تتميز مرشحات الرغوة الخزفية المستخدمة في صناعة السباكة باستقرار كيميائي جيد، وقوة نوعية عالية، ومقاومة لدرجات الحرارة العالية والصدمات الحرارية، ومساحة سطح نوعية كبيرة، والعديد من المزايا الأخرى. وتستخدم على نطاق واسع في مجال المعادن، والصناعة الكيميائية، وحماية البيئة، وغيرها من المجالات. في مجال المعادن، يُعد مرشح الرغوة الخزفية إحدى الطرق الفعالة لتنقية الألومنيوم المنصهر. وتُظهر الدراسة أن مرشح الرغوة الخزفية يمكنه أيضًا تقليل محتوى الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر. ونظرًا لفعاليتها الجيدة في إزالة الخبث، وبساطة تشغيلها، وسهولة ملاءمتها مع الأجزاء الأخرى، وتكلفتها المنخفضة، فقد أصبحت طريقة تنقية روتينية في صناعة معالجة الألومنيوم. ومع ارتفاع متطلبات جودة الألومنيوم بشكل متزايد، تزداد أيضًا متطلبات لوحات المرشحات الرغوية الخزفية.
هيكل مرشحات الرغوة الخزفية المستخدمة في صناعة السبك
عملية تصنيع مرشح الرغوة الخزفي وعادةً ما تكون عبارة عن إسفنجة من البولي يوريثان مغمورة في ملاط السيراميك، ثم تُعصر لإزالة الفائض، وتُجفف، وأخيرًا تُخضع لعملية حرق بدرجة حرارة عالية، حيث تتكتل لتشكل مادة سيراميكية مسامية ثلاثية الأبعاد ذات بنية تشبه الفقاعات الأصلية.
بالنظر إلى كفاءة الترشيح وشدته، لم يعد تصنيع مرشحات الرغوة الخزفية يتمثل في بنية شبكية ثلاثية الأبعاد، بل أصبح عبارة عن أنابيب مترابطة ومتعرجة وذات سماكة غير متساوية. ويؤدي هذا النوع من الجدران غير المتساوية دورًا رئيسيًّا في احتجاز الشوائب الدقيقة الموجودة في الألومنيوم المنصهر، وهذا هو ما يُعرف بـ«المرشح ذي الطبقة العميقة». وهذا هو الفرق الجوهري بين الغربال ومرشح الرغوة الخزفية الخاص بألواح الصب. تعمل هذه البنية الشبكية ثلاثية الأبعاد على توسيع مسار تدفق الألومنيوم المنصهر، وتجعل الألومنيوم المنصهر يتلامس مع لوحة المرشح، كما تزيد من قدرة الامتصاص لجزيئات الشوائب.
آلية الترشيح في مرشح الرغوة الخزفي
الغرض الرئيسي من المرشحات الرغوية الخزفية المستخدمة في صناعة السبك هو إزالة الشوائب الموجودة في معدن الألومنيوم المنصهر. وعادةً ما تتواجد الشوائب في المعدن المنصهر في ثلاثة أشكال: أكاسيد معدنية، ومسحوق مواد مقاومة للحرارة، وجزيئات غريبة أخرى، وهي جزيئات تدخل إلى المعدن أثناء عملية الصهر.
هناك ثلاث طرق لإزالة الجسيمات العالقة في المادة المنصهرة:
- الترسيب – تراكم الجسيمات في قاع المادة المنصهرة.
- الطفو – تجمّع مختلط يطفو على سطح المادة المنصهرة.
- التصفية – فصل الجسيمات عن المادة المنصهرة عبر الوسط المسامي.
يحدث الترسيب الطبيعي عمومًا في حالة وجود جسيمات ذات كثافة عالية وحجم أكبر؛ أما الجسيمات التي يقل حجمها عن 90 ميكرومتر، فإن الترسيب الثابت لا يكون فعالًا جدًّا في إزالتها. وعند إزالة الغازات، يمكن للفقاعات أن تدفع جسيمات الشوائب إلى سطح المادة المنصهرة، إلا أن هذه الآلية لا تستطيع إزالة الشوائب الصغيرة التي يتراوح حجمها بين 30 و40 ميكرومتر. وتتمثل ميزة مرشح الرغوة الخزفي المستخدم في الصب في قدرته على إزالة جسيمات الشوائب الأصغر بكثير من قطر ثقوبه. وتقوم مرشحات الرغوة الخزفية بفصل الشوائب من خلال ثلاث آليات هي الغربلة (النخل)، والرواسب (الكعكة)، والترشيح بطبقة عميقة (الطبقة العميقة).