نظام إزالة الغازات الدوار لتكرير الألومنيوم، عملية التكرير

مع التطور السريع لصناعة السيارات، تشهد إنتاجية مصبوبات سبائك الألومنيوم نمواً سريعاً. ويشكل العدد الكبير من نفايات الصب الناتجة عن المعالجة غير السليمة لخليط سبائك الألومنيوم المشكلة التي يتعين على مصنعي مصبوبات سبائك الألومنيوم حلها على وجه السرعة. وفي السنوات الأخيرة، جذبت الأبحاث المتعلقة بنظام إزالة الغازات الدوار المستخدم في تكرير الألومنيوم انتباه العاملين في مجال الصب. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على جودة سبائك الألومنيوم المنصهرة، بما في ذلك التركيب الكيميائي لسبائك الألومنيوم، وحالة الانصهار، وتكرير سبائك الألومنيوم، والتعديل.

يُعد عيب الثقوب الدقيقة في مصبوبات سبائك الألومنيوم السبب الأبرز لخردة المصبوبات. فوجود الثقوب الدقيقة لا يقتصر على تقليل المساحة الفعالة للعمل في المصبوب فحسب، بل يشكل أيضًا مصدرًا للتشققات، ويُسرّع من عملية انتشار التشققات. ويؤدي ذلك في النهاية إلى تدهور الخصائص الميكانيكية للمادة. ينشأ تكوّن الثقوب الدقيقة بشكل رئيسي من محتوى شوائب الخبث ومحتوى الهيدروجين في المادة المنصهرة. يمثل الهيدروجين حوالي 85% من إجمالي الغازات الموجودة في الألومنيوم المنصهر. وذلك لأن قابلية ذوبان الهيدروجين في الألومنيوم الصلب تبلغ حوالي 1/20 مقارنةً بحالته السائلة. وعندما يتصلب الألومنيوم، يترسب الهيدروجين المذاب فيه ليشكل ثقوبًا دقيقة. ويمكن أن يؤدي تكرير سبائك الألومنيوم باستخدام نظام إزالة الغازات الدوار إلى إزالة الهيدروجين والخبث، وتنقية سائل الألومنيوم، والقضاء على الثقوب الدقيقة في قطع الصب.

نظام إزالة الغازات الدوار

جدول المحتويات

مبدأ عمل نظام إزالة الغازات الدوار

مبدأ عمل وحدة إزالة الغازات وهو أنه عندما يقوم المحرك بتحريك الدوار، يتفكك غاز الأرجون إلى فقاعات صغيرة. ويؤدي وجود هذه الفقاعات الصغيرة إلى خفض تركيز الهيدروجين في سائل الألومنيوم والضغط الجزئي على سطحه، مما يؤدي بدوره إلى خفض تركيز الهيدروجين في سائل الألومنيوم. ويتم إخراج الهيدروجين من سطح سائل الألومنيوم بواسطة غاز الأرجون، ثم يتم حرقه واستهلاكه على سطح السائل.

عندما تتحرك فقاعات صغيرة من غاز الأرجون نحو سطح السائل في قاع سائل الألومنيوم، يصطدم الهيدروجين المذاب في سائل الألومنيوم بواجهة التلامس بين الأرجون وسائل الألومنيوم، فيتحول الهيدروجين من الحالة المذابة إلى الحالة الممتصة. تتفاعل ذرات الغاز الموجودة في طبقة الامتصاص لتكوّن جزيئات الهيدروجين. ومع نمو الفقاعات، ترتفع إلى سطح الألومنيوم المنصهر وتحترق.

عندما تنتقل فقاعات صغيرة من غاز الأرجون من قاع سائل الألومنيوم إلى سطح السائل، تتحرك جزيئات الشوائب العالقة في سائل الألومنيوم، فتتصادم الشوائب مع بعضها البعض، وتتجمع وتنمو. وعندما تصل الشوائب إلى حجم معين، قد تصطدم بالفقاعات العائمة وتعلق بها. ثم تُنقل إلى سطح السائل لتحقيق تأثير إزالة الخبث.

هناك نموذجان لشوائب احتجاز الفقاعات، يؤديان إلى احتجاز الشوائب الأكبر حجمًا عن طريق التصادم بالقصور الذاتي. أما بالنسبة للشوائب الأصغر حجمًا، فمن الصعب أن تصطدم بالفقاعات، لكن قد يحدث احتجاز عرضي حول الفقاعات.

نظرًا لأن الأرجون غاز خامل، فإن سائل الألومنيوم لا يتفاعل معه. ويمكنه أن يحل محل الهيدروجين في سائل الألومنيوم، مما يقلل بشكل كبير من محتوى الهيدروجين في سائل الألومنيوم ويحسن الخصائص الميكانيكية لسبائك الألومنيوم.

نظام إزالة الغازات الدوار

كيفية الكشف عن تأثير إزالة الهيدروجين

في مجال الإنتاج، ومن أجل الكشف السريع عن تأثير إزالة الهيدروجين من الألومنيوم المنصهر، تُستخدم عادةً طريقة مقارنة مؤشر الكثافة. أي أنه يتم قياس كثافة ρ1 للعينة التي تم تصلبها في فراغ، وكثافة ρ2 للعينة التي تم تصلبها في الهواء، كل على حدة. مؤشر الكثافة = (1 - ρ1/ρ2) × 100. وبشكل عام، يُعتبر الألومنيوم السائل مؤهلاً في هذه الحالة: إذا كان مؤشر كثافة الألومنيوم السائل في عملية الصب بالضغط أقل من 1.5. أما مؤشر الكثافة في عمليات الصب بالضغط المنخفض والصب بالجاذبية فيجب أن يكون أقل من 1.

(1) كلما زاد عدد فقاعات الأرجون وزادت دقتها، زادت مساحة التلامس بين سائل الألومنيوم والفقاعات. وكلما قصرت مسافة انتشار ذرات الهيدروجين في سائل الألومنيوم، طالت مدة بقاء الفقاعات في سائل الألومنيوم، وتحسّن تأثير إزالة الغازات.

(2) أثناء عملية التكرير، تدور فوهة الجرافيت وترش السائل في قاع سائل الألومنيوم. فمن ناحية، يعزز ذلك تراكم الشوائب الصغيرة الموجودة في سائل الألومنيوم داخل كيس النقل. ومن ناحية أخرى، يظل سطح سائل الألومنيوم مستقرًا دائمًا. ولا تحدث ظاهرة التقلب العنيف، مما يمنع اختلاط الأكسجين، ويقلل من تكوّن شوائب الأكسيد والذوبان الثانوي للهيدروجين.

(3) الأرجون غاز خامل، غير سام، عديم الرائحة، وخالٍ من التلوث. يلعب نزع الهيدروجين باستخدام الأرجون دورًا رئيسيًّا في عملية نزع الهيدروجين الفيزيائي من الألومنيوم المنصهر. حيث يتم إخراج الرغوة المتكونة من الفقاعات الموجودة في سائل الألومنيوم. وبالمقارنة مع عملية تنقية الصهر، فإن كمية الخبث المتكونة تكون قليلة، ولا تتولد أي غازات سامة. كما أن نظام إزالة الغازات الدوار يحسّن بيئة العمل بشكل كبير ويقلل من الأضرار التي تلحق بالبيئة.