Исследование некоторых вопросов в области алюминиевых и пористых керамических фильтров

Компания Adtech специализируется на производстве пористый керамический фильтр, который очищает расплавленный алюминий от примесей.

Содержание

1. Газ в расплавленном алюминии

2. Как получают водород в расплавленном алюминии

3. Влияние газа на алюминиевый слиток

4. Источник включений 5. Взаимодействие между включениями и водородом
1. Газ в расплавленном алюминии
Газ в расплавленном алюминии состоит в основном из водорода, содержание которого составляет 80%–90%, за ним следуют азот, кислород,
Окись углерода; Водород практически нерастворим в твёрдом алюминии, но очень хорошо растворяется в жидком. Растворимость водорода выше и ниже линии солидуса составляет 0,65 мл и 0,034 мл на 100 г жидкого алюминия (при давлении водорода 0,1 МПа), то есть разница в растворимости водорода в двухфазной системе «твердое тело–жидкость» составляет 19,1 раза, а на 100 г расплавленного алюминия нормальное содержание водорода составляет 0,1–0,4 мл. Из-за разницы в растворимости водород стремится выходить из расплава. Когда давление водорода превышает поверхностное натяжение и гидростатическое давление, образуются пузырьки, которые, в свою очередь, приводят к появлению микропоры в отливке. Поэтому при очистке расплава алюминиевого сплава основной проблемой является высокое содержание водорода в алюминиевом сплаве, а существующие методы не могут удовлетворить производственные требования к высококачественным отливкам из алюминиевых сплавов. Как правило, содержание водорода на 100 г алюминия в пределах 0,1–0,2 мл в основном соответствует производственным требованиям. Для отливок с особыми требованиями (например, авиационных отливок) содержание водорода на 100 г алюминия должно быть ниже 0,06 мл.
2. Как образуется водород в расплавленном алюминии (1)?
Водород — это газ, который может обладать определенной растворимостью в расплавленном алюминии. Это обусловлено воздействием жидкого алюминия и влаги в условиях плавления.
Существует несколько источников влаги, образующейся в результате реакции: 1. Влага в воздухе. 2. Продукты сгорания топлива. 3. Влага, адсорбированная на поверхности шихты. 4. Остатки смазки на отходах плавятся. Водород выделяется при погружении лом в расплав при высокой температуре, при взаимодействии смазки с расплавленным металлом или при растрескивании лома. 5. Влага, впитанная инструментами в печи. Некоторые инструменты, используемые для подачи, перемешивания или снятия пены, естественным образом впитывают влагу. 6. Впитанная или химически связанная влага на твердых очищающих средствах или их остатках. Побочным продуктом рафинирования с использованием хлора являются хлоридные соли алюминия и магния. Эти хлориды обладают высокой впитывающей способностью и прилипают к инструментам или внутренним стенкам печи.
2. Как образуется водород в расплавленном алюминии? (2)
7. Если до момента соприкосновения поверхности сухого контейнера с расплавленным алюминием слой огнеупорной глины, плавильная или выдерживающая печь из огнеупорных материалов, футеровка печи или желоб из огнеупорных материалов не полностью высохли, все это оказывает негативное влияние на образование водорода. 8. Газ, вводимый в расплавленный алюминий для различных целей рафинирования, может содержать влагу. Если применять определенные методы для снижения количества влаги, попадающей в расплавленный металл, содержание водорода уменьшится. Кроме того, поскольку растворение водорода и образование оксидов усиливаются с повышением температуры, необходимо строго контролировать температуру в печи. По возможности максимальная температура при плавке должна быть ниже 760 °C. Во время плавки, помимо растворения, водород также будет образовываться и попадать в расплавленный алюминий в результате реакции между расплавленным алюминием и влагой из воздуха во время транспортировки или разливки жидкого алюминия, особенно когда оксидная пленка на поверхности расплава срывается и разрушается. Растворение водорода происходит медленнее, когда уровень жидкости не изменяется.

3. Влияние газа, выделяющегося из жидкого алюминия, на качество алюминия (1)
Водород присутствует в атмосфере и хорошо растворяется в расплавленном алюминии. Водород, удерживаемый в расплавленном алюминии, может приводить к образованию белых пятен или пор, что негативно сказывается на качестве конечного продукта. Например, такие алюминиевые изделия могут не обладать приемлемыми механическими или физическими свойствами, а также могут демонстрировать сниженную прочность на разрыв. Включения водорода также могут вызывать усталостные трещины в материалах. Брак отливок может быть вызван микропорами в отливках или на обработанных поверхностях, а также утечками в тех случаях, когда отливки должны выдерживать давление без утечек. Пористость может вызывать образование пузырей на кованых изделиях, экструдированных изделиях, а также на тонких и толстых пластинах при их изготовлении из круглых слитков. Плохие поверхностные свойства материала, такие как отслоение при литье и вспенивание при термической обработке материала, также указывают на наличие водорода.
3. Влияние газов, выделяющихся при плавке алюминия, на качество алюминия (2)
Водород примерно в 20 раз лучше растворяется в жидком алюминии, чем в твердом. Из-за разницы в растворимости водород имеет тенденцию выделяться из раствора в процессе затвердевания: либо медленно диффундировать, либо быстро образовывать пузырьки, в которых образуются молекулы водорода. Пузырьки образуются, когда давление водорода превышает поверхностное натяжение и гидростатическое давление. Таким образом, если содержание водорода в жидком алюминии во время процесса затвердевания высокое, водород будет присутствовать в виде твердого раствора, пор или сколов. Поэтому для получения высококачественных отливок важно поддерживать содержание водорода на низком уровне.

Итак, установка дегазации Производимое компанией Adtech оборудование позволяет решить проблему избыточного содержания газа в расплавленном алюминии.
3. Источники включений в расплавленном алюминии
Под включениями понимаются любые твердые вещества, расположенные выше линии ликвидуса, любые твердые вещества и любые вещества, отличные от жидкости. К распространенным неметаллическим примесям в расплавленном алюминии относятся оксиды, нитриды, карбиды, бориды и т. д., в основном в виде частиц, типичный размер которых составляет 1–30 микрон. Помимо того, что они поступают из шихты, они в основном являются продуктом химических реакций, происходящих в процессе плавления. Толщина оксидной пленки на поверхности алюминия составляет 2–10 микрон, а вблизи температуры плавления она увеличивается до 200 микрон. Оксидная пленка на поверхности расплава не только толще, но и имеет измененную структуру; плотный слой на стороне, обращенной к жидкому алюминию, оказывает защитное действие на жидкий алюминий. Внешняя часть алюминия имеет рыхлую структуру, а внутри присутствуют мелкие поры размером 5–10 микрон, заполненные водородом, воздухом и парами воды. Если жидкую пленку перемешивать с алюминием, это приведет к попаданию примесей и газов. Кроме того, в изделиях из высоколегированного алюминия будут присутствовать некоторые нежелательные первичные интерметаллические соединения, такие как алюминий-цирконий, алюминий-титан и т. д., а в железосодержащих алюминиевых сплавах также образуются фазы «алюминий-железо» с высоким содержанием железа и фазы «алюминий-кремний-железо». Эти примеси напрямую влияют на механические свойства изделия.
3. Взаимодействие включений и водорода в расплавленном алюминии

Между включениями и газом в алюминиевом сплаве наблюдается сильное взаимодействие, и содержание водорода в расплавленном алюминии в значительной степени зависит от включений. При содержании включений 0,002% и 0,02% соответствующее содержание водорода составляет 0,2 мл/100 г AL и 0,35 мл/100 г AL. При одинаковом содержании водорода чем выше содержание включений, тем выше частота образования микроотверстий; напротив, когда содержание примесей в расплавленном алюминии очень низкое, содержание водорода также очень низкое, и даже если водород вводится искусственно, он автоматически осаждается, быстро возвращаясь к исходному содержанию.

Компания Adtech специализируется на производстве пористые керамические фильтры, который способен адсорбировать и отфильтровывать примеси из расплавленного алюминия.