Очистка алюминия в печи является важным этапом литья алюминия. Причины, по которым расплавленный алюминий в печи-удерживателе необходимо очищать, в основном сводятся к следующим четырём аспектам:
Во-первых, перед литьем необходимо убедиться, что содержание водорода в расплавленном алюминии соответствует требованиям к конечному изделию. В зависимости от типа подачи шихты в плавильную печь и температуры плавки содержание водорода в расплавленном алюминии после плавки различается, но в любом случае оно значительно превышает требуемый показатель для конечного литого изделия. Опираясь на данные онлайн- установка дегазации Само по себе этого недостаточно для выполнения требований, в связи с чем необходимо проводить рафинирование расплавленного алюминия в печи с целью снижения содержания водорода и создания условий для очистки в процессе производства.
Во-вторых, между впускным отверстием для расплавленного алюминия в печи-удерживателе и перевернутым желобом имеется значительный перепад высоты. Для печи-удерживателя вместимостью 85 т этот перепад обычно составляет 1100 м. Перепад высоты зависит от вместимости печи-удерживателя. Чем больше вместимость печи-удерживателя, тем больше перепад высоты. Причина заключается в том, что глубина расплавленной ванны увеличивается по мере увеличения объема расплавленного алюминия. Это приводит к ударам и разбрызгиванию, когда расплавленный алюминий поступает в печь-удерживатель через перевернутый желоб, в результате чего жидкий алюминий дважды поглощает водород, и его содержание возрастает.
В-третьих, водород — это газ, который очень легко растворяется в алюминии и алюминиевых сплавах. На растворимость водорода влияет температура расплавленного алюминия. Чем выше температура расплавленного алюминия, тем более выраженная тенденция к поглощению водорода. При загрузке плавильной печи, с целью экономии энергии, снижения расхода топлива и сокращения времени плавки, для смешивания и подачи используются жидкий электролитический алюминий и исходные алюминиевые слитки. В силу характеристик самого электролитического алюминиевого расплава, а именно температуры выше 800 ℃, происходит интенсивное поглощение газов электролитическим алюминиевым расплавом, и содержание водорода иногда превышает 0,500 мл/100 г. Содержание водорода в расплавленном алюминии, заливаемом в печь-удерживатель в конце процесса плавки, значительно превышает показатели, требуемые для литья.
В-четвертых, в случае расплавленного алюминия с высоким содержанием щелочных металлов Li, Na, K для его рафинирования необходимо добавлять Cl₂, чтобы удалить щелочные металлы и улучшить механические свойства материала. В то же время характер оксидной пленки напрямую влияет на содержание водорода в расплавленном алюминии. Оксидная пленка тесно связана с элементами щелочных металлов. Химические свойства элементов щелочных металлов проявляются наиболее активно на поверхности расплавленного алюминия, что приводит к разрыхлению оксидной пленки и способствует поглощению водорода расплавленным алюминием; например, содержание водорода в сплаве AI-Li может достигать значения, в 10 раз превышающего аналогичный показатель для обычного алюминиевого сплава.
Исходя из вышеперечисленных четырёх причин, очистка расплавленного алюминия в печи является необходимой, чтобы содержание водорода в расплавленном алюминии достигло 0,250 мл/100 г или менее перед поступлением из печи выдержки в систему онлайн-дегазации, что создает условия для того, чтобы установка онлайн-очистки соответствовала требованиям к литой продукции.
Существует два традиционных метода очистки расплавленного алюминия в печи-удерживателе: один из них заключается в добавлении очищающий агент, а другой — очистка с помощью CCl₄.
Основными компонентами рафинирующего агента являются NaCl, NaF, KCl и т. д. Температура плавления рафинирующего агента ниже эвтектической температуры смеси NaCl и KCl, равной 665 ℃, и ниже температуры плавления алюминиевого сплава. Основной принцип действия рафинирующего агента заключается в использовании смачивающих свойств этих солевых флюсов для смачивания оксидных включений в расплавленном алюминии, после чего они всплывают на поверхность расплава и удаляются. Это происходит потому, что окисленные включения и водород в жидком алюминии являются паразитами и взаимно влияют друг на друга. С уменьшением количества окисленных включений снижается содержание водорода в расплавленном алюминии, поэтому в процессе удаления включений удается удалить часть водорода из расплавленного алюминия. Основной принцип использования рафинирования с CCl₄ заключается в использовании Cl₂, образующегося в результате разложения CCl₄. Из-за разницы парциального давления водорода внутри и снаружи пузырька Cl₂ водород проникает в пузырек и выносится им в процессе всплытия, что позволяет снизить содержание водорода в расплавленном алюминии. Кроме того, химическая реакция Cl₂ с щелочными металлами приводит к снижению содержания щелочных металлов.
