Fırında Alüminyum Arıtma

Fırında alüminyum arıtma, alüminyum döküm sürecinde önemli bir aşamadır. Bekletme fırınındaki erimiş alüminyumun arıtılması gerekliliğinin başlıca nedenleri arasında şu dört husus yer almaktadır:

Öncelikle, döküm işleminden önce erimiş alüminyumun hidrojen içeriğinin nihai ürünün gerekliliklerini karşıladığından emin olunmalıdır. Ergitme fırınının farklı besleme türleri ve farklı eritme sıcaklıkları nedeniyle, eritme sonrası erimiş alüminyumun hidrojen içeriği farklılık gösterir, ancak bu değer nihai döküm ürününün gerekli endeksinden çok daha yüksektir. Çevrimiçi sistemden yararlanarak gaz giderme ünitesi Tek başına bu gereklilikleri karşılamak zordur; bu nedenle, hidrojen içeriğini azaltmak ve çevrimiçi arıtma için gerekli koşulları sağlamak amacıyla fırında erimiş alüminyumun arıtılması gerekmektedir.

İkincisi, bekletme fırınının erimiş alüminyum girişi ile ters çevrilmiş oluk arasında büyük bir yükseklik farkı bulunmaktadır. 85 ton kapasiteli bir bekletme fırını için bu yükseklik farkı genellikle 1100 m’dir. Yükseklik farkı, bekletme fırınının kapasitesine göre değişir. Tutma fırınının kapasitesi ne kadar büyükse, yükseklik farkı da o kadar büyük olur. Bunun nedeni, erimiş alüminyumun hacmi arttıkça erimiş havuzun derinliğinin de artmasıdır. Bu durum, erimiş alüminyum ters çevrilmiş fırın oluğu aracılığıyla tutma fırınına girdiğinde darbe ve sıçramaya neden olur; ayrıca alüminyum sıvısı hidrojeni iki kez emer ve hidrojen içeriği artar.

Üçüncüsü, hidrojen, alüminyum ve alüminyum alaşımlarına çok kolay çözünen bir gazdır. Hidrojenin çözünürlüğü, erimiş alüminyumun sıcaklığından etkilenir. Erimiş alüminyum sıcaklığı ne kadar yüksekse, hidrojen emme eğilimi o kadar belirgin olur. Eritme fırınına besleme yapılırken, enerji tasarrufu sağlamak, yakıt tüketimini azaltmak ve eritme süresini kısaltmak amacıyla elektrolitik alüminyum sıvısı ile orijinal alüminyum külçe karıştırılarak beslenir. Elektrolitik alüminyum sıvısının kendisinin özellikleri nedeniyle, yani sıcaklığın 800 ℃'den yüksek olması, elektrolitik alüminyum sıvısının yüksek oranda gaz emmesine yol açar ve hidrojen içeriği bazen 0,500 ml/100 g'ı aşar. Ergitme işleminin sonunda tutma fırınına dökülen erimiş alüminyumun hidrojen içeriği, döküm için gerekli olan değeri çok aşmaktadır.

Dördüncüsü, Li, Na, K gibi alkali metallerin içeriği yüksek olan erimiş alüminyumda, alkali metalleri uzaklaştırmak ve malzemenin mekanik özelliklerini iyileştirmek amacıyla erimiş alüminyumun arıtılmasına Cl₂ eklenmesi gerekmektedir. Aynı zamanda, oksit tabakasının yapısı, alüminyum eriyikindeki hidrojen içeriğini doğrudan etkilemektedir. Oksit tabakası, alkali metal elementleriyle yakından ilişkilidir. Alkali metal elementlerinin kimyasal özellikleri, alüminyum sıvısının yüzeyinde aktif hale gelir ve yoğunlaşır; bu da oksit tabakasını gevşetir ve alüminyum sıvısının hidrojen emilimini artırır. Örneğin, AI-Li alaşımının hidrojen içeriği, genel alüminyum alaşımınınkinden 10 kat daha fazla olabilir.

Fırında Alüminyum Arıtma

Yukarıdaki dört nedene dayanarak, fırında erimiş alüminyumun arıtılması gereklidir; böylece erimiş alüminyumun hidrojen içeriği, bekletme fırınından çevrimiçi gaz giderme sistemine girmeden önce 0,250 ml/100 g veya daha az bir seviyeye ulaşır ve bu da çevrimiçi arıtma ünitesinin döküm ürününün gereksinimlerini karşılaması için gerekli koşulları sağlar.

Bekletme fırınında erimiş alüminyumu arıtmak için iki geleneksel yöntem vardır; bunlardan biri, bir arıtma maddesi, diğeri ise CCl₄ ile arıtmadır.

Arıtma maddesinin ana bileşenleri NaCl, NaF, KCl vb.'dir; arıtma maddesinin erime noktası, 665 ℃'de NaCl ve KCl'nin ötektik sıcaklığından daha düşük olup, alüminyum alaşımının erime sıcaklığından da daha düşüktür. Arıtma maddesinin temel prensibi, bu tuz akışkanlarının ıslatma özelliklerini kullanarak erimiş alüminyumdaki oksit kalıntılarını ıslatmak ve ardından bunların erimiş alüminyumun yüzeyine çıkarak uzaklaştırılmasını sağlamaktır. Çünkü alüminyum sıvısındaki oksitlenmiş kalıntılar ve hidrojen parazitik niteliktedir ve birbirlerini etkiler. Oksitlenmiş kalıntıların azalmasıyla birlikte erimiş alüminyumun hidrojen içeriği de azalır; bu nedenle kalıntıların giderilmesi sürecinde erimiş alüminyumdaki hidrojenin bir kısmı da uzaklaştırılabilir. CCl4 arıtma yönteminin temel prensibi, CCl4'ün ayrışmasıyla ortaya çıkan Cl2'yi kullanmaktır. Cl2 kabarcığının içi ve dışı arasındaki hidrojen kısmi basınç farkı nedeniyle, hidrojen kabarcığın içine girer ve yüzdürme işlemi sırasında kabarcık tarafından taşınarak alüminyum sıvısındaki hidrojen içeriği azaltılır. Ayrıca, Cl2'nin alkali metallerle girdiği kimyasal reaksiyon, alkali metal içeriğini azaltır.