Расплав электролитического алюминия содержит большое количество газа и примесей. Учитывая вышеуказанные характеристики состава, необходимо усилить процесс рафинирования расплава. В процессе рафинирования алюминия обычно используются рафинирующие добавки и продувка азотом, поэтому необходимо обеспечить надлежащее качество рафинирующих добавок и азота. На производстве используются высококачественные рафинирующие добавки и азот высокой чистоты, при этом проводится двукратное рафинирование при температуре 730–750 °C. Количество рафинирующего агента, используемого при первой очистке, составляет 2,5 кг/т-А, а время очистки — 25–30 мин; после очистки шлак удаляется, добавляется магний и подкидывается топливо. Дозировка рафинирующего агента при втором рафинировании составляет 1,5 кг/т, а время рафинирования — 15–20 мин. После завершения второго этапа рафинирования алюминия производится удаление шлака, отбор проб и анализ; после подтверждения соответствия состава требованиям на поверхность насыпается слой покрывающего агента, и смесь выдерживается в печи в течение 30 минут.
Процесс рафинирования алюминия
Поскольку температура плавления покрывающего вещества ниже, чем у расплавленного алюминия, его плотность меньше, чем у расплава, а также оно обладает хорошими смачивающими свойствами. На поверхности расплава образуется сплошная жидкая защитная пленка, отделяющая расплав в печи от воздуха. Как правило, кислород или водяной пар не могут или редко могут проникать через покрывающий слой для вступления в реакцию с жидким алюминием, а атомы водорода, растворённые в электролите, благодаря своему малому радиусу могут проникать через покрывающий слой и улетучиваться.
Принятие очистка методом газовой адсорбции, эффект рафинирования тесно связан не только с чистотой азота в рафинирующем агенте, но и с технологией рафинирования. Поскольку рафинирование с продувкой основано на диффузионном дегазировании при парциальном давлении и флотационном удалении шлака, рафинирующий эффект наблюдается только в той зоне, которая находится в тесном контакте с рафинирующим газом и порошком. Операторы должны строго соблюдать технологический режим и обеспечивать равномерное перемещение рафинирующего устройства по дну плавильной печи, охватывая все четыре угла, с тем чтобы весь расплавленный алюминий полностью контактировал с рафинирующим агентом и азотом, не оставляя «мёртвых» зон.
Эффективность очистки газа в большей степени зависит от степени дисперсии газа и размера пузырьков. Чем меньше размер пузырьков, тем лучше эффект дегазации. Дело в том, что чем меньше пузырьки, тем больше их количество при одинаковом объёме газа, тем больше площадь поверхности; при этом скорость подъёма снижается, а время контакта с расплавом увеличивается. При использовании обычного Т-образного дегазатора диаметр пузырьков составляет около 10 мм, и эффект очень хороший; если в качестве дегазатора используется стальная труба диаметром 15 мм, диаметр пузырьков может достигать более 300 мм, и, несмотря на увеличение количества используемого азота, эффект дегазации по-прежнему остается неудовлетворительным.
При использовании метода рафинирования с адсорбцией флюса рафинирующий агент находится в прямом контакте с расплавом алюминия, и за счет адсорбции и диффузии достигается хороший эффект удаления шлака. Дегазирующее действие флюса проявляется главным образом в двух аспектах: во-первых, флюс химически разлагается и вступает в реакцию с расплавом, образуя газообразный продукт, который диффундирует и удаляет водород; во-вторых, оксидная пленка на поверхности расплава растворяется в расплавленном алюминии под действием Na₃AlF₆, содержащегося в флюсе, в результате чего атомарный водород диффундирует в газ.
Практика показала, что эффективность метода газовой рафинации по удалению водорода и шлака превосходит эффективность метода рафинации с использованием одного только флюса. Данные измерений показывают, что содержание водорода в расплавленном алюминии можно снизить до 325 мл/кг ± путем рафинирования в печи, при этом количество оксидных включений значительно уменьшается, однако этого по-прежнему недостаточно для удовлетворения требований к литью продукции, поэтому для дальнейшей очистки расплава алюминия необходимо использовать систему онлайн-дегазации и метод фильтрации CFF. После рафинирования расплавленного алюминия в статической печи-отстойнике на поверхность расплава необходимо рассыпать покрывающий агент, а затем дать расплаву отстояться в течение 10–15 минут перед переходом к следующему этапу процесса. Цель отстоя: во-первых, облегчить вытеснение газа и мелких неметаллических включений из поверхности расплава рафинирующим носителем; во-вторых, способствовать оседанию крупных неметаллических включений на дно печи.