Дегазация при литье алюминия имеет важное значение в связи с особенностями водорода: в расплавленном алюминии он представляет собой газ с заметной растворимостью. Когда температура расплавленного металла опускается до температуры затвердевания, растворимость водорода значительно снижается. По завершении затвердевания в расплавленном алюминии остается около 5% фторида. Остальные 95% находятся в концентрате турбины. После достижения способности образовывать пузырьки они выделяются в жидкость.
Однако алюминий обладает высокой химической активностью и при контакте с водой легко вступает в реакцию восстановления или разложения.
Для получения высококачественных слитков или заготовок необходимо до начала затвердевания удалить микропорошок до допустимого уровня. Промышленным способом удаления или снижения содержания углеродов является пропускание инертного или полуинертного газа непосредственно через расплав алюминия с целью его очистки перед разливкой и затвердеванием.
Поэтому воздух предпочтительно очищать с помощью инертного газа или обрабатывать в вакууме.
Дегазация при литье алюминия
Скорость удаления, то есть конечная остаточная концентрация водорода, зависит от ряда параметров, таких как температура металла, термодинамическая растворимость, расход очищающего газа, расход металла в условиях непрерывной дегазации, размер печи в условиях статической дегазации, а также соотношение удаляемого газа и размер пузырьков или площадь их поверхности. Если расход продувочного газа задан, скорость удаления водорода регулируется размером пузырьков. Чем мельче пузырьки, тем выше скорость диффузии и, следовательно, тем выше скорость удаления. Простой распылитель или трубка могут образовывать очень крупные пузырьки, что приводит к относительно низкой скорости удаления. Скорость удаления можно повысить, вводя газ в мелкие пузырьки с помощью пористой пробки или вращающегося двигателя, который сдвигает поток газа. Чем мельче пузырьки, тем выше скорость переноса и тем больше площадь поверхности контакта. Чем меньше диаметр Стокса пузырька, тем медленнее его скорость подъема.
Использование инертных пузырьков для удаления водорода из расплавленного алюминия имеет ряд ограничений. Для эффективного удаления требуются относительно мелкие пузырьки воздуха, чтобы максимально увеличить площадь поверхности контакта. Наимельшие пузырьки, как правило, получают с помощью дегазатора с вращающейся рабочей частью. Такой дегазатор способен генерировать очень мелкие пузырьки, которые могут долгое время оставаться во взвешенном состоянии. Устройство для дегазации с вращающимся рабочим колесом обычно устанавливается на большем расстоянии от литьевой машины, чтобы пузырьки имели достаточно времени для всплытия и отделения.
Если влага содержит огнеупорные контактные материалы, это расстояние также обеспечивает достаточно времени для повторного поглощения водорода из окружающей влаги расплавленным алюминием. Исходя из соотношения растворимости водорода и температуры, минимальное содержание водорода, которое можно достичь, зависит от температуры. Чем ниже температура в процессе удаления водорода, тем ниже конечная концентрация водорода после затвердевания. В идеале удаление водорода должно происходить непосредственно перед началом затвердевания, однако это несовместимо с процессом очистки газа.
Когда устройство для ротационной дегазации если образуется достаточное количество мелких пузырьков, возникают и другие проблемы. Хорошо известно, что помимо дегазации требуется также фильтрационная очистка, для которой используются фильтры с глубоким слоем наполнителя или фильтры из керамической пены.