Устройство для обработки отходящих газов и способ его изготовления

Устройство для обработки отходящих газов и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки к созданию изобретения

В изобретении предлагается устройство для обработки отходящих газов, такое как каталитический дожигатель выхлопных газов или сажеуловитель дизельного двигателя, имеющее хрупкую конструкцию, установленную внутри корпуса, которая удерживается в нем при помощи установочного мата, расположенного между корпусом и хрупкой конструкцией.

Каталитический дожигатель выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания или сажеуловитель дизельного двигателя содержит хрупкую конструкцию, такую как конструкция для поддержки катализатора, который используют в процессе окисления оксида углерода (угарного газа) и углеводородов, и снижения уровня оксидов азота, присутствующих в отходящих газах. Хрупкая конструкция для поддержки катализатора установлена внутри металлического корпуса и преимущественно изготовлена из хрупкого материала, образуя монолитную структуру, изготовленную из металла, или структуру, изготовленную из хрупкого огнестойкого керамического материала, такого как оксид алюминия, диоксид кремния, оксид магния, диоксид циркония, кордиерит, карбид кремния и т.п. Эти материалы образуют конструкцию каркасного типа с множеством мелких проточных каналов, однако, как уже было упомянуто здесь выше, такие конструкции могут быть, и часто являются, очень хрупкими. Фактически эти монолитные конструкции являются настолько хрупкими, что часто достаточно воздействия небольших ударных нагрузок или механических напряжений, чтобы вызывать их разрушение.

Хрупкая конструкция находится внутри металлического корпуса, в пространстве или зазоре между внешней поверхностью хрупкой конструкции и внутренней поверхностью корпуса. Для защиты хрупкой конструкции от термических и механических ударов и других указанных выше напряжений, а также для обеспечения тепловой изоляции и создания газонепроницаемого уплотнения и для удержания хрупкой конструкции для поддержки катализатора на месте внутри корпуса уже используют установку по меньшей мере одного слоя установочного или опорного материала в зазоре между хрупкой конструкцией и корпусом.

В настоящее время материалы, которые используют в установочных матах для каталитических дожигателей выхлопных газов и других устройств, предназначенных для обработки отходящего газа, могут лежать в диапазоне от относительно дешевых материалов, таких как, например, аморфные стекловолокна, такие как S-стекловолокно, до более дорогих материалов, таких как, например, керамические волокна с высоким содержанием оксида алюминия. Как разбухающие материалы, так и не разбухающие материалы использовали и продолжают использовать в установочных матах в зависимости от применения и условий, в которых используют установочные маты.

Тип используемой монолитной конструкции, а также вид применения и условия, в которых используют установочные маты, следует определять ранее выбора материалов для установочного мата. Например, следует использовать жаростойкий материал для установочного мата, позволяющий работать в широком диапазоне температур, в случае высокотемпературных применений, типичным примером которых является каталитический дожигатель выхлопных газов, в то время как низкотемпературный упругий гибкий материал более подходит для использования в применениях с высокой G нагрузкой, когда используют более тяжелые носители катализатора, примерами которых являются (опорные) конструкции дизельного катализатора и сажеуловители дизельного двигателя.

В любом случае, использованные материалы установочного мата должны удовлетворять ряду проектных или физических требований, установленных изготовителями хрупкой конструкции или изготовителями каталитического дожигателя выхлопных газов. Например, слой или слои материала установочного мата преимущественно должны оказывать эффективное остаточное давление удержания на хрупкую конструкцию даже после того, как каталитический дожигатель выхлопных газов претерпел воздействие флуктуации температур в широком диапазоне, что вызывает существенное расширение и сжатие металлического корпуса относительно хрупкой конструкции, которую называют также опорной конструкцией катализатора, что в свою очередь вызывает существенные циклы сжатия и освобождения установочных матов в течение периодов времени. Было обнаружено, что лучшие установочные маты, которые используют в высокотемпературных применениях, удовлетворительно поддерживают хрупкую конструкцию в самых тяжелых случаях, когда температура поднимается выше 900°С, и часто имеется циклическое воздействие тепловых нагрузок при комнатной температуре.

Другие установочные маты, несмотря на то что их не используют в высокотемпературных применениях, должны обеспечивать достаточную упругость и гибкость, чтобы эффективно поддерживать хрупкую конструкцию с достаточной силой или усилием, но не разрушать хрупкую конструкцию при постоянном циклическом воздействии тепловых нагрузок. В нормальных условиях работы каталитического дожигателя выхлопных газов, требуется минимальная прочность на сдвиг установочного мата, составляющая по меньшей мере 5 кПа, чтобы исключить смещение и повреждение хрупкой конструкции. Прочность на сдвиг мата определяют как давление удержания мата, умноженное на коэффициент трения поверхности раздела мат/ хрупкая конструкция. Коэффициент трения обычного мата в каталитическом дожигателе выхлопных газов в рабочих условиях составляет около 0.45. Следовательно, установочный мат для высокотемпературных применений, то есть для таких применений, в которых температура в каталитическом дожигателе выхлопных газов может возрастать до 900°С или больше, должен иметь эффективное остаточное давление удержания после 1000 испытательных циклов при температуре горячей стороны около 900°С, составляющее по меньшей мере около 10 кПа.

В случае других устройств, предназначенных для обработки отходящего газа, таких как сажеуловители дизельного двигателя или опорные конструкции дизельного катализатора, следует иметь в виду, что, несмотря на то что эти устройства не работают при высоких температурах, обычных для каталитических дожигателей выхлопных газов, вес хрупкой конструкции и использованные технологии нагружения требуют, чтобы использованный установочный мат имел другое эффективное остаточное минимальное давление удержания, чем установленное здесь выше. В этих применениях преимущественно обеспечивают более высокую минимальную прочность на сдвиг установочного мата, составляющую по меньшей мере около 25 кПа, чтобы исключить смещение и повреждение хрупкой конструкции. Коэффициент трения указанных матов в таких применениях с высокими G-нагрузками и тяжелыми носителями катализатора в рабочих условиях все еще составляет около 0.45. Следовательно, установочный мат для такого типа применений должен иметь эффективное остаточное минимальное давление удержания после 1000 испытательных циклов при температуре около 300°С, составляющее по меньшей мере около 50 кПа.

Уже были предприняты различные попытки преодоления проблем циклического воздействия тепловых нагрузок на установочные маты в высокотемпературных применениях за счет использования волокон с высоким содержанием оксида алюминия или керамических волокон из муллита. В одном таком известном случае используют водный раствор или коллоидную дисперсию, часто называемую как "органозоль" или "золь-гель", чтобы получить керамические волокна. Несмотря на то что керамические волокна, образованные при помощи золь-гель процессов, часто имеют высокую степень упругости, необходимую для установки монолитных конструкций, высокая стоимость таких волокон заставляет изготовителей искать другие, менее дорогие решения. Кроме того, эти керамические волокна обычно имеют средний диаметр меньше чем 5 мкм, а в некоторых случаях даже меньше чем 3.5 мкм. Таким образом, эти волокна способны при вдыхании проникать в легкие.

В других случаях волокнистый установочный материал может быть использован в комбинации с другими материалами, такими как разбухающие материалы и слои основы, чтобы обеспечить достаточную прочность при обращении и упругость или чтобы обеспечить необходимое давление удержания.

В качестве альтернативы использованию полученных из золь-геля керамических волокон были предприняты попытки образования жаростойких керамических волокон с использованием технологий обработки расплава. Только в течение последних десяти лет или около того удалось получить жаростойкие керамические волокна, то есть волокна, содержащие ориентировочно от 45 до 60% оксида алюминия и ориентировочно от 40 до 55% диоксида кремния, которые удовлетворяют изготовителей высокотемпературных каталитических дожигателей выхлопных газов, так как позволяют создавать установочные маты, имеющие отвечающую поставленным требованиям достаточную упругость. Однако следует иметь в виду, что установочные маты, содержащие такие жаростойкие керамические волокна, не только являются дорогими, но и трудными в изготовлении, особенно в части технологических обработок, которые могут быть необходимы. Особые меры следует предпринимать для того, чтобы они, главным образом, не имели дроби (зерен).

В низкотемпературных применениях каталитических дожигателей выхлопных газов, таких как дизельные двигатели с прямым впрыском топлива и с турбонаддувом (TDI), температура выхлопных газов обычно составляет около 150°С и никогда не может превышать 300°С. Различные типы установочных матов могут быть использованы в таких применениях и в применениях с чуть более высокой температурой. Во многих применениях каталитических дожигателей выхлопных газов используют разбухающие маты, то есть установочные маты, изготовленные из разбухающих материалов, таких как графит или вермикулит. Однако недавно было обнаружено, что установочные маты, изготовленные из разбухающих материалов, могут разрушаться в таких низкотемпературных применениях.

Одной возможной причиной такого разрушения является то, что температура выхлопных газов может быть слишком низкой для достаточного расширения частиц разбухающего материала, обычно вермикулита. В результате маты не обеспечивают приложение достаточного давления к хрупкой конструкции и имеют тенденцию к разрушению. Второй возможной причиной такого разрушения является то, что системы органического связующего материала, которые используют в разбухающих матах, деградируют и вызывают снижение давления удержания.

В связи с изложенным в настоящее время обычно используют неразбухающие установочные маты. Эти маты подходят для использования в намного более широком диапазоне температур, чем применяемые ранее разбухающие маты.

Неразбухающие маты, главным образом, не содержат разбухающих материалов. таких как графит или вермикулит и, следовательно, являются, главным образом, нерасширяющимися. Под выражением "главным образом, нерасширяющийся" понимают, что мат не обладает возможностью легкого расширения при приложении теплоты, как в случае разбухающих матов. Само собой разумеется, что некоторое расширение мата происходит, учитывая его коэффициент теплового расширения, однако объем такого расширения является несущественным и минимальным по сравнению с расширяющимися матами, в которых используют разбухающий материал. До настоящего времени эти не разбухающие маты изготавливали из жаростойких неорганических волокон при необходимости со связующим материалом. Под жаростойкими волокнами понимают волокна, которые имеют рабочие температуры до 900°С или выше. В зависимости от вида применения, температурного режима, в котором используют мат, и типа использованного монолита (типа монолитной хрупкой конструкции) известные ранее неразбухающие маты обычно содержат один или несколько типов волокон, выбранных из группы, в которую входят волокна, содержащие оксид алюминия/ диоксид кремния (которые выпускаются под торговой маркой FIBERFRAX фирмой Unifrax Corporation, Niagara Falls, New York (США)), и волокна с высоким содержанием оксида алюминия (и соответствующие волокнистые маты), которые могут быть закуплены на фирме Saffil.

В настоящее время волокна, которые используют в известных неразбухающих установочных матах для высокотемпературных применений, обычно имеют высокое содержание оксида алюминия. Например, жаростойкие керамические волокна образованы, главным образом, из оксида алюминия и диоксида кремния и обычно содержат ориентировочно от 45 до 60 вес.% оксида алюминия и ориентировочно от 40 до 55 вес.% диоксида кремния, в то время как другие керамические волокна, содержащие оксид алюминия или диоксид кремния, такие как содержащие оксид алюминия или муллит керамические волокна, изготовленные при помощи золь-гель процесса, обычно содержат свыше 50% оксида алюминия. S2-стекловолокна обычно содержат ориентировочно от 64 до 66% диоксида кремния, ориентировочно от 24 до 25% оксида алюминия и ориентировочно от 9 до 10% оксида магния. Обычно полагают, что чем большее количество оксида алюминия используют в волокнах, тем выше температура в применениях, в которых волокна могут быть использованы. Поэтому обычно для таких (высокотемпературных) применений рекомендуют использовать волокна, состоящие, главным образом, из оксида алюминия.

Другие известные неразбухающие установочные маты обычно являются слишком толстыми и не обладают конструктивной целостностью, необходимой для использования в устройствах для обработки отходящего газа, причем такой мат может быть даже помещен в мешок, чтобы исключить крошение установочного мата. Эти установочные маты также трудно разрезать под размер, необходимый для установки, причем их приходится сжимать, чтобы ввести достаточное количество материала, необходимого для обеспечения опоры, в зазор между опорной конструкцией катализатора и корпусом.

Уже были предприняты попытки использования других типов материалов при производстве неразбухающих установочных матов для каталитических дожигателей выхлопных газов и других устройств, предназначенных для обработки отходящего газа в высокотемпературных применениях. Например, уже известны гибкие нетканые установочные маты, содержащие не имеющие дроби керамические оксидные волокна, такие как алюмосиликатные волокна, содержащие ориентировочно от 60 до 85 вес.% оксида алюминия и ориентировочно от 40 до 15 вес.% диоксида кремния; кристаллические кварцевые волокна или те и другие. Эти алюмосиликатные волокна имеют более высокое содержание оксида алюминия, чем жаростойкие керамические волокна, однако их также производят при помощи обсуждавшихся здесь выше золь-гель технологий.

С другой стороны, кристаллические кварцевые волокна изготовлены главным образом из чистого диоксида кремния (содержат 99.9% диоксида кремния). Эти волокна изготавливают при помощи процесса вытягивания из расплава с использованием исходных материалов, производных от кристаллического кварца, и не подвергают выщелачиванию каким-либо образом. Такие волокна могут быть закуплены на фирме J.P. Stevens, Slater, New York (США), под торговой маркой ASTROQUARTZ или на фирме Saint Gobain, Louisville, Kentucky (США), под торговой маркой QUARTZEL. Однако высокая стоимость этих кварцевых волокон не позволяет использовать их в серийных установочных матах.

В патенте США No.5,290,522 раскрыт нетканый установочный мат для каталитического дожигателя выхлопных газов, который может содержать волокна, содержащие оксид магния/ оксид алюминия/ диоксид кремния, известные сами по себе и серийно выпускаемые фирмой Owens Coming, Toledo, Оhiо (США), под торговой маркой S2-GLASS, а также упомянутые здесь ранее кварцевые волокна ASTROQUARTZ. В Сравнительном примере 1 этого патента специально указано, что установочный мат, содержащий серийные выщелоченные стекловолокна, содержащие диоксид кремния, не проходит испытание на тряску, которое используют для оценки возможности применения установочного мата для высокотемпературных каталитических дожигателей выхлопных газов.

Установочные маты, содержащие волокна из диоксида кремния, в комбинации с разбухающими материалами, предназначенные для использования в каталитических дожигателях выхлопных газов, описаны, например, в заявке на патент ФРГ No.19858025.

Подробное описание выщелоченных стекловолокон, имеющих высокое содержание диоксида кремния, и способа их изготовления содержится в патенте США No.2,624,658. Другой способ изготовления выщелоченных стекловолокон, имеющих высокое содержание диоксида кремния, раскрыт в европейской заявке на патент No.0973697. Несмотря на то что как в этом патенте, так и в этой заявке раскрыто производство выщелоченных волокон из диоксида кремния, предназначенных для изготовления стойких при высоких температурах изделий, в этих публикациях нет даже упоминания о том, что эти волокна подходят для использования в установочных матах, предназначенных для устройств для обработки отходящего газа, таких как каталитический дожигатель выхлопных газов.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением используют непрерывные неорганические волокна, которые прошли поверхностную обработку, для образования, главным образом, нерасширяющихся (нерастягивающихся) установочных матов для каталитических дожигателей выхлопных газов и для других устройств, предназначенных для обработки отходящего (выхлопного) газа. В некоторых вариантах образованные из расплава выщелоченные стекловолокна, имеющие высокое содержание диоксида кремния, которые прошли поверхностную обработку, используют для образования неразбухающих установочных матов для каталитических дожигателей выхлопных газов и других устройств, предназначенных для обработки отходящего газа. Под выражением "главным образом, нерасширяющийся" следует понимать, что установочный мат не будет легко расширяться в ответ на приложение теплоты, как это будет в случае установочного мата, содержащего достаточные количества разбухающих материалов. Следует иметь в виду, что некоторое расширение установочного мата все же происходит в ответ на приложение теплоты в соответствии с коэффициентом теплового расширения, однако это расширение является незначительным по сравнению с расширением установочного мата, содержащего достаточные количества разбухающих материалов.

В некоторых других вариантах выщелоченные и поверхностно обработанные стекловолокна, содержащие диоксид кремния, или установочные маты, содержащие такие стекловолокна, могут проходить термообработку до их введения в каталитический дожигатель выхлопных газов, чтобы дополнительно повысить давление удержания установочных матов.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для обработки отходящих газов, которое содержит корпус; хрупкую конструкцию, упруго установленную внутри указанного корпуса; и, главным образом, нерасширяющийся установочный мат, расположенный в зазоре между указанным корпусом и указанной хрупкой конструкцией. Установочный мат содержит множество неорганических волокон, прошедших поверхностную обработку, повышающую давление удержания установочного мата.

В некоторых вариантах устройство для обработки выхлопных (отходящих) газов содержит корпус; хрупкую конструкцию, упруго установленную внутри указанного корпуса; и, главным образом, нерасширяющийся установочный мат, расположенный в зазоре между указанным корпусом и указанной хрупкой конструкцией; причем указанный установочный мат содержит образованные из расплава выщелоченные стекловолокна, содержащие по меньшей мере 67 вес.% диоксида кремния, при этом по меньшей мере один участок внешних поверхностей указанных выщелоченных стекловолокон прошел поверхностную обработку, повышающую давление удержания установочного мата.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также способ изготовления устройства для обработки отходящих газов, причем этот способ предусматривает использование установочного мата, который содержит неорганические волокна, прошедшие обработку поверхности, повышающую давление удержания; обертывание установочного мата вокруг по меньшей мере одного участка хрупкой конструкции, приспособленной для обработки отходящих газов; и установку хрупкой конструкции и установочного мата внутри корпуса, причем установочный мат упруго удерживает хрупкую конструкцию внутри корпуса.

В соответствии с другими вариантами способа изготовления устройства для обработки отходящих газов, этот способ предусматривает использование установочного мата, который содержит образованные из расплава стекловолокна, содержащие диоксид кремния, причем образованные из расплава стекловолокна образованы за счет такой обработки образованных из расплава стекловолокон, в результате которой обработанные стекловолокна имеют содержание диоксида кремния, превышающее содержание диоксида кремния до обработки, при этом обработанные стекловолокна содержат по меньшей мере 67 вес.% диоксида кремния, и за счет поверхностной обработки по меньшей мере на одном участке внешних поверхностей неорганических волокон; обертывание установочного мата вокруг по меньшей мере одного участка хрупкой конструкции, приспособленной для обработки отходящих газов; и установку хрупкой конструкции и установочного мата внутри корпуса, причем установочный мат упруго удерживает хрупкую конструкцию внутри корпуса.

Предлагается также способ изготовления структуры установочного мата, предназначенного для удержания хрупкой конструкции внутри корпуса устройства для обработки отходящего газа, который включает в себя следующие операции: использование неорганических волокон; применение повышающей давление удержания поверхностной обработки по меньшей мере на одном участке неорганических волокон и включение поверхностно обработанных неорганических волокон в структуру мата. Давление удержания установочного мата, содержащего поверхностно обработанные неорганические волокна, позволяющее удерживать хрупкую конструкцию внутри корпуса устройства для обработки отходящего газа, превышает давление удержания установочного мата, содержащего такие неорганические волокна, но без поверхностной обработки, повышающей давление удержания.

В соответствии с другими вариантами способа изготовления структуры мата, содержащего неорганические волокна, этот способ предусматривает применение повышающей давление удержания поверхностной обработки к внешним поверхностям выщелоченных стекловолокон, содержащих по меньшей мере 67 вес.% диоксида кремния, и введение поверхностно обработанных выщелоченных стекловолокон в структуру мата.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан фрагментарно вид в перспективе спереди каталитического дожигателя выхлопных газов, который содержит установочный мат в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2A-2D приведены микроснимки, показывающие неорганические волокна, прошедшие поверхностную обработку на внешних поверхностях волокон.

Подробное описание изобретения

Предлагается устройство для обработки отходящих газов, имеющее хрупкую конструкцию, установленную внутри корпуса, которая поддерживается при помощи установочного мата, расположенного между корпусом и хрупкой конструкцией. Следует иметь в виду, что форма установочного мата, показанного на фиг.1, не является ограничительной для использования в каталитическом дожигателе выхлопных газов и приведена только для пояснения изобретения. Фактически может быть использован установочный мат любой формы, позволяющий устанавливать или поддерживать любую хрупкую конструкцию, подходящую для обработки отходящих газов, такую как конструкция каталитического дожигателя выхлопных газов, конструкция дизельного каталитического нейтрализатора, сажеуловителя дизельного двигателя и т.п. Конструкция каталитического дожигателя обычно содержит одну или несколько пористых трубок или содержит ячеистые структуры, установленные при помощи термостойкого материала внутри корпуса. Каждая конструкция может содержать ориентировочно от 200 до 900 или больше каналов или ячеек на квадратный дюйм в зависимости от типа устройства для обработки отходящих газов. Сажеуловитель дизельного двигателя отличается от каталитического дожигателя выхлопных газов тем, что каждый канал или ячейка внутри сажеуловителя закрыт на одном или другом конце. Частицы сажи из отходящих газов накапливаются в пористой конструкции до тех пор, пока они не будут регенерированы за счет процесса выжигания при высокой температуре. Кроме автомобилей, установочные маты могут найти применение в каталитических дожигателях отходящих газов в дымовых трубах химических предприятий. Термин "хрупкая конструкция" включает в себя металлические или керамические монолиты или другие аналогичные конструкции, которые могут быть хрупкими или ломкими по своей природе и которые преимущественно используют совместно с описанными здесь установочными матами.

Одним из представительных видов устройств для обработки отходящих газов является каталитический дожигатель выхлопных газов, обозначенный в общем виде позицией 10 на фиг.1. Каталитический дожигатель 10 выхлопных газов может иметь, главным образом, трубчатый корпус 12, образованный из двух металлических деталей, например, изготовленных из термостойкой стали, которые удерживаются вместе при помощи фланца 16. Альтернативно корпус может быть выполнен в виде перфорированного контейнера, в который вводят обернутую установочным матом опорную конструкцию катализатора. Корпус 12 содержит впуск 14 на одном конце и выпуск (не показан) на своем противоположном конце. Впуск 14 и выпуск на своих наружных концах имеют средства крепления к трубопроводам выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания. Устройство 10 содержит хрупкую опорную конструкцию катализатора, такую как хрупкий керамический монолит 18, который поддерживается внутри корпуса 12 при помощи установочного мата 20, как это обсуждается далее более подробно. Монолит 18 содержит множество газопроницаемых каналов, которые идут по оси от его впускной торцевой поверхности на одном конце до его выпускной торцевой поверхности на противоположном конце. Монолит 18 может быть образован любым известным образом из любого подходящего тугоплавкого металла или керамического материала и может иметь любую конфигурацию. Монолиты обычно имеют овальное или круглое поперечное сечение, однако возможны и другие конфигурации.

Монолит установлен в корпус с зазором, который может варьироваться в зависимости от типа и конструкции устройства, в котором его используют, в качестве примеров которых можно привести каталитический дожигатель выхлопных газов, дизельный каталитический нейтрализатор или сажеуловитель дизельного двигателя. Этот зазор заполнен установочным матом 20, чтобы обеспечить упругую опору для керамического монолита 18. Упругий установочный мат 20 обеспечивает как тепловую изоляцию от внешней среды, так и механическую опору для опорной конструкции катализатора (для конструкции носителя катализатора), защищая хрупкую конструкцию от механических ударов, в широком диапазоне рабочих температур устройства для обработки отходящего газа.

Как правило, установочный мат содержит непрерывные неорганические волокна, которые прошли поверхностную обработку, чтобы повысить давление удержания установочного мата 20, позволяющее упруго удерживать хрупкую конструкцию 18 внутри корпуса 12 устройства 10 для обработки отходящего газа. Без ограничения можно указать, что повышающий давление удержания материал может быть нанесен по меньшей мере на один участок внешних поверхностей неорганических волокон, чтобы повысить давление удержания установочного мата. В установочных матах могут быть использованы кристаллические и поликристаллические неорганические волокна, а также волокна, которые могут выдерживать процесс поверхностной обработки, могут выдерживать высокие рабочие температуры устройств обработки отходящего газа и могут обеспечивать минимальное давление удержания, позволяющее удерживать хрупкие монолиты внутри корпуса каталитического дожигателя выхлопных газов. Без ограничения можно указать, что подходящие неорганические волокна, которые могут быть использованы для приготовления установочного мата и устройства для обработки отходящего газа, включают в себя волокна, содержащие оксид алюминия; алюмосиликатные волокна; волокна, содержащие оксид алюминия/ оксид магния/ диоксид кремния; волокна, содержащие оксид кальция/ оксид магния/ диоксид кремния; волокна, содержащие оксид магния/ диоксид кремния; S-стекловолокна, Е-стекловолокна, кварцевые волокна и волокна, содержащие диоксид кремния.

В некоторых вариантах установочный мат 20 содержит один или несколько неразбухающих слоев, созданных при помощи образованных из расплава аморфных термостойких выщелоченных стекловолокон, имеющих высокое содержание диоксида кремния, которые прошли поверхностную обработку, чтобы повысить давление удержания мата. Установочный мат 20 при необходимости может содержать связующий материал или другие волокна, которые могут действовать в качестве связующего материала. Под выражением "высокое содержание диоксида кремния" следует понимать, что волокна содержат больше диоксида кремния, чем любых других композиционных ингредиентов волокон. Фактически, как это обсуждается далее более подробно, следует иметь в виду, что содержание диоксида кремния в этих волокнах после выщелачивания преимущественно превышает содержание диоксида кремния в любых других стекловолокнах, в том числе в S-стекловолокнах, за исключением волокон, полученных из кристаллического кварца или волокон из чистого диоксида кремния.

Установочный мат, устройство для обработки отходящего газа и способы их изготовления будут описаны далее со ссылкой на пояснительные варианты, в которых используют выщелоченные стекловолокна, имеющие высокое содержание диоксида кремния и прошедшие поверхностную обработку по меньшей мере одного участка внешних поверхностей стекловолокон, а также имеющие высокое содержание диоксида кремния.

Установочный мат представляет собой, главным образом, цельный, главным образом, нерасширяющийся композитный лист или листы, содержащие образованные из расплава выщелоченные стекловолокна, которые содержат диоксид кремния и которые прошли поверхностную обработку и, возможно, содержат небольшие количества оксида алюминия и других не содержащих кремний оксидов. Под выражением "образованные из расплава" следует понимать, что волокна созданы с использованием технологии обработки расплава, а не образованы из золь-геля или из других химических дисперсий. Под выражением "цельный" следует понимать, что после изготовления и уплотнения установочный мат имеет независимую (самоподдерживающуюся) конструкцию, не имеющую необходимости в поддерживающих слоях или слоях ткани, пластика или бумаги (в том числе и в таких слоях, которые пристрочены к мату), и позволяет обращаться с ним или осуществлять манипуляции с ним без его разрушения. Термин "главным образом, нерасширяющийся" используют в том значении, которое было определено здесь выше. Следовательно, следует иметь в виду, что в соответствии с некоторыми вариантами установочный мат не содержит разбухающих материалов, полученных из золь-геля стекловолокон и/или опорных или упрочняющих слоев.

Как уже было упомянуто здесь выше, стекловолокна преимущественно обработаны так, чтобы повысить в них содержание диоксида кремния. Таким образом, когда сначала производят обработку расплава и образуют из него волокна, например, за счет вытягивания волокон из расплава, эти стекловолокна обычно имеют высокое содержание не содержащих кремний оксидов и других компонентов. Таким образом, эти стекловолокна могут иметь, например, характеристики фибергласа. Эти стекловолокна первоначально не образуют (не формируют), как чистые волокна, получаемые из кристаллического кварца, описанные в патентах США Nos.5,290,522 или 5,380,580. Вместо этого эти "нечистые" стекловолокна должны быть подвергнуты обработке, чтобы удалить не содержащие кремний оксиды, такие как оксид натрия и оксид бора, а также любые другие присутствующие растворимые в воде или в кислоте компоненты, в результате чего получают волокна, имеющие высокое содержание диоксида кремния, причем это содержание диоксида кремния выше, чем содержание диоксида кремния в стекловолокнах до проведения обработки. Содержание диоксида кремния в стекловолокнах, полученных после проведения обработки, зависит от количества не содержащих кремний оксидов и других компонентов, которые первоначально присутствуют, и от степени экстракции этих материалов из волокон.

Выщелачивание представляет собой один из предпочтительных видов обработки стекловолокон, который позволяет увеличивать содержание диоксида кремния в волокнах. Стекловолокна могут быть выщелочены любым возможным образном и с использованием любых известных подходящих технологий. Как правило, выщелачивание может быть осуществлено путем воздействия на образованные из расплава стекловолокна раствором кислоты или другим раствором, подходящим для экстракции из волокон не содержащих кремний оксидов и других компонентов. Как уже было упомянуто здесь выше, более подробное описание различных технологий выщелачивания раскрыто в патенте США No.2,624,658 и в европейской заявке на патент No.0973697; однако следует иметь в виду, что могут быть использованы и другие подходящие технологии выщелачивания.

Содержание диоксида кремния в указанных стекловолокнах после выщелачивания будет намного выше, чем до выщелачивания. Как правило, выщелоченные стекловолокна будут иметь содержание диоксида кремния, составляющее по меньшей мере 67 вес.%. Это больше, чем содержание диоксида кремния в S-стекловолокне. В соответствии с некоторыми вариантами выщелоченные стекловолокна содержат по меньшей мере 90 вес.% диоксида кремния. Фактически содержание диоксида кремния в выщелоченных стекловолокнах может лежать в диапазоне ориентировочно от 90 до 99 вес.%. Следует иметь в виду, что содержание диоксида кремния в этих стекловолокнах превышает содержание диоксида кремния в любых других известных стекловолокнах, в том числе в S-стекловолокнах, за исключением кварцевых волокон или волокон из чистого диоксида кремния, которые содержат свыше 99.9% диоксида кремния.

В соответствии с некоторыми вариантами стекловолокна содержат ориентировочно от 93 до 95 вес.% диоксида кремния с остатком из не содержащих кремний оксидов, таких как оксид алюминия, оксид натрия и оксиды других щелочных или щелочноземельных металлов. Содержание оксида алюминия преимущественно может лежать в диапазоне ориентировочно от 4 до 6 вес.%, в то время как содержание других керамических оксидов и компонентов, включая и оксид натрия, обычно составляет ориентировочно меньше чем 1 вес.% в пересчете на вес выщелоченного стекловолокна. Выщелоченные стекловолокна могут содержать меньше чем 1 вес.% (оксидов) щелочных или щелочноземельных металлов. Следует иметь в виду, что не все оксиды, не содержащие кремний, необходимо удалять из выщелоченных стекловолокон. Волокна также, главным образом, не содержат дроби (shot). Выщелоченные стекловолокна, имеющие высокое содержание диоксида кремния, обычно имеют содержание дроби 10 вес.% или меньше. В соответствии с некоторыми вариантами выщелоченные стекловолокна, имеющие высокое содержание диоксида кремния, преимущественно имеют содержание дроби 5 вес.% или меньше.

Эти выщелоченные стекловолокна являются относительно дешевыми по сравнению с керамическими волокнами, такими как волокна, имеющие высокое содержание оксида алюминия, и в особенности по сравнению с описанными выше волокнами, полученными из кристаллического кварца. Средний диаметр волокна в этих выщелоченных стекловолокнах может быть больше чем по меньшей мере около 3.5 мкм, а в некоторых случаях может быть больше чем по меньшей мере около 5 мкм. В среднем стекловолокна обычно имеют диаметр около 9 мкм. Подходящие выщелоченные стекловолокна обычно могут иметь средний диаметр волокна ориентировочно от