Система ротационной дегазации для рафинирования алюминия, процесс рафинирования

В связи с быстрым развитием автомобильной промышленности объемы производства отливок из алюминиевых сплавов стремительно растут. Проблемой, которую производителям отливок из алюминиевых сплавов необходимо срочно решить, является образование большого количества отходов литья, вызванное ненадлежащей обработкой расплавов алюминиевых сплавов. В последние годы исследования в области систем ротационного дегазирования при рафинировании алюминия привлекли внимание специалистов в области литья. На качество расплавов алюминиевых сплавов влияет множество факторов, в том числе химический состав алюминиевого сплава, состояние расплава, рафинирование алюминиевого сплава и его модификация.

Дефект в виде микропоры в отливках из алюминиевых сплавов является основной причиной брака отливок. Наличие микропор не только уменьшает эффективную рабочую площадь отливки, но и служит источником трещин, а также ускоряет процесс их распространения. В конечном итоге это приводит к снижению механических свойств материала. Возникновение пор в основном обусловлено содержанием шлаковых включений и водорода в расплаве. На долю водорода приходится около 85% от общего количества газа в алюминиевом расплаве. Это связано с тем, что растворимость водорода в твердом алюминии составляет примерно 1/20 от его растворимости в жидком состоянии. При затвердевании алюминия растворенный в нём водород выпадает в осадок, образуя микропоры. Очистка алюминиевого сплава с помощью ротационной системы дегазации позволяет удалить водород и шлак, очистить расплав алюминия и устранить микропоры в отливках.

Система ротационной дегазации

Содержание

Принцип работы системы ротационной дегазации

Принцип работы установка дегазации заключается в том, что когда двигатель приводит ротор во вращение, газ аргон распадается на мелкие пузырьки. Наличие этих мелких пузырьков снижает концентрацию водорода в расплаве алюминия и его парциальное давление на поверхности, тем самым уменьшая концентрацию водорода в расплаве алюминия. Водород удаляется с поверхности расплава алюминия под действием газа аргона, сжигается и расходуется на поверхности расплава.

Когда мелкие пузырьки аргона поднимаются к поверхности расплава алюминия, растворенный в расплаве водород попадает на границу раздела фаз «аргон — расплав алюминия», в результате чего водород переходит из растворенного состояния в адсорбированное. Атомы газа в адсорбционном слое вступают в реакцию с образованием молекул водорода. По мере роста пузырьков они поднимаются к поверхности расплавленного алюминия и сгорают.

Когда мелкие пузырьки аргона поднимаются со дна расплава алюминия к поверхности, частицы включений, взвешенные в расплаве, подвергаются перемешиванию, в результате чего включения сталкиваются друг с другом, объединяются и увеличиваются в размерах. Когда включение достигает определённого размера, оно может столкнуться с всплывающими пузырьками и зацепиться за них. Затем оно поднимается на поверхность расплава, что обеспечивает эффект удаления шлака.

Существует две модели удержания пузырьков включениями, в рамках которых для более крупных включений происходит захват в результате инерционных столкновений. Для более мелких включений столкновение с пузырьками затруднительно, однако вокруг пузырьков может происходить тангенциальное удержание.

Поскольку аргон является инертным газом, он не вступает в реакцию с расплавленным алюминием. Он может заменить водород в расплаве алюминия, что значительно снижает содержание водорода в расплаве и улучшает механические свойства алюминиевого сплава.

Система ротационной дегазации

Как определить эффект удаления водорода

В производстве для быстрого определения степени удаления водорода из расплава алюминия обычно применяется метод сравнения показателей плотности. То есть отдельно измеряются плотность ρ1 образца, затвердевшего в вакууме, и плотность ρ2 образца, затвердевшего на воздухе. Показатель плотности = (1 – ρ1/ρ2) × 100. Как правило, жидкий алюминий считается пригодным для использования при следующих условиях: показатель плотности жидкого алюминия при литье под давлением составляет менее 1,5. Показатель плотности при литье под низким давлением и гравитационном литье составляет менее 1.

(1) Чем больше и мельче пузырьки аргона, тем больше площадь контакта расплавленного алюминия с пузырьками. Чем короче расстояние диффузии атомов водорода в расплавленном алюминии, тем дольше пузырьки остаются в расплавленном алюминии и тем лучше эффект дегазации.

(2) В процессе рафинирования графитовая форсунка вращается и распыляет струю на дно расплава алюминия. С одной стороны, это способствует накоплению мелких включений из расплава алюминия в переливной мешок. С другой стороны, поверхность расплава алюминия всегда остается стабильной. Отсутствует явление бурного перемешивания, что предотвращает попадание кислорода, снижает образование оксидных включений и вторичное растворение водорода.

(3) Ар — инертный газ, нетоксичный, без запаха, не вызывающий загрязнения окружающей среды. Дегидрирование с использованием Ar в основном применяется при физическом дегидрировании расплава алюминия. Образующийся шлак удаляется из расплава алюминия с помощью пузыря. По сравнению с очисткой с использованием флюса количество образующегося шлака невелико, и при этом не выделяются токсичные газы. Система ротационного дегазирования значительно улучшает условия труда и снижает вредное воздействие на окружающую среду.