Существует пять методов удаления алюминиевого шлака; основные принципы этих пяти методов включают химическое шлакование, использование разницы в плотности, флотационное шлакование, растворение с помощью флюса и механическую фильтрацию. В установках дегазации и фильтрации компании AdTech в основном применяются принципы флотационного шлакования и механической фильтрации.
Методы удаления алюминиевого шлака
Химическое шлакование
Комбинированное шлакование основано на использовании оксидов щелочей и кислых флюсов, либо сложных соединений или комплексов, образованных оксидами кислот и щелочными флюсами. Это обусловлено наличием сильной силы связывания между оксидом в расплавленном алюминии и флюсом. При определенных температурных условиях они могут вступать во взаимодействие, образуя двойные солевые шлаки с более низкой плотностью и более низкой температурой плавления. Кроме того, такие шлаки легко отделяются от металлов, что позволяет удалить их с поверхности алюминия.
Комплексное шлакование происходит главным образом на поверхности металлического расплава, причем эта реакция также протекает в зоне контакта между шлаком и футеровкой. Неметаллические включения, находящиеся во взвешенном состоянии в металлическом расплаве, под действием закона распределения и разницы в плотности непрерывно всплывают изнутри расплава к поверхностному шлаку, чтобы участвовать в реакции шлакообразования.
Разница в плотности
Данный метод подходит для сплавов с большой разницей плотности между металлическим расплавом и неметаллическими включениями, а также с крупными частицами включений. Метод, основанный на разнице плотности, как правило, заключается в том, чтобы в течение определенного времени удерживать металлический расплав при температуре рафинирования и под действием флюса, давая включениям возможность всплыть или опуститься на дно, после чего их удаляют. Скорость всплывания или опускания шлаковых включений пропорциональна разнице плотностей между ними, обратно пропорциональна вязкости расплава и пропорциональна квадрату радиуса частиц шлака.
Когда температура расплавленного алюминия низкая, а количество включений велико, вязкость расплавленного алюминия высока, и время, необходимое для всплытия или опускания шлака, увеличивается. При постоянной температуре сплава, поскольку вязкость расплава и разница в плотности между расплавом и шлаком практически не изменяются, размер и форма шлака оказывают большое влияние на время всплытия или опускания.
Таким образом, разница в плотности достигается главным образом за счет увеличения размера шлаковых включений, что облегчает их отделение от расплава. В процессе плавки алюминия, когда радиус A1203 уменьшается с 0,1 мм до 0,001 мм, необходимое время отстаивания увеличивается с 5 с до 13,8 ч, то есть это не способствует всплыванию или оседанию шлака. Алюминиевые сплавы обычно оставляют отстаиваться на 20–30 минут, но эффект удаления шлака при этом остается весьма ограниченным. Данный метод является трудо- и энергоемким, а удалить мелкодисперсные шлаковые включения с его помощью сложно. Как правило, при определённой температуре перегрева, после перемешивания и шлакообразования флюса его оставляют отстаиваться в течение определённого времени для достижения определённого эффекта удаления шлака.
Принцип флотации
Принцип флотации основан на определённом физико-химическом взаимодействии флюса или инертного газа с оксидом, а именно на адсорбции и частичном растворении, в результате чего оксид удаляется в виде пены. Температура плавления алюминиевого сплава невысока, однако температура плавления его оксида очень высока. В данном случае применение химического метода затруднительно. Поэтому более подходящим является метод флотации.
При рафинировании алюминиевого сплава азотом во время процесса дегидрирования на поверхность всплывает большое количество окисленного шлака. Принцип удаления шлака методом газовой флотации в данном случае в основном аналогичен принципу удаления шлака методом флюсовой флотации.
Когда пузырьки проходят через расплав алюминия, диспергированные частицы оксида сталкиваются с ними, адсорбируются на пузырьках и всплывают на поверхность расплава по мере подъема пузырьков. Чем больше количество пузырьков и чем больше их размер, тем лучше эффект удаления шлака. В качестве инертного газа обычно используют азот и аргон. В качестве флотационных агентов также широко применяются алюминиевые сплавы, в основном на основе хлоридных солей.
Растворение флюса
После растворения неметаллических включений в жидком флюсе они могут отделяться от металлического расплава в процессе всплывания и оседания флюса. Способность флюсов растворять захваченный шлак зависит от их молекулярной структуры и обусловленных ею химических свойств. При сходстве молекулярной структуры и химических свойств они могут быть смешиваемыми при определённой температуре. Добавление 10% криолита к смеси равных количеств хлорида натрия и хлорида калия позволяет растворить 0,15% Al₂O₃. При увеличении количества криолита растворимость оксида алюминия в флюсе также возрастает.
Механическая фильтрация
Вышеупомянутые методы удаления алюминиевого шлака бесполезны в случае неметаллических включений, которые отличаются незначительной разницей в плотности расплава, имеют мелкий размер частиц и характеризуются чрезвычайно высокой степенью дисперсии. Поэтому, когда металлический расплав проходит через керамический пенопластовый фильтр Фильтрующий материал обеспечивает механическое задерживание неметаллических включений. Кроме того, фильтрующий материал также оказывает адсорбционное воздействие на включения. Как правило, чем меньше зазоры и чем больше толщина фильтрующего материала, тем ниже скорость потока расплавленного алюминия и тем лучше эффективность механической фильтрации.
