Filtration von geschmolzenem Aluminium
Verfahren zur Filtration von geschmolzenem Aluminium
Aluminiumlegierungen neigen stark zur Oxidation. Deswegen, Sie enthalten oft gesundheitsschädliche Schadstoffe, mechanisch, elektrische und ästhetische Eigenschaften von Aluminiumprodukten. Die häufigsten dieser Verunreinigungen sind nichtmetallische Einschlüsse. Ein primäres Mittel zur Entfernung solcher festen Verunreinigungen ist die Aluminiumschmelzfiltration.
Der Filtrationsprozess besteht darin, das geschmolzene Aluminium durch eine poröse Vorrichtung zu leiten, wie zum Beispiel ein Filter. Der Filter fängt die im fließenden Metall enthaltenen Einschlüsse auf. Das Filtermaterial darf nicht durch geschmolzenes Metall zerstört werden. Also, Bei den meisten Filtermedien handelt es sich um verschiedene Keramikmaterialien.
Einschlüsse in Aluminium
Die Tabelle in Abbildung 1 zeigt die wichtigsten Arten von Festphaseneinschlüssen in geschmolzenen Aluminiumlegierungen und ihre Eigenschaften [1]. Diese Einschlüsse haben:
- Die Dichte reicht von leichter bis schwerer als die des geschmolzenen Aluminiums selbst
- eine Reihe von Größen und Formen von kugelförmig (Oxide und Boride) bis strangförmig (Oxide und Spinelle).
Abbildung 1 – Die wichtigsten Arten von Festphaseneinschlüssen
in geschmolzenen Aluminiumlegierungen und ihre Eigenschaften [1]
Grundlagen der Filtration von geschmolzenem Aluminium
Zwei Arten von Filtrationen
Beim Filtern von Partikeln aus einem fließenden flüssigen Aluminiumstrom treten zwei Arten von Filtrationen auf:
- Kuchenfiltration
- Tiefenfiltration.
Kuchenfiltration
- Die Entfernung von Einschlüssen erfolgt durch mechanisches Einfangen von Einschlüssen auf der Oberfläche des Filters.
- Partikel größer als 30 Mikrometer werden meist mit dieser Methode erfasst.
- Die Partikel agglomerieren zu einem Filterkuchen auf der Filteroberfläche. Dieser Kuchen hilft zusätzlich beim Filtern von Einschlüssen.
- Keramikschaumfilter funktionieren größtenteils auf diese Weise .
Tiefenfiltration
- Dieser Filtermodus ist bei der Bettfiltration vorherrschend.
- Die Tiefenfiltration ist in der Lage, Partikel zu entfernen, die viel kleiner sind als 30 Mikrometer.
- Geschmolzenes Aluminium fließt durch einen sehr gewundenen Weg in einem Tiefbettfilter (Abbildung 2).
Abbildung 1 – 3D- und 2D-Bilder von Keramikschaum [2]
Abbildung 2 – Ein Bettfilter für die Inline-Verarbeitung [1]
Effizienz der Filtration von geschmolzenem Aluminium
Die Filtrationseffizienz hängt von mehreren Faktoren ab [1]:
- Die Beschaffenheit des geschmolzenen Metalls:
- die Menge der Einschlüsse
- die Größe der Einschlüsse
- die Form von Einschlüssen
- die Verteilung von Einschlüssen
- Die dynamischen Bedingungen:
- Niedrigere Durchflussraten des geschmolzenen Metalls führen zu einer höheren Filtrationseffizienz.
- Eine größere Filteroberfläche erhöht die Filtrationseffizienz.
- Das richtige Gleichgewicht zwischen Kuchen- und Tiefenfiltration.
- Eine größere Länge oder Tiefe der Filterdimension führt zu einer höheren Filtrationseffizienz.
Abbildung 3 vergleicht die Effizienz von Keramikschaum- und Bettfiltern.
Abbildung 3 – Vergleich der Filtrationseffizienz von
ein Bettfilter und ein Keramikschaumfilter
als Funktion der Schmelzgeschwindigkeit [1]
Arten von Filtern
Glasfaserfilter
- Sorgen Sie für eine mäßige Filterung, insbesondere von größeren Partikeln und Einschlüssen 100 Mikrometer.
- Glasfasergewebe sind Materialien, die üblicherweise zur Aluminiumfiltration verwendet werden (Abbildungen). 4 und 5).
Bettfilter
- Besteht aus tafelförmigem Aluminiumoxid.
- Sehr häufig beim Gießen von Mühlenprodukten.
- Machen Sie Sinn, wo bis 2000 Tonnen einer einzelnen Legierung müssen in der Linie zwischen Warmhalteofen und Gießstation gefiltert werden (siehe Abbildung). 2).
Gebundene Partikelfilter
- Finden größere Verwendung in Gießerei- und Druckgussbetrieben.
- Bestehen aus einem feuerfesten Korn (entweder Al2Ö3 oder SiC) miteinander verbunden, um eine starre Struktur zu bilden (Abbildung 6).
- Wird oft vertikal verwendet, um Schmelz- oder Warmhalteöfen vom Ausstiegsschacht zu trennen (Abbildung 7).
- Kann zwischen den Einsätzen durch Rückspülen aufgefrischt werden, um einen Großteil des angesammelten Filterkuchens zu entfernen [1].
- Bis zu 500 Tonnen Durchsatz werden durchweg erreicht, bevor ein Filterwechsel erforderlich ist, abhängig von der anfänglichen Metallreinheit [1].
Keramikschaumfilter
- Die am häufigsten verwendeten Filtertypen beim Aluminiumguss.
- Hergestellt durch Aufschlämmen eines zellularen Keramikschaums nach dem Trocknen und Brennen, um den ursprünglichen Schaum auszubrennen. Ein Keramikschaumfilter ist eine keramische Nachbildung der ursprünglichen organischen Schaumstruktur (siehe Abbildung). 1).
- Geeignete Keramiken für diese Filter sind Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Mullit, Chromoxid [1].
- Bei diesen Filtern handelt es sich um 75% porös. Porengrößen werden in Poren pro linearem Zoll (ppi) gemessen..
- Wird flach verwendet, plattenförmige Form (Abbildungen 8 und 9). Die Plattengrößen variieren von 305 von 305 VV (12 von 12 hinein 585 von 585 mm (23 x 23 In.). Die Größe hängt von der Durchflussmenge ab (bis zu 680 kg/min.) b Gussgröße (bis zu 34,000 kg).
- Kleinere Filter werden in der Druckguss- und Gießereiindustrie eingesetzt (Abbildung 10).
Patronenfilter
- Bieten eine große Oberfläche und eine sehr feine Porengröße (Abbildung 11).
- Möglicherweise ist ein hoher Ansaugkopf aus Metall erforderlich, bevor der Durchfluss beginnt (bis zu 0,3 M).
- Die Durchflussrate ist nicht sehr hoch.
- Die Filtrationseffizienz beträgt bis zu 95% und mehr für Partikel kleiner als 5 Mikrometer.
Abbildung 4 – Gebildet, versteifte Filter aus gewebtem Fiberglas.
Wird in Dauerform- und Sandgussanwendungen verwendet [2]
Abbildung 5 – Versteifte Angussfilter aus Glasfaser
Wird in Niederdruckguss-Aluminiumgießereien verwendet [2]
Abbildung 6 – Pyrotek-gebundener Partikelfilter [2]
Abbildung 7 – Ein vertikal gebundener Partikelfilter, der zur Warmhalteofenfiltration verwendet wird
für den Druckgussbetrieb [1]
Abbildung 8 – Typische Keramikschaumfilter [2]
Abbildung 9 – Das Funktionsprinzip des Keramikschaumfilters im Filterkasten [3]
Abbildung 10 – Gießerei-Keramikschaumfilter [2]
Abbildung 11 – Platzierung von Filtern einer Gießerei [1]
Abbildung 12 – Ein Patronenfilter [1]
Quellen:
- Verarbeitung und Gießen von geschmolzenem Aluminium / Aluminium und Aluminiumlegierungen – ASM Specialty Handbook //Ed. J.R. Davis – 1996
- https://www.pyrotek.com - Pyrotek – 2024
- Schmelzmetallverarbeitung / R. mit Einweg-Keramikfilter [3] // Handbuch für Aluminium: Vol. 1. Physikalische Metallurgie und Prozesse – 2003