Çevrimiçi Gaz Giderme Süreci, Döner Gaz Giderme Sistemini kullanır

Çevrimiçi gaz giderme işlemi, döküm sürecinde eşzamanlı olarak gerçekleştirilen bir hidrojen giderme işlemidir. Erimiş alüminyum, bekletme fırınında hidrojen giderme işleminden geçtiği için, döküm makinesine oluk yoluyla girer ve hava ile temas eder. Bu durumda alüminyum sıvısı tekrar hidrojen emebilir ve bu da alüminyum sıvısındaki hidrojen içeriğinin gerekli değerin üzerine çıkmasına neden olur. Bu nedenle, erimiş alüminyumdaki hidrojen içeriğini en aza indirmek için Çevrimiçi Gaz Giderme İşlemi gereklidir.

Çevrimiçi Gaz Giderme Süreci

Hidrojen, erimiş alüminyumda büyük miktarlarda çözünebilen tek gazdır. Geleneksel yöntemlere göre alüminyum sıvı arıtma Alüminyum eriyik içinde çözünmüş hidrojeni arındırmak için kullanılan sistemde, inert gaz Ar’ın fiziksel adsorpsiyonu yoluyla azot kabarcıkları, alüminyum eriyik içindeki hidrojeni adsorbe ederken eriyik içinde yüzerler; böylece alüminyum eriyik arındırılır.

Erimiş alüminyumun çevrimiçi gaz giderme sürecini etkileyen birçok faktör bulunmaktadır; bunlardan başlıcaları şunlardır: ortam nemi, girişteki erimiş alüminyumun hidrojen içeriği, erimiş alüminyumun sıcaklığı, alaşımın durumu, arıtma gazının saflığı, arıtma süresi, kabarcıklar ile erimiş alüminyum arasındaki temas alanı vb. Bu faktörlerin etkisi aşağıdaki gibidir:

Hava nemi: Erimiş alüminyumdaki hidrojen kaynağı, esas olarak erimiş alüminyum ile su buharı arasındaki reaksiyondan kaynaklanır. Atmosferik nem yüksekse, atmosferdeki su buharı içeriği de yüksek olur ve alüminyum sıvısıyla reaksiyonun ardından oluşan hidrojen miktarı artar; bu da hidrojen giderme işleminin zorluğunu artırır. [Reaksiyon sonucu oluşan hidrojen, alüminyum sıvısında atomik halde bulunur veya tane sınırlarında yer alır. Hidrojen etkili bir şekilde uzaklaştırılamazsa, alüminyum sıvısı katılaştıktan sonra hidrojen, döküm üründe gözeneklere, gevşekliğe ve diğer kusurlara neden olur. Tane sınırındaki hidrojen, döküm ürününde kolayca hidrojen gevrekliğine yol açar ve bu da ürünün mekanik özelliklerini etkiler. Erimiş alüminyum kanalı ve kristalleştiricide su veya buhar varsa, yukarıdaki kimyasal reaksiyon da gerçekleşir, hidrojen oluşur ve erimiş alüminyumun içine çözünür.

Sıvı alüminyumun hidrojen içeriği: İnert gazlı döner enjeksiyonlu arıtma cihazı kullanılırken, sıvı alüminyumun hidrojen giderim kinetiğine ilişkin araştırmanın sonuçlarına göre, girişteki sıvı alüminyumun hidrojen içeriği ne kadar düşükse, hidrojen giderim verimliliği o kadar düşük olur ve hidrojen giderim süreci o kadar zorlaşır. AA5182 alaşımı için giriş sıvı alüminyumunun hidrojen içeriği 0,300 m1/100 g'dan az olduğunda, hidrojen giderim verimliliği yaklaşık %'ye ulaşabilir.

Çevrimiçi Gaz Giderme Süreci

Erimiş alüminyumun sıcaklığı: Erimiş alüminyumun sıcaklığı, erimiş alüminyumun atmosferdeki su buharıyla reaksiyonunu etkiler. Erimiş alüminyumun sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, erimiş alüminyum ile su buharı arasındaki reaksiyon derecesi o kadar artar ve buna bağlı olarak erimiş alüminyumdaki hidrojen içeriği de o kadar artar. Aynı zamanda, erimiş alüminyumun sıcaklığı, yüzeydeki oksit tabakasının yoğunluğunu da etkiler. Erimiş alüminyumun sıcaklığı çok yüksek olursa, yüzeydeki oksit tabakası gevşer ve atmosferdeki su buharı oksit tabakasını kolayca geçerek erimiş alüminyumla reaksiyona girer; bu da erimiş alüminyumdaki hidrojen içeriğini artırır.

Farklı alüminyum alaşımlarının sıvı halindeki hidrojen içeriği birbirinden farklıdır. Alaşımın erimiş alüminyumun hidrojen içeriği üzerindeki etkisi, esas olarak erimiş alüminyum yüzeyindeki oksit tabakasının yoğunluğunun etkisiyle gerçekleşir. Erimiş alüminyumda bulunan alaşım elementleri oksit tabakasının gevşemesine neden olursa, erimiş alüminyumdaki hidrojen içeriği artar. AA5182 alaşımındaki Mg içeriği 4,0%-5,0% arasındadır. Mg, oksit tabakasının gevşemesine neden olur. Havadaki su buharı, oksit tabakasını kolayca geçerek sıvı alüminyuma nüfuz eder ve sıvı alüminyumla reaksiyona girerek hidrojen içeriğini artırır; bu nedenle AA5182 alaşımlı alüminyum sıvısındaki hidrojen içeriği nispeten yüksektir ve alüminyum sıvısındaki hidrojen içeriğinin 0,150 m1/100 g'nin altına düşürülebilmesi için çevrimiçi gaz giderme cihazının optimize edilmesi gerekmektedir.

Arıtılmış gazın saflığı: Arıtma gazı esas olarak inert gazlardan oluşur; bunların arasında Ar ana bileşendir ve belirli bir oranda Cl₂ karıştırılmıştır. Cl₂’nin rolü, esas olarak erimiş alüminyumdaki alkali metaller ile alkali toprak metalleri gidermektir. Arıtma gazının saflığının erimiş alüminyumun hidrojen giderme işlemi üzerindeki temel etkisi şudur: Arıtma gazı erimiş alüminyuma girer ve içindeki su buharı erimiş alüminyumla reaksiyona girerek hidrojen üretir. Hidrojen giderilirken, Ar içindeki su buharı erimiş alüminyumda bir artışa neden olur. Hidrojen içeriğindeki artış, arıtma etkisini olumsuz yönde etkiler. Cl₂ içindeki su buharı da aynı etkiye sahiptir.

Arıtma Süresi: Belirli bir aralıktaki arıtma süresi içinde, arıtma süresi ne kadar uzun olursa, inert gaz kabarcıklarına nüfuz eden hidrojen miktarı da o kadar artar. Ancak belirli bir süreden sonra, arıtma süresinin uzamasıyla birlikte hidrojen giderme etkisi önemli ölçüde değişmez.

Çevrimiçi Gaz Giderme Süreci

İnert gaz kabarcığı ile sıvı alüminyum arasındaki temas alanı: Alüminyum eriyik içinde yüzdürme işlemi sırasında, inert gaz kabarcığı alüminyum eriyik içindeki hidrojeni emer. Hidrojen atomları inert gaz kabarcığına girdikten sonra birbirleriyle birleşerek H₂ oluşturur ve inert gaz kabarcığıyla birlikte alüminyum eriyik yüzeyine yükselir. H2 salınarak erimiş alüminyumdan hidrojenin uzaklaştırılması işlemi tamamlanır. Erimiş alüminyumdan hidrojen giderme etkisini artırmak için, inert gaz kabarcıkları ile erimiş alüminyum arasındaki toplam temas alanı ne kadar büyükse, hidrojen giderme etkisi o kadar iyi olur. İnert gaz kabarcıkları ile erimiş alüminyum arasındaki toplam temas alanını artırmak için, inert gazın mümkün olduğunca parçalanarak ince kabarcıklar haline getirilmesi gerekir. İnert gaz akış hızı sabit tutulduğunda, kabarcıklar ile erimiş alüminyum arasındaki toplam temas alanı artırılabilir.

Grafit rotorun yüksek hızda dönmesi sayesinde kabarcıklar ezilebilir. Ancak grafit rotorun dönme hızı kasıtlı olarak artırılamaz. Dönme hızı çok yüksek olursa, erimiş alüminyumun yüzeyinde bir girdap oluşması kolaydır; bu da erimiş alüminyumun yüzeyindeki oksit tabakasını tahrip eder ve oksit kalıntılarını erimiş alüminyuma karıştırarak erimiş alüminyumun kirlenmesine neden olur. Erimiş alüminyumdaki oksit kalıntılarının içeriği, hidrojen içeriği arttıkça artar.

Çevrimiçi gaz giderme işleminin arıtma etkinliğini etkileyen yukarıdaki faktörler arasında, doğal koşullar ve sabit ekipman koşullarının yanı sıra, optimize edilebilecek başlıca faktörler şunlardır: bunlardan biri işlem gazının ön ısıtılması, diğeri ise kabarcık genişleme derecesi ile gaz giderme kutusu. Bu iki faktörü optimize ederek, kabarcıklar ile erimiş alüminyum arasındaki toplam temas alanı artırılabilir ve hidrojen giderme etkisi iyileştirilebilir.