Alumínium

Kerámiaszűrők

Kerámiaszűrők gyártása és alkalmazása

I. BEVEZETÉS

A folyékony fémek tisztítására használt szűrők használata az öntödék egyre nagyobb számában kerül napi alkalmazásra. Az egyre nagyobb öntödei felhasználás miatt szükséges a szűrési technológiák nagyobb mértékű ismerete. Nem elég ha egy szűrőnek jó a szűrési hatásfoka, a szűrő egyébb paramétereinek ismeret is nagyon fontos, mint átfolyási sebesség ,megfelelő kapacitás, szilárdság és nagyon jó mérettartóság. Mindezen paraméterek mellet nagyon fontos tényező a szűrő ára. Általában ezen jellemzők ellentmondásban vannak egymással például ha egy szűrőnek nagyon nagy a kapacitása, a szűrési hatásfoka már kívánnivalókat hagy maga után. A legjobb hatásfokú szűrőket a már említett paraméterek megfelelő figyelembevételével kell tervezni és
kiválasztani. Az öntödék számára a gyártók több típust szállítanak, ezek közül a három legelterjedtebb a préselt, az extrudált és a habszűrők.

A legnagyobb a felhasználás az az alumíniumöntödékben használatos kerámia habszűrőkből, amelyek a folyékony alumínium tisztításában játszanak költségkímélő és hatásos szerepet.


Alumínium öntőcsatorna rendszer szűrővel

II. SZŰRÉSI MECHANIZMUSOK

1. A szűrők a felületükön összegyűjtik azokat a részecskéket illetve szennyeződéseket, amelyeknek a mérete nagyobb mint a szűrő pórusa. Ezek a részecskék fizikai méretük miatt az öntés teljes idején kiszűrődnek.

 
1.ábra szűrési mechanizmus: a pórusnál nagyobb részek fennmaradnak a szűrő felületén

2. A szűrő felületén összegyűjtött nagyobb részecskék a pórusokba beleülve illetve hidat képezve felfogják azokat a részecskéket, amelyek a szűrő pórusánál kisebbek. Az áramló fém ezek között alkotott réseken folyik át.

 
2.ábra hidak kialakulása a szűrő oldalán és felületén

3. A szűrő belső felépítése miatt salak és egyéb részecskék beleülnek a zárt pórusokba, de a mélyebb rétegekben is megfigyelhető, hogy a folyékony fémből a szűrő falára tapadnak részecskék. Ez a folyamat a részecskék egymásra tapadásával folytatódik, így a részecskék hidat képeznek a szűrő fali és elemi cellái között.

 
3. ábra feltapadás a szűrő oldalán

III. KERÁMIA HABSZŰRŐK TÍPUSAI

A szűrők jellemzésére és csoportosítására a szűrők pórusszáma a jellemző.
Mértékegysége a PPI.
A PPI szám megadja, hogy egy inch hosszúságban, hány pórus található a szűrő egy adott hosszában.
A PPI szám segítségével a felhasználó - öntési körülményeitől függően - kiválaszthatja - a számára legmegfelelőbb típust.

Leggyakrabban használt típusok:

  • 10 PPI
  • 20 PPI
  • 30 PPI
  • 40 PPI
  • 50 PPI

A felhasználó számára a pórus/inch értékeket mikrométerben a legcélszerűbb megadni.
Így behatárolható azon részecskék tartománya, amelyet a szűrő segítségével nagy biztonsággal ki lehet szűrni.


4.ábra PPI szám és mikrométer átszámítása


5.ábra különbözó pórusszámú szűrők

A kis méretű szűrőket általában 22 mm vastgságban, a nagyobb méretű szűrőket 38 illetve 50 mm vastagságban gyártják. Az 50 mm vastag szűrőket gyakran két különböző PPI számú szűrő kombinációjával is gyártják.

A leggyakrabban gyártott kombinált pórusszámú szűrők:

  • 10/30 PPI
  • 20/45 PPI
  • 20/30 PPI
  • 30/45PPI

Anyagösszetétel szempontjából az alábbi összetételű szűrők fordulnak elő:

  • Alumíniumoxid tartalmú
  • Sziliciumkarbid tartalmú
  • Kordierit tartalmú
  • Zirkonoxid tartalmú

Általánosságban az acéliparban a zirkonoxid, az alumínium iparban pedig az alumíniumoxid tartalmú szűrőket alkalmazzák.

IV. SZŰRŐK TULAJDONSÁGAI ÉS MINŐSÉGI KÖVETELMÉNYEK

Pórusszám

A szűrők pórusszámát az alapanyagként felhasznált szivacs póruszáma határozza meg. Gyártásnál ezért alapvető fontosságú a kevés számú gyártó által kifejezetten a kerámiaszűr gyártók számára.
Kifejlesztett szivacsok használata.
Az egyenletes pórusszámot a szivacs gyártóknak kell garantálni.
Az egyenletes pórusszám befolyásolja s szűrő áteresztő képességét és a fém egyenletes áthaladását a szűrőben.

Fém áteresztő sebesség

A szűrőgyártók tapasztalati értékek alapján táblázatban adják meg az egyes szűrők által maximálisan átereszthető fém mennyiségét.
A szűrők áteresztő képességét nagyban befolyásolja a gyártásnál használt olvasztott fém tisztasága. (2.sz. melléklet)

Permeabilitás

Megadja a szűrő által okozott nyomáskülönbség értéket. A érték függ a szűrő pórusszámától. A nyomáskülönbség értéknek minél kisebbnek kell lennie. (1.sz.grafikon)

Kapacitás

A szűrők kapacitása összefüggésben van a szűrés hatásosságával. Ha ez az érték túl nagy kérdéses lehet a szűrés hatásfoka. A kapacitás értéket a gyártók megadják az egyes szűrő típusokra vonatkozóan. (2.sz. melléklet)

Hideg nyomószilárdság

Ez az érték nagyon fontos paraméter a szűrő kezelése és szállítása szempontjából. Nagyon fontos, hogy az egyes szűrők ne repedjenek meg az öntés végéig.
Kezelhetőség szempontjából a kerámia habszűrők a legérzékenyebbek struktúrájuk miatt. (1. sz. melléklet)

Mérettartóság

A szűrők méretpontossága nagyon fontos. A szűrőt a szűrőkeretbe helyezve - figyelembe véve az öntödei körülményeket - utólag már nehéz pozícionálni. Nagyon fontos, hogy a szűrőről részecskék ne váljanak le, ami a szűrő hideg szilárdságával van összefüggésben.
Általában +-1 mm a kívánt tolerancia.

1. SZ. MELLÉKLET

NÉKA szűrők paraméterei

Kémiai összetétel

Al2O3 min. 80%
P2O5 max. 15%
CaO max. 0,5%
SiO2 max. 5%
Fe2O3 max. 0,15%
Na2O max 0,1%

Fizikai tulajdonságok

Pórus méret 10,15,20,30,45 PPI
Testsűrűség 350-600 kg/m3
Porozitás 0,85-0,9
Nyomószilárdság 5-6 kg/cm2
Max. hőmérséklet 1100°C

Méretek

Lapszűrők 40 x 40 x 20 mm 508 x 508 x 50 mm
Csövek Átmérő 50 - 350 mm
Hosszúság 30 - 600 mm

2. SZ. MELLÉKLET

NÉKA szűrők üzemi adatai

Méret

Térfogat

Felület

Kapacitás

Inch

mm cm3 dm2 ppi Folyási sebesség
kg Al/min. t Al

7 x 7 x 2

178 x 178 x 50 1,31 2

20

20-60

5

30 14-40 5

9 x 9 x 2

228 x 228 x 50 2,3 4

20

40-120

10

30 28-80 10

12 x 12 x 2

305 x 305 x 50 4,18 8

20

80-240

15

30 60-160 15

15 x 15 x 2

381 x 381 x 50 6,66 12

20

120-360

25

30 84-240 25

17 x 17 x 2

430 x 430 x 50 8,57 16

20

160-480

35

30 110-320 35

20 x 20 x 2

508 x 508 x 50 12,1 23

20

230-690

45

30 160-460 45

V.SZŰRŐK PERMEABILITÁSA

A vizsgált minta 20 cm3 felületü. A mintán manométer segítségével állandó 200 Pa nyomást állítunk be a másik oldalon levegő áramlásmérővel mérjük a nyomás értéket.
A két nyomás érték különbsége adja meg a szűrő permeabilitás értékét.

Mért permeabilitás eloszlás értékeket mutat az 1.sz. grafikon.
Szűrő tipusa:12" x 12" x 2" (305 x305 x 50 mm) Póruszsám 20 PPI

1.sz. grafikon

VI. KERÁMIASZŰRŐK GYÁRTÁSTECHNOLÓGIÁJA

1. A tevékenység célja: az ipar számos területén felhasználható magas tűzállóságú kerámiaszűrők előállítása.

2. A gyártás leírása:
2.1. Alapanyagok:
A kerámiaszűrők gyártásához membránmentesített poliuretánhabot, MONALFO-48 típusú tűzálló kötőanyagoldatot, GLS minőségű kalcinált timföldet, kaolint és adalékanyagokat használunk fel. GLS timföld helyett (a vevők által támasztott tűzállósági igények figyelembevételével) más szemcsés tűzálló anyag pl. zirkóniumdioxid, elektrokorund, elektromullit, krómoxid, stb. őrleményt is felhasználhatunk. A felhasznált anyag szemcsemérete nem lehet nagyobb mint 20 mikrométer.
A kerámiaszűrő-gyártás adalékanyagai (függetlenül a felhasznált alapanyag minőségtől) bentonit, kaolin, nátriumtripolifoszfát és
ivóvíz minőségű víz.


1.sz fénykép Szivacs impregnálása


2.sz fénykép Szárítás folyamatos soron


3.sz fénykép Kivágógép

Gyártáshoz használt habok típusai (1. sz. táblázat)

Habtípus Szakadási nyúlás
%

Szakító szilárdság
kPa

Cellaszám
PPI
Cellaátmérő
mikron
Bulpren S 31048 400 200 80-95 440-520
Bulpren S 31062 40 200 65-80 520-720
Bulpren S 28089 350 150 50-65 740-1040
Bulpren S 28133 350 150 35-50 1080-1580
Bulpren S 28190 350 150 25-35 1650-2150
Bulpren S 28280 350 150 15-25 2300-3300
Bulpren S 32450 150 100 7-15 3800-5200
Bulpren R 31280 200 125 25 2500-3100
Bulpren R 31380 200 125 15 3400-4200
Bulpren R 31084 250 150 50-65 710-970
Bulpren S 32138 280 150 - 1260-1500
Bulpren S 32175 280 150 - 1600-1900
Bulpren S 32240 250 100 - 2100-2700
Bulpren S 32315 250 100 - 2850-3450


4. sz. fénykép Kerámiaszűrő struktúra


5. sz. fénykép Rektikulált szűrőszivacs


6.sz. fénykép Kerámiaszűrő gyártáshoz használt 1260 °C égetőkemence

VII. A SZŰRŐ ELŐMELEGÍTÉSE

A szűrőt ajánlott előmelegíteni az alsó részéről szabványos gáz/levegő égővel.Amennyiben az előmelegítés nem megfelelő, az öntés folyamán a fém a szűrőbe érve megdermedhet és ez az öntés leállításához vezet.
Ha az égő rendesen van beállítva a forró levegő áthatol a szűrőn. A szűrőt addig kell előmelegíteni míg a színe meggypiros nem lesz.
Megfelelő előmelegítés 15 percig tart.

Figyelembe kell venni, hogy a tűzállóanyag túlmelegítése lényegesen csökkenti élettartamát.

A szűrő előmelegítése a szűrőboxban történik.

Egyes szűrőtipusok olyan jellel vannak ellátva, amelyek az öntési hőmérséklet elérésekor szublimálnak. Ez általában 700 - 800 °C között történik meg.


7.sz fénykép Előmelegítő égő


8.sz fénykép Öntéshez használt szűrőbox