Refinado con gas inerte mediante una unidad de desgasificación de aluminio fundido

El refinado con gas inerte consiste en inyectar continuamente burbujas de gas inerte en la masa fundida y expulsar las inclusiones oxidadas y el hidrógeno de la superficie del líquido mientras las burbujas flotan. La inyección de gas inerte en la masa fundida permite eliminar la escoria, ya que las burbujas de gas inerte inyectadas absorben las inclusiones oxidadas presentes en la masa fundida y las expulsan de la superficie del líquido durante el proceso de flotación. Este método es el denominado método de desescoriado por flotación. Dado que la burbuja de gas inerte adsorbe las inclusiones oxidadas del baño fundido, puede reducir la energía libre superficial total del sistema, por lo que esta adsorción puede producirse de forma automática. Cuanto menor sea la tensión superficial entre el gas inerte y las inclusiones, y cuanto mayor sea la tensión superficial entre el material fundido y el gas inerte, así como la tensión de interfaz entre el material fundido y las inclusiones, mayor será la capacidad de eliminación de escoria del gas inerte.

Cuando se utiliza gas inerte para el refinado, el fundente de refinado deben esparcirse uniformemente sobre la superficie del líquido. Esto se debe a que, una vez que las burbujas de gas inerte han sacado las inclusiones de la superficie del líquido, si en ese momento hay una capa de fundente sobre la superficie del líquido, las inclusiones se introducirán en el fundente y se convertirán en escoria, que es fácil de extraer. De lo contrario, las inclusiones con mayor densidad volverán a caer en el aluminio fundido, y las de menor densidad formarán una espuma en la superficie del líquido, que resulta difícil de separar del aluminio fundido. Al extraer esta espuma, se arrastrará una gran cantidad de metal fundido, lo que supone una importante pérdida de metal.

La inyección de gas inerte en la masa fundida permite desgasificarla, ya que la burbuja de gas inerte inyectada en la masa fundida no contiene hidrógeno y su presión parcial de hidrógeno es cero, mientras que la presión parcial de hidrógeno en la masa fundida cercana a la burbuja es muy superior a cero; por lo tanto, existe una diferencia de presión parcial de hidrógeno entre el interior y el exterior de la burbuja. Bajo el efecto de esta diferencia de presión parcial, los átomos de hidrógeno del material fundido se difunden hacia la interfaz de la burbuja y se recombinan en moléculas en dicha interfaz para entrar en la burbuja. Este proceso no se detendrá hasta que la presión parcial del hidrógeno dentro y fuera de la burbuja sea igual. El hidrógeno que entra en las burbujas se escapa a la atmósfera a medida que estas flotan hacia arriba. Además, durante el proceso de flotación de las burbujas, las diminutas burbujas de hidrógeno molecular suspendidas en la masa fundida y el gas presente en las inclusiones también pueden ser expulsados de la superficie del líquido por flotación, logrando así el objetivo de la desgasificación.

Factores que influyen en el refinado con gases inertes

1) La naturaleza de los gases inertes. La densidad, la viscosidad, la humectabilidad y la capacidad calorífica del gas inerte influyen en el efecto de refinado. Cuanto mayor sea la densidad del gas y mayor su viscosidad, más lenta será la velocidad de flotación en la masa fundida y mayor el tiempo de residencia, lo que favorece la mejora del efecto de refinado; sin embargo, cuanto menor sea la densidad del gas, mayor será el volumen de gas por unidad de masa. Cuanto mayor es el área de contacto, también contribuye a mejorar el efecto de refinado. Los experimentos han demostrado que el factor decisivo en el proceso de desgasificación no es la calidad del gas refinado, sino su volumen y su grado de dispersión en la masa fundida. Cuanto mejor sea la capacidad de humectación del gas sobre las inclusiones, mayor será su capacidad de flotación. La capacidad calorífica influye en el efecto de refinado al afectar a la temperatura de la masa fundida.

2) La pureza del gas inerte. La pureza del gas inerte se refiere principalmente al contenido de oxígeno y humedad en el mismo. Cuanto mayor sea el contenido de oxígeno y agua en el gas inerte, peor será el efecto de refinado. Dado que el oxígeno y el vapor de agua penetran en la masa fundida junto con el gas de refinado, reaccionan químicamente con ella para formar una película de óxido en la superficie de la burbuja y aumentar la presión parcial de hidrógeno en su interior. Esto no solo retrasará considerablemente el proceso de difusión y eliminación del hidrógeno, sino que también aumentará el contenido de inclusiones oxidadas en la solución. Cuando la humedad y el oxígeno del gas inerte superan un determinado valor, no solo no puede desempeñar una función de refinado, sino que incluso puede provocar que el baño fundido sufra un proceso de absorción de hidrógeno, lo que causa una contaminación más grave.

3) El tamaño de las burbujas. Cuanto menor sea el tamaño de las burbujas, mejor será el efecto de desgasificación. Esto se debe a que, cuanto más pequeñas son las burbujas, mayor es el número de burbujas que se forman a partir de un mismo volumen de gas y mayor es su superficie; y cuanto más lenta es la velocidad de flotación en el aluminio fundido, mayor es el tiempo de contacto con el metal fundido.

4) La uniformidad del contacto entre las burbujas y la masa fundida. Cuanto más completo y uniforme sea el contacto, mejor será el efecto de refinado. Dado que el refinado por soplado de aire se basa en la desgasificación por difusión mediante diferencia de presión parcial y en la eliminación de escoria por flotación, solo la zona en contacto con el gas de refinado puede producir un efecto de refinado. Para aumentar las posibilidades de contacto, lo más recomendable es utilizar un tratamiento combinado de refinado por transferencia en línea y filtrado y soplado, de modo que cada parte de la masa fundida se someta al refinado. En el caso del refinado en el horno, el dispositivo de refinado debe desplazarse suavemente a lo largo del fondo del horno para evitar que queden zonas sin tratar.

5) Otros parámetros del proceso de refinado. Los parámetros del proceso de refinado, como el tiempo de soplado, la presión de soplado, la temperatura de soplado y el tiempo de reposo de la masa fundida tras el refinado, tienen efectos evidentes en el resultado del refinado de la masa fundida.