1 Caractéristique d'une nouvelle génération de filtre en mousse céramique pour la filtration du métal en fusion
Afin d'atteindre les objectifs de recherche et développement que nous nous sommes fixés, nous avons mis au point un ensemble complet de procédés de fabrication rigoureux, allant du choix des matériaux à la fabrication de la pâte et au mélange, en passant par le support
prétraitement, séchage par infrarouge, dépôt par pulvérisation cathodique et séchage par micro-ondes, jusqu’au contrôle du profil de température lors de la torréfaction. La nouvelle génération de filtre en mousse céramique pour la filtration du métal en fusion Ce procédé permet d'améliorer efficacement la pureté de l'aluminium fondu.
2. Mécanisme de filtration et de purification de l'aluminium en fusion à l'aide d'une plaque céramique alvéolée
Le mécanisme de filtration et de purification de l'aluminium fondu par filtre en mousse céramique pour la filtration du métal en fusion est généralement décrit comme un mécanisme d’interception par diffusion et par collision inertielle, ou un mécanisme de filtrage par couche sédimentaire et par filtration en lit profond. Le laboratoire national clé de l’université de Tsinghua a mis au point un modèle physique tridimensionnel et un modèle d’écoulement diphasique pour le mécanisme de filtration des céramiques alvéolaires, et a réalisé des calculs de simulation qui nous sont très utiles pour étudier la filtration et la purification de l’aluminium fondu. Le processus de filtration et de purification de l’aluminium fondu à l’aide de plaques en céramique alvéolée est très complexe ; il s’agit d’un processus combinant la physico-chimie à haute température et la cinétique métallurgique. Quant aux phénomènes de tamisage, de collision, de sédimentation, d’interception et de filtration, ils sont relativement faciles à comprendre. Nous avons analysé de manière exhaustive de nombreux paramètres obtenus lors du processus de filtration de l’aluminium fondu à l’aide de plaques en céramique alvéolée, et nous avons formulé les conclusions suivantes :
(1) Grâce à l'interception par tamisage, à l'interception par diffusion, au frottement, à la sédimentation et à d'autres mécanismes de filtration mécanique, l'efficacité de filtration est proportionnelle à l'ouverture des mailles de la plaque en céramique alvéolée. Plus les mailles sont fines, plus la capacité d'interception des petites particules d'impuretés est élevée.
(2) Grâce à l'effet de la couche de dépôt ou de la couche de gâteau de filtration, combiné au dépôt des particules d'impuretés dans la masse fondue et aux parois de support en forme de grille convexe, courbées et interconnectées de la plaque filtrante, la capacité à retenir les particules de la phase d'impuretés est améliorée.
(3) La surface rugueuse formée par les interstices à la surface du corps de support du réseau augmente l'énergie interfaciale entre le flux d'aluminium en fusion et la surface du corps en céramique, ce qui favorise un écoulement plus désordonné des particules d'impuretés dans le flux d'aluminium en fusion, ce qui facilite la capture des particules solides déposées.
(4) En raison des fissures microscopiques et des pores minuscules présents à la surface de la structure en réseau, le flux de fluorure, qui présente une forte affinité pour les particules d’Al₂O₃, se dépose au préalable, ce qui favorise la formation d’une couche de gâteau de filtration complète et une forte force d’adsorption chimique, et renforce ainsi la capacité à capturer et à retenir les particules de la phase d’impuretés.
(5) Au cours du processus de fusion du métal et sous l’effet du champ de température lié au transfert thermique, une différence de concentration du soluté d’alliage se forme inévitablement, et le métal en fusion subit des cycles de redistribution, d’intégration, puis de nouvelle redistribution et d’intégration. C’est également ce processus qui constitue l’alliage. Dans certains métaux à point de fusion élevé, les phases et les composés se réagrègent et se développent, tandis que les petites phases d’impuretés s’agrègent et se développent également, ce qui facilite leur captage par filtration. Ce phénomène s’explique par les variations des concentrations de HAl₂O₃, de la phase Fe et de la phase T avant et après filtration. En particulier, l’effet de la filtration en deux étapes ou de la filtration sur plaque épaisse à gradient de pores est plus marqué. Par conséquent, dans les mêmes conditions, la nouvelle génération de filtre en mousse céramique pour la filtration du métal en fusion présente un taux élevé d'élimination de la phase d'impuretés dans la masse d'aluminium en fusion ; la variation de la différence de pression statique avant et après filtration évolue davantage avec le temps, et la variation du volume de masse d'aluminium en fusion avant et après filtration est également notable. Bien entendu, plus les pores de la plaque céramique alvéolée choisie sont petits, plus il est possible d'améliorer la pureté de la masse d'aluminium en fusion.