لوحة ترشيح من الرغوة الخزفية، مرشحات الرغوة الخزفية المستخدمة في الصب

لوحة ترشيح من الرغوة الخزفية

في أواخر السبعينيات، طورت الولايات المتحدة مرشحًا رغويًّا خزفيًّا (CFF) شبيهًا بالإسفنج، مصنوعًا من مواد مثل الألومينا وأكسيد الكروم. ولا يقتصر الأمر على أن هذا المرشح الخزفي يتميز بتقنية تنقية جيدة فحسب، بل إنه سهل الاستخدام أيضًا. لا يتطلب فرق الضغط الأولي لمرور المادة المنصهرة سوى 100~150 مم، وبمجرد مرورها، لا يتطلب الأمر سوى الحفاظ على فرق ضغط يتراوح بين 2~10 مم. مبدأ الترشيح والتنقية باستخدام الرغوة الخزفية هو نفسه مبدأ الترشيح باستخدام الأنابيب الخزفية، وهو ينتمي إلى آلية الترشيح العميق ويتميز بمسامية أعلى (80%~90%) مقارنةً بالأنابيب الخزفية. ولذلك، فإنه يتمتع بسعة تدفق كبيرة ويُعد مناسبًا للترشيح والتنقية في عمليات الصب المستمر والدرفلة المستمرة. يُعد الترشيح باستخدام لوح الترشيح الرغوي الخزفي حاليًّا الطريقة الأكثر فعالية لإزالة الشوائب من ذوبان الألومنيوم.

في السنوات الأخيرة، تمت دراسة بعض التقنيات الجديدة لتنقية سائل الألومنيوم في الداخل والخارج، مثل المعالجة الديناميكية بالفراغ، والتنقية بالتفريغ المستمر بالموجات فوق الصوتية، والمرشحات الخزفية المصنوعة من الكوراندوم، والتي حققت نتائج جيدة؛ لكن طرق المعالجة هذه أكثر تعقيدًا وتكلفة، مما يجعل من الصعب تعميمها على نطاق واسع في الصناعة. لا تستطيع المرشحات المعدنية ومرشحات القماش الليفي التي يستخدمها العملاء من الفئة المنخفضة إزالة سوى الشوائب الكبيرة الموجودة في سائل سبائك الألومنيوم، ولكنها لا تستطيع إزالة الشوائب التي يقل حجمها عن مستوى الميكرون، كما أن المرشحات المعدنية ستلوث سبائك الألومنيوم أيضًا. استخدام مرشح سيراميكي رغوي يمكن للوحة أن ترشح الشوائب الصغيرة، مما يحسّن بشكل ملحوظ الخصائص الميكانيكية وجودة المظهر للمنتج.

مزايا لوحة الترشيح الرغوية الخزفية

نظرًا لأن لوحة الترشيح تعمل على تصفية الشوائب الصغيرة، فإن عدد نوى التبلور الفعالة في سائل الألومنيوم ينخفض. ونتيجة لذلك، تنمو نوى التبلور في السائل في ظل حالة تبريد زائد كبيرة، ويقصر وقت التصلب، وتصبح البنية أكثر دقة؛ كما ينخفض محتوى الهيدروجين في سائل الألومنيوم. يمكن امتصاص ذرات الهيدروجين على بعض الشوائب المؤكسدة، ويمكن أن تصبح الشوائب المؤكسدة نواة لنمو الفقاعات، وبالتالي يتم ترشيح الشوائب وإزالة الغاز الموجود عليها أيضًا. من خلال الامتصاص، يمكن إزالة محتوى العناصر الضارة (الصوديوم والبوتاسيوم) من سائل الألومنيوم. ووفقًا لمتطلبات العملاء المختلفة أو الظروف البيئية في الموقع، فإن اختيار لوحة ترشيح مناسبة لضمان جودة المنتج يمكن أن يساعد في التحكم الفعال في شوائب الخبث.

تتم عملية إزالة الخبث خارج الفرن بشكل أساسي بواسطة صفيحة ترشيح خزفية، تتميز بشبكة متعددة الطبقات وثقوب مرور متعددة الأبعاد، وتتصل هذه الثقوب ببعضها البعض. أثناء عملية الترشيح، يحمل سائل الألومنيوم الشوائب عبر القنوات والمسام المتعرجة، ويتم اعتراضه وامتصاصه وترسيبه مباشرةً عند ملامسته للهيكل الرغوي للوحة الترشيح. وعندما يتدفق السائل المنصهر عبر الثقوب، تكون قناة لوحة الترشيح منحنية. يغير المعدن المنصهر المتدفق عبر القناة اتجاه تدفقه، وتصطدم الشوائب الموجودة فيه بسندان جدار الفتحة وتلتصق بقوة بجدار الفتحة.

استخدام لوحة الترشيح CFF

يتم تركيب لوحة الترشيح الخزفية الرغوية في صندوق مرشح CFF بين فتحة الفرن ولوحة التحويل. وكلما كان صندوق الترشيح أقرب إلى لوحة التحويل، كان ذلك أفضل. والسبب في ذلك أنه يمكن أن يقصر مسافة تدفق سائل الألومنيوم بعد الترشيح، مما يقلل من إعادة تكوّن الأكاسيد أو يمنعها. يتدفق سائل الألومنيوم من فتحة الفرن عبر صندوق الترشيح، ثم يتدفق إلى لوحة التوزيع عبر أخدود التدفق. عند تشغيل جهاز الترشيح، يبلغ الانخفاض قبل وبعد ترشيح المادة المنصهرة حوالي 30 مم. ومع إطالة مدة الترشيح، تزداد الشوائب الموجودة على سطح لوحة الترشيح وجدار الفتحة، وينخفض معدل تدفق الترشيح، ويزداد الانخفاض الأمامي والخلفي، ويصل الانخفاض إلى 50~100 مم بحلول نهاية عملية الصب.

يتم ضمان فعالية الترشيح التي توفرها لوحة الترشيح بشكل أساسي من خلال حجمها ومساميتها. فكلما زادت مسامية لوحة الترشيح، كلما كان تأثير إزالة الخبث أسوأ. وبالنسبة لمنتجات الألومنيوم التي تخضع لمعايير صارمة للغاية، ينبغي اختيار لوحة الترشيح ذات المسامية المنخفضة. وتزداد كفاءة الترشيح مع زيادة حجم الجسيمات وسماكة طبقة الترشيح، وتقل مع انخفاض حجم مسام المرشح ومعدل تدفق سائل الألومنيوم.