Флюс для удаления щелочных металлов

Для удаления элементов щелочных металлов (т. е. Na, Ca, K, Li) использование флюса для удаления щелочных металлов является общепризнанным методом обработки расплавленного алюминия. В условиях равновесия в качестве продуктов реакции образуются хлориды каждого из этих элементов. За исключением LiCl все эти галогенидные соли представляют собой чистые соединения и при нормальной температуре переработки находятся в твёрдом состоянии, поэтому их можно легко отделить на поверхности расплава в виде надплава и удалить с помощью скимминга.

Элементы щелочных металлов обычно присутствуют в расплаве в концентрациях ниже 500 ppm. Согласно закону массового действия (скорость реакции приблизительно пропорциональна концентрации реагента) образуются неравновесные метастабильные соли, такие как AlCl₃ и MgCl₂ (при наличии Mg). Эти галогениды являются нежелательными, поскольку они значительно влияют на перенос веществ с воздухом в процессе. Кроме того, MgCl₂ плавится при 1306°F и обычно плавится при обычных температурах переработки расплава. Плавление является крайне нежелательным явлением, поскольку с трудом удаляется соль, всплывающая на поверхность. Поэтому крайне желательно вступать в реакцию с щелочными элементами или образовывать с ними комплексы для получения соли с более высокой температурой плавления, которую можно более эффективно отделить в твердом виде путем всплытия на поверхность.

При рассеивании газ-флюс В расплавленном алюминии флюс для удаления щелочных металлов подается в основную камеру сверху вниз по оси и диспергируется вращающимся рабочим колесом, установленным на валу. Однако этот метод имеет свои ограничения. Вращающаяся лопатка создаёт вихрь вокруг вала, что означает, что большая часть расплава вращается или циркулирует вокруг вала лопатки со скоростью, близкой к скорости самой лопатки. Расплав, добавленный в рабочую среду, имеет тенденцию циркулировать и смешиваться с металлами, обладая лишь минимальной диспергируемостью. Кроме того, вихрь приводит к увеличению площади поверхности расплава, подвергающейся воздействию воздуха.

Увеличение времени контакта расплавленного металла с воздухом приводит к усилению образования шлака, его последующему увлечению и связанным с этим вредным последствиям. Когда флюсом выступает газ, вихрь может вызывать проблемы иным образом. Газ флюса под действием физических сил отделяется в направлении центра вихря, в результате чего остальные части смещаются, и расплав не способен должным образом переработать газ флюса. Таким образом, эффективность метода снижается из-за неполного плавления. Не следует использовать флюс для обработки корпуса. Кроме того, газ-флюс, увлечённый в потоке расплавленного металла, имеет тенденцию к коалесценции, что приводит к образованию в расплаве более крупных пузырьков газа-флюса. Более крупные пузырьки снижают эффективность флюса, поскольку обрабатывается меньший объём расплавленного металла.

К распространенным методам подавления образования вихрей относятся установка перегородок или стержней в расплав. Однако использование перегородок нежелательно из-за мертвого объема, образующегося за их задним краем. Еще одним способом подавления образования вихрей является ограничение мощности, подаваемой на рабочее колесо. Однако это значительно снижает КПД.

Поэтому существует острая необходимость в разработке более эффективного процесса флюсования, который позволил бы предотвратить поглощение шлака с поверхности обратно в расплав посредством образования вихрей, например, обеспечить мелкодисперсное распределение флюса по всему объему расплава и улучшить контакт расплавленного металла с флюсом для удаления щелочных металлов, что позволит повысить эффективность флюсования расплава.