Se ha determinado que las impurezas presentes en la masa fundida son la causa principal de los fallos del producto durante su fabricación y uso. Por lo tanto, la limpieza de la masa fundida se convierte en un indicador de su calidad. Se pueden distinguir dos tipos principales de impurezas: los elementos disueltos y las partículas en suspensión. El origen de las impurezas puede atribuirse al metal de partida, a las distintas operaciones de procesamiento de la masa fundida y a la interacción del metal fundido con los materiales refractarios y el entorno. Básicamente, la calidad de la masa fundida puede controlarse eliminando los oligoelementos alcalinos, el hidrógeno y las inclusiones. Existen diversas tecnologías, como equipos de desgasificación en línea, fundente para hornos y equipos de filtración en lecho profundo, y filtros de espuma cerámica, puede utilizarse para controlar el contenido de impurezas.
Básicamente, en la industria se han utilizado ampliamente dos tipos diferentes de filtración: la filtración en lecho profundo y la filtración por torta de filtro.
El filtro de lecho profundo se basa en el recorrido sinuoso por el que debe fluir el material fundido. La eficacia de la filtración es inversamente proporcional al tamaño de las partículas del filtro y directamente proporcional a la profundidad del lecho filtrante. Las inclusiones se depositan tanto sobre las partículas como en los huecos entre los medios filtrantes, y pueden quedar dispersas en parte o en la totalidad del espacio del filtro. Por lo tanto, el filtro cuenta con una gran superficie para retener las inclusiones y puede retener partículas cuyo tamaño es mucho menor que el de los poros del lecho filtrante.
El proceso de filtración en este caso no consiste únicamente en una separación física, como el cribado y la separación, sino que la filtración en estado fundido es un proceso de transporte continuo en dos etapas.
- En primer lugar, debido al flujo de una gran cantidad de fluido, las inclusiones son transportadas hasta la superficie del filtro. En la segunda etapa, las inclusiones quedan retenidas por las fuerzas de interfaz o las fuerzas superficiales.
- En general, en el caso de la eliminación por flotación, la retención de partículas en el filtro puede deberse al impacto, la interceptación, la sedimentación, la difusión y los efectos hidrodinámicos. La adhesión de las partículas puede ser consecuencia de la presión, de procesos químicos o de las fuerzas generadas por el efecto de van der Waals.
La eficacia en la eliminación de inclusiones puede mejorarse aumentando la longitud del filtro o reduciendo la velocidad de fusión. Si se desea mantener un caudal constante, las partículas se acumularán (o reducirán la porosidad), la resistencia al flujo aumentará, lo que provocará un aumento de la caída de presión y, a su vez, un aumento de la velocidad intersticial. Como consecuencia, aumentará la resistencia ejercida sobre las partículas en contacto o sobre las partículas que han sido capturadas. Dado que es posible que las partículas no puedan adherirse a la superficie del filtro debido al aumento de la resistencia, incluso si logran entrar en contacto, esto puede dar lugar a una menor eficacia de adhesión. Del mismo modo, si se supera la fuerza de adhesión, el aumento de la resistencia puede provocar que se desprendan partículas capturadas previamente. Las partículas desprendidas de un punto pueden volver a capturarse aguas abajo del filtro o, en el peor de los casos, liberarse en el metal líquido filtrado. Esta liberación puede producirse durante el flujo continuo o durante una interrupción del flujo, como ocurre cuando la filtración del aluminio se realiza durante las paradas y arranques de la colada. Durante el reinicio, puede liberarse un gran número de inclusiones. Las inclusiones liberadas también pueden proceder de filtros u otros equipos de limpieza de la masa fundida.