Керамический пенопластовый фильтр позволяет эффективно улавливать включения жидкого металла и очищать расплавленный металл. Что касается исследований механизмов фильтрации и очистки металла, то в основном выделяются следующие точки зрения: механизм фильтрации по принципу «просеивания-осадочного слоя-глубокого слоя»; механизм флотационного разделения; механизм адсорбции и механизм ректификации.
Механизм фильтрации с использованием скрининга, фильтрационного осадка и глубокого слоя
Этот керамический пенопластовый фильтр отделяет включения от расплава с помощью трёх механизмов: сепарации, образования слоя осадка и глубинной фильтрации.
1. Фильтрация. Благодаря традиционному механизму фильтрации стекловолоконной сетки, действующей по принципу сита, она предотвращает проникновение частиц и их агломератов, размер которых превышает размер пор фильтрующей поверхности.
2. Фильтрующий осадок. После просеивания многие включения, размер которых превышает размер отверстий фильтра, задерживаются на входе фильтра. По мере увеличения количества задержанных включений на поверхности входного конца фильтра образуется “фильтрующий осадок”, состоящий из крупных включений. “Фильтрационный осадок” делает жидкость более жидкой, в результате чего включения, размер которых меньше размера пор фильтра, также частично задерживаются на “фильтрационном осадке”. Просеивание и фильтрация через осадок представляют собой два этапа единого механизма. Продолжительность этого процесса зависит от количества включений в расплаве и размера пор фильтра.
3. Глубокая слоевая фильтрация. Внутри фильтра из керамической пены путь, по которому протекает расплав, извилист, а в небольшом локальном участке даже наблюдается изменение направления поперечного потока.
Механизм флотационного разделения
После правильного проектирования и установки керамического пенофильтра в литниковой системе сопротивление потоку расплавленного металла увеличивается, и расплав полностью заполняет литниковую систему, что позволяет в полной мере реализовать функцию блокирования шлака, выполняемую литниковой системой. В то же время поток расплава, поступающий из литникового канала, дросселируется фильтром, и расплав на короткое время задерживается в литниковом канале, при этом шлак с низкой плотностью всплывает и отделяется, что позволяет реализовать преимущества литниковой системы с нижней заливкой. Когда расплавленный металл продолжает заливаться через фильтр из керамической пены, шлак с небольшой поверхностной плотностью всплывает, а с другой стороны, это эффективно уменьшает или устраняет вихревые токи.
Механизм адсорбции
Фильтр устанавливается в поперечном или внутреннем канале полости, и когда во время заливки первая струя жидкости достигает поверхности входного конца фильтра, возникает явление адсорбции между струей жидкости и каркасом из пенопласта. Этот вид адсорбции основан главным образом на неселективной многослойной физической адсорбции, при которой включения послойно адсорбируются в каркасе фильтра до тех пор, пока он не заблокируется.
Механизм ректификации
Вышеупомянутые три теории механизмов фильтрации и очистки не могут объяснить некоторые явления, такие как фильтрация через металлическую сетку. Принцип очистки обычно объясняется как механическое задержание (просеивание), однако в ходе эксперимента, в котором расплавленный стальной и чугунный расплавы выливали на сетку из молибденовой проволоки и сетку из нержавеющей стали, жидкость полностью прошла через фильтрующее полотно, и на нём не было обнаружено никаких включений, задержанных механически.
Огромный эффект очистки, достигаемый при фильтрации и очистке металлов с помощью фильтров, побуждает нас изучить механизм очистки на основе характера течения расплавленного металла. В процессе разливки в большинстве случаев расплавленный металл заливается в форму в турбулентном состоянии, особенно на начальном этапе разливки, когда расплавленный металл поступает в форму с определенной высоты.
Согласно результатам экспериментального анализа, основанного на принципах гидродинамики, благодаря изгибам и поворотам в проточном канале керамического пенофильтра его способность преобразовывать турбулентное течение жидкого металла в ламинарное является весьма высокой.
Благодаря ректификации фильтра расплав, который изначально имел сильное турбулентное течение, при прохождении через фильтр приобретает ламинарный характер. После прохождения через фильтр ему необходимо пройти через более длинную переходную зону, чтобы восстановить исходное турбулентное состояние. В этой переходной зоне поток жидкости не успевает перейти в турбулентный режим или приобретает лишь незначительную турбулентность, что позволяет избежать вторичного окисления металла.