Jednotlivé typy filtrů a jejich funkce
K filtraci taveniny se používá řada rozdílných druhů filtrů, které se liší svou konstrukcí, oblastí použití i filtrační účinností. Z hlediska tvaru se dělí do 2 základních typů, oba tyto typy se podstatně liší mechanismem filtrace:
· ploché filtry
· objemové filtry
U plochých filtrů se nečistoty zachycují pouze na přítokové straně filtru mechanismem cezení a tvorbou filtračního koláče. U objemových filtrů se využívá jednak filtračního účinku na přítokové straně filtru, jednak schopnosti hloubkové filtrace. Podle velikosti otvorů, jejich průřezu, geometrického uspořádání a rovněž v závislosti na materiálu filtru je schopnost hloubkové filtrace rozdílná.
 Filtrace cezením spočívá v zachycování vměstků větších, než je velikost otvorů filtru na jeho přítokové straně. Tímto způsobem lze zachytit pouze velké částice a zejména vměstky, které tvoří blány nebo shluky.
Tvorba filtračního koláče navazuje na zachycení prvních vměstků na čele filtru. Na těchto větších částicích se postupně zachycují další, menší částice. Tato vrstva vměstků postupně narůstá, zpomaluje průtok kovu až posléze filtr zcela ucpe. Filtrací mechanismem filtračního koláče se zachycují i velmi drobné vměstky s rozměry až 1-5 μm.
Hloubková filtrace – probíhá v celém objemu filtru. Její princip spočívá v adhesi (nalepování) vměstků na stěnách keramiky filtru a ve spojování jednotlivých vměstků navzájem. Při hloubkové filtraci vměstky obalují keramiku filtru, jednotlivé částice vměstků se rovněž shlukují a tvoří „mosty“, jejichž okraje jsou zakotvené na kanálech filtru. Na účinnost hloubkové filtrace má vliv teplota kovu, chemické složení materiálu filtru a vměstků (vzájemná smáčivost) a rovněž tvar kanálů filtru.
Proudí-li vměstek podél rovné stěny kanálu, je pravděpodobnost jeho zachycení menší než v případě, kdy je současně v kontaktu s více stěnami (např. v rohu čtvercového kanálu). Pravděpodobnost zachycení vměstku hloubkovou filtrací se zvětšuje, čím menší je průřez kanálů a čím více kov víří a mění směr.
Filtrační účinnost filtru je také velmi závislá na velikosti otvorů nebo pórů ve filtru. Čím jemnější je filtr, tím je lepší filtrační účinek. Je však nutno počítat s tím, že se filtr dříve ucpe. Filtry s vysokou pórovitostí a filtry s malými otvory mají menší průtočnou kapacitu.
Zachycené sulfidické vměstky v pěnovém filtru a v lisovaném filtru s přímými kanály
PLOCHÉ FILTRY
Ploché filtry působí, díky svým „dvourozměrným“ pórům pouze jako cedítka s možností tvorby filtračního koláče na jejich povrchu. Neuplatňuje se u nich hloubková filtrace.
Kovová sítka jsou použitelná pouze pro slitiny s nižší licí teplotou, typicky pro slitiny hliníku. Protože vměstky ve slitinách hliníku mají převážně charakter blan, je účinnost kovových mřížek poměrně dobrá. Výhodou je i velmi příznivá cena. Po ztuhnutí však ocelový filtr zůstává zatuhnutý ve vtokové soustavě, s níž se dostává jako vratný materiál zpět do tavicí pece. To může vést k nežádoucímu zvýšení obsahu železa v tavenině.
Tkaninové filtry jsou utkány ze žáruvzdorných tkanin do podoby zhruba stejné, jako kovová sítka. Filtry se vzájemně liší velikostí ok, profilem a tloušťkou vláken spletených do jednotlivých pramenů. Pro zlepšení filtrační účinnosti může být textilie filtru aktivována napuštěním specielní pryskyřicí.
Tkaninové filtry mají nízkou tepelnou kapacitu, proto je možné v jedné formě umístit i několik filtrů na různých místech. To umožňuje např. na prvním filtru zachytit nečistoty, které do formy vstupují s tekutým kovem a na dalších filtrech odstranit drobnější vměstky, které vznikly při proudění ve vtokové soustavě. Mohou být použity také jako pomocný prostředek pro snadné urážení nálitků od vlastního tělesa odlitku.
OBJEMOVÉ FILTRY
 Licí sítka (cedítka) – jsou keramická tělíska s přímými kruhovými otvory o velikosti obvykle v rozmezí ø 4-10 mm, s tloušťkou 6-20 mm. Bývají umístěna většinou v osazení na dně vtokové jamky v přechodu do vtokového kůlu a jejich účelem je v první řadě zachycení primární strusky na počátku lití, kdy je jamka nezaplněná. Vměstky se zachycují pouze mechanismem cezení, účinky hloubkové filtrace jsou zanedbatelné.
Vedle zachycování hrubých nečistot mají i další příznivé účinky. Urychlují zaplnění vtokové jamky, zamezují vzniku vírů nad vtokovým kůlem a omezují turbulenci kovu. Cedítka mohou sloužit také jako pomocný element pro aplikaci očkovadla přímo do formy.
Lisované filtry jsou vyráběny lisováním na stejném principu jako cedítka, ale vyznačují se větší šířkou (většinou 10-22 mm) a menším průměrem kruhových otvorů (ø1-3 mm). Vedle mechanismu účinnějšího cedění menších částic a principu tvorby filtračního koláče, lze zaznamenat i existenci hloubkové filtrace, která je přímo závislá na vnitřním povrchu otvorů, který přichází do styku s taveninou.
Výhodou tohoto typu filtrů je jejich nízká cena, vysoká přesnost a mechanická pevnost. Nevýhodou je jejich nížší filtrační účinnost, vysoká tepelná kapacita, vysoká objemová hmotnost a nízká variabilita výroby, omezená existencí lisovacího nástroje.
Extrudované filtry jsou vyráběny technologií tažením z plastické keramické hmoty. Díky této technologii lze vyrábět filtry s nízkou tloušťkou stěny a s vhodnějším tvarem otvorů (čtverec, trojúhelník), které mají svým charakterem větší a účinnější činnou plochu pro zachycení vměstků „hloubkovou filtrací“.
Oproti lisovaným filtrům mají také nižší tepelnou kapacitu, vyšší licí kapacitu, ale ztrácí svoji přesnost a mechanickou pevnost. Tvarový sortiment filtrů je omezen na existenci protlačovacího nástroje, proto i variabilita výroby je na nízké úrovni.
Stejně jako u licích sítek, tak i u filtrů je důležitou charakteristikou poměr průtočné plochy k ploše celkové. Část plochy, tvořená keramikou omezuje průtočný průřez. Jestliže nemá být proud kovu filtrem seškrcen, je nutné, aby průřez filtru byl oproti průřezu vtokového kanálu přiměřeně zvětšen, a to nejméně tak, aby celkový průtočný průřez otvorů se rovnal řídicímu průřezu vtokové soustavy.
Pěnové keramické filtry jsou tvořeny otevřeným systémem vzájemně propojených buněk. Prouděním kovu v pěnovém filtru dochází ke vzniku místních vírů a k častým změnám směru, v důsledku nichž vměstky přichází do častého kontaktu se stěnami filtru, na kterých ulpívají. Tento systém je výhodný zejména pro hloubkovou filtraci, kde lze účinně odstranit i velmi drobné vměstky až do velikosti 1-5 μm.
Vměstky, jejichž rozměry jsou podstatně menší, než jsou rozměry pórů jsou tak zachycovány na stěnách a zachycují se i vzájemně, takže tvoří „mosty“, zakotvené na stěnách filtru. S tím, jak se množství takto zachycených vměstků zvyšuje, se filtr postupně ucpává, až se stane neprůtočný. Průtočná kapacita filtru tak závisí na množství vměstků, velikosti pórů a na adhesních silách mezi jednotlivými vměstky a filtrem (tj. závisí na materiálu filtru).
Vysoká účinnost hloubkové filtrace jsou nejpodstatnější výhodou pěnových filtrů ve srovnání se všemi ostatními typy. Na hloubkové filtraci se podílí celá tloušťka filtru – čím větší tloušťka filtru, tím účinnější je filtrace. Tloušťka pěnových filtrů bývá obvykle v rozmezí 12-50 mm.
Mezi další výhody filtrů patří vysoká variabilita výroby. Na základě zvoleného provedení filtru pak lze použít filtry mechanicky velice pevné, filtry s nízkou objemovou hmotností, nízkou tepelnou kapacitou, vysokou žáruvzdorností, s vysokým filtračním účinkem, vysokou licí kapacitou i nízkou cenou v závislosti na jejich použití, různých rozměrů a tvarů.
|
