Каковы основные технологии рафинирования алюминиевых сплавов?

При рафинировании алюминиевых сплавов из расплавленного металла перед разливкой удаляются растворенные газы и не-неметаллические включения. Водород является преобладающим газом в алюминиевых расплавах, на его долю приходится более 85% содержания растворенного газа, а оксид алюминия является основным включением. Поскольку растворимость водорода при насыщении в жидком алюминии примерно в 20 раз выше, чем в твердом алюминии, водород выпадает в осадок во время затвердевания и образует микропоры и пористость в отливках, если расплав не дегазирован и не очищен должным образом.

Почему дегазацию необходимо совмещать со шлакоудалением

Включения и растворенный газ взаимодействуют при затвердевании. В алюминии промышленной-чистоты поры появляются, когда содержание водорода превышает примерно 0,1 мл на 100 г расплавленного металла, тогда как в алюминии высокой-чистоты поры не наблюдаются до тех пор, пока содержание водорода не достигнет примерно 0,4 мл на 100 г. Разница показывает, что оксидные включения действуют как центры зарождения водородных пор. Таким образом, удаление шлака и включений является основой эффективной дегазации, и эти две операции следует выполнять вместе, а не как независимые этапы.

Традиционные нефтеперерабатывающие агенты и их ограничения

Соли на основе гексахлорэтана и хлорида- уже давно используются в качестве очистителей, поскольку они эффективны как при дегазации, так и при удалении шлака. Продукты реакции хлора удаляют водород и помогают включениям всплывать на поверхность, где они удаляются. Однако при очистке эти реагенты выделяют хлор и хлорированные газы, что является экологически нежелательным и опасным для операторов. Все более строгие нормы выбросов вынуждают литейные предприятия заменять их не-токсичными флюсами и методами на основе инертного-газа-.

Метод дегазации с вращающейся крыльчаткой (RID).

Дегазатор с вращающейся крыльчаткой впрыскивает инертный газ, обычно аргон или азот, в расплав через вращающийся вал с ротором на нижнем конце. Ротор разрезает входящий поток газа на мелкие пузырьки диаметром примерно 0,5 мм. Маленькие пузырьки имеют большое соотношение-площади-к-объему и медленно поднимаются сквозь расплав, что максимально увеличивает время контакта между поверхностью пузырька и жидкостью. Водород диффундирует в пузырек и выносится из расплава на поверхность. Эти же пузырьки прикрепляются к оксидным включениям и всплывают в слой шлака, обеспечивая комбинированный эффект дегазации и очистки.

Метод инжекции флюса (FI)

Впрыскивание флюса переносит порошкообразный флюс в расплав с использованием инертного газа в качестве носителя. Порошок увеличивает площадь контакта флюса с жидким металлом, что улучшает абсорбцию шлака и удаление оксидных пленок. В то же время флюс изменяет свойства границы между газовыми пузырьками и расплавом, что повышает эффективность удаления водорода из газа-носителя. Впрыск флюса особенно полезен для расплавов с высоким уровнем включений, таких как вторичные алюминиевые сплавы и материалы, подвергающиеся интенсивной переработке.

Метод ротационной продувки: сочетание RID и FI

Метод ротационной продувки сочетает в себе два принципа: порошкообразный флюс впрыскивается через вращающееся рабочее колесо, в то время как инертный газ продолжает генерировать мелкие пузырьки. Вращающаяся продувочная фурма равномерно распределяет газ и флюс по расплаву, обеспечивая одновременную дегазацию, флюсование и флотацию включений за один этап обработки. В настоящее время это наиболее эффективный вариант технологии -рафинирования-для многих литейных предприятий и линий непрерывного литья-, а также он является основой большинства современных поточных станций обработки расплава.

Контроль процесса и проверка качества

Измерьте содержание водорода до и после обработки с помощью теста пониженного-давления или коммерческого водородного зонда; целевые уровни зависят от семейства сплавов и процесса литья.

Проверьте удаление включений с помощью испытаний пресс-формы K- или анализа PoDFA, особенно для отливок высокой-целостности в аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Поддерживайте температуру обработки в пределах диапазона-специфического для сплава; чрезмерная температура способствует повторному-окислению и поглощению водорода.

Минимизируйте время выдержки после обработки и защитите поверхность расплава покровным флюсом или инертным газом, чтобы избежать повторного-загрязнения.

Выберите тип флюса в зависимости от химического состава сплава: флюсы,-без хлоридов и-без фтора, предпочтительнее в тех случаях, когда действуют строгие экологические разрешения.

Часто задаваемые вопросы

Почему водород является основным газом в расплавах алюминия?

Водород — единственный газ, обладающий значительной растворимостью в жидком алюминии. Влага в шихте, атмосфере печи и инструментах диссоциирует при температуре плавления, а атомарный водород легко растворяется в жидком металле.

Что будет, если расплав разлить без рафинирования?

Растворенный водород выпадает в осадок во время затвердевания и образует поры, а оксидные включения ухудшают механические свойства и обрабатываемость. Результатом является пористость, утечки в герметичных отливках,-и плохое качество поверхности.

Почему маленькие пузырьки более эффективны при дегазации, чем большие?

Небольшой пузырь имеет большую площадь поверхности на единицу объема и поднимается медленнее, давая водороду больше времени для диффузии в пузырь. По этой причине ротор предназначен для образования пузырьков диаметром около 0,5 мм.

Может ли впрыск флюса заменить вращающееся рабочее колесо?

Впрыскивание флюса само по себе улучшает удаление включений, но менее эффективно при дегазации. Метод ротационной продувки, сочетающий в себе оба метода, дает наилучший общий результат и является предпочтительной конфигурацией на современных очистных станциях.

Используются ли до сих пор в промышленности агенты на основе гексахлорэтана-?

В большинстве регионов их использование постепенно прекращается из-за выбросов хлора и проблем безопасности операторов. В новых установках сейчас преобладают не-токсичные флюсы и инертные-методы дегазации газов.

Как долго должен длиться типичный цикл дегазации?

Время цикла зависит от объема расплава, сплава и целевого уровня водорода, обычно от 5 до 15 минут для периодической обработки. Правильная конечная точка подтверждается измерением содержания водорода, а не только фиксированным временем.