As impurezas na massa fundida foram identificadas como a principal causa de falhas no produto durante a produção e o uso. Portanto, a limpeza da massa fundida torna-se um indicador da qualidade da mesma. Podem-se distinguir dois tipos principais de impurezas: elementos dissolvidos e partículas em suspensão. A origem das impurezas pode ser atribuída ao metal original, às diversas operações de processamento da massa fundida e à interação do metal fundido com materiais refratários e com o ambiente. Essencialmente, a qualidade da massa fundida pode ser controlada pela remoção de oligoelementos alcalinos, H e inclusões. Várias tecnologias, tais como equipamento de desgaseificação online, fluxo para fornos e equipamentos de filtragem em leito profundo, e filtros de espuma cerâmica, pode ser utilizado para controlar o teor de impurezas.
Basicamente, dois tipos diferentes de filtração têm sido amplamente utilizados na indústria: a filtração em leito profundo e a filtração por bolo de filtração.
O filtro de leito profundo depende do percurso sinuoso pelo qual o material fundido deve fluir. A eficiência de filtragem é inversamente proporcional ao tamanho das partículas do filtro e diretamente proporcional à profundidade do leito filtrante. As inclusões são depositadas tanto nas partículas quanto nos espaços entre os meios filtrantes. E podem estar espalhadas em parte ou em todo o espaço do filtro. Portanto, o filtro possui uma grande área de superfície para reter inclusões e é capaz de reter partículas cujo tamanho é muito menor do que os poros do leito filtrante.
O processo de filtração aqui não se resume apenas à separação física, como a peneiração e a separação, mas também à filtração de material fundido, que é um processo de transporte contínuo em duas etapas.
- Primeiro, devido ao fluxo de uma grande quantidade de fluido, as inclusões são transportadas até a superfície do filtro. Na segunda etapa, as inclusões são retidas devido às forças de interface ou às forças superficiais.
- De modo geral, na remoção por flotação, a retenção de partículas no filtro pode ser causada por impacto, interceptação, sedimentação, difusão e efeitos hidrodinâmicos. A adesão das partículas pode ser resultado da pressão, de fatores químicos ou de forças geradas pelo efeito de van der Waals.
A eficiência de remoção de inclusões pode ser melhorada aumentando o comprimento do filtro ou reduzindo a velocidade de fusão. Se você quiser manter uma vazão constante, as partículas se acumularão (ou reduzirão a porosidade), a resistência ao fluxo aumentará, resultando em um aumento na queda de pressão e, por sua vez, em um aumento na velocidade intersticial. Como resultado, a resistência exercida sobre as partículas em contato ou sobre as partículas que foram capturadas aumentará. Como as partículas podem não conseguir aderir à superfície do filtro devido ao aumento da resistência, mesmo que consigam entrar em contato, isso pode resultar em menor eficiência de adesão. Da mesma forma, se a força de adesão for superada, o aumento da resistência pode fazer com que partículas capturadas anteriormente sejam liberadas. Partículas removidas de um local podem ser recapturadas a jusante do filtro ou, na pior das hipóteses, liberadas no metal líquido filtrado. Essa liberação pode ocorrer durante o fluxo contínuo ou durante a interrupção do fluxo, o que acontece quando a filtragem de alumínio é realizada durante a parada/reinício da fundição. Durante o reinício, um grande número de inclusões pode ser liberado. As inclusões liberadas também podem provir de filtros ou de outros equipamentos de limpeza da massa fundida.