Système de filtration céramique : mécanisme de purification du métal en fusion

Système de filtration en céramique

Le mécanisme de purification d'un système de filtration céramique repose sur trois aspects :

Il s'agit tout d'abord de l'interception et du blocage. En règle générale, les grosses inclusions sont facilement retenues par l'entrée du filtre. Après le passage d'une certaine quantité de métal en fusion, un gâteau de filtration se forme à la surface de l'entrée du filtre, et le débit du métal en fusion à travers le filtre en céramique sera alors considérablement réduite. Parallèlement, à mesure que le diamètre intérieur de l'entrée diminue, la probabilité d'interception des inclusions de petite taille augmente, tout comme l'efficacité d'élimination de ces dernières.

Le deuxième mécanisme est l’adsorption. L’interception et le blocage sont des méthodes physiques permettant d’éliminer les inclusions ; elles sont efficaces pour les particules d’inclusion supérieures à 50 μm, tandis que les petites particules inférieures à 40 μm doivent être éliminées à l’aide d’un mécanisme d’adsorption. L'inclusion est entraînée par le flux de liquide vers la paroi du filtre. Comme les deux se mélangent et adhèrent l’un à l’autre, l’inclusion et le métal en fusion ne se mélangent généralement pas ; plus la taille des particules de l’inclusion est petite, plus la mouillabilité est mauvaise. Dès que les inclusions entrent en contact avec la surface du filtre, qui présente une mouillabilité relativement meilleure, elles se détachent facilement du métal en fusion et sont adsorbées par cette surface. Si les pores du filtre sont plus petits, si le canal de filtration est plus long et si le débit est suffisamment lent, plus les inclusions présentes dans le métal en fusion sont susceptibles de se déplacer vers la paroi interne du filtre, c’est-à-dire plus l’efficacité de la capture des inclusions par le filtre est élevée.

Le troisième est l'effet de rectification. La capacité de rectification du système de filtration céramique permet au métal en fusion, qui présente à l'origine un écoulement turbulent important, de passer à un état d'écoulement laminaire lorsqu'il traverse le filtre. Une fois le filtre traversé, une zone de transition plus longue est nécessaire pour que le métal retrouve son état turbulent d'origine. Dans cette zone de transition, l’écoulement du métal n’a pas encore atteint un état turbulent stable ou se trouve dans une zone de turbulence plus restreinte, ce qui évite l’oxydation secondaire du métal en fusion et l’érosion du moule, jouant ainsi un rôle évident de blocage des scories. C’est pourquoi le treillis métallique et le filtre à noyau présentent également une meilleure efficacité de purification du métal.

De plus, les différentes méthodes de purification entraînent des relations différentes entre la masse fondue et le milieu de purification :

(1) En l'absence de milieu de purification : les inclusions peuvent être éliminées par leur propre mouvement.

(2) Le milieu de purification est en mouvement tandis que la masse fondue est immobile : c'est le cas notamment de l'affinage au gaz et au flux, où le mouvement du milieu de purification favorise le transfert de masse des inclusions, ce qui améliore l'efficacité de l'élimination des impuretés.

(3) La masse fondue est en mouvement tandis que le milieu de purification est statique : comme dans le cas de la filtration, l'écoulement de la masse fondue réduit la distance nécessaire au processus de transfert de masse et améliore l'efficacité de l'élimination des impuretés.