Расплавленный алюминий — это высокотемпературная жидкость, состоящая из легированного алюминия и алюминиевых сплавов, получаемая путем непосредственного смешивания первичного алюминия (алюминиевых слитков или электролитического алюминия) с другими легирующими элементами с использованием метода высокотемпературной плавки. В процессе плавки алюминия и алюминиевых сплавов образуются окисленный шлак и геттеры, что приводит к загрязнению расплава алюминия примесями в той или иной степени. В частности, расплавы алюминия и алюминиевых сплавов содержат большое количество водорода, а также металлических и неметаллических включений. Если вышеуказанные вредные вещества не удастся своевременно удалить до литья, внутри и на поверхности отливки образуются дефекты литья, такие как поры, включения и рыхлость, что серьезно ухудшает физические, химические, механические свойства и различные характеристики отливки при последующей глубокой обработке, приводя к образованию большого количества брака. Поэтому расплавленный алюминий необходимо очищать. В настоящее время технологии очистки расплавленного алюминия включают два вида очистки: внутри печи и вне печи.
Технология очистки в печи представляет собой один из видов технологий очистки расплавленного алюминия, применяемый в алюминиевой плавильной печи в процессе плавки алюминия и алюминиевых сплавов и включающий в себя дегазацию и удаление шлака.
Данные технологии можно разделить на технологии очистки с использованием адсорбции и технологии очистки без использования адсорбции:
Адсорбционный метод в основном опирается на действие флюса для поглощения твердых окислительных включений и одновременно удаляет эти включения, а также адсорбированный водород с поверхности, что позволяет достичь цели очистки расплавленного алюминия. Эффект очистки при использовании адсорбционного метода проявляется исключительно на границе раздела фаз. Метод адсорбции в основном включает в себя продувку одним газом, продувку смесью газов, очистку хлорными солями и рафинирование с использованием флюса.
Неадсорбционный метод в основном опирается на другие физические и химические эффекты для достижения цели очистки расплава алюминия. К неадсорбционным методам относятся, в частности, вакуумная очистка (статическая вакуумная очистка, динамическая вакуумная очистка), ультразвуковая очистка, электромагнитная очистка, метод кристаллизации под давлением, метод с использованием твердого водорода с добавлением редкоземельных элементов и т. д.
Технология очистки расплавленного алюминия (дегазация и фильтрация) вне печи представляет собой технологию потоковой дегазации и шлакообразования, применяемую в процессе литья расплавленного алюминия. Метод дегазации (удаления водорода) вне печи фактически представляет собой метод пузырьковой флотации, при котором с помощью определенного способа в расплавленном алюминии образуется большое количество пузырьков; за счет разницы парциальных давлений водорода в расплавленном алюминии и в пузырьках в результате чего водород из расплавленного алюминия непрерывно поступает в пузырьки, всплывает в расплаве и, наконец, выходит с пузырьками на поверхность жидкости. Цель — удаление водорода. Одновременно в процессе всплывания пузырьков удаляется часть шлака, что позволяет добиться эффекта отделения шлака от расплава.
Что касается устройств очистки, устанавливаемых вне печи, то в настоящее время наиболее широко используются устройства очистки с ротационной инжекционной дегазацией, такие как устройство SNIF американской компании Pyrotek, устройство Aplur французской компании Novelis, устройство GBF японской компании Fujiko и японское дегазационное устройство TKR. Наиболее типичным примером является вакуумный дегазатор, производимый компанией «Hydro Corporation», и оборудование для дегазации в режиме онлайн компании AdTech China.
Хотя как в нашей стране, так и за рубежом существует множество типов оборудования для дегазации и очистки с помощью роторной струйной системы, оно, как правило, устанавливается между выпускным отверстием печи и фильтрующим блоком. Принцип дегазации заключается в следующем: расплавленный алюминий высокой температуры проходит через корпус дегазационной камеры, где происходит его течение и прохождение, а затем вращается. Ротор разбивает инертный газ, вдуваемый в расплавленный алюминий через поворотный стол, на большое количество диспергированных пузырьков и распределяет их в расплавленном алюминии. Пузырьки в расплавленном алюминии за счет разницы парциального давления газов и принципа поверхностной адсорбции поглощают водород, содержащийся в расплавленном алюминии, адсорбируют окисленный шлак и, поднимаясь на поверхность, удаляются из расплавленного алюминия, что позволяет очистить расплав.