Керамическая фильтрующая пластина отделяет включения с помощью трёх механизмов фильтрации расплавленного алюминия: просеивания, фильтрации с образованием осадка и глубинной фильтрации.
Механизмы фильтрации расплавленного алюминия
Скрининговая фильтрация
Механическая фильтрация (просеивание): когда размер включений превышает размер пор фильтрующей пластины, она действует как сито, препятствуя прохождению включений. Этот механизм лежит в основе традиционной фильтрации с использованием стекловолоконной ткани.
Фильтрация кекса
Фильтрация осадочного слоя (осадочный слой): после того как ранее заблокированные включения образуют сплошной слой на поверхности фильтр из керамической пены на основе оксида алюминия пластины размер пор для фильтрации определяется уже не размером пор самой фильтрующей пластины, а размером пор вновь образующегося слоя осадка. По мере того как слой осадка становится толще, зазоры в нём становятся всё меньше, и многие включения задерживаются на поверхности и во внутренних зазорах этого слоя. В то же время сопротивление фильтрующей пластины потоку расплавленного алюминия продолжает увеличиваться. После достижения определенного уровня расплавленному алюминию становится трудно проходить через фильтрующую пластину. В этот момент фильтрующую пластину следует списать. В процессе фильтрации явным признаком перехода в режим образования фильтрационного слоя является постепенное повышение давления расплавленного алюминия.
Глубокая фильтрация
Глубокая фильтрация: Когда включения, размер которых значительно меньше размера пор фильтрующей пластины, попадают на фильтрующую пластину вместе с расплавом алюминия, они задерживаются внутренней стенкой пор фильтрующей пластины. Чем толще фильтрующая пластина, тем сильнее проявляется эффект этой модели. Данный способ позволяет отфильтровывать включения размером около 20 мкм.
Возникновение режима глубокого слоя зависит главным образом от того, могут ли частицы включений задерживаться после столкновения с внутренней стенкой фильтрующей пластины. Путь внутри фильтрующей пластины извилист и неровный. Когда расплав алюминия проходит через извилистые и сообщающиеся отверстия в керамической фильтрующей пластине, внутренние включения осаждаются под действием гидродинамики, инерции, перехвата, столкновений, адсорбции и т. д. на стенках канала, что позволяет получить чистый расплав алюминия.
Кроме того, керамическая фильтрующая пластина представляет собой не просто механический барьер для включений: удержанию включений способствуют также физическая и химическая адсорбция, а также микропоры и химическая адсорбция на внутренней поверхности фильтрующей пластины. Поэтому размер отфильтрованных включений значительно меньше размера отверстий в фильтрующей пластине.
При фильтрации с помощью керамический пенопластовый фильтр, вышеупомянутые три механизма действуют совместно. На начальном этапе поверхностное просеивание задерживает крупные частицы, тогда как мелкие частицы удаляются посредством механизма глубокой фильтрации. По мере образования поверхностного осадка этот слой может задерживать как крупные, так и мелкие частицы. Мелкие частицы, попавшие в ячейки сетки, улавливаются посредством механизма глубокой фильтрации, что улучшает фильтрующую способность фильтрующей пластины. Когда адсорбированные частицы достигают насыщения, то есть когда количество частиц, адсорбированных из расплава, равно количеству частиц, уносимых протекающим расплавом, способность к удалению шлака снижается.