El aluminio se desgasifica inyectando un gas inerte, como el nitrógeno o el argón, en el aluminio fundido a través de un rotor giratorio de grafito. El rotor divide el gas en burbujas finas, que absorben el hidrógeno disuelto de la masa fundida y lo transportan hacia la superficie. Este proceso de desgasificación rotativa se utiliza ampliamente antes de la fundición para reducir los defectos relacionados con el hidrógeno y mejorar la calidad del aluminio fundido.

En la producción industrial de aluminio, la desgasificación suele combinarse con la filtración y otros procesos de tratamiento de la masa fundida para conseguir un rendimiento estable en la colada.

¿Qué es la desgasificación del aluminio?

La desgasificación del aluminio es un proceso de tratamiento de la masa fundida que se utiliza para eliminar el hidrógeno disuelto del aluminio fundido antes de la fundición.

Durante la fusión y el mantenimiento de la temperatura, el aluminio líquido puede absorber hidrógeno procedente de la humedad de la atmósfera, de herramientas húmedas, de las condiciones del horno o de materiales de carga contaminados. A diferencia de las impurezas sólidas, el hidrógeno disuelto no puede eliminarse mediante filtración, ya que se encuentra en el interior del metal fundido.

Cuando el aluminio se solidifica, la solubilidad del hidrógeno disminuye considerablemente. El exceso de hidrógeno puede formar poros gaseosos en el interior de la pieza fundida, lo que afecta a:

• Propiedades mecánicas
• Calidad interna
• Rendimiento de la superficie
• Resultados de la extrusión y la laminación

Por este motivo, los productores de aluminio utilizan sistemas de desgasificación para controlar los niveles de hidrógeno antes de que el metal entre en el proceso de fundición.

¿Por qué es importante la eliminación del hidrógeno en la fundición de aluminio?

El hidrógeno es una de las principales causas de los defectos de porosidad en las piezas de fundición de aluminio.

Durante la solidificación, el hidrógeno disuelto intenta escapar de la matriz de aluminio. Si el contenido de hidrógeno es demasiado elevado, pueden quedar burbujas de gas atrapadas en el interior de la pieza fundida y formar porosidad.

Entre las consecuencias más habituales se encuentran:

• Reducción de la resistencia y la ductilidad
• Defectos internos tras el mecanizado
• Mala calidad de la superficie
• Problemas en los procesos posteriores, como la extrusión o la laminación

Un proceso estable de desgasificación del aluminio contribuye a reducir estos riesgos al disminuir el hidrógeno disuelto antes de la fundición.

Sin embargo, la eliminación del hidrógeno es solo una parte del proceso de purificación del aluminio fundido. El aluminio fundido también puede contener inclusiones de óxido, partículas de escoria y otras impurezas no metálicas. Estas suelen controlarse mediante sistemas de filtración, como los filtros de espuma cerámica.

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¿Cómo funciona el proceso de desgasificación del aluminio?

El método industrial más habitual es desgasificación rotativa, también conocido como desgasificación por impulsor.

El proceso consta de varios pasos:

1. Se sumerge un rotor de grafito en el aluminio fundido.
2. El nitrógeno o el argón entran a través del eje hueco.
3. El impulsor giratorio dispersa el gas en pequeñas burbujas.
4. Las burbujas circulan por la masa fundida y absorben el hidrógeno disuelto.
5. El hidrógeno se elimina a medida que las burbujas suben a la superficie.

La eficacia de la desgasificación depende de la interacción entre las burbujas de gas y el aluminio fundido. Las burbujas más pequeñas y distribuidas de forma más uniforme proporcionan una mayor superficie de contacto, lo que permite que el hidrógeno se transfiera de forma más eficaz desde la masa fundida a la fase gaseosa.

En comparación con los métodos sencillos de inyección de gas, la desgasificación rotativa ofrece una mejor dispersión del gas y unos resultados de tratamiento más uniformes.

¿Por qué se utiliza ampliamente la desgasificación rotativa para el tratamiento del aluminio fundido?

La desgasificación rotativa se ha convertido en una tecnología habitual en muchas plantas de fundición de aluminio, ya que permite un tratamiento estable y eficaz de la masa fundida.

Entre las principales ventajas se encuentran:

Mejor dispersión del gas

El rotor giratorio divide el gas entrante en burbujas finas, en lugar de permitir que las burbujas grandes se escapen rápidamente de la masa fundida.

Eliminación más eficaz del hidrógeno

Las burbujas finas crean una mayor superficie de contacto con el aluminio fundido, lo que mejora la eficiencia en la absorción de hidrógeno.

Un tratamiento de fusión más uniforme

La rotación del impulsor genera una circulación en el interior de la masa fundida, lo que contribuye a distribuir el gas de tratamiento de forma más uniforme.

Apto para la producción en continuo

Los equipos de desgasificación rotativos pueden instalarse entre el horno de mantenimiento y la línea de colada, lo que los hace adecuados para los sistemas modernos de producción de aluminio.

En la práctica, el rendimiento del desgasificado depende no solo del consumo de gas, sino también del diseño del rotor, los parámetros de funcionamiento, la temperatura de la masa fundida y el estado del equipo.

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¿Qué factores influyen en la eficacia de la desgasificación del aluminio?

El éxito de un proceso de desgasificación del aluminio depende de varios factores operativos.

Diseño del rotor

El rotor de grafito es uno de los componentes más importantes de un sistema de desgasificación. Su diseño influye en:

• Tamaño de la burbuja
• Distribución de gas
• Circulación del material fundido
• Eficacia del tratamiento

Se pueden elegir diferentes diseños de rotor en función del volumen de material fundido y de los requisitos de producción.

Caudal de gas

Es necesario controlar cuidadosamente el caudal de gas.

Demasiado bajo:

• Eliminación insuficiente de hidrógeno

Demasiado alto:

• Aumento de la turbulencia
• Posible formación de óxido
• Menor eficacia del tratamiento

El objetivo es lograr una dispersión estable de las burbujas, en lugar de limitarse a aumentar el consumo de gas.

Duración del tratamiento

La duración del tratamiento depende de:

• Contenido inicial de hidrógeno
• Temperatura de fusión
• Volumen de aluminio
• Estado del rotor
• Caudal de gas

Un tratamiento más prolongado no siempre garantiza mejores resultados. Es más importante llevar a cabo un control adecuado del proceso.

Condición de fusión

Una contaminación elevada por óxidos, una turbulencia excesiva o una gestión deficiente del horno pueden afectar a los resultados de la desgasificación. Por este motivo, la desgasificación suele formar parte de un proceso completo de tratamiento del aluminio fundido.

Rotor y eje de grafito: componentes clave en los sistemas de desgasificación

El rotor y el eje están expuestos directamente al aluminio fundido, por lo que las prestaciones de sus materiales son fundamentales.

El grafito se utiliza habitualmente porque ofrece:

• Resistencia a las altas temperaturas
• Buena estabilidad térmica
• Resistencia a la corrosión por aluminio fundido
• Rendimiento fiable durante un funcionamiento repetido

Durante la producción, se debe controlar periódicamente el desgaste del rotor. Un rotor dañado puede afectar a la distribución de las burbujas y reducir la eficacia de la desgasificación.

Un mantenimiento y una sustitución adecuados de los componentes de grafito contribuyen a mantener unos resultados de tratamiento constantes.

 

¿Por qué se debe combinar la desgasificación con la filtración?

La desgasificación y la filtración resuelven distintos problemas en el tratamiento del aluminio fundido.

La desgasificación elimina:

• Hidrógeno disuelto

La filtración elimina:

• Inclusiones de óxido
• Partículas no metálicas
• Impurezas relacionadas con la escoria

Para la fundición de aluminio de alta calidad, suelen utilizarse conjuntamente los siguientes procesos:

Fusión → Desgasificación → Filtración → Colada

Por ejemplo, un sistema de desgasificación rotativo puede reducir el contenido de hidrógeno, mientras que un filtro de espuma cerámica ayuda a eliminar las inclusiones sólidas antes de que el aluminio pase a la fase de fundición.

La combinación de ambas tecnologías permite controlar mejor la pureza del aluminio fundido y contribuye a reducir los defectos de fundición.

¿Cómo elegir el equipo adecuado para la desgasificación del aluminio?

La elección del equipo de desgasificación del aluminio depende de las condiciones reales de producción, entre las que se incluyen:

• Capacidad del horno o de la cuchara de colada
• Tipo de aleación de aluminio
• Volumen de tratamiento necesario
• Velocidad de lanzamiento
• Nivel de hidrógeno objetivo
• Integración con equipos de filtración

En la producción de aluminio a gran escala, las unidades automatizadas de desgasificación rotativa ofrecen un tratamiento más estable y repetible en comparación con los métodos manuales de inyección de gas.

AdTech ofrece soluciones para el tratamiento del aluminio fundido, entre las que se incluyen equipos de desgasificación rotativos, sistemas de rotor de grafito y soluciones de filtración diseñadas para aplicaciones de fundición de aluminio.

Un proceso fiable de desgasificación del aluminio no consiste únicamente en eliminar el hidrógeno. Requiere una selección adecuada de los equipos, un funcionamiento estable y la integración con el proceso global de tratamiento de la masa fundida para lograr una calidad constante del aluminio.

Preguntas frecuentes

1. ¿Por qué es necesario desgasificar el aluminio fundido?

La desgasificación es necesaria porque el aluminio fundido puede absorber hidrógeno durante la fusión y el mantenimiento a temperatura. El exceso de hidrógeno puede provocar porosidad durante la solidificación, lo que reduce la calidad de la fundición y sus propiedades mecánicas. La desgasificación del aluminio elimina el hidrógeno disuelto antes de la fundición para mejorar la pureza de la masa fundida y reducir los defectos relacionados con el hidrógeno.

2. ¿Cómo funciona la desgasificación del aluminio?

La desgasificación del aluminio consiste en inyectar gas inerte, normalmente nitrógeno o argón, en el aluminio fundido a través de un rotor giratorio de grafito. El rotor genera finas burbujas de gas que absorben el hidrógeno disuelto en la masa fundida. A continuación, el hidrógeno se elimina cuando las burbujas suben a la superficie.

3. ¿Qué gas se utiliza para la desgasificación del aluminio?

El nitrógeno y el argón son los gases más utilizados para la desgasificación del aluminio. El nitrógeno se emplea ampliamente en operaciones generales de fundición, mientras que el argón es el preferido para algunas aplicaciones que requieren un mayor control de la calidad de la masa fundida. La elección depende del tipo de aleación, de los requisitos de producción y del diseño del sistema de desgasificación.

4. ¿Qué defectos puede evitar la desgasificación del aluminio?

La desgasificación del aluminio contribuye principalmente a prevenir los defectos de porosidad relacionados con el hidrógeno. Un alto contenido de hidrógeno en el aluminio fundido puede provocar la formación de poros internos, una menor resistencia mecánica, una mala calidad de la superficie y problemas durante procesos como la extrusión, la laminación y el mecanizado.

5. ¿Cuál es la diferencia entre la desgasificación del aluminio y la filtración?

La desgasificación del aluminio elimina el hidrógeno disuelto del aluminio fundido, mientras que la filtración elimina las impurezas sólidas, como las inclusiones de óxido y las partículas no metálicas. En la fundición de aluminio, la desgasificación y la filtración con espuma cerámica suelen combinarse para mejorar la limpieza general de la masa fundida y la calidad de la pieza fundida.

6. ¿Por qué se utiliza un rotor de grafito en la desgasificación del aluminio?

Los rotores de grafito se utilizan habitualmente en los sistemas de desgasificación del aluminio, ya que pueden soportar altas temperaturas y resisten la corrosión provocada por el aluminio fundido. El diseño del rotor influye directamente en el tamaño de las burbujas, la distribución del gas y la eficiencia en la eliminación del hidrógeno durante el proceso de desgasificación.

7. ¿Qué factores influyen en la eficacia de la desgasificación del aluminio?

La eficacia de la desgasificación del aluminio depende de varios factores, entre los que se incluyen el diseño del rotor, el caudal de gas, el tamaño de las burbujas, el tiempo de tratamiento, la temperatura de la masa fundida y la pureza del aluminio. Una distribución estable de burbujas finas y unos parámetros de funcionamiento adecuados son fundamentales para lograr una eliminación eficaz del hidrógeno.

8. ¿Cuánto tiempo dura el proceso de desgasificación del aluminio?

El tiempo de desgasificación depende del volumen de aluminio fundido, del nivel inicial de hidrógeno, del tipo de aleación, del caudal de gas y del diseño de la instalación. Las plantas industriales de aluminio suelen optimizar el tiempo de tratamiento en función del nivel de hidrógeno requerido, en lugar de utilizar un tiempo de procesamiento fijo.

9. ¿Puede la desgasificación del aluminio eliminar las inclusiones de óxido?

No. La desgasificación del aluminio no elimina las inclusiones de óxido, ya que se centra en el hidrógeno disuelto y no en las partículas sólidas. Las inclusiones de óxido suelen eliminarse mediante sistemas de filtración del aluminio, como los filtros de espuma cerámica, instalados antes de la fundición.

10. ¿Cómo elijo un sistema de desgasificación de aluminio?

La elección de un sistema de desgasificación del aluminio depende de la capacidad del horno, el rendimiento de la fundición, los requisitos de la aleación, el nivel de hidrógeno deseado y el proceso de producción. Para la fundición continua de aluminio, los equipos de desgasificación rotativos con un rotor de grafito de rendimiento fiable proporcionan resultados más estables y uniformes en el tratamiento de la masa fundida.