يمكن لمرشح الرغوة المعدنية المنصهرة تصفية الشوائب غير المعدنية في عملية صب المعادن.
إن وجود الشوائب غير المعدنية التي تدخل في المادة المنصهرة خلال العملية الكاملة لصهر وصب المعدن السائل يؤثر سلبًا على جودة المعدن المصهور. وهذا أمر معروف لدى صانعي الصلب، وعمال الصب، وعمال المعادن.
تتكون الشوائب غير المعدنية في الغالب من أكاسيد مقاومة للحرارة تتجاوز درجة انصهارها درجة انصهار الفولاذ. وهي تتألف أساسًا من أكاسيد المغنيسيوم والكالسيوم والألومنيوم والسيليكون، التي تشكل جزءًا من الخبث ومواد البطانة. يتشكل جزء كبير من الشوائب غير المعدنية في المادة المنصهرة نتيجة لعملية إزالة الأكسجين من الفولاذ. وتكون قابلية ذوبان الأكاسيد في الحديد النقي ضئيلة جدًّا أو معدومة تمامًا.
غالبًا ما تظهر الشوائب غير المعدنية على شكل جسيمات صلبة متماسكة. أما أغشية الأكسيد الموجودة في المادة المنصهرة فهي في حالة سائلة، لكن لزوجتها أعلى بكثير من لزوجة المعدن المنصهر. يمكن تقليل محتوى هذه الشوائب بشكل كبير. ويمكن تحقيق ذلك من خلال مجموعة كاملة من الإجراءات، بما في ذلك الفصل عالي الجودة للخبث، والحد من تآكل بطانة وحدات صناعة الصلب، وأحواض الصلب، وقوارير الصب والصب الوسيطة، ونفخ المادة المنصهرة بالغازات الخاملة، وكذلك استخدام ترشيح المعادن باستخدام خيارات وطرق ترشيح متنوعة.
ونظرًا لأن الأحجام الجزئية للشوائب غير المعدنية تتراوح في نطاق واسع جدًّا — من أجزاء من الميكرون إلى عشرات المليمترات — فإن درجة تنقية المعدن، وبالتالي جودته، تعتمد على طرق التنظيف التي استُخدمت في إنتاجه.
إن الأكاسيد وفقاعات الغاز، التي تقل كثافتها عدة مرات عن كثافة الحديد السائل، قادرة — في ظل ظروف معينة تصفها قوانين فيزيائية معروفة — على الانتقال بالكامل إلى سطح المادة المنصهرة. غير أن استيفاء هذه الشروط أمر مستحيل عمليًّا. وعلى وجه الخصوص، مع زيادة مدة بقاء المعدن المنصهر في وحدات صناعة الصلب وانخفاض لزوجته، يزداد تآكل البطانة ويحدث تشبع ثانوي للمعدن السائل بشوائب غير معدنية. تتيح المعالجة المكثفة للمادة المنصهرة بغاز خامل إزالة ما لا يزيد عن 15% من الشوائب غير المعدنية، بينما تبقى معظم الجسيمات التي يقل حجمها عن 50 ميكرون في المعدن السائل.
نود أن نتناول الطريقة الأكثر حساسية في تنقية المعادن, ، عندما يكون تشبع المادة المنصهرة بالشوائب غير المعدنية أمراً لا مفر منه. وتتمثل هذه الطريقة في ترشيح المعدن عبر مرشح رغوي للمعدن المنصهر، مما يتيح إزالة جميع الشوائب غير المعدنية وفقاعات الغاز الموجودة تقريبًا.
تتكون المرشحات من رغوة خزفية سائبة مصنوعة من مواد شديدة المقاومة للحرارة، وتحتوي على عدد معين من الثقوب ومساحة سطح محددة.
تعد آلية تنظيف المادة المنصهرة باستخدام مرشحات الرغوة الخزفية آلية معقدة للغاية ولا يُفهم منها الكثير، ولكن، مع ذلك، يمكن وصف كفاءة التنظيف بهذه الطريقة بأنها فريدة من نوعها. ويمكن تأكيد ذلك من خلال عمال المسابك القادرين على استخدام مواد مماثلة من إنتاج أجنبي لإنتاج قطع مصبوبة عالية الجودة.
اعتمادًا على مرشح الرغوة المعدنية المنصهرة وتكوينه، يمكن إجراء عملية إزالة الغازات من المادة المنصهرة بشكل كامل أو انتقائي. وعندما يمر معدن ملوث عبر المرشح، يتولد مجال كهرومغناطيسي داخل القاعدة الخزفية، ويمكن التحكم فيه من خلال الطور والتركيب الكيميائي، بالإضافة إلى المساحة السطحية النوعية للخزف ومعدل تدفق المعدن. وعند تدفق المعدن السائل عبر مرشح سيراميكي، فإنه لا يتم تنقيته فحسب، بل يتم تجانسه بشكل أكبر أيضًا. وهذا، بطبيعة الحال، يؤثر على جودة الصب.
إن الخبرات العالمية الحالية في استخدام مرشحات الرغوة الخزفية لتنقية المعادن منخفضة درجة الانصهار، فضلاً عن ترشيح الفولاذ عن طريق الصب الدقيق باستخدام تقنية الصب بالقالب الاستثماري، مع إجراء التحسينات الهيكلية المناسبة، ستتيح لك تنقية كميات أكبر بكثير من المعدن السائل.
مع تراكم الشوائب على أحد المستويات، يرتفع المعدن إلى المستوى التالي من المرشحات، الذي قد يكون له هيكل مختلف وعدد مختلف من الثقوب. لا يحتوي المستوى العلوي من الفتحات في الحاجز على أي مرشحات. وبالتالي، عند صب المعدن وفقًا لمستواه، يمكن التحكم في جودة السبائك من حيث محتوى الشوائب غير المعدنية. ومن الممكن تركيب مرشحات “خشنة” و“دقيقة” في فتحات الحاجز.
في الوقت الحالي، يجري العمل بالتعاون مع عدد من المؤسسات المعدنية على الأعمال التحضيرية لاختبار هذه الطريقة في تنقية المعدن السائل من الشوائب غير المعدنية، واختبار تركيبات ومعايير المرشحات الخزفية.