تكرير الألومنيوم المنصهر وإزالة الغازات منه

تعتبر عملية إزالة الغازات من الألومنيوم المنصهر أثناء تكريره عملية مهمة في صناعة صب الألومنيوم. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على جودة الألومنيوم وسبائكه. ومن بينها، يُعد محتوى الهيدروجين والشوائب وتركيز الفلزات القلوية في سائل الألومنيوم من أهم العوامل. وهناك الكثير من الأبحاث حول كيفية تقليل محتوى الهيدروجين والشوائب في سائل الألومنيوم، والعديد من العمليات الجديدة وتكرير الألومنيوم المنصهر معدات إزالة الغازات ظهرت في السوق.

تكرير الألومنيوم المنصهر وإزالة الغازات منه

يمكن تقسيم عملية إزالة الغازات عبر الإنترنت بشكل عام إلى طرق نفخ الغاز، وطرق التكرير بالفراغ، وطرق التكرير بالموجات فوق الصوتية. يركز هذا المقال على طريقة نفخ الغاز.

مبدأ طريقة النفخ بالغاز

طريقة نفخ الغاز، والمعروفة أيضًا باسم طريقة العوامة. وتتمثل أساسًا في تكوين العديد من الفقاعات الصغيرة بعد نفخ غاز خامل في سائل الألومنيوم. يكون الضغط الأولي للهيدروجين داخل الفقاعة صفرًا، ويوجد فرق في ضغط الهيدروجين عند السطح الفاصل بين الفقاعة وسائل الألومنيوم، مما يؤدي إلى امتصاص الهيدروجين المذاب في سائل الألومنيوم باستمرار إلى داخل الفقاعة. ويتوقف هذا العملية عندما يتساوى ضغط الهيدروجين في الوسط. وبعد أن تطفو الفقاعات على سطح السائل، يتسرب الهيدروجين الموجود في الفقاعات إلى الغلاف الجوي.

بالإضافة إلى ذلك، تلتقي الفقاعات مع الشوائب الأكسيدية الموجودة في المادة المنصهرة. وتقوم الفقاعات بامتصاص الشوائب على سطحها. ويمكن لعملية صعود الفقاعات أن تخرج غاز الهيدروجين والشوائب الأكسيدية، مما يحقق تأثير إزالة الغازات وتأثير التنقية.

طريقة مدخل الغاز الخامل

في طريقة نفخ الغاز، تؤثر طريقة تمرير الغاز الخامل إلى سائل الألومنيوم تأثيرًا كبيرًا على فعالية إزالة الغازات والتكرير. وفي الوقت الحالي، توجد ثلاث طرق شائعة تُستخدم في مصانع صب المعادن المنصهرة، وهي: أنبوب إزالة الغازات، والطوب القابل للتنفس، وإزالة الغازات الدوارة.

إن أبسط طريقة من طرق نفخ الغاز هي إدخال أنبوب تنقية في سائل الألومنيوم، ثم تمرير غاز خامل من خلاله. وتتميز طريقة إزالة الغازات هذه، التي تعتمد على أنبوب واحد بفتحة واحدة، بفعالية ضعيفة في إزالة الغازات. كما تقوم بعض مصانع الصب بالذوبان بتركيب طوب مسامي في قاع الفرن. يمر الغاز الخامل عبر الطوب القابل للتنفس لتشكيل فقاعات متعددة القنوات. وبالمقارنة مع طريقة النفخ ذات الفتحة الواحدة، فإن طريقة النفخ المسامية تتمتع بتأثير أفضل قليلاً في إزالة الغازات والتكرير. ومع ذلك، في عملية الاستخدام الفعلي، فإن الطوب القابل لنفاذ الهواء يعاني من عيوب تتمثل في سهولة الانسداد، وتسرب سائل الألومنيوم، وصعوبة الصيانة والإصلاح، والتقلب الشديد لسطح السائل، وزيادة تكوّن الخبث.

مع تعمق الأبحاث، ظهرت طريقة إزالة الغازات الدوارة. ويتمثل المبدأ الأساسي لهذه الطريقة في رش غاز خامل في سائل الألومنيوم عبر دوار دوار لتشكيل عدد كبير من الفقاعات المتناثرة، وذلك من أجل تنفيذ عملية تنقية إزالة الغازات. ولتحسين كفاءة إزالة الغازات، يجب أن يكون عدد فقاعات الغاز الخامل أكبر قدر ممكن. ويجب أن يكون قطر فقاعات الغاز الخامل صغيرًا، ووقت بقاءها طويلًا، وأن يكون سطح سائل الألومنيوم مستقرًا قدر الإمكان.

جهاز إزالة الغازات من سائل الألومنيوم

وفقًا لإحصاءات غير كاملة، فإن 99% من أجهزة إزالة الغازات المتوفرة حاليًا في السوق هي أجهزة إزالة الغازات الدوارة من النوع الصندوقي. وتتميز أجهزة إزالة الغازات الصندوقية بفعالية عالية في إزالة الغازات وتنقية المعدن، كما أن نظام التسخين الخاص بها قادر على تقليل فقدان درجة الحرارة في عملية الصب. النوع الصندوقي جهاز إزالة الغازات الدوار يزيد من مدة بقاء الفقاعات، مما يؤدي إلى تحسين عملية إزالة الغازات والتكرير.

يتدفق سائل الألومنيوم إلى داخل هيكل خزانة إزالة الغازات، ويستقر في البطانة المقاومة للحرارة. ويحتوي هيكل الخزانة على سخان، وبذلك يحافظ سائل الألومنيوم على حالته المنصهرة. وبعد إخراج الغاز الخامل عبر الدوار الدوار، تتولد كمية كبيرة من الفقاعات، حيث تنتشر الفقاعات الصغيرة وترتفع في سائل الألومنيوم لإزالة الهيدروجين. وأثناء صعود الفقاعات الصغيرة، وبسبب تأثير التوتر السطحي، تلتقط الفقاعات الشوائب الموجودة على سطح السائل. وفي الوقت نفسه، يصبح تكوين السبائك في سائل الألومنيوم أكثر اتساقًا بفضل تحريك الدوار.