Устройство приготовления формовочной массы для керамической вставки катализатора дожигания выхлопных газов
Полезная модель относится к получению пористых носителей из керамики на основе окислов алюминия и может быть использовано для изготовления носителей катализаторов дожигания выхлопных газов, в химической промышленности при проведении процессов в агрессивных средах и при повышенных температурах, а также в медицине при изготовлении пористых имплантатов.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства приготовления формовочной массы для изготовления керамической вставки катализатора дожигания выхлопных газов, обеспечивающего высокую прочность керамической вставки путем оптимизации технологических условий приготовления пористой керамики при относительно невысокой энергоемкости процесса обжига.
В результате применения предлагаемой полезной модели в процессе приготовления массы для формовки керамической вставки уменьшается плотность дефектов, возникающих из-за неоднородности распределения оксидов металлов, применяемых для снижения температуры обжига. Таким образом удается обеспечить высокую прочность пористой керамической вставки при сниженных удельных энергетических затратах в расчете на одно изделие. Кроме того, обжиг керамической вставки может производиться в печах, изготовленных без применения особо термостойких материалов.
Технический результат достигается тем, что устройства приготовления формовочной массы для керамической вставки катализатора дожигания выхлопных газов содержит цилиндрическую рабочую камеру проточного типа с вертикально расположенной осью, имеющую входной патрубок для подачи термопластичного полимера с врезанным в него управляемым дозатором, расположенный в ее верхней части, и патрубок для вывода готовой массы, расположенный в ее нижней части, с присоединенными к ней шнеком подачи исходного глинозема с входным патрубком для подачи исходного глинозема и электромеханическим приводом, цилиндрическим ультразвуковым излучателем 8, механически связанным с ультразвуковым магнитострикционным преобразователем, и волноводом, соединенным с генератором электромагнитного СВЧ излучения, ультразвуковой генератор, соединенный кабелем с ультразвуковым магнитострикционным преобразователем, и блок управления, соединенный кабелями цепи управления с управляемым дозатором и управляемым электромеханическим приводом шнека, при этом оси шнека и ультразвукового излучателя совпадают с осью рабочей камеры.
Полезная модель относится к получению пористых носителей из керамики на основе окислов алюминия и может быть использовано для изготовления носителей катализаторов дожигания выхлопных газов, в химической промышленности при проведении процессов в агрессивных средах и при повышенных температурах, а также в медицине при изготовлении пористых имплантатов.
Известно устройство изготовления пористого керамического материала для получения пористой структуры алюмооксидной керамики, в котором глинозем смешивают и измельчают с 0,3-2,0% карбоната магния в шаровой мельнице (патент РФ 2483043, МПК С04В 35/119, С04В 38/06 Заявка: 2011119067/03, 12.05.2011 Дата публикации заявки: 20.11.2012 Опубликовано: 27.05.2013). После измельчения и перемешивания смесь порошков пересыпают в капсель и спекают в печи при температуре 1000-1500°С. Охлажденный спек загружают в шаровую мельницу и измельчают до получения порошка со средним размером зерна 1,5-2,5 мкм, смешивают с оксидом циркония, стабилизированным оксидом иттрия, с гидроксидом алюминия, с нанопорошком оксида алюминия в гамма-фазе с удельной поверхностью S=245 м2/г, карбонатом аммония, желатином и поливиниловым спиртом. Полученный порошок формуют методом одноосного прессования и обжигают.
К недостаткам известного технического решения следует отнести неоднократное применение шаровых мельниц для измельчения и перемешивания компонентов формовочной массы, что сопряжено с присутствием в ней неконтролируемых посторонних частиц, образующихся при контакте с рабочими органами, и соответственно, снижению качества массы, идущей на формовку вставки. В результате вставка содержит локальные дефекты, снижающие ее прочность и эффективность нейтрализации выхлопных газов из-за уменьшения площади эффективной поверхности. Кроме того, описанная выше сложная последовательность операций в массовом производстве усложняет весь комплекс технологического оборудования и снижает удельную производительность, приведенную к капитальным и эксплуатационным затратам.
Известно устройство для производства дисперсных материалов, включающее в себя реакционную камеру, в которой движение исходного материала происходит под собственной тяжестью насыпного потока (RU 2008147567; В82В 3/00, Заявка: 2008147567/28, 03.12.2008, Дата публикации заявки: 10.06.2010). Непрерывность процесса обеспечивается за счет того, что камера выполнена из модулей, герметично соединенных друг с другом с использованием конических или плоских шлифов, что само по себе не отвечает требованиям массового производства ввиду низкой надежности и необходимости выполнения дополнительной трудоемкой операции притирки шлифов.
Известные устройства используют периодические, а не непрерывные технологические процессы, что не соответствует потребностям современного производства, поскольку требует использования громоздкого оборудования и наличия площадей для хранения полуфабрикатов.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства непрерывного действия с регулируемой производительностью по приготовлению формовочной массы для изготовления керамической вставки катализатора дожигания выхлопных газов, обеспечивающего высокую прочность керамической вставки путем оптимизации технологических условий приготовления пористой керамики при относительно невысокой энергоемкости процесса обжига.
В результате применения предлагаемой полезной модели в процессе приготовления массы для формовки керамической вставки уменьшается плотность дефектов, возникающих из-за неоднородности распределения оксидов металлов, применяемых для снижения температуры обжига. Таким образом удается обеспечить высокую прочность пористой керамической вставки при сниженных удельных энергетических затратах в расчете на одно изделие. Кроме того, обжиг керамической вставки может производиться в печах, изготовленных без применения особо термостойких материалов.
Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство приготовления формовочной массы для керамической вставки катализатора дожигания выхлопных газов содержит цилиндрическую рабочую камеру проточного типа с вертикально расположенной осью, имеющую входной патрубок для подачи термопластичного полимера с врезанным в него управляемым дозатором, расположенный в ее верхней части, и патрубок для вывода готовой массы, расположенный в ее нижней части, с присоединенными к ней шнеком подачи исходного глинозема с входным патрубком для подачи исходного глинозема и электромеханическим приводом, цилиндрическим ультразвуковым излучателем, механически связанным с ультразвуковым магнитострикционным преобразователем, и волноводом, соединенным с генератором электромагнитного СВЧ излучения, ультразвуковой генератор, соединенный кабелем с ультразвуковым магнитострикционным преобразователем, и блок управления, соединенный кабелями цепи управления с управляемым дозатором и управляемым электромеханическим приводом шнека, при этом оси шнека и ультразвукового излучателя совпадают с осью рабочей камеры.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства приготовления формовочной массы для керамической вставки катализатора дожигания выхлопных газов.
Устройство содержит цилиндрическую рабочую камеру 1 проточного типа с вертикально расположенной осью. Камера снабжена расположенным в ее верхней части входным патрубком 2 для подачи термопластичного полимера с врезанным в него управляемым дозатором 3 и расположенным в ее нижней части выходным патрубком 4 для вывода готовой формовочной массы. На рабочей камере 1 смонтированы установленные соосно с ней шнек 5 с входным патрубком 6 для подачи исходного глинозема и приводом 7, присоединенный к ее нижней части, и цилиндрический ультразвуковой (УЗ) излучатель 8, присоединенный к ее верхней части, который механически связан с ультразвуковым магнитострикционным преобразователем (УЗМСП) 9. К рабочей камере также присоединен волновод 10, соединенный с генератором электромагнитного СВЧ излучения 11. В состав устройства также входят ультразвуковой генератор 12, соединенный кабелем 13 с ультразвуковым магнитострикционным преобразователем 9, и блок управления 14, соединенный кабелями 15 и 16 цепи управления, соответственно с управляемым дозатором 3 и управляемым приводом 7 шнека.
Работа устройства приготовления формовочной массы для керамической вставки осуществляется в непрерывном режиме и происходит следующим образом.
Исходный глинозем (содержащий не менее 95% масс. 
-Al2O3, а также добавки оксидов металлов (таких как цирконий, иттрий и др.), обеспечивающих снижение температуры последующего обжига керамики на 200-250°С) по входному патрубку 6 посредством шнека 5, оборудованного электромеханическим приводом 7, непрерывно подают внутрь проточной рабочей камеры 1. Одновременно в рабочую камеру по патрубку 2 через управляемый дозатор 3 непрерывно подают требуемое количество расплавленного термопластичного полимера (например, парафина, или специальной композиции термопластичных и термореактивных полимеров), используемого в качестве временного технологического связующего материала, обеспечивающего требуемую пластичность при формовке керамической вставки, и производят перемешивание и ультрадисперсную гомогенизацию поступающих в рабочую камеру компонентов (исходного глинозема и термопластичного полимера) с получением однородной формовочной массы. Для этого от ультразвукового генератора 12 по кабелю 13 подают переменное напряжение с частотой резонанса УЗ излучателя 8 (в диапазоне до 100 кГц) на УЗМСП 9, который преобразует переменное напряжение, поступающее от УЗ генератора, в механические колебания УЗ излучателя. Применение обработки в ультразвуковом поле обеспечивает высокую однородность распределения добавок, которые снижают температуру последующего обжига, в формовочной массе керамики, что является средством минимизации локальных дефектов и, соответственно, повышения прочности керамической вставки после отжига.
Температуру в рабочей камере контролируют, в зависимости от требуемого технологического диапазона вязкости термопластичного полимера (например, в диапазоне 50-150 С°) как за счет нагрева вследствие ультразвуковой обработки, так и путем дополнительного нагрева под действием электромагнитного СВЧ поля, создаваемого СВЧ генератором 11 и поступающего в рабочую камеру по волноводу 10. Присутствие электромагнитного СВЧ поля также вносит вклад в интенсификацию процессов гомогенизации многокомпонентной формовочной массы и, в конечном итоге, в обеспечение прочности керамической вставки.
Производительность устройства регулируют путем изменения частоты вращения шнека по сигналу, поступающему из блока управления 14 на электромеханический привод 7 по кабелю цепи управления 15. При этом контроль количества термопластичного полимера по отношению к общему объему формовочной массы осуществляют путем изменения пропускной способности управляемого дозатора 3 посредством сигнала, поступающего из блока управления по кабелю цепи управления 16.
Контроль температурного режима осуществляют с целью поддержания оптимальной вязкости формовочной массы, непрерывно отбираемой из рабочей камеры через выходной патрубок 4 для последующей формовки и отжига, что обеспечивает точность соблюдения заданных геометрических параметров вставки.
Устройство приготовления формовочной массы для керамической вставки катализатора дожигания выхлопных газов, характеризующееся тем, что содержит цилиндрическую рабочую камеру проточного типа с вертикально расположенной осью, имеющую входной патрубок для подачи термопластичного полимера с врезанным в него управляемым дозатором, расположенный в ее верхней части, и патрубок для вывода готовой массы, расположенный в ее нижней части, с присоединенными к ней шнеком подачи исходного глинозема с входным патрубком для подачи исходного глинозема и электромеханическим приводом, цилиндрическим ультразвуковым излучателем, механически связанным с ультразвуковым магнитострикционным преобразователем, и волноводом, соединенным с генератором электромагнитного СВЧ излучения, ультразвуковой генератор, соединенный кабелем с ультразвуковым магнитострикционным преобразователем, и блок управления, соединенный кабелями цепи управления и с управляемым дозатором и управляемым приводом шнека, при этом оси шнека и ультразвукового излучателя совпадают с осью рабочей камеры.
РИСУНКИ
