Il existe cinq méthodes d'élimination des scories d'aluminium ; les principes fondamentaux de ces cinq méthodes sont les suivants : la scoriification chimique, la différence de densité, la scoriification par flottation, la dissolution par fondant et la filtration mécanique. AdTech unité de dégazage et unités de filtration reposent principalement sur les principes de la flottation avec production de scories et de la filtration mécanique.
Méthodes d'élimination des scories d'aluminium
Scorification chimique
La scoriification composée repose sur l'utilisation d'oxydes alcalins et d'acides flux, ou encore des composés complexes ou des complexes formés par des oxydes acides et des fondants alcalins. En effet, il existe une forte force de liaison entre l'oxyde présent dans l'aluminium fondu et le fondant. Dans certaines conditions de température, ils peuvent interagir pour former des scories à double sel présentant une densité plus faible et un point de fusion plus bas. Ces scories se séparent facilement des métaux, ce qui permet de les éliminer de la surface de l'aluminium.
La formation de scories composées se produit principalement à la surface du métal en fusion, et cette réaction a également lieu au point de contact entre les scories et le revêtement. Les inclusions non métalliques en suspension dans le bain de métal en fusion, sous l'effet de la loi de la répartition et de la différence de densité, remontent en continu depuis l'intérieur du bain vers le laitier de surface pour participer à la réaction de formation du laitier.
Différence de densité
Cette méthode convient aux alliages présentant une forte différence de densité entre le métal en fusion et les inclusions non métalliques, ainsi que des particules d’inclusions de grande taille. La méthode de la différence de densité consiste généralement à maintenir le métal en fusion à une température inférieure à celle d’affinage et sous l’action d’un fondant pendant un certain temps, afin de permettre aux inclusions de remonter à la surface ou de couler au fond, puis de les éliminer. La vitesse de flottement ou de descente des inclusions de scories est proportionnelle à la différence de densité entre les deux, inversement proportionnelle à la viscosité du métal en fusion et proportionnelle au carré du rayon des particules de scories. Lorsque la température de l’aluminium fondu est basse et que le nombre d’inclusions est élevé, la viscosité de l’aluminium fondu est importante, et le temps nécessaire à la remontée ou à la descente des scories est long. Lorsque la température de l’alliage est constante, la viscosité de la masse fondue et la différence de densité entre celle-ci et les scories ne variant pas beaucoup, la taille et la forme des scories ont une grande influence sur le temps nécessaire à leur remontée ou à leur descente.
Par conséquent, la différence de densité résulte principalement de l'augmentation de la taille des inclusions de scories, ce qui facilite leur séparation de la masse fondue. Lors de la fusion de l’aluminium, lorsque le rayon de l’Al2O3 passe de 0,1 mm à 0,001 mm, le temps de repos nécessaire passe de 5 s à 13,8 h, ce qui n’est pas propice à la remontée ou à la descente des scories. On laisse généralement reposer les alliages d’aluminium pendant 20 à 30 minutes, mais l’effet d’élimination des scories reste très limité. Cette méthode est chronophage et gourmande en énergie, et il est difficile d’éliminer les inclusions de scories finement dispersées. En général, à une certaine température de surchauffe, une fois que le flux a été agité et saccagé, on le laisse reposer pendant un certain temps afin d’obtenir un certain effet d’élimination des scories.
Principe de la flottation
Le principe de la flottation repose sur une certaine interaction physique et chimique entre le flux (ou gaz inerte) et l'oxyde, à savoir l'adsorption et la dissolution partielle, ce qui entraîne la formation d'écume permettant d'éliminer l'oxyde. La température de fusion d'un alliage d'aluminium est faible, mais le point de fusion de son oxyde est très élevé. Dans ce cas, il est difficile de recourir à la méthode chimique. C'est pourquoi la méthode de flottation s'avère plus adaptée.
Lorsque l'alliage d'aluminium est affiné à l'azote gazeux, de nombreux scories oxydées remontent à la surface pendant la déshydrogénation. Le principe de cette méthode d’élimination des scories par flottation à l’azote est fondamentalement le même que celui de l’élimination des scories par flottation au flux. Lorsque les bulles traversent le bain d’aluminium en fusion, les particules d’oxyde en suspension entrent en contact avec les bulles, sont adsorbées sur celles-ci et remontent à la surface du bain à mesure que les bulles s’élèvent. Plus le nombre de bulles est élevé et plus leur taille est grande, plus l’efficacité de l’élimination des scories est importante. Les gaz inertes utilisés sont généralement l’azote et l’argon. On utilise également couramment comme agent de flottation des sels de chlorure dans les alliages d’aluminium.
Dissolution du flux
Une fois que les inclusions non métalliques sont dissoutes dans le flux liquide, elles peuvent se séparer du métal en fusion à mesure que le flux remonte à la surface puis redescend. La capacité des flux à dissoudre les scories piégées dépend de leur structure moléculaire et des propriétés chimiques qui en découlent. Lorsque la structure moléculaire et les propriétés chimiques sont similaires, ils peuvent être miscibles à une certaine température. L'ajout de 10% de cryolite à un mélange contenant des quantités égales de chlorure de sodium et de chlorure de potassium permet de dissoudre 0,15% d'Al₂O₃. De plus, à mesure que la quantité de cryolite augmente, la solubilité de l'alumine dans le flux augmente également.
Filtration mécanique
Les méthodes d'élimination des scories d'aluminium mentionnées ci-dessus sont inefficaces pour les inclusions non métalliques qui présentent une différence de densité minime par rapport à la masse fondue, une petite taille de particules et un degré de dispersion extrêmement élevé. Par conséquent, lorsque le métal en fusion traverse le milieu filtrant, la filtration mécanique exerce un effet de blocage mécanique sur les inclusions non métalliques. De plus, le filtre en mousse céramique Le média de filtration exerce également un effet d'adsorption sur les inclusions. En règle générale, plus l'espace est réduit et plus l'épaisseur du média de filtration est importante, plus le débit de l'aluminium en fusion est faible et plus l'efficacité de la filtration mécanique est élevée.