В связи с постоянным расширением сферы применения алюминиевых сплавов в различных отраслях народного хозяйства к внутреннему качеству этих материалов предъявляются всё более высокие требования. В процессе производства необходимо строго контролировать химический состав алюминиевого сплава и такие дефекты слитков, как усадочные пустоты, пористость и шлаковые включения. Это связано с тем, что на внутреннее качество готовой продукции влияет качество слитков, а внутреннее качество слитков в значительной степени зависит от качества расплава. Поэтому чистота расплава алюминиевого сплава имеет огромное значение. С учетом имеющегося оборудования и технологических условий разработана технология очистки алюминиевого расплава, направленная на снижение содержания водорода в расплаве с целью получения высококачественных слитков.
Технологии очистки алюминия
Основным газом в расплаве алюминия является водород (объемная доля составляет примерно 60% – 90%), за ним следуют азот, кислород, оксид углерода и т. д. Технологии очистки расплава алюминия в основном включают метод пневматической флотации, метод вакуумной очистки, метод ультразвуковой очистки и метод дегидрирования с использованием редкоземельных элементов. Метод флотации пузырьков широко используется благодаря своей простоте и высокой эффективности. Процесс удаления водорода из расплава алюминия методом флотации пузырьков: атомы водорода, растворенные в расплаве алюминия, мигрируют к периферии пузырька очищающего агента (аргона, азота и т. д.), адсорбируются вокруг пузырька, образуют молекулы водорода, проникают в пузырек и, наконец, выходят из расплава алюминия вместе с пузырьком, всплывающим наверх. Уравнение скорости дегидрирования отражает эффективность дегидрирования с точки зрения кинетики этого процесса.
Цель использования оборудование для онлайн-дегазации заключается в дополнительной очистке расплава алюминия вне печи и более эффективном удалении газа и шлака из расплава (принцип основан на удалении шлака методом всплывания и дегазации пузырьками за счет разницы парциальных давлений). Эффективность дегазации устройства для дегазации в процессе производства зависит от объёма расплава алюминия, расхода инертного газа, давления воздуха, температуры ванны, скорости вращения ротора, эффективности рабочего колеса ротора и герметичности ванны расплава. Наилучшая эффективность дегазации достигается за счёт оптимизации расхода, скорости вращения и давления.
Вторичное загрязнение алюминиевого расплава происходит главным образом в канале подачи алюминия от горловины печи до точки разливки. На канале подачи алюминия установлены устройства для дегазации и фильтрации, предназначенные для дополнительной очистки алюминиевого расплава. В процессе прохождения расплава по каналу он в той или иной степени поглощает водород при контакте с влагой, содержащейся в воздухе. При контакте расплава алюминия с водой происходит химическая реакция: атомарный водород поглощается поверхностью жидкого алюминия, а затем диффундирует в расплав. Весь процесс растворения состоит из физической адсорбции, химической адсорбции и диффузии.
На практике необходимо тщательно контролировать вторичное загрязнение алюминиевого расплава, начиная с выхода из установка дегазации до точки разливки. Эффективный способ контроля заключается в увеличении скорости потока расплава в литьевом канале и фильтрующем блоке CFF, уменьшении площади контакта жидкого алюминия с воздухом, а также снижении влажности воздуха. Для Блок фильтрации CFF, следует использовать фильтрующий блок с надежной герметизацией и сократить время пребывания алюминиевого расплава в блоке. Особенно при низком содержании водорода в расплаве требуется более высокая степень герметичности, иначе эффективность процесса дегазации в режиме реального времени снизится из-за последующего вторичного загрязнения, и получить идеальный алюминиевый расплав не удастся.