[发明专利]强度更高的莫来石基铸铁过滤器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年7月27日提交的、未决的美国临时专利申请No.61/676,500的优先权，其通过引用的方式并入本文。

背景情况

本发明涉及改良的铁水过滤器，以及制造改良的铁水过滤器的方法。更具体而言，本发明涉及包含更低碱金属含量的改良过滤器，其缓解了由过滤铁期间出现的瞬态液相(这种瞬态液相在之前并未被察觉到)的形成所引发的问题。在过滤铁期间，许多这样的液相最终会转化成之前并未被察觉到的固态方石英相。

过滤熔融铁已被实施了一段时间且是众所周知的。铁的过滤历来是通过将熔融铁流经粗滤器来完成的，由此实现一定程度的过滤。更先进的过滤是使用多孔泡沫莫来石基过滤器来完成的，如美国专利No.7,718,114(其通过引用的方式并入本文)中所描述，其中，弯曲的路径提高了过滤效率。

多孔泡沫莫来石基过滤器的一个费解的问题是过滤器断裂或蠕变，由此该过滤器在经受非常苛刻的过滤条件时会发生破裂或变形。熔融铁处于超过1400℃的温度，且通常进行大量浇注。本领域技术人员长期认为该故障是由于温度快速变化、伴随着与过滤器上大量的熔融铁相关的过度压力而导致的机械故障。提升鲁棒性的努力方向集中在提高断裂热模量(MOR)，所述断裂热模量被认为代表了浇注期间的动力学。或者，努力方向集中在消除蠕变，所述蠕变被定义为在材料的熔点附近的塑性变形，而且其往往是时间、温度、以及在材料上加载的负荷的函数。

通过深入研究，本发明人已识别出在浇注初期形成的瞬态液相以及随后的固态方石英相，而这在本发明之前并未被察觉到。这些瞬态液相据信为过滤器故障的主要原因。由于识别出了这种先前未察觉的故障模式，因此开发了在过滤熔融金属时更具强度且较不易发生故障的莫来石基过滤器。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改良的莫来石基多孔过滤器。

本发明的另一个目的是提供一种更具鲁棒性的莫来石基多孔过滤器，由此，与现有的莫来石基过滤器相比发生故障的可能性更小。

本发明的另一个目的是使得能够创造出一种具有与标准产品相等的强度但密度较低的过滤器，从而在不损失强度的情况下，由更开放的结构实现更高的流速。

包含以下物质的烧结反应产物的陶瓷泡沫过滤器提供了这些以及其他将被认识到的优点：

35-75wt％的硅铝酸盐；

10-30wt％的胶态二氧化硅(colloidal silica)；

0-2wt％的膨润土(bentonite)；

0-35wt％的熔融二氧化硅(fused silica)；以及

0-10wt％的造孔剂；

其中所述陶瓷泡沫过滤器具有按氧化物计为少于0.15wt％的碱金属。

包含以下物质的烧结反应产物的陶瓷泡沫过滤器提供了另一个实施方案：

35-75wt％的硅铝酸盐；

10-30wt％的胶态二氧化硅；

0-2wt％的膨润土；

0-35wt％的熔融二氧化硅；以及

0-10wt％的造孔剂；

其中，当具有75×100×13mm尺寸的所述陶瓷泡沫过滤器被直接插入1428℃的窑中并在第4分钟的停留时间进行测量时，具有至少60psi的抗弯强度。

包含以下物质的烧结反应产物的陶瓷泡沫过滤器提供了再一个实施方案：

35-75wt％的硅铝酸盐；

10-30wt％的胶态二氧化硅；

0-2wt％的膨润土；以及

0-35wt％的熔融二氧化硅；

其中，具有75×100×13mm尺寸的所述陶瓷泡沫过滤器具有按氧化物计为少于0.15wt％的碱金属，并且当其被直接插入1428℃的窑中并在第4分钟的停留时间进行测量时，具有至少60psi的抗弯强度。

包括以下步骤的用于形成陶瓷泡沫过滤器的方法提供了又一个实施方案：

制备陶瓷前体，其包含：

35-75wt％的硅铝酸盐；

10-30wt％的胶态二氧化硅；

0-2wt％的膨润土；

0-35wt％的熔融二氧化硅；

0-10wt％的造孔剂；以及

其余为溶剂；

使用所述陶瓷前体浸渍有机泡沫；

将经浸渍的有机泡沫加热至足以使所述有机泡沫挥发并将所述陶瓷前体烧结的温度，从而形成所述陶瓷泡沫过滤器；