Les impuretés présentes dans la masse fondue ont été identifiées comme la cause principale des défaillances des produits pendant leur fabrication et leur utilisation. Par conséquent, la propreté de la masse fondue devient un indicateur de sa qualité. On distingue deux grands types d’impuretés : les éléments dissous et les particules en suspension. La source des impuretés peut être attribuée au métal d'origine, aux différentes opérations de traitement de la masse fondue, ainsi qu'à l'interaction du métal en fusion avec les matériaux réfractaires et l'environnement. Fondamentalement, la qualité de la masse fondue peut être contrôlée en éliminant les oligo-éléments alcalins, l'hydrogène et les inclusions. Diverses technologies, telles que équipements de dégazage en ligne, des flux pour fours et des équipements de filtration en lit profond, ainsi que filtres en mousse céramique, peut être utilisé pour contrôler la teneur en impuretés.
De manière générale, deux types de filtration sont largement utilisés dans l'industrie : la filtration sur lit profond et la filtration sur gâteau de filtration.
Le filtre à lit profond repose sur le parcours sinueux que doit suivre la masse fondue. L'efficacité de filtration est inversement proportionnelle à la taille des particules du filtre et directement proportionnelle à la profondeur du lit filtrant. Les inclusions se déposent à la fois sur les particules et dans les interstices entre les éléments filtrants. Elles peuvent se répartir dans une partie ou dans l'ensemble de l'espace filtrant. Par conséquent, le filtre dispose d’une grande surface de contact pour retenir les inclusions et peut piéger des particules dont la taille est bien inférieure à celle des pores du lit filtrant.
Le processus de filtration décrit ici ne se limite pas à une simple séparation physique, telle que le criblage et la séparation, mais comprend également la filtration à l'état fondu, qui est un processus de transport continu en deux étapes.
- Dans un premier temps, sous l'effet d'un débit important de fluide, les inclusions sont transportées vers la surface du filtre. Dans un deuxième temps, les inclusions sont retenues sous l'effet des forces d'interface ou des forces de surface.
- En règle générale, dans le cadre d'un traitement par flottation, la rétention des particules dans le filtre peut résulter de l'impact, de l'interception, de la sédimentation, de la diffusion et d'effets hydrodynamiques. L'adhérence des particules peut être due à la pression, à des réactions chimiques ou à des forces générées par l'effet de van der Waals.
L'efficacité d'élimination des inclusions peut être améliorée en augmentant la longueur du filtre ou en réduisant la vitesse de fusion. Si l'on souhaite maintenir un débit constant, les particules s'accumulent (ou réduisent la porosité), la résistance à l'écoulement augmente, ce qui entraîne une augmentation de la perte de charge et, par conséquent, une augmentation de la vitesse interstitielle. En conséquence, la résistance exercée sur les particules en contact ou sur celles qui ont été capturées augmentera. Comme les particules risquent de ne pas pouvoir adhérer à la surface du filtre en raison de cette résistance accrue, même si elles parviennent à entrer en contact, cela peut entraîner une baisse de l’efficacité d’adhérence. De même, si la force d’adhérence est surmontée, la résistance accrue peut entraîner la libération de particules précédemment capturées. Les particules détachées d’un endroit peuvent être recapturées en aval du filtre ou, dans le pire des cas, libérées dans le métal liquide filtré. Cette libération peut se produire pendant un écoulement continu ou lors d’une interruption du flux, ce qui est le cas lorsque la filtration de l’aluminium est effectuée pendant les arrêts et redémarrages de la coulée. Lors du redémarrage, un grand nombre d’inclusions peut être libéré. Les inclusions libérées peuvent également provenir de filtres ou d’autres équipements de nettoyage de la masse fondue.