощью керамического связующего, и углеродное покрытие, и указанное углеродное покрытие наносят на огнеупорный материал, связанный с помощью керамического связующего. В частности, указанное углеродное покрытие спекается на огнеупорных материалах. Термины "связанный с помощью керамического связующего" означает огнеупорный материал, связанный вместе с помощью керамического связующего. Соответственно, полученный фильтр называют фильтр, связанный с помощью керамики, или просто называют керамическим фильтром.

Огнеупорный материал, используемый в фильтре по настоящему изобретению, может представлять собой любой материал, который имеет эрозионную стойкость и может выдерживать высокую температуру расплавленного металла, как требуется от сетчатого фильтра. Более конкретно, огнеупорный материал, который является пригодным для настоящего изобретения, содержит: диоксид циркония, порошкообразный цирконий, оксид кремния, оксид алюминия, оксид титана, карбиды (такие как карбид кремния, карбид циркония, карбид титана, карбид кальция или карбид алюминия), нитраты (такие как нитрат алюминия и нитрат кремния), оксид магния, оксид никеля, оксид хрома, муллит, тальк, полевой шпат, агальматолит, волластонит и огнеупорную глину, и любые их сочетания.

Форма огнеупорных материалов может представлять собой частицы, такие как порошок, мелкодисперсный порошок, гранулы, волокна или шарики. Размер частиц может быть меньше чем 50 мкм, предпочтительно, меньше чем 30 мкм, более предпочтительно, меньше чем 20 мкм.

Указанное керамическое связующее, используемое в настоящем изобретении, содержит различные керамические связующие, хорошо известные в данной области. Например, указанное керамическое связующее представляет собой одно или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из связующего из кремния, фосфатного связующего, связующего из стекла и связующего из глины, и любых их сочетаний. Более конкретно, указанное связующее из кремния может представлять собой любое связующее, которое содержит элементарный кремний и может связываться вместе с огнеупорными материалами. Например, указанное связующее из кремния представлять собой любой один или несколько связующих, выбранных из группы, состоящей из силикагеля, силикатного золя, порошкообразного активного кремнезема и силана, и органического соединения кремния, и любых их сочетаний.

Относительные проценты (% мас.) огнеупорных материалов и керамических связующих являются следующими: по меньшей мере, 60% огнеупорных материалов, не более чем 40% керамических связующих; предпочтительно, по меньшей мере, 70% огнеупорных материалов, не более чем 30% керамических связующих; более предпочтительно, по меньшей мере, 80% огнеупорных материалов, не более чем 20% керамических связующих. Например, количество огнеупорного материала составляет 70-85%, а количество керамических связующих составляет 15-30%.

Указанное углеродное покрытие приготавливают из раствора одного или нескольких растворимых углеродных материалов, выбранных из группы, состоящей из битума, гудрона, синтетического битума, синтетической и природной смолы, сахарозы и лигнина, и любых их сочетаний. Для настоящего изобретения может использоваться любой другой углеродный материал, который может растворяться в среде, включая, но не ограничиваясь этим, воду. В фильтре по настоящему изобретению, по отношению к общей массе фильтра, содержание углеродного покрытия составляет примерно 0,5-20%, предпочтительно, примерно 1-10%, более предпочтительно, примерно 1-5%. Примеры указанной выше синтетической смолы могут представлять собой фенольную смолу или фурановую смолу. Указанный раствор растворимого углеродного материала или раствора растворимого углерода могут быть получены посредством растворения углеродного материала в воде или в других органических растворителях. Концентрация указанного раствора изменяется в зависимости от различных углеродных материалов, например, 10-50% мас./объем, предпочтительно, 20-30% мас./объем. Например, настоящее изобретение предпочтительно использует водный раствор лигнина или сахарозы, оба они имеют концентрацию 25% мас./объем.

Фильтр по настоящему изобретению является пригодным для фильтрования различных расплавленных металлов, таких как железо, сталь или сплав.

Фильтр по настоящему изобретению может быть получен в форме пористого материала с открытыми порами. Пористый материал с открытыми порами означает, что твердый материал содержит поры, имеющие регулярное, частично регулярное, нерегулярное и случайное распределение, эти поры представляют проход для расплавленного металла. Такие поры могут сообщаться друг с другом полностью или частично или иметь несколько проходов для прохождения через них расплавленного металла. Размер и форма самих пор могут быть регулярными или нерегулярными. Например, такие поры могут содержать ряд параллельных проходов, проходящих линейно насквозь твердый материал, и проход имеет любое требуемое поперечное сечение, например, круговой, эллиптический или треугольный сообщающийся проход, они имеют распределение пор, сходное с природной пеной. Предпочтительные пористые материалы с открытыми порами представляют собой полиуретановую пену с ретикулированными открытыми порами, которая доступна на рынке и имеет относительное регулярное распределение. Хорошо известно, что такой материал может использоваться при изготовлении фильтра из огнеупорного материала для фильтрования расплавленного металла.

Настоящее изобретение дополнительно включает способ изготовления керамического фильтра, пригодного для фильтрования расплавленного металла, где указанный фильтр содержит углеродное покрытие и огнеупорные материалы, связанные с помощью керамических связующих, и указанное углеродное покрытие наносят на огнеупорный материал, связанный с помощью керамического связующего. Более конкретно, указанный способ включает следующие стадии: смесь огнеупорных материалов и керамических связующих формуется в виде необходимой формы, такой как пористая форма с открытыми порами, а затем на нее наносится указанное углеродное покрытие.

Более конкретно, пористый материал с открытыми порами может изготавливаться следующим способом: смесь огнеупорных материалов и связующих из кремния прессуют в виде диска или бруска в штампе, затем прессованный диск или брусок прокалывают насквозь с помощью множества игл или стержней с получением малых пор в поперечном сечении диска или бруска, форма поры может представлять собой пятиугольник. Желательно, чтобы эти поры располагались как регулярная структура решетки на поверхности прессованного диска или бруска. Другой сходный продукт может быть получен посредством экструдирования смеси огнеупорных материалов и связующих из кремния. Желательно, чтобы жидкость и/или другая добавка добавлялись к смеси для облегчения экструдирования. После завершения экструдирования, малые поры получают в экструдированном изделии с использованием штампа, снабженного множеством игл. Такой способ экструдирования широко используют в данной области.

Указанное углеродное покрытие может наноситься на пористый материал с открытыми порами, содержащий керамические связующие и огнеупорные материалы, с использованием любого способа, хорошо известного в данной области техники. Например, раствор растворимого углерода может наноситься на указанный выше материал с открытыми порами посредством распыления или погружения. Указанное углеродное покрытие может быть получено посредством распыления, если толщина пористого материала с открытыми порами невелика. Способ погружения будет использоваться для нанесения покрытия из углеродного материала на поверхность и поры внутри пористого материала с открытыми порами, если толщина пористого материала с открытыми порами велика. Если это необходимо, указанные выше распыление и/или погружение могут повторяться один или несколько раз для достижения желаемого содержания углеродного покрытия.

Указанный выше пористый материал с открытыми порами, покрытый раствором растворимого углерода, должен сушиться, например сушиться при 110°С в атмосфере воздуха.

Последняя стадия представляет собой спекание, которое должно осуществляться в атмосфере, не содержащей кислорода, или в восстанавливающей атмосфере. Температура равна примерно 600-1100°С, предпочтительно, примерно 900°С.

В соответствии с настоящим изобретением, способ изготовления пористого материала с открытыми порами (фильтра), пригодного для фильтрования расплавленного металла, включает следующие стадии:

(1) приготовления суспензии, содержащей огнеупорные материалы, керамические связующие и жидкий носитель;

(2) нанесения суспензии, приготовленной на стадии (1), на пористую пену, изготовленную из термопластика;

(3) сушки пены с покрытием, приготовленной на стадии (2);

(4) приготовления покрытия из углеродного материала;

(5) нанесения углеродного покрытия, приготовленного на стадии (4), на пену, полученную со стадии (3), или погружения пены, приготовленной на стадии (3), в углеродное покрытие, приготовленное на стадии (4), и сушка полученного изделия.

Огнеупорные материалы и керамические связующие, используемые на стадии (1), являются по существу таким же, как те, которые описаны выше. Как правило, жидкий носитель представляет собой воду без исключения других жидкостей, таких как метанол, этанол и изопропанол.

Если это необходимо, стадия (5) может повторяться один или несколько раз с тем, чтобы достичь желаемой толщины углеродного покрытия.

Также возможно добавление диспергирующего агента в указанную выше суспензию для диспергирования порошка в воде во время процесса перемешивания, и добавляемое количество составляет несколько процентов (например, 1-10%, предпочтительно, 1-6%). Использование диспергирующего агента во время перемешивания керамического порошка является обычным. Обычные диспергирующие агенты, такие как гексаметафосфат натрия, триполифосфат натрия, полиакриламид или сульфоновые вещества, хорошо известны в данной области.

Раствор растворимого углерода получают посредством растворения материала растворимого углерода в растворителе, таком как вода. Если это необходимо, может использоваться органический растворитель, такой как метанол. Концентрация раствора растворимого углерода может составлять, например, 10-50% мас./объем, предпочтительно, 20-40% мас./объем, более предпочтительно, 25% мас./объем. Предпочтительный раствор растворимого углерода представляет собой, например, водный раствор лигнина, 25%.

Например, ретикулированная пена, изготовленная из термопластичных материалов, может представлять собой ретикулированную полиуретановую пену.

Обычно используемое покрытие является пригодным для ретикулированной пены. Например, полиуретановая пена может погружаться в суспензию или суспензия может распыляться над полиуретановой пеной, полученное изделие затем подвергают воздействию пары валиков с тем, чтобы отрегулировать распределение и количество суспензии на пене. По этой причине, предпочтительный способ изготовления фильтра является следующим: например, полимерная (как правило, полиуретановая) пена погружается в суспензию (как правило, в суспензию на водной основе) специалистом в данной области в соответствии с традиционным способом, и указанная суспензия представляет собой смесь частиц огнеупорных материалов и связующих, затем следует сушка, с получением структуры пены, покрытой огнеупорным материалом, связанным с помощью связующего из кремния, готовую для следующей далее стадии нанесения углеродного покрытия.

Ретикулированная пена после нанесения покрытия должна сушиться при температуре примерно 110°С. Если это необходимо, указанные выше стадии нанесения покрытия и сушки могут повторяться один или несколько раз с тем, чтобы достичь желаемой толщины.

Следующая стадия способа представляет собой приготовление углеродного покрытия и нанесение его на высушенную ретикулированную пену с покрытием из керамических связанных огнеупорных материалов. Углеродное покрытие может быть получено посредством растворения материала растворимого углерода в воде или других растворителях. Для нанесения углеродного покрытия на указанную пену, для настоящего изобретения могут использоваться такие способы, как распыление или погружение. Подобным же образом, после нанесения углеродного покрытия, указанная пена должна сушиться, например, при высокой температуре в атмосфере воздуха. Если это необходимо, указанные выше стадии нанесения покрытия и сушки для углеродного покрытия могут повторяться один или несколько раз до тех пор, пока не будет достигнута желаемая толщина углеродного покрытия.

Последняя стадия способа заключается в спекании указанной выше высушенной пены. Температура спекания должна быть достаточно высокой, чтобы связать огнеупорный материал и углеродное покрытие вместе с помощью керамического связующего. Например, температура спекания составляет примерно 600-1100°С, предпочтительно, примерно 900°С. Желательно, чтобы спекание осуществлялось в атмосфере с дефицитом кислорода, например, в инертной "не содержащей кислорода" атмосфере, такой как азот или аргон, или вакуум, или в "восстанавливающей атмосфере", такой как водород, и/или оксид углерода, и/или угольный газ (то есть смесь метана и водорода).

Как правило, спекание осуществляют в сушильной печи или в цементной печи; могут также использоваться другие источники тепла, такие как микроволновый или беспроводной радиочастотный нагрев.

Преимущества способа изготовления фильтра в соответствии с настоящим изобретением являются следующими: превосходные механические свойства, стойкость к термическому шоку, стабильное качество, и такой фильтр не разрушается легко в течение процесса переноса и транспортировки, и он имеет стабильные свойства во время хранения. Получение и свойства фильтра, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, являются более стабильными. По сравнению с фильтром, содержащим углеродное связующее, разброс свойств между различными фильтрами по настоящему изобретению сильно уменьшается. Спекание фильтра, содержащего углеродное связующее, должно осуществляться в специальной атмосфере спекания и необходимо контролировать содержание кислорода во время спекания фильтра. Керамический фильтр, содержащий связующее из керамики в соответствии с настоящим изобретением, является менее чувствительным к содержанию кислорода во время спекания.

Примеры

Пример 1

Порошкообразный оксид алюминия: 75%

Порошкообразный активный кремнезем: 25%

Все указанные выше материалы являются доступными на рынке, и указанные проценты являются % массовыми. К смеси порошкообразного оксида алюминия и порошкообразного активного кремнезема добавляют 2% гексаметафосфата натрия и 20% воды. Порошкообразные материалы и воду смешивают с использованием высокопроизводительного миксера с получением суспензии. Такую суспензию используют для нанесения покрытия на полиуретановую пену. Полиуретановую пену, покрытую суспензий, сушат при 110°С. Используемая полиуретановая пена является доступной на рынке.

Приготавливают водный раствор лигносульфоната кальция 25% мас. Полученный водный раствор распыляют над полученным выше фильтром и фильтр с покрытием сушат при 110°С. Наконец, фильтр по настоящему изобретению получают посредством спекания при 900°С в атмосфере, не содержащей кислорода. После измерения, углеродное покрытие составляет для примерно 4% мас. от фильтра.

Размер фильтра, полученного в соответствии с указанным выше составом, равен 50·50·15 мм. Такой фильтр используют для фильтрования 50 кг расплавленной стали при 1650°С. В результате, фильтр выдерживает условия исследования и работает, как требуется, при фильтровании расплавленной стали.

Пример 2

Порошкообразный оксид алюминия: 90%

Фосфат алюминия: 10%

Все указанные выше материалы являются доступными на рынке, и указанные проценты являются % массовыми. К смеси порошкообразного оксида алюминия и порошкообразного фосфата алюминия добавляют 2% гексаметафосфата натрия и 20% воды. Порошкообразные материалы и воду смешивают с использованием высокопроизводительного миксера для приготовления суспензии. Такую суспензию используют для нанесения покрытия полиуретановой пены. Полиуретановую пену, покрытую суспензий, сушат при 110°С. Используемая полиуретановая пена является доступной на рынке.

Приготавливают водный раствор сахарозы 25% мас. Полученный водный раствор распыляют над полученным выше фильтром и фильтр с покрытием сушат при 110°С. Наконец, фильтр по настоящему изобретению получают посредством спекания при 900°С в атмосфере, не содержащей кислорода. После измерения, углеродное покрытие составляет примерно 4% мас. от фильтра.

Размер полученного фильтра в соответствии с указанным выше составом равен 50·50·15 мм. Такой фильтр используют для фильтрования 50 кг расплавленной стали при 1650°С. В результате, фильтр выдерживает условия исследования и работает, как требуется, при фильтровании расплавленной стали.

Пример 3

Порошкообразный оксид алюминия: 85%

Порошкообразное стекло: 15%

Все указанные выше материалы являются доступными на рынке, и указанные проценты являются % массовыми. К смеси порошкообразного оксида алюминия и порошкообразного стекла добавляют 2% гексаметафосфата натрия и 20% воды. Порошкообразные материалы и воду смешивают с использованием высокопроизводительного миксера для приготовления суспензии. Такую суспензию используют для нанесения покрытия полиуретановой пены. Полиуретановую пену, покрытую суспензий, сушат при 110°С. Используемая полиуретановая пена является доступной на рынке.

Приготавливают водный раствор лигносульфоната кальция 25% мас. Полученный водный раствор распыляют над полученным выше фильтром и фильтр с покрытием сушат при 110°С. Наконец, фильтр по настоящему изобретению получают посредством спекания при 900°С в атмосфере, не содержащей кислорода. После измерения, углеродное покрытие составляет примерно 4% мас. от фильтра.

Размер полученного фильтра в соответствии с указанным выше составом равен 50·50·15 мм. Такой фильтр используют для фильтрования 50 кг расплавленной стали при 1650°С. В результате, фильтр выдерживает условия исследования и работает, как требуется, при фильтровании расплавленной стали.

Пример 4

Порошкообразный оксид алюминия: 80%

Огнеупорная глина: 20%

Все указанные выше материалы являются доступными на рынке, и указанные проценты являются % массовыми. К смеси порошкообразного оксида алюминия и порошкообразной огнеупорной глины добавляют 2% гексаметафосфата натрия и 20% воды. Порошкообразные материалы и воду смешивают с использованием высокопроизводительного миксера для приготовления суспензии. Такую суспензию используют для нанесения покрытия полиуретановой пены. Полиуретановую пену, покрытую суспензий, сушат при 110°С. Используемая полиуретановая пена является доступной на рынке.

Приготавливают ацетоновый раствор фенольной смолы 25% мас. Полученный водный раствор распыляют над полученным выше фильтром и фильтр с покрытием сушат при 110°С. Наконец, фильтр по настоящему изобретению получают посредством спекания при 900°С в атмосфере, не содержащей кислорода. После измерения, углеродное покрытие составляет для примерно 4% мас. от фильтра.

Размер полученного фильтра в соответствии с указанным выше составом равен 50·50·15 мм. Такой фильтр используют для фильтрования 50 кг расплавленной стали при 1650°С. В результате, фильтр выдерживает условия исследования и работает, как требуется, при фильтровании расплавленной стали.