{"id":25418,"date":"2023-04-11T07:30:46","date_gmt":"2023-04-11T07:30:46","guid":{"rendered":"http:\/\/www.alalloycasting.com\/?p=25418"},"modified":"2023-04-11T07:30:46","modified_gmt":"2023-04-11T07:30:46","slug":"development-of-on-line-refining-and-degassing-unit-technology-and-equipment-for-aluminum-melt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.alalloycasting.com\/pt\/development-of-on-line-refining-and-degassing-unit-technology-and-equipment-for-aluminum-melt\/","title":{"rendered":"Desenvolvimento de tecnologia e equipamentos de refino e desgaseifica\u00e7\u00e3o em linha para alum\u00ednio fundido"},"content":{"rendered":"

Resumo: O processo de desgaseifica\u00e7\u00e3o online (unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o<\/a>) \u00e9 estudado e, de acordo com as caracter\u00edsticas de v\u00e1rios tipos de processos e equipamentos de desgaseifica\u00e7\u00e3o em linha de alum\u00ednio e ligas de alum\u00ednio comumente utilizados atualmente, o desgaseificador do tipo caixa, o desgaseificador do tipo calha e o desgaseificador a v\u00e1cuo s\u00e3o descritos em detalhes. As caracter\u00edsticas estruturais e outras caracter\u00edsticas not\u00e1veis desses desgaseificadores em linha t\u00edpicos para alum\u00ednio e ligas de alum\u00ednio apresentam os novos desenvolvimentos em linha unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o<\/a> A tecnologia de desgaseificadores ultrass\u00f4nicos e a avalia\u00e7\u00e3o abrangente desses desgaseificadores em linha t\u00edpicos para alum\u00ednio e ligas de alum\u00ednio, bem como suas vantagens e desvantagens na oficina de fundi\u00e7\u00e3o de alum\u00ednio, ajudar\u00e3o na escolha do processo e do equipamento de desgaseifica\u00e7\u00e3o adequados para melhorar a qualidade do alum\u00ednio e das ligas de alum\u00ednio.<\/p>\n

Palavras-chave: alum\u00ednio fundido; processo de refinamento e desgaseifica\u00e7\u00e3o em linha; vantagens e desvantagens
\nExistem muitos fatores que afetam a qualidade do alum\u00ednio e de suas ligas; entre eles, o teor de hidrog\u00eanio, as inclus\u00f5es e a concentra\u00e7\u00e3o de metais alcalinos no alum\u00ednio fundido s\u00e3o os mais importantes para a qualidade das ligas de alum\u00ednio. Os principais fabricantes e institui\u00e7\u00f5es de pesquisa, tanto no pa\u00eds quanto no exterior, t\u00eam investido muitos recursos em pesquisas sobre como reduzir o teor de hidrog\u00eanio e o teor de inclus\u00f5es no alum\u00ednio fundido, e muitos novos processos e equipamentos surgiram no mercado.
\n1. Processo de desgaseifica\u00e7\u00e3o em linha
\nO processo de desgaseifica\u00e7\u00e3o online pode ser dividido, de forma geral, em m\u00e9todo de inje\u00e7\u00e3o de g\u00e1s, m\u00e9todo de refino a v\u00e1cuo e m\u00e9todo de refino por ultrassom. Este artigo enfoca o m\u00e9todo de inje\u00e7\u00e3o de g\u00e1s.
\n1.1 Princ\u00edpio do m\u00e9todo de inje\u00e7\u00e3o de g\u00e1s
\nO m\u00e9todo de inje\u00e7\u00e3o de g\u00e1s, tamb\u00e9m conhecido como m\u00e9todo de flota\u00e7\u00e3o, consiste basicamente na forma\u00e7\u00e3o de in\u00fameras bolhas min\u00fasculas ap\u00f3s a inje\u00e7\u00e3o de g\u00e1s inerte no alum\u00ednio fundido. A press\u00e3o inicial do hidrog\u00eanio na bolha \u00e9 zero, e h\u00e1 uma diferen\u00e7a de press\u00e3o do hidrog\u00eanio na interface entre a bolha e o alum\u00ednio l\u00edquido, de modo que o hidrog\u00eanio dissolvido no alum\u00ednio l\u00edquido \u00e9 continuamente aspirado para dentro da bolha. Esse processo de suc\u00e7\u00e3o ocorre at\u00e9 que a press\u00e3o do hidrog\u00eanio na bolha e no alum\u00ednio l\u00edquido se igualem, momento em que cessa. Ap\u00f3s as bolhas virem \u00e0 superf\u00edcie, o hidrog\u00eanio contido nelas se dissipa e \u00e9 liberado na atmosfera.
\nO diagrama esquem\u00e1tico do princ\u00edpio de remo\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio \u00e9 mostrado na Fig. 1.<\/p>\n

\"Diagrama
Diagrama esquem\u00e1tico do princ\u00edpio de remo\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio<\/figcaption><\/figure>\n

Al\u00e9m disso, quando as bolhas atravessam a massa fundida, elas encontram as inclus\u00f5es de \u00f3xido presentes nela; essas inclus\u00f5es s\u00e3o adsorvidas na superf\u00edcie das bolhas e flutuam at\u00e9 a superf\u00edcie da massa fundida junto com as bolhas, sendo assim removidas. O diagrama esquem\u00e1tico da remo\u00e7\u00e3o das inclus\u00f5es \u00e9 mostrado na Fig. 2.
\nPortanto, o processo de subida das bolhas n\u00e3o s\u00f3 permite a remo\u00e7\u00e3o do hidrog\u00eanio, alcan\u00e7ando o efeito de desgaseifica\u00e7\u00e3o, como tamb\u00e9m permite a remo\u00e7\u00e3o de inclus\u00f5es de oxida\u00e7\u00e3o, alcan\u00e7ando o efeito de refinamento.<\/p>\n

\"Diagrama
Diagrama esquem\u00e1tico do princ\u00edpio de remo\u00e7\u00e3o de inclus\u00f5es<\/figcaption><\/figure>\n

1.2 M\u00e9todo de alimenta\u00e7\u00e3o com g\u00e1s inerte
\nNo m\u00e9todo de inje\u00e7\u00e3o de g\u00e1s, a forma de introduzir g\u00e1s inerte no alum\u00ednio fundido exerce grande influ\u00eancia no efeito de desgaseifica\u00e7\u00e3o e refinamento. Atualmente, existem tr\u00eas m\u00e9todos comumente utilizados para introduzir g\u00e1s inerte no alum\u00ednio fundido em instala\u00e7\u00f5es de fundi\u00e7\u00e3o, incluindo tubos de desgaseifica\u00e7\u00e3o, tijolos de ventila\u00e7\u00e3o e rotativos unidades de desgaseifica\u00e7\u00e3o<\/a>, conforme mostrado na Figura 3.<\/p>\n

\"M\u00e9todo
M\u00e9todo de alimenta\u00e7\u00e3o de g\u00e1s inerte<\/figcaption><\/figure>\n

O m\u00e9todo mais simples de inje\u00e7\u00e3o de g\u00e1s consiste em inserir um tubo de refinamento (geralmente um tubo de a\u00e7o esmaltado) no alum\u00ednio fundido e, em seguida, injetar um g\u00e1s inerte. Esse m\u00e9todo de desgaseifica\u00e7\u00e3o com um \u00fanico tubo e um \u00fanico orif\u00edcio apresenta um efeito de desgaseifica\u00e7\u00e3o insuficiente. H\u00e1 tamb\u00e9m algumas f\u00e1bricas de fundi\u00e7\u00e3o que instalam tijolos respir\u00e1veis no fundo do forno. O g\u00e1s inerte passa pelos tijolos porosos, formando m\u00faltiplas bolhas. Em compara\u00e7\u00e3o com o m\u00e9todo de insufla\u00e7\u00e3o de orif\u00edcio \u00fanico, o efeito de desgaseifica\u00e7\u00e3o e refinamento do m\u00e9todo de insufla\u00e7\u00e3o porosa \u00e9 ligeiramente melhor; os tijolos apresentam desvantagens como f\u00e1cil entupimento, vazamento de alum\u00ednio l\u00edquido, dificuldade de manuten\u00e7\u00e3o, forte agita\u00e7\u00e3o da superf\u00edcie do l\u00edquido e maior forma\u00e7\u00e3o de esc\u00f3ria.
\nCom o aprofundamento das pesquisas, os m\u00e9todos de desgaseifica\u00e7\u00e3o rotativa t\u00eam surgido sucessivamente. O princ\u00edpio b\u00e1sico consiste em pulverizar g\u00e1s inerte no alum\u00ednio fundido por meio de um rotor girat\u00f3rio, a fim de formar um grande n\u00famero de pequenas bolhas dispersas, realizando assim o tratamento de desgaseifica\u00e7\u00e3o e refinamento. Para melhorar a efici\u00eancia da desgaseifica\u00e7\u00e3o, o n\u00famero de bolhas de g\u00e1s inerte deve ser o maior poss\u00edvel, o di\u00e2metro dessas bolhas deve ser pequeno, o tempo de perman\u00eancia das bolhas de g\u00e1s inerte no alum\u00ednio fundido deve ser longo e a superf\u00edcie do alum\u00ednio fundido deve ser o mais est\u00e1vel poss\u00edvel.
\nPara atingir o objetivo acima, cada fabricante de desgaseificadores possui suas pr\u00f3prias caracter\u00edsticas no projeto do rotor\/haste rotativa, no revestimento interno da caixa e no m\u00e9todo de veda\u00e7\u00e3o da caixa, formando assim os diversos tipos de desgaseificadores atualmente dispon\u00edveis no mercado. De acordo com o processo de desgaseifica\u00e7\u00e3o e as caracter\u00edsticas estruturais do desgaseificador, ele pode ser dividido, de maneira geral, em desgaseificador do tipo caixa, desgaseificador do tipo calha, desgaseificador a v\u00e1cuo e desgaseificador ultrass\u00f4nico.
\nDe acordo com estat\u00edsticas incompletas, 99% dos desgaseificadores online atualmente dispon\u00edveis no mercado s\u00e3o desgaseificadores rotativos do tipo caixa. Entre os desgaseificadores do tipo caixa, destacam-se os modelos SNIF e ILDU da PYROTEK (Estados Unidos), os desgaseificadores Reveot da Apogee (Estados Unidos), os desgaseificadores APLUR da Novelis (Fran\u00e7a), os desgaseificadores Fujiko GBF (Jap\u00e3o) e os desgaseificadores da Mitsui (Jap\u00e3o). O desgaseificador TKR e o desgaseificador 622 da Alcoa (Alcoa) s\u00e3o os mais comuns; o desgaseificador do tipo calha \u00e9 o modelo ACD mais comum, produzido pela empresa canadense STAS; o desgaseificador a v\u00e1cuo \u00e9 o Hycast, produzido pela Hydro. O I-60Sir \u00e9 o modelo mais comum.
\nNos \u00faltimos anos, a Southwire Co., Ltd. (Southwire), dos Estados Unidos, desenvolveu recentemente um desgaseificador ultrass\u00f4nico.
\n2. On-line unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o<\/a>
\n2.1 Desgaseador de caixa
\nA estrutura do desgaseificador tipo caixa SNIF, fabricado pela American Pilotec, \u00e9 mostrada na Figura 4.<\/p>\n

\"Diagrama
Diagrama esquem\u00e1tico da estrutura do desgaseificador SNIF<\/figcaption><\/figure>\n

O alum\u00ednio fundido flui para dentro da caixa de desgaseifica\u00e7\u00e3o e permanece no revestimento refrat\u00e1rio. A caixa possui um aquecedor para manter o alum\u00ednio fundido no estado l\u00edquido. Depois que o g\u00e1s inerte \u00e9 pulverizado pelo rotor girat\u00f3rio, ele \u00e9 fragmentado em in\u00fameras pequenas bolhas pela rota\u00e7\u00e3o em alta velocidade do rotor, e essas pequenas bolhas se difundem e sobem no l\u00edquido de alum\u00ednio, removendo assim o hidrog\u00eanio. Durante o processo de ascens\u00e3o das pequenas bolhas, devido ao efeito da tens\u00e3o superficial, uma parte das inclus\u00f5es \u00e9 levada do alum\u00ednio fundido para a superf\u00edcie do l\u00edquido, formando uma esc\u00f3ria que remove as inclus\u00f5es do alum\u00ednio fundido; ao mesmo tempo, por meio da agita\u00e7\u00e3o do rotor, a composi\u00e7\u00e3o da liga de alum\u00ednio l\u00edquido torna-se mais uniforme.
\nA caracter\u00edstica mais not\u00e1vel do desgaseificador do tipo caixa \u00e9 a estrutura composta pelo estator de grafite e pelo rotor de grafite. O estator de grafite n\u00e3o gira no alum\u00ednio l\u00edquido e atua como uma camada externa de prote\u00e7\u00e3o para o conjunto do rotor de grafite. As hastes de grafite e os rotores de grafite s\u00e3o montados juntos para agitar o alum\u00ednio l\u00edquido. O g\u00e1s inerte passa pelo espa\u00e7o entre o estator e a haste de grafite e \u00e9 injetado no alum\u00ednio fundido a partir da borda inferior do estator e da ranhura na borda superior do rotor de grafite. O modo de circula\u00e7\u00e3o do alum\u00ednio fundido com haste\/rotor de grafite do SNIF \u00e9 mostrado na Fig. 5.<\/p>\n

\"Modo
Modo de circula\u00e7\u00e3o de l\u00edquido com haste\/rotor rotativo de alum\u00ednio do SNIF<\/figcaption><\/figure>\n

Por meio da for\u00e7a de cisalhamento do rotor de grafite, o alum\u00ednio fundido \u00e9 circulado para baixo, compensando assim a influ\u00eancia da flutuabilidade natural, de modo que as bolhas de ar ejetadas do rotor e do estator sejam injetadas radialmente e dispersas uniformemente no alum\u00ednio fundido para alcan\u00e7ar o melhor efeito de desgaseifica\u00e7\u00e3o e refinamento. Em outra s\u00e9rie de desgaseificadores do tipo caixa ILDU produzidos pela americana Parrotec, a caracter\u00edstica marcante \u00e9 a haste\/rotor girat\u00f3rio (ver Figura 6).<\/p>\n

\"Haste\/Rotor
Haste\/Rotor ILDU<\/figcaption><\/figure>\n

O material da haste rotativa\/rotor \u00e9 o novo BTS. Atualmente, os materiais utilizados em outros rotores de desgaseificadores s\u00e3o, em geral, grafite, carboneto de sil\u00edcio e nitreto de sil\u00edcio. A grafite \u00e9 propensa a queimar e oxidar em altas temperaturas (cerca de 750 \u00b0C), causando fraturas ou descascamento, contaminando assim o alum\u00ednio l\u00edquido; o rotor fundido de carboneto de sil\u00edcio n\u00e3o \u00e9 resistente ao choque t\u00e9rmico e quebra facilmente sob resfriamento r\u00e1pido e choque t\u00e9rmico; o custo da haste rotativa\/rotor de nitreto de sil\u00edcio \u00e9 muito alto. No entanto, o interior do rotor BST \u00e9 feito de grafite e o exterior \u00e9 sinterizado com material refrat\u00e1rio, o que supera as defici\u00eancias dos tr\u00eas materiais acima mencionados. De acordo com as estat\u00edsticas, sua vida \u00fatil chega a mais de 1 ano na linha de lingotamento cont\u00ednuo e lamina\u00e7\u00e3o.
\nAs vantagens evidentes do desgaseificador do tipo caixa s\u00e3o as seguintes: 1) Aumenta o tempo de perman\u00eancia das bolhas, melhorando assim o efeito de desgaseifica\u00e7\u00e3o e refinamento; 2) Mant\u00e9m a temperatura do alum\u00ednio fundido na caixa igual ou superior \u00e0 temperatura de fundi\u00e7\u00e3o, reduzindo assim a temperatura do forno de manuten\u00e7\u00e3o; 3) Reduz a varia\u00e7\u00e3o da temperatura de fundi\u00e7\u00e3o. A desvantagem \u00e9 que o espa\u00e7o de instala\u00e7\u00e3o necess\u00e1rio para o dispositivo \u00e9 relativamente grande.
\n2.2 Desgaseificador do tipo canal
\nO desgaseificador do tipo calha utiliza o rotor\/haste para girar o desgaseificador e aperfei\u00e7oar seu funcionamento. A principal diferen\u00e7a estrutural entre o desgaseificador do tipo calha e o desgaseificador do tipo caixa \u00e9 que o substrato interno do desgaseificador do tipo calha fica nivelado com o substrato interno da calha na linha de produ\u00e7\u00e3o de fundi\u00e7\u00e3o, garantindo assim que o desgaseificador n\u00e3o apresente res\u00edduos de alum\u00ednio. O diagrama da estrutura do desgaseificador do tipo calha \u00e9 mostrado na Fig. 7.<\/p>\n

\"Diagrama
Diagrama esquem\u00e1tico da unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o do tipo calha<\/figcaption><\/figure>\n

A tampa de veda\u00e7\u00e3o e o tanque de desgaseifica\u00e7\u00e3o do desgaseificador do tipo calha formam um espa\u00e7o relativamente vedado. Ao iniciar a fundi\u00e7\u00e3o, o alum\u00ednio fundido entra no tanque de desgaseifica\u00e7\u00e3o por meio de um fluxo submerso. Quando o n\u00edvel do alum\u00ednio l\u00edquido no tanque de desgaseifica\u00e7\u00e3o ultrapassa 200 mm, o rotor come\u00e7a a agitar o alum\u00ednio l\u00edquido e injeta g\u00e1s inerte no alum\u00ednio l\u00edquido para desgaseificar e refinar o alum\u00ednio l\u00edquido no tanque de desgaseifica\u00e7\u00e3o. Em compara\u00e7\u00e3o com o desgaseificador tradicional do tipo caixa, o desgaseificador do tipo calha apresenta as vantagens de n\u00e3o deixar res\u00edduos de alum\u00ednio e ocupar pouco espa\u00e7o. Suas desvantagens tamb\u00e9m s\u00e3o evidentes: devido \u00e0 menor profundidade do alum\u00ednio l\u00edquido no desgaseificador tipo calha, o tempo de perman\u00eancia das bolhas no alum\u00ednio l\u00edquido \u00e9 mais curto, de modo que seu efeito de desgaseifica\u00e7\u00e3o \u00e9 ligeiramente inferior ao do desgaseificador tipo caixa. Como n\u00e3o h\u00e1 sistema de aquecimento, a temperatura do alum\u00ednio fundido diminuir\u00e1 (geralmente em 10 a 35 \u00b0C) ao passar pelo unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o<\/a>, o que afetar\u00e1 o processo de fundi\u00e7\u00e3o subsequente.
\nA velocidade da haste\/rotor de grafite do desgaseificador do tipo calha \u00e9 muito alta (>1.000 r\/min), por isso a vida \u00fatil da haste\/rotor de grafite \u00e9 curta e h\u00e1 maior produ\u00e7\u00e3o de esc\u00f3ria. Como as bolhas permanecem no alum\u00ednio fundido por um curto per\u00edodo, o que afeta o efeito de desgaseifica\u00e7\u00e3o, o operador geralmente neutraliza esse efeito adverso aumentando a vaz\u00e3o do g\u00e1s inerte, o que leva a um grande consumo desse g\u00e1s.<\/p>\n

(filtro cer\u00e2mico poroso<\/a>)
\n2.3 Desgaseificador a v\u00e1cuo
\nA estrutura do desgaseificador a v\u00e1cuo \u00e9 semelhante \u00e0 do desgaseificador do tipo calha, que se divide em duas partes: a unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o e a c\u00e2mara de desgaseifica\u00e7\u00e3o a v\u00e1cuo (ver Figura 8).<\/p>\n

\"unidade
unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o a v\u00e1cuo<\/figcaption><\/figure>\n

A c\u00e2mara de desgaseifica\u00e7\u00e3o a v\u00e1cuo pode ser dividida em c\u00e2mara \u00fanica, c\u00e2mara dupla e c\u00e2mara m\u00faltipla, de acordo com a vaz\u00e3o do alum\u00ednio l\u00edquido. A diferen\u00e7a entre os desgaseificadores do tipo caixa e do tipo calha \u00e9 que o rotor de grafite do desgaseificador a v\u00e1cuo est\u00e1 instalado na parte inferior da c\u00e2mara de desgaseifica\u00e7\u00e3o. A parte inferior da c\u00e2mara de desgaseifica\u00e7\u00e3o possui ranhuras para que a c\u00e2mara de desgaseifica\u00e7\u00e3o a v\u00e1cuo se comunique com a unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o (ver Figura 9). Quando o alum\u00ednio fundido flui atrav\u00e9s da unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o, a c\u00e2mara de desgaseifica\u00e7\u00e3o forma uma press\u00e3o negativa sob a a\u00e7\u00e3o de uma bomba de v\u00e1cuo ou outros m\u00e9todos, aumentando assim o n\u00edvel do alum\u00ednio l\u00edquido na c\u00e2mara de desgaseifica\u00e7\u00e3o a v\u00e1cuo. Depois que o n\u00edvel do alum\u00ednio l\u00edquido atinge uma determinada altura, o rotor de grafite come\u00e7a a girar e injeta g\u00e1s inerte para desgaseificar e refinar o alum\u00ednio l\u00edquido. Quando a desgaseifica\u00e7\u00e3o termina, a press\u00e3o negativa na c\u00e2mara de v\u00e1cuo \u00e9 liberada, e o n\u00edvel do alum\u00ednio l\u00edquido na c\u00e2mara de v\u00e1cuo cai at\u00e9 ficar igual ao n\u00edvel da unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

\"Estrutura
A estrutura interna da c\u00e2mara de desgaseifica\u00e7\u00e3o a v\u00e1cuo<\/figcaption><\/figure>\n

O desgaseificador a v\u00e1cuo apresenta as vantagens de n\u00e3o deixar res\u00edduos de alum\u00ednio e de ocupar pouco espa\u00e7o. Al\u00e9m disso, como o alum\u00ednio l\u00edquido \u00e9 desgaseificado e agitado em condi\u00e7\u00f5es de v\u00e1cuo, h\u00e1 menos \u00f3xidos e o alum\u00ednio l\u00edquido fica relativamente limpo. Desvantagens do desgaseificador a v\u00e1cuo: 1) Altos requisitos quanto \u00e0 limpeza do alum\u00ednio l\u00edquido; 2) Como o rotor de grafite est\u00e1 instalado na parte inferior e h\u00e1 mais esc\u00f3ria no fundo do alum\u00ednio l\u00edquido, o rotor de grafite est\u00e1 sujeito a desgaste. Atualmente, os desgaseificadores a v\u00e1cuo n\u00e3o s\u00e3o amplamente utilizados no mercado.
\n2.4 Desgaseificador ultrass\u00f4nico
\nO desgaseificador ultrass\u00f4nico \u00e9 um novo tipo de desgaseificador desenvolvido com sucesso pela South Line Co., Ltd. nos Estados Unidos. O desgaseificador ultrass\u00f4nico difere do desgaseificador tradicional com rotor girat\u00f3rio; sua estrutura inclui um transmissor ultrass\u00f4nico e uma sonda ultrass\u00f4nica (ver Figura 10).<\/p>\n

\"Diagrama
Diagrama esquem\u00e1tico da unidade de desgaseifica\u00e7\u00e3o por ultrassom<\/figcaption><\/figure>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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