إزالة الغازات من الألومنيوم

تعمل طريقة إزالة الغازات بالطفو على إزالة الهيدروجين المذاب من الألومنيوم المنصهر عن طريق إدخال فقاعات دقيقة من الغاز الخامل إلى المادة المنصهرة. وعندما ترتفع الفقاعات عبر الألومنيوم، ينتقل الهيدروجين المذاب إلى الحالة الغازية ويتم إخراجه من المادة المنصهرة. في صناعة صب الألومنيوم، يُستخدم النيتروجين أو الأرجون عادةً كغاز حامل، بينما تعمل معدات إزالة الغازات الدوارة على تحسين توزيع الفقاعات ودوران المادة المنصهرة.

كيف تعمل عملية إزالة الغازات بالطفو؟

المبدأ الأساسي بسيط:

حقن الغاز الخامل → تكوين فقاعات دقيقة → نقل الهيدروجين → التعويم بالفقاعات → تسرب الغاز

ينتقل الهيدروجين المذاب من الألومنيوم المنصهر نحو السطح الفاصل بين الغاز والسائل. ثم ينتقل إلى فقاعات الغاز الخامل ويصعد نحو السطح.

أثناء انتقال الفقاعات عبر المادة المنصهرة، يؤثر كل من مدة بقائها والمساحة السطحية المتاحة على عملية إزالة الهيدروجين. فكلما زادت المساحة الفعالة للتلامس بين الغاز والسائل، زادت فرصة انتقال الهيدروجين من الألومنيوم إلى الطور الغازي.

ما هو الغاز المستخدم في عملية إزالة الغازات في عملية التعويم؟

يُعد النيتروجين والأرجون أكثر الغازات استخدامًا في إزالة الغازات من الألومنيوم المنصهر.

لا يحتاج الغاز إلى التفاعل كيميائيًا مع الهيدروجين. بل إنه يوفر طورًا غازيًّا يمكن للهيدروجين المذاب أن ينتقل إليه.

يعتمد الاختيار بين النيتروجين والأرجون على نوع السبيكة، ومتطلبات العملية، ونقاء الغاز، والمعدات، وظروف تشغيل المصنع.

لماذا تُعد الفقاعات الدقيقة مهمة؟

توفر الفقاعات الدقيقة والمتناثرة جيدًا مساحة إجمالية أكبر للواجهة بين الغاز والسائل مقارنة بالفقاعات الكبيرة، وذلك بالنسبة لنفس حجم الغاز.

وهذا يساعد على تحسين انتقال كتلة الهيدروجين.

ومع ذلك، فإن حجم الفقاعات لا يتحدد بضغط الغاز وحده. بل يتأثر أيضًا بما يلي:

• تصميم الدوار أو الناشر
• معدل تدفق الغاز
• سرعة الدوار
• خصائص الانصهار
• تشتت الغاز
• عمق المعالجة
• درجة حرارة الانصهار

يمكن أن يؤدي التدفق المفرط للغاز إلى تكوين فقاعات أكبر وإلى اضطراب سطحي غير مستقر، في حين أن التدفق غير الكافي للغاز قد يقلل من سعة المعالجة. ولذلك، ينبغي تحسين نقطة التشغيل بما يتناسب مع نظام إزالة الغاز المعني.

إلى أي عمق يجب إدخال الغاز؟

يجب أن تكون نقطة الحقن عميقة بما يكفي في الألومنيوم المنصهر، بحيث توفر للفقاعات مسافة انتقال كافية ووقت بقاء كافٍ.

في عملية إزالة الغازات باستخدام الرمح، يُوضع الطرف السفلي لأنبوب الحقن عادةً في مكان يقع أسفل سطح المادة المنصهرة بفارق كبير. ومع ذلك، ينبغي تحديد العمق الدقيق بناءً على عمق الحمام، وتصميم المعدات، وتدفق الغاز، والحاجة إلى تجنب إزعاج الخبث أو الشوائب المستقرة في قاع الفرن.

في عملية إزالة الغازات الدوارة أثناء التشغيل، يتم تصميم موضع الدوار وعمق الغمر بالتزامن مع غرفة المعالجة لتحقيق تشتت فعال للفقاعات دون حدوث اضطراب مفرط.

قيمة ثابتة مثل لا ينبغي اعتبار النطاق 100–150 ملم شرطًا عامًّا لكل نظام معالجة الألومنيوم المصهور.

كيف تعمل وحدة إزالة الغازات الدوارة على تحسين عملية إزالة الغازات في عملية التعويم؟

في وحدة إزالة الغازات الدوارة، يتم إدخال الغاز الخامل عبر دوار دوار. ويقوم الدوار بتفتيت الغاز الوارد إلى فقاعات دقيقة وتوزيعها في جميع أنحاء الألومنيوم المنصهر.

ويوفر ذلك عدة مزايا:

• توزيع أكثر تناسقًا للغاز
• مساحة تلامس أكبر بين الغاز والسائل
• تحسين دوران المادة المنصهرة
• زيادة مدة بقاء الفقاعات
• إزالة أكثر اتساقًا للهيدروجين
• تقليل الاعتماد على التحريك اليدوي لمشعل الغاز

بالنسبة لصب الألومنيوم المستمر، فإن وحدة إزالة الغازات الدوارة عبر الإنترنت يمكن تركيبه مباشرة قبل مرحلة الترشيح والصب.

وتتمثل العملية النموذجية في ما يلي:

فرن التثبيت → عملية إزالة الغازات الدوارة أثناء الإنتاج → الترشيح → قناة الصب → الصب

لماذا تُعد درجة حرارة الانصهار مهمة؟

يجب أن تظل درجة حرارة إزالة الغازات ضمن النطاق المناسب للعملية.

إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًّا، يصبح الألومنيوم المنصهر أكثر لزوجة، مما قد يؤثر على تدفق المادة المنصهرة وتشتت الفقاعات.

إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة دون داعٍ، تظل قابلية ذوبان الهيدروجين في المعدن السائل أعلى، في حين قد تزداد أيضًا معدلات الأكسدة واستهلاك الطاقة وتآكل المواد المقاومة للحرارة.

لذلك، فإن الهدف لا يكمن فقط في استخدام أعلى أو أدنى درجة حرارة ممكنة، بل في الحفاظ على درجة حرارة مناسبة للسبائك وعملية الصب.

هل يمكن لعملية إزالة الغازات بالطفو أن تزيل الشوائب أيضًا؟

يستهدف إزالة الغازات عن طريق التعويم في المقام الأول الهيدروجين المذاب.

كما يمكن أن تتفاعل فقاعات الغاز الدقيقة مع بعض الشوائب غير المعدنية وتساعد على تعويمها، لا سيما عندما يتم التحكم في دوران المادة المنصهرة بشكل جيد. ومع ذلك، لا ينبغي اعتبار عملية فقاعات الغاز بديلاً عن عملية الترشيح.

من أجل إزالة الشوائب بشكل متسق، يتم عادةً تمرير المادة المنصهرة عبر مرشح رغوي خزفي، أو مرشح من النوع اللوحي، أو مرشح خرطوشي، أو أي نظام ترشيح آخر مناسب بعد إزالة الغازات.

ما الذي يؤثر على كفاءة إزالة الغازات في عملية التعويم؟

يعتمد المستوى النهائي للهيدروجين على عملية المعالجة بأكملها، وليس على حقن الغاز وحده.

ومن بين العوامل المهمة ما يلي:

العامل	التأثير
مستوى الهيدروجين الأولي	يحدد شدة العلاج المطلوبة
معدل تدفق الغاز	يؤثر على تكوين الفقاعات وتشتتها
حجم الفقاعة	يؤثر على مساحة السطح الفاصل بين الغاز والسائل
سرعة الدوار	العوامل المؤثرة في عملية الخلط وتفكك الفقاعات
تصميم الدوار	يحدد مدى انتشار الغاز
مدة العلاج	يحدد إمكانية إزالة الهيدروجين
درجة حرارة الانصهار	يؤثر على قابلية ذوبان الهيدروجين وتدفق المادة المنصهرة
عمق الغمر	يؤثر على حركة الفقاعات ومدة بقائها
حالة الانصهار	يؤثر على الأداء العام للعلاج

كما يتطلب إزالة الغازات بشكل جيد التحكم في مصادر الهيدروجين، مثل الرطوبة الموجودة في مواد التعبئة والأدوات والمواد المقاومة للحرارة والغلاف الجوي المحيط.

إزالة الغازات بالطفو مقابل الترشيح

لهذه العمليتين وظائف أساسية مختلفة:

العملية	الهدف الرئيسي	المعدات النموذجية
إزالة الغازات عن طريق التعويم	الهيدروجين المذاب	وحدة إزالة الغازات الدوارة
الترشيح	الشوائب غير المعدنية	مرشح رغوي خزفي، مرشح صفيحي، مرشح خرطوشي

يؤدي استخدام هاتين العمليتين معًا إلى معالجة أكثر شمولية للألمنيوم المنصهر قبل الصب.

الأسئلة الشائعة

1. ما هي طريقة إزالة الغازات عن طريق التعويم؟

تعمل عملية إزالة الغازات بالطفو على التخلص من الهيدروجين المذاب عن طريق توزيع فقاعات دقيقة من الغاز الخامل عبر الألومنيوم المنصهر، مما يسمح للفقاعات الغنية بالهيدروجين بالصعود والخروج.

2. ما هو الغاز المستخدم في إزالة الغازات من عملية التعويم للألمنيوم؟

يُستخدم النيتروجين والأرجون عادةً كغازات حاملة خاملة لإزالة الغازات من الألومنيوم المنصهر.

3. كيف تعمل وحدة إزالة الغازات الدوارة على إزالة الهيدروجين؟

يقوم دوار دوار بتوزيع الغاز الخامل على شكل فقاعات دقيقة. وينتقل الهيدروجين المذاب إلى هذه الفقاعات، التي ترتفع بعد ذلك عبر المادة المنصهرة وتتسرب إلى السطح.

4. لماذا تُفضل الفقاعات الصغيرة؟

توفر الفقاعات الصغيرة مساحة إجمالية أكبر للواجهة بين الغاز والسائل، مما يمكن أن يحسّن عملية نقل الهيدروجين من الألومنيوم المنصهر.

5. هل يؤدي ارتفاع ضغط الغاز إلى تحسين عملية إزالة الغازات؟

ليس بالضرورة. فقد يؤدي التدفق المفرط للغاز أو الضغط الزائد إلى تكوين فقاعات أكبر وإلى اضطرابات غير ضرورية. لذا، ينبغي تحسين تدفق الغاز بما يتناسب مع المعدات المحددة وظروف الصهر.

6. ما هو العمق الذي ينبغي غمر دوار إزالة الغازات فيه؟

يعتمد عمق الغمر الصحيح على حجرة المعالجة، وعمق المادة المنصهرة، وتصميم الدوار، ومعلمات العملية. ويجب أن يضمن هذا العمق تشتتًا فعالًا للفقاعات دون إحداث اضطراب مفرط في المادة المنصهرة.

7. هل تؤدي عملية إزالة الغازات إلى التخلص من شوائب الألومنيوم؟

تهدف عملية إزالة الغازات بشكل أساسي إلى التخلص من الهيدروجين المذاب. أما الترشيح فهو الطريقة الأساسية لإزالة الشوائب غير المعدنية العالقة.

8. هل تؤثر درجة حرارة الانصهار على عملية إزالة الغازات؟

نعم. تؤثر درجة الحرارة على قابلية ذوبان الهيدروجين، ولزوجة المادة المنصهرة، وسلوك الفقاعات، والأداء العام لعملية المعالجة. وينبغي أن تظل درجة حرارة إزالة الغازات ضمن النطاق المعتمد للعملية بالنسبة لهذه السبيكة.

9. هل يمكن استخدام عملية إزالة الغازات بالطفو في الصب المستمر؟

نعم. عادةً ما يتم دمج عملية إزالة الغازات الدوارة عبر خط الإنتاج في خطوط الصب المستمر للألمنيوم قبل مرحلتي الترشيح والصب.

10. ما الفرق بين إزالة الغازات يدويًّا وإزالة الغازات بالدوران؟

يعتمد إزالة الغازات يدويًّا بشكل عام على المعالجة على دفعات ومشاركة أكبر من جانب المشغل، في حين تستخدم عملية إزالة الغازات الدوارة دوارًا يتم التحكم فيه لتوزيع الغاز الخامل، ويمكن دمجها في خط معالجة مستمر للذوبان.