وحدة إزالة الغازات الدوارة لتقليل محتوى الهيدروجين

إزالة الغازات بالدوران

يُعد التفريغ الدوار إحدى أكثر طرق إزالة الغازات فعاليةً، حيث يتم فيها استخدام غاز خامل (النيتروجين). ويُعد تقليل محتوى الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر قبل الصب أحد أهم جوانب مراقبة الجودة في مجال صناعة السبك. وتُسمى عملية إزالة الهيدروجين «إزالة الغازات».

من المعروف جيدًا أن الألومنيوم المنصهر وسبائك الألومنيوم تمتص كميات كبيرة من الغاز، وتعتمد الكمية الموجودة في أي مذابة معينة على خصائص المعدن المستخدم، وتركيب السبيكة، وظروف الصهر. وينعكس تأثير الغاز في المعدن من خلال ظهور ثقوب نفخ، وما يُعرف بالثقوب الدقيقة والشرائط أو الفقاعات على سطح القطع المطروقة. وإذا تم استخدام المنتج النهائي كحاوية للسوائل أو الغازات، فقد تتسبب هذه الفجوات، خاصةً تلك من النوع الدقيق، في تسرب الغاز أو السائل.

عندما يكون الألومنيوم وسبائكه في حالة انصهار، يمكنهما امتصاص الغاز، ولكن عندما يبرد المعدن السائل ويتصلب في القالب، ينخفض امتصاص الغاز ويتم إطلاق الغاز الحر. يتراكم الغاز المنطلق على الفور ويشكل فقاعات، يُحتجز بعضها داخل الكتل المتجمدة، مما يؤدي إلى ظهور تجاويف أو انقطاعات في البنية المعدنية، وهو ما يشكل سبب ضعف المسبوكات.

مجلة «AdTech» الإلكترونية الدورية وحدة إزالة الغازات تستخدم عملية إزالة الغازات بالغاز الخامل. وتستند عملية إزالة الغازات من الألومنيوم إلى المبادئ التالية:

ينتقل الهيدروجين المذاب من المناطق ذات التركيز العالي إلى المناطق ذات التركيز المنخفض. ويتوزع الهيدروجين في المعدن المنصهر فور انبعاثه في أي مساحة مغلقة. ويحافظ على تركيز ثابت في جميع أنحاء المادة المنصهرة. ويكاد معدل انتقال الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر يضاهي معدل انتقاله في الهواء. لذلك، ليس من الضروري تعريض المعدن للغازات الخاملة لكل أونصة. تعتمد كفاءة إزالة الغازات من الألومنيوم على عاملين، هما معدل الانتقال عند السطح الفاصل بين المعدن والغاز، والمساحة السطحية الإجمالية التي يمكن نقل الغاز عبرها.

يتمثل مبدأ إزالة الغازات بالدوران في زيادة المساحة السطحية للغاز المُحقن المعرض للمعدن. فكلما زادت المساحة السطحية، زاد معدل الانتقال من المعدن إلى الغاز الخامل. وبالنسبة لحجم غاز معين، كلما صغر حجم الفقاعات، زادت المساحة السطحية.

على سبيل المثال، تبلغ مساحة سطح فقاعة يبلغ قطرها 1 بوصة 6 بوصات مربعة. وإذا قُسمت هذه الفقاعة نفسها إلى فقاعات يبلغ قطر كل منها 1/16 بوصة، فستزداد مساحة سطحها لتصل إلى 96 بوصة مربعة.

بعبارة أخرى، إذا تم استخدام نفس حجم الغاز وتقلص قطر الفقاعة إلى 1/16 من قطرها الأصلي، فإن المساحة الكلية للسطح ستزداد بمقدار 16 ضعفًا. وتؤثر الفقاعات الأصغر حجمًا بشكل أقل على سطح المادة المنصهرة، كما تقلل من امتصاص الهيدروجين الإضافي في البيئة الرطبة.