عملية إزالة الغازات أثناء التشغيل هي عملية لإزالة الهيدروجين تتم بالتزامن مع عملية الصب. ونظرًا لأن الألومنيوم المنصهر يخضع لعملية إزالة الهيدروجين في فرن الاحتفاظ، فإنه يدخل آلة الصب عبر قناة الصب ويتلامس مع الهواء. ومع ذلك، فإنه لا يزال بإمكانه امتصاص الهيدروجين مرة أخرى، مما يؤدي إلى تجاوز محتوى الهيدروجين في سائل الألومنيوم المؤشر المطلوب. ولذلك، فإن عملية إزالة الغازات أثناء التشغيل ضرورية لتقليل محتوى الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر إلى أدنى حد ممكن.
الهيدروجين هو الغاز الوحيد الذي يمكن أن يذوب في الألومنيوم المنصهر بكميات كبيرة. ووفقًا للطريقة التقليدية تكرير سائل الألومنيوم نظام لمعالجة الهيدروجين المذاب في سائل الألومنيوم، من خلال الامتصاص الفيزيائي للغاز الخامل الأرجون؛ حيث تطفو فقاعات النيتروجين في سائل الألومنيوم بينما تمتص الهيدروجين الموجود فيه، مما يؤدي إلى تنقية سائل الألومنيوم.
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على عملية إزالة الغازات عبر الإنترنت من الألومنيوم المنصهر، وتشمل بشكل أساسي: الرطوبة الجوية، ومحتوى الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر عند المدخل، ودرجة حرارة الألومنيوم المنصهر، وحالة السبائك، ونقاء الغاز المُكرَّر، ومدة عملية التكرير، ومساحة التلامس بين الفقاعات والألومنيوم المنصهر، وما إلى ذلك. وفيما يلي تأثير كل عامل على حدة:
الرطوبة الجوية: يعود مصدر الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر بشكل أساسي إلى التفاعل بين الألومنيوم المنصهر وبخار الماء. فإذا كانت الرطوبة الجوية مرتفعة، فإن محتوى بخار الماء في الغلاف الجوي يكون مرتفعًا، وبالتالي يزداد محتوى الهيدروجين المتكون بعد التفاعل مع سائل الألومنيوم، وتزداد صعوبة عملية إزالة الهيدروجين. [يوجد الهيدروجين الناتج عن التفاعل في الألومنيوم السائل في حالة ذرية، أو يوجد على حدود الحبيبات. وإذا تعذر إزالة الهيدروجين بشكل فعال، فبعد أن يتصلب الألومنيوم السائل، سيتسبب الهيدروجين في ظهور مسام، وترهل، وعيوب أخرى في المنتج المصبوب. يؤدي وجود الهيدروجين على حدود الحبيبات بسهولة إلى تقصف المنتج المصبوب بسبب الهيدروجين، مما يؤثر على الخصائص الميكانيكية للمنتج. إذا كان هناك ماء أو بخار في قناة الألومنيوم المنصهر وجهاز التبلور، فسيحدث التفاعل الكيميائي المذكور أعلاه أيضًا، مما يؤدي إلى تكوين الهيدروجين، وذوبانه في الألومنيوم المنصهر.
محتوى الهيدروجين في الألومنيوم السائل: عند استخدام جهاز التكرير بالحقن الدوار بالغاز الخامل، ووفقًا لنتائج البحث حول حركية إزالة الهيدروجين من الألومنيوم السائل، كلما انخفض محتوى الهيدروجين في الألومنيوم السائل الداخل، انخفضت كفاءة إزالة الهيدروجين، وزادت صعوبة عملية إزالة الهيدروجين. وعندما يكون محتوى الهيدروجين في الألومنيوم السائل الداخل أقل من 0.300 م1/100 غرام، بالنسبة لسبائك AA5182، يمكن أن تصل كفاءة إزالة الهيدروجين إلى حوالي 50%.
درجة حرارة الألومنيوم المنصهر: تؤثر درجة حرارة الألومنيوم المنصهر على تفاعل الألومنيوم المنصهر مع بخار الماء في الغلاف الجوي. فكلما ارتفعت درجة حرارة الألومنيوم المنصهر، زادت شدة التفاعل بينه وبين بخار الماء، وزاد بالتالي محتوى الهيدروجين فيه. وفي الوقت نفسه، تؤثر درجة حرارة الألومنيوم المنصهر على كثافة طبقة الأكسيد السطحية. فإذا كانت درجة حرارة الألومنيوم المنصهر مرتفعة جدًّا، تصبح طبقة الأكسيد السطحية غير متماسكة، فيتغلغل بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي بسهولة عبر طبقة الأكسيد ليتفاعل مع الألومنيوم المنصهر، مما يؤدي إلى زيادة محتوى الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر.
يختلف محتوى الهيدروجين في سائل الألومنيوم المخلوط بسبائك مختلفة. يتجلى تأثير السبائك على محتوى الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر بشكل أساسي من خلال تأثير كثافة طبقة الأكسيد على سطح الألومنيوم المنصهر. فإذا تسببت عناصر السبائك الموجودة في الألومنيوم المنصهر في إضعاف ثبات طبقة الأكسيد، فإن محتوى الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر سيزداد. يبلغ محتوى المغنيسيوم في سبيكة AA5182 ما بين 4.0% و5.0%. ويؤدي المغنيسيوم إلى إضعاف طبقة الأكسيد. فيتغلغل بخار الماء الموجود في الهواء بسهولة عبر طبقة الأكسيد إلى سائل الألومنيوم، ويتفاعل مع سائل الألومنيوم لزيادة محتوى الهيدروجين، لذلك فإن محتوى الهيدروجين في سائل الألومنيوم من سبيكة AA5182 مرتفع نسبيًا، ويجب تحسين جهاز إزالة الغازات أثناء الإنتاج بحيث يمكن خفض محتوى الهيدروجين في سائل الألومنيوم إلى أقل من 0.150 مل/100 غرام.
نقاء الغاز المكرر: الغاز المكرر هو في الأساس غاز خامل، ويشكل الأرجون (Ar) المكون الرئيسي فيه، مع خلط نسبة معينة من كلوريد الألومنيوم (Cl₂). ويتمثل دور كلوريد الألومنيوم (Cl₂) بشكل أساسي في إزالة الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية من الألومنيوم المنصهر. التأثير الرئيسي لنقاء غاز التكرير على عملية إزالة الهيدروجين من الألومنيوم المنصهر هو: يدخل غاز التكرير إلى الألومنيوم المنصهر، ويتفاعل بخار الماء الموجود فيه مع الألومنيوم المنصهر لإنتاج الهيدروجين. وأثناء إزالة الهيدروجين، يتسبب بخار الماء الموجود في الأرجون في زيادة محتوى الهيدروجين في الألومنيوم المنصهر. تؤثر الزيادة في محتوى الهيدروجين على فعالية عملية التكرير. وسيكون لبخار الماء الموجود في كلوريد الهيدروجين (Cl₂) نفس التأثير.
وقت التكرير: ضمن نطاق معين من مدة التكرير، كلما طالت مدة التكرير، زادت كمية الهيدروجين التي تتسرب إلى فقاعات الغاز الخامل. ولكن بعد فترة معينة، ومع إطالة مدة التكرير، لا يتغير تأثير إزالة الهيدروجين بشكل ملحوظ.
منطقة التلامس بين فقاعة الغاز الخامل وسائل الألومنيوم: أثناء عملية الطفو في سائل الألومنيوم، تمتص فقاعة الغاز الخامل الهيدروجين الموجود في سائل الألومنيوم. وبعد دخول ذرات الهيدروجين إلى فقاعة الغاز الخامل، تتحد مع بعضها لتشكل H2، ثم تطفو إلى سطح سائل الألومنيوم مع فقاعة الغاز الخامل. يتم إطلاق غاز الهيدروجين (H₂) لإتمام عملية إزالة الهيدروجين من الألومنيوم المنصهر. ولتحسين فعالية إزالة الهيدروجين من الألومنيوم المنصهر، كلما زادت المساحة الإجمالية للتلامس بين فقاعات الغاز الخامل والألومنيوم المنصهر، كانت فعالية إزالة الهيدروجين أفضل. ولزيادة المساحة الإجمالية للتلامس بين فقاعات الغاز الخامل والألومنيوم المنصهر، يجب تفتيت الغاز الخامل قدر الإمكان لتكوين فقاعات دقيقة. وعند ثبات معدل تدفق الغاز الخامل، يمكن زيادة المساحة الإجمالية للتلامس بين الفقاعات والألومنيوم المنصهر.
من خلال الدوران عالي السرعة للدوار المصنوع من الجرافيت، يمكن سحق الفقاعات. ولكن لا يمكن زيادة سرعة دوران الدوار الجرافيتي بشكل متعمد. فإذا كانت سرعة الدوران عالية جدًا، فمن السهل أن تتشكل دوامة على سطح الألومنيوم المنصهر، مما يؤدي إلى تدمير طبقة الأكسيد الموجودة على سطح الألومنيوم المنصهر وخلط شوائب الأكسيد مع الألومنيوم المنصهر، مما يتسبب في تلوث الألومنيوم المنصهر. يزيد محتوى شوائب الأكسيد في الألومنيوم المنصهر مع زيادة محتوى الهيدروجين.
من بين العوامل المذكورة أعلاه التي تؤثر على كفاءة عملية إزالة الغازات أثناء التشغيل، وبالإضافة إلى الظروف الطبيعية وحالة المعدات الثابتة، تشمل العوامل الرئيسية التي يمكن تحسينها ما يلي: الأول هو التسخين المسبق لغاز العملية، والثاني هو التوافق بين درجة تمدد الفقاعات والحجم الهندسي لـ صندوق إزالة الغازات. ومن خلال تحسين هذين العاملين، يمكن زيادة المساحة الإجمالية للتلامس بين الفقاعات والألومنيوم المنصهر، مما يؤدي إلى تحسين فعالية إزالة الهيدروجين.
