Примеси в расплаве были определены как основная причина брака продукции в процессе производства и эксплуатации. Поэтому чистота расплава становится показателем его качества. Можно выделить два основных типа примесей: растворенные элементы и взвешенные частицы. Источником примесей могут служить исходный металл, различные операции по обработке расплава, а также взаимодействие расплавленного металла с огнеупорными материалами и окружающей средой. По сути, качество расплава можно контролировать путем удаления следовых элементов щелочей, водорода и включений. Для этого используются различные технологии, такие как оборудование для дегазации в режиме онлайн, флюсы для печей и оборудование для фильтрации в глубоком слое, а также фильтры из керамической пены, может использоваться для регулирования содержания примесей.
В основном в промышленности широко применяются два различных типа фильтрации: фильтрация с использованием глубокого слоя и фильтрация с образованием фильтрационного осадка.
Эффективность фильтра с глубоким слоем зависит от извилистого пути, по которому должен протекать расплав. Эффективность фильтрации обратно пропорциональна размеру частиц фильтрующего материала и прямо пропорциональна глубине фильтрующего слоя. Включения осаждаются как на частицах, так и в зазорах между элементами фильтрующего материала. При этом они могут распределяться по всей или части площади фильтра. Таким образом, фильтр обладает большой поверхностью для улавливания включений и способен задерживать частицы, размер которых намного меньше, чем поры фильтрующего слоя.
Процесс фильтрации в данном случае представляет собой не только физическое разделение, такое как просеивание и сепарация, но и фильтрацию расплава — двухэтапный процесс непрерывной транспортировки.
- Сначала, под действием потока большого количества жидкости, включения переносятся к поверхности фильтра. На втором этапе включения удерживаются под действием межфазных или поверхностных сил.
- Как правило, при флотационном отделении удержание частиц в фильтре может происходить за счет удара, перехвата, осаждения, диффузии и гидродинамических эффектов. Адгезия частиц может быть обусловлена давлением, химическими процессами или силами, возникающими в результате эффекта Ван-дер-Ваальса.
Эффективность удаления включений можно повысить за счет увеличения длины фильтра или снижения скорости плавления. Если необходимо поддерживать постоянный расход, частицы будут накапливаться (или снижать пористость), сопротивление потоку возрастет, что приведет к увеличению перепада давления и, в свою очередь, к увеличению скорости в промежуточных порах. В результате увеличится сопротивление, оказываемое на соприкасающиеся частицы или на уже уловленные частицы. Поскольку из-за возросшего сопротивления частицы могут не прилипать к поверхности фильтра, даже если они вступают в контакт, это может привести к снижению эффективности адгезии. Аналогично, если сила адгезии будет преодолена, возросшее сопротивление может привести к отрыву ранее уловленных частиц. Частицы, вымытые из одного места, могут быть повторно уловлены ниже по потоку от фильтра или, в худшем случае, попасть в отфильтрованный жидкий металл. Такое попадание может произойти как при непрерывном потоке, так и при его прерывании, что имеет место при фильтрации алюминия во время остановки/запуска литья. При повторном запуске может произойти высвобождение большого количества включений. Высвободившиеся включения могут также поступать из фильтров или другого оборудования для очистки расплава.