Avec l'expansion continue de l'utilisation des alliages d'aluminium dans divers secteurs de l'économie nationale, des exigences de plus en plus strictes sont imposées en matière de qualité interne de ces matériaux. Au cours du processus de production, la composition chimique de l’alliage d’aluminium ainsi que les défauts tels que les cavités de retrait, la porosité et les inclusions de scories dans les lingots doivent être strictement contrôlés. En effet, la qualité interne des produits transformés dépend de celle des lingots, et la qualité interne des lingots dépend elle-même en grande partie de la qualité de la masse fondue. Par conséquent, la pureté de la masse fondue d’alliage d’aluminium revêt une importance capitale. Compte tenu des équipements et des conditions de processus existants, la technologie de purification de la masse fondue d’aluminium est conçue pour réduire la teneur en hydrogène de celle-ci, afin d’obtenir des lingots de haute qualité.
Technologie de purification de l'aluminium
Le principal gaz présent dans l'aluminium fondu est l'hydrogène (sa fraction volumique est comprise entre environ 60% et 90%), suivi de l'azote, de l'oxygène, du monoxyde de carbone, etc. Les techniques de purification de l'aluminium fondu comprennent principalement la méthode de flottation par bulles, la méthode de traitement sous vide, la méthode de traitement par ultrasons et la méthode de déshydrogénation par terres rares. La méthode de flottation par bulles est largement utilisée en raison de sa simplicité et de sa grande efficacité. Processus d’élimination de l’hydrogène de l’aluminium fondu par flottation à bulles : les atomes d’hydrogène dissous dans l’aluminium fondu migrent vers la périphérie de la bulle de l’agent de purification (argon ou azote, etc.), s’adsorbent autour de la bulle, se combinent en molécules d’hydrogène pour pénétrer dans la bulle, puis s’échappent finalement de l’aluminium fondu lorsque la bulle remonte à la surface. L’équation du taux de déshydrogénation reflète l’efficacité de la déshydrogénation du point de vue de la cinétique de déshydrogénation.
L'objectif de l'utilisation de équipement de dégazage en ligne vise à purifier davantage l'aluminium fondu à l'extérieur du four et à éliminer plus efficacement les gaz et les scories présents dans l'aluminium fondu (le principe repose sur l'élimination des scories par flottation et le dégazage par bulles grâce à une différence de pression partielle). L'efficacité de dégazage d'un dispositif de dégazage en ligne dépend de la capacité en aluminium liquide, du débit de gaz inerte, de la pression atmosphérique, de la température du bain, de la vitesse de rotation du rotor, de l'efficacité de la turbine du rotor et de l'étanchéité du bain de fusion. L'efficacité optimale de dégazage est obtenue en optimisant le débit, la vitesse de rotation et la pression.
La pollution secondaire de l'aluminium fondu se produit principalement dans le canal d'écoulement de l'aluminium, entre l'orifice du four et le point de coulée. Des dispositifs de dégazage et de filtration en ligne sont installés sur ce canal afin de purifier davantage l'aluminium fondu. Au cours de son passage dans le canal, l'aluminium fondu absorbe de l'hydrogène à des degrés divers lorsqu'il entre en contact avec l'humidité de l'air. Lorsque l'aluminium fondu entre en contact avec l'eau, une réaction chimique se produit : l'hydrogène atomique est absorbé par la surface de l'aluminium liquide, puis se diffuse dans la masse fondue. L'ensemble du processus de dissolution repose sur l'adsorption physique, l'adsorption chimique et la diffusion.
Dans la pratique, la pollution secondaire de la masse d'aluminium fondu doit être bien maîtrisée dès la sortie de unité de dégazage jusqu'au point de coulée. La méthode la plus efficace pour contrôler ce phénomène consiste à augmenter la vitesse d'écoulement de la masse fondue dans le canal d'écoulement et dans le caisson filtrant CFF, à réduire la surface de contact entre l'aluminium liquide et l'air, et à diminuer le taux d'humidité de l'air. Pour le Unité de filtration CFF, il convient d'utiliser un caisson de filtration à étanchéité élevée et de réduire le temps de séjour de l'aluminium fondu dans ce caisson. En particulier lorsque la teneur en hydrogène de la masse fondue est faible, une étanchéité d'autant plus élevée est requise ; sinon, l'efficacité du traitement de dégazage en ligne sera réduite par une pollution secondaire ultérieure, et il ne sera pas possible d'obtenir une masse d'aluminium fondu de qualité optimale.