© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net第犯卷第卫期
年月有色金属加工
曰〔〔
由山刃
泡沫陶瓷过滤板过滤机制和选择
曲哲
,赵云飞,庆毅,陈锋
深圳派瑞科冶金材料有限公司广东深
圳
摘要简要介绍了铝熔体净化用泡沫陶瓷过滤板的结构过滤机理以及选择过滤板的原则对使用者评价和选择泡沫陶瓷过滤板有一定的参考价值关键词铝熔体陶瓷过滤板结构过滤机理过滤板选择中图分类号犷代沦文献标识码文章编号一以一仪犯一
泡沫陶瓷过滤板具有化学稳定性好比强度高
耐高温抗热震比表面积大等诸多优点被广泛用于冶金化工环保等领域在冶金方面用泡沫陶瓷过滤板可除去铝熔体中的异相杂质如渣夹杂物等是
最有效的熔体净化方法之一研究表明除渣的同时还可以降低铝熔体中氢的含量由于其除渣效果好
操作简便易于与其它部分搭配成本较低在铝加工行业已成为一种常规净化手段随着对铝制品质量的要求越来越高对过滤板的要求也越来越高
吸附的几率由此看来完美的三维网状结构可以有利于铝熔体通过但未必有好的除渣效果评价过滤板的优劣应从过滤机制出发考虑其综合性能而不是其中的一项
泡沫陶瓷过滤板的结构泡沫陶瓷过滤板通常的制造方法是把聚氨酷海
绵体侵人陶瓷泥浆挤出多余部分干燥最后在高温下烧结形成一种与原泡沫结构有关的三维多孔陶瓷材料有的人认为泡沫陶瓷是泡沫塑料的复型
但实际上二者之间是有很大区别的泡沫聚氨醋是由弦习连接起来的无规则的三维网状
结构这些弦围成无数个大小不等的多面体从理论上讲每个小单元倾向于面体结构图
图
习惯上称为单胞如果挂泥浆的量非常少且
均
匀生成的泡沫陶瓷仍保持三维网状结构只是连
接
各个节点的弦加粗了其构型不变然而实际情况并非如此由于工艺本身的原因以及从过滤效率和强度考虑这样制备的泡沫陶瓷
过
滤板已不再是三维网状结构图而是弯弯曲曲相互连通而又粗细不均的管道图恰恰就是这种凸凹不平的管壁对捕获铝熔体中的细小夹杂物起到关键作用这就是所谓的深床过滤—过滤网与泡沫陶瓷过滤板过滤机制的根本区别这样的结构也增长了通过的路径使铝熔体与过滤板中陶
瓷部分接触的机会增大了从而增加了夹杂物粒子被
图泡床陶瓷板结构及铝液流动示意图聚氨醋海绵网状通道铝液在过滤板网状通道的流动示意图
聚氨醋海绵网状机体
图泡沫陶瓷过滤板断面
形貌
过滤板横向过滤板顺向
泡沫陶瓷过滤板的过滤机制使用泡沫陶瓷过滤板的主要目的是清除铝熔体
中的夹杂物夹杂物在熔体中通常以三种形式存在金属氧化物耐火材料碎末等外来粒子熔体处理过程中引人© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第期
有色金属加工
的粒子除去悬浮于熔体中的粒子大致有三种方式
沉
降粒子积聚熔体底部漂浮夹杂上浮聚集于熔体表面过滤通过多孔介质将粒子与熔体分离自然沉降一般发生在粒子密度较大且较粗的情况下小于脚的粒子靠静沉降不是很有效在通人气体除氢或熔剂处理时产生的气泡或熔融的熔剂可以把夹杂物粒子带到熔体表面这种机制在大多数场合对清除一脚的细小夹杂物也是靠不住的过滤是指使熔体流经密堆球体玻璃纤维织物金属网泡沫陶瓷过滤板或其它多孔介质从而将夹杂物粒子从熔体中分离开来的过程泡沫陶瓷过滤的优势在于它可以清除直径比它的通孔小得多的夹杂物粒子泡沫陶瓷过滤板通过筛分沉积层深床过滤这三种机制把夹杂物分离出来筛分当粒子或其团聚体的尺寸大于过滤板表面孔径时粒子便堆积在过滤板表面就如玻璃纤维织物一样阻止大粒子通过沉积层当较大粒子堆积越来越多形成一松散的沉积层熔体仍可通过随着沉积层厚度增加能通过的粒子尺寸则越来越小与此同时熔体通过的阻力增大表面液面升高达到一定程度时铝水难以通过需考虑更换过滤板实际上筛分与沉积层两个机制是一种机制的两个阶段这一过程的长短取决于熔体含渣量的多少以及过滤板孔径的大小一般来说铝液夹杂越多过滤板孔径越小液面升高的越快反之亦然为了解决这一问题可以先用玻璃纤维织物或粗孔过滤板进行过滤然后再通过细过滤板过滤这样可以延长通流时间深床过滤当熔体流经过滤板时其中的固体粒子与构成过滤板陶瓷部分的表面发生接触结果导致粒子附着在与熔体接触的表面上由于熔体流经的路径蜿蜒曲折在小的局部区域内甚至有横流折返的现象这大大增加了粒子与过滤介质接触的机会当然有利于粒子的捕获对直径较小数量不是很大的夹杂物而言深层过滤机制是最有效的目前较为习惯用卯比每英寸的孔数来表示过滤板孔径的大小的泡沫陶瓷过滤板一次过滤可清除脚大小的夹杂物达粒子能否被清除取决于碰撞几率之外还依赖于过滤板与熔体接触的表面对粒子的吸附能力组成过滤板的物质与夹杂物粒子亲和力越强孔的表面显微缺陷越多或粗糙越有助于夹杂物粒子的吸附和停留泡沫陶瓷过滤板过滤时以上三种机制是联合起
作用的起始阶段表面筛分截获大粒子或
团聚
物而小粒子由深层过滤机制清除随着表面沉积的形成沉积层既可以截获大粒子又可以截获小粒子而漏网的小夹杂物粒子又可以通过深床过滤机制被
捕获此时过滤板过滤效果会更好当吸附粒子达到饱和时即从熔体中吸附的粒子数与被流动的熔体带走的粒子数相等时除渣能力下降
过滤板的选
择
除几何尺寸强度化学稳定性和热稳定性要满足要求之外过滤板的使用效果在很大程度上取决于它的内部结构在描述结构时经常会遇到以下几条
术语
术语单胞大小流
如图所示对聚氨醋泡沫而言单胞指的是
多
条“弦”围成的多面体无数个小多面体密排构成大的泡沫体所有单胞之间都是贯通的而泡沫陶瓷过滤板的情况则有所不同原来的弦变粗了原来由线围成的多面体变为由陶瓷小柱和面构成的多面体使得单胞之间的通道减小和变窄所谓单胞尺寸是多次测量的过滤板平行和垂直方向截面上单胞直径的平
均值
窗口尺寸窗口尺寸是指一个单胞进人另一个相临单胞通道的直径一个单胞可以有多个大小不同的窗口与
周围的单胞相通窗口尺寸与单胞尺寸之间存在线性关系在一块泡沫陶瓷过滤板的截面上不大容易
区
别哪一个是窗口因为看上去都是大小不同的孔无论选择哪种标准区分都有一定的任意性即使是同样大小的单胞由于截面与中心距离不同形成的孔的大小也有很大区别铝熔体在通过泡沫陶瓷过滤
板的路径上既有细小的地方也有粗大的地方流速也
有缓有急这也有利于增加铝熔体中夹杂物粒子与过
滤介质的碰撞吸附几
率
孔隙尺寸
孔隙尺寸指进出一个单胞通道的直径与窗口的
意义相似图中箭头处孔隙度
创万
堵
…一一© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
有色金属加工第卷
孔隙度指开孔体积占泡沫陶瓷过滤板总体积的百分比一般不用这一指标来衡量过滤板微孔的大
小测量结果表明对于一块英寸和一块
英寸即的过滤板其孔隙度分别为和几乎没有什么区别这可能是因为过滤板孔壁细而薄的关系压降习压降是指熔体从过滤板的一面流到另一面的压力差是一个与透过率相关联的量有的人根据压力差的大小把过滤板分为若干个级级的数值越高表示压降越大图
破裂或周边出现缝隙图以上这些都是指过滤板的尺寸和的选择
合
理过滤板质量没有问题的情况下压头变化对过滤质量的影响
图级数与对比透过率
透过率是指流体流经泡沫陶瓷过滤板或聚氨醋泡沫的难易程度表示泡沫陶瓷过滤板对通过它的流体阻力大小很显然对于给定流量过滤板的透
过率越大压降越小反之亦然如果把过滤板看做
是由根直径为的小管密排而成产为铝熔体粘度为过滤板厚度并假定在层流范围内压力降可近似表示为
图压头在使用中变化的示意图上述几种对泡沫陶瓷过滤板孔的大小的表述方
法不是孤立的而是互相关联的根据叮和
用图象分析测定的结果单胞尺寸与窗口尺寸呈直线
关系图
△尸赵共乙刀式中天—常数
可见熔体通过一块过滤板的压降△尸与流量
过滤板厚度及熔体粘度产成正比与过滤板通孔的个数死孔越多越小及通孔直径平均值的
四
次方成反比也就是说△尸是过滤板内部各种
阻碍熔体通过因素的综合反映图反过来由
△尸的变化也可以推测出过滤板内部发生的变化
在使用过程中过滤板上的液面高度就相当于△尸通常称为“压头”正常过滤的情况下压头随时间缓缓增加这是由于过滤板表面沉积的杂质层逐渐加厚的缘故如果压头增加太快有可能是铝液中渣多或者温度较低产变大若压头突然下降可能是过滤板
】习月阵巴、吮目闷户、,粼又仁,心习,】
团
一般较为正规的泡沫陶瓷过滤板生产厂都会用
一套较完善的措施来保证产品的稳定性例如根据的定义选择孔径均匀大小尽可能在指定范围之内的聚氨醋泡沫做泡沫陶瓷过滤板的先躯体对泥浆
勃度浸浆量及均匀性干燥烧结工艺都有一套严格的检查和控制手段即使有波动也是在一个规定的范围之内确保最终产品强度通孔率几何尺寸等达到标准
在过滤板本身质量没有问题的情况下客户主要