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 |
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