Механизм очистки расплавленного металла в системе керамических фильтров

Система керамических фильтров

Механизм очистки с помощью керамической фильтрующей системы включает в себя три аспекта:

Один из них — перехват и блокировка. Как правило, крупные включения легко задерживаются на входе фильтра. По мере прохождения определенного количества металлического расплава на поверхности входа фильтра образуется фильтрационный осадок, и скорость потока расплава через керамический фильтр впоследствии значительно снизится. В то же время по мере уменьшения внутреннего диаметра впускного отверстия вероятность улавливания включений меньшего размера возрастает, а эффективность удаления мелких включений повышается.

Второй метод — адсорбция. Перехват и блокировка являются физическими методами отфильтровывания включений, которые эффективны для частиц размером свыше 50 мкм, тогда как мелкие частицы размером менее 40 мкм необходимо удалять с помощью механизма адсорбции. Включение под действием потока жидкости приближается к стенке фильтра. Поскольку они проникают друг в друга и прилипают друг к другу, обычно включение и расплавленный металл не смешиваются; причем чем меньше размер частиц включения, тем хуже смачиваемость. Как только включения вступают в контакт с поверхностью фильтра, обладающей относительно лучшей смачиваемостью, они легко отрываются от расплавленного металла и адсорбируются этой поверхностью. Чем мельче поры фильтра, чем длиннее фильтрующий канал и чем медленнее скорость потока, тем выше вероятность того, что включения в расплавленном металле переместятся к внутренней стенке фильтра, то есть тем выше эффективность улавливания включений фильтром.

Третьим фактором является эффект выпрямления. Благодаря выпрямляющей способности керамической фильтрующей системы расплавленный металл, который изначально имеет сильное турбулентное течение, при прохождении через фильтр переходит в состояние ламинарного течения. После прохождения через фильтр для восстановления исходного турбулентного состояния требуется более длинная переходная зона. В переходной зоне поток жидкости ещё не перешёл в стабильное турбулентное состояние или находится в зоне с меньшей турбулентностью, что позволяет избежать вторичного окисления расплавленного металла и эрозии формы, тем самым обеспечивая явный эффект блокирования шлака. Именно поэтому металлическая сетка и сердечный фильтр также обладают более выраженным эффектом очистки металла.

Кроме того, различные методы очистки приводят к различиям во взаимодействии расплава и очищающей среды:

(1) Отсутствие очищающей среды: включения могут удаляться за счёт собственного движения.

(2) Очищающая среда находится в движении, а расплав — в состоянии покоя: например, при газовой и флюсовой очистке процесс массопереноса включений ускоряется за счет движения очищающей среды, что повышает эффективность удаления примесей.

(3) Расплав находится в движении, а очищающая среда — в неподвижном состоянии: например, при фильтрации поток расплава сокращает расстояние, необходимое для процесса массопереноса, и повышает эффективность удаления примесей.