Refinamento com gás inerte por meio da unidade de desgaseificação de alumínio fundido

O refinamento com gás inerte consiste em injetar continuamente bolhas de gás inerte na massa fundida, levando as inclusões oxidadas e o hidrogênio para fora da superfície do líquido enquanto as bolhas flutuam. A injeção de gás inerte na massa fundida permite remover a escória, pois as bolhas de gás inerte injetadas absorvem as inclusões oxidadas presentes na massa fundida e as levam para fora da superfície do líquido durante o processo de flutuação. Esse método é conhecido como método de desescoriação por flotação. Como a bolha de gás inerte adsorve as inclusões oxidadas no banho fundido, ela pode reduzir a energia livre superficial total do sistema, de modo que essa adsorção ocorre automaticamente. Quanto menor for a tensão superficial entre o gás inerte e as inclusões, e quanto maior for a tensão superficial entre o material fundido e o gás inerte, bem como a tensão de interface entre o material fundido e as inclusões, maior será a capacidade de remoção de escória do gás inerte.

Ao utilizar gás inerte no processo de refino, o fluxo de refino devem ser espalhadas uniformemente sobre a superfície do líquido. Isso porque, depois que as bolhas de gás inerte levam as inclusões para fora da superfície do líquido, se houver uma camada de fluxo na superfície do líquido nesse momento, as inclusões entrarão no fluxo e se transformarão em escória, que é fácil de remover. Caso contrário, as inclusões com maior densidade cairão novamente no alumínio fundido, e as inclusões com menor densidade formarão escória na superfície do líquido, que é difícil de separar do alumínio fundido. Quando essas escórias forem removidas, uma grande quantidade de metal fundido será retirada, resultando em grande perda de metal.

A injeção de gás inerte na massa fundida permite a desgaseificação, pois não há hidrogênio na bolha de gás inerte injetada na massa fundida, e sua pressão parcial de hidrogênio é zero; já a pressão parcial de hidrogênio na massa fundida próxima à bolha é muito maior que zero, de modo que existe uma diferença de pressão parcial de hidrogênio entre o interior e o exterior da bolha. Sob o efeito dessa diferença de pressão parcial, os átomos de hidrogênio no material fundido se difundem até a interface da bolha e se recombinam em moléculas nessa interface para entrar na bolha. Esse processo não cessará até que a pressão parcial do hidrogênio dentro e fora da bolha se iguale. O hidrogênio que entra nas bolhas escapa para a atmosfera à medida que as bolhas sobem à superfície. Além disso, durante o processo de flutuação das bolhas, as minúsculas bolhas de hidrogênio molecular suspensas no material fundido e o gás presente nas inclusões também podem ser levados para fora da superfície do líquido por flutuação, alcançando assim o objetivo de desgaseificação.

Fatores que influenciam o refino com gás inerte

1) A natureza do gás inerte. A densidade, a viscosidade, a molhabilidade e a capacidade térmica do gás inerte influenciam o efeito de refino. Quanto maior a densidade do gás e maior a viscosidade, mais lenta é a velocidade de flutuação na massa fundida e maior o tempo de permanência, o que contribui para melhorar o efeito de refinamento; no entanto, quanto menor a densidade do gás, maior o volume de gás por unidade de massa. Quanto maior for a área de contato, maior será também a contribuição para melhorar o efeito de refinamento. Experimentos comprovaram que o fator decisivo no processo de desgaseificação não é a qualidade do gás refinado, mas seu volume e grau de dispersão na massa fundida. Quanto melhor for o desempenho de umectação do gás em relação às inclusões, mais forte será a capacidade de flotação do gás. A capacidade térmica afeta o efeito de refinamento ao influenciar a temperatura da massa fundida.

2) A pureza do gás inerte. A pureza do gás inerte refere-se principalmente ao teor de oxigênio e umidade presente no gás inerte. Quanto maior o teor de oxigênio e água no gás inerte, pior será o efeito de refinamento. Como o oxigênio e o vapor de água entram na massa fundida junto com o gás de refinamento, eles reagem quimicamente com a massa fundida, formando uma película de óxido na superfície da bolha e aumentando a pressão parcial de hidrogênio na bolha. Isso não apenas atrasará significativamente o processo de difusão e remoção de hidrogênio, mas também aumentará o teor de inclusões oxidadas na solução. Quando a umidade e o oxigênio no gás inerte excedem um determinado valor, ele não só deixa de desempenhar um papel de refinamento, como também pode fazer com que a massa fundida passe por um processo de absorção de hidrogênio, causando uma contaminação mais grave.

3) O tamanho das bolhas. Quanto menor o tamanho das bolhas, melhor é o efeito de desgaseificação. Isso porque, quanto menores as bolhas, maior é o número de bolhas geradas pelo mesmo volume de gás e maior é a área de superfície; e quanto mais lenta for a velocidade de flutuação na massa fundida de alumínio, maior será o tempo de contato com a massa fundida.

4) A uniformidade do contato entre as bolhas e a massa fundida. Quanto mais completo e uniforme for o contato, melhor será o efeito de refino. Como o refino por injeção de ar se baseia na desgaseificação por difusão devido à diferença de pressão parcial e na remoção de escória por flotação, apenas a área em contato com o gás de refino pode apresentar efeito de refino. Para aumentar a chance de contato, é recomendável utilizar o tratamento combinado de refinamento por transferência em linha, filtragem e sopro, de modo que cada parte da massa fundida seja submetida ao refinamento. No caso de refinamento no forno, o dispositivo de refinamento deve ser movido suavemente ao longo do fundo do forno para evitar pontos mortos.

5) Outros parâmetros do processo de refino. O ajuste dos parâmetros do processo de refino, tais como tempo de sopro, pressão de sopro, temperatura de sopro e tempo de repouso da massa fundida após o refino, tem efeitos evidentes no resultado do refino da massa fundida.