أنظمة تفريغ الألومنيوم من الغازات ضرورية في إنتاج سبائك الألومنيوم عالية الجودة، مما يضمن النقاء والسلامة الهيكلية. إن وحدة إزالة الغازات من الألومنيوم المصهور عبارة عن قطعة حيوية من المعدات المستخدمة في تصنيع الألومنيوم لإزالة الغازات الذائبة، وخاصةً الهيدروجين، التي يمكن أن تسبب عيوبًا في منتجات الألومنيوم. ويساهم هذا النظام بشكل مباشر في قوة المنتج النهائي ومتانته وأدائه العام في مختلف الصناعات، بما في ذلك صناعة السيارات والفضاء والبناء. إن تطبيق تقنيات متقدمة لإزالة الغازات مثل وحدة إزالة الغازات من الألومنيوم المصهور يعزز بشكل كبير من جودة سبائك الألومنيوم واتساقها، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات عالية الأداء.

ما هو تفريغ الألومنيوم من الغازات؟

تفريغ الألومنيوم من الغازات هو عملية إزالة الهيدروجين والغازات الذائبة الأخرى من الألومنيوم المصهور. يمكن إدخال هذه الغازات أثناء عملية الصهر أو نتيجة للتلوث.

الهيدروجين هو أكثر الملوثات شيوعًا في الألومنيوم المصهور، وإزالته ضرورية لمنع مسامية الغاز والعيوب الأخرى في المنتج النهائي.

كيف تعمل وحدة إزالة الغازات من الألومنيوم المصهور؟

تستخدم وحدة تفريغ الغازات من الألومنيوم المصهور مجموعة متنوعة من الطرق لإزالة الغازات، بما في ذلك التقليب الميكانيكي، والتفريغ بالتفريغ، واستخدام التدفقات المتخصصة أو عوامل التفريغ.

تتكون المعدات عادةً من حجرة تفريغ الغاز، ونظام حقن الغاز، ونظام ترشيح مصمم لإزالة الملوثات من الألومنيوم.

معلمات وحدة إزالة الغازات عبر الإنترنت:

الحد الأقصى لتدفق التفريغ طن متري/ح	15 طن متري/ساعة	35 طن متري/ساعة	65 طن متري/ساعة
صندوق تفريغ الغازات القياسي	1 غرفة 1 دوّار 1 غرفة 1 دوّار  （1B1R)	2 غرفتين 2 دواران（2ب2ر2ر2ر2ر)	3 غرف 3 دوّارات（3B3R）
هيكل صندوق تفريغ الغازات	1 مخرج تصريف 1 ومنفذ تصريف 1 منفذ تصريف 1	2 منفذ تصريف و1 مخرج تصريف و1 مخرج إزالة الترسبات	3 منافذ تصريف 3 منافذ تصريف 1 منفذ تصريف 1 منفذ تصريف 1 منفذ تصريف
نظام الرفع	نوع الرفع	الرفع الميكانيكي الدوار	غطاء الرفع الهيدروليكي

المخططات التخطيطية للتشغيل:

 

لماذا يعتبر تفريغ الغازات مهمًا لمسبوكات الألومنيوم

يذوب الهيدروجين الموجود في الألومنيوم السائل في الذوبان ثم يشكل مسام غازية أثناء التصلب. وتقلل هذه المسام من قوة الشد ومقاومة الإجهاد مع زيادة الخردة وإعادة العمل. كما تخلق الشوائب غير المعدنية وأغشية الأكسيد والخبث والخبث المحبوس عوامل تركيز إجهاد وعيوب سطحية. يقلل التفريغ الفعال من مسامية الغاز وعدد الشوائب على حد سواء، مما يحسن الخواص الميكانيكية وصقل السطح وقابلية التشغيل الآلي. وعندما يقترن بالترشيح المناسب قبل ملء القالب، يدعم تفريغ الغازات أداء الصب الذي يمكن التنبؤ به وزيادة الإنتاجية.

الأساسيات: قابلية الذوبان الهيدروجين وتكوين المسامية

• قابلية الذوبان الهيدروجين في الألومنيوم في الحالة المنصهرة وينخفض بشكل كبير عند التصلب، مما يتسبب في تنوي الهيدروجين المذاب في شكل فقاعات.

• الآلية الأساسية لتكوين المسامية هو انتشار الهيدروجين إلى مواقع التنوي أثناء التبريد، وغالبًا ما يتفاقم ذلك بسبب الصب المضطرب وعدم كفاية التفريغ.

• مقاييس القياس عادةً ما يتم استخدام محتوى الهيدروجين بالجزء في المليون (جزء في المليون) والمؤشرات ذات الصلة مثل مؤشر الكثافة ونتائج اختبار الضغط المنخفض (RPT). تعتمد إدارة الهيدروجين الذائب أقل من جزء في المليون المستهدف على السبيكة وهندسة الصب ومتطلبات المصب.

تشمل متغيرات التحكم الرئيسية التي تؤثر على كفاءة إزالة الهيدروجين درجة حرارة الذوبان ونوع الغاز ومعدل التدفق وسرعة الدوار وهندسته ووقت التفريغ وحجم الذوبان المعالج في كل دورة.

طرق إزالة الغازات: نظرة عامة مقارنة

يلخص الجدول أدناه الأساليب الصناعية الرئيسية المستخدمة في بيوت الصب الحديثة.

الجدول 1: مقارنة بين طرق إزالة الغازات الشائعة

تُظهر المراجع والدراسات المعملية أن التفريغ الدوار يوفر توازنًا مناسبًا بين الإنتاجية وإزالة الهيدروجين للعديد من عمليات الصب الصناعية. توفر أنظمة التفريغ أقل قدر من الهيدروجين ولكن بتكلفة أعلى بكثير لكل طن.

كيف تعمل وحدة تفريغ الغازات الدوارة من الألومنيوم المصهور

تتضمن وحدة إزالة الغازات الدوارة الدوارة الدوارة عادةً: محرك وذراع لخفض دوار الجرافيت في المصهور، ورأس دوار مع جيوب دفاعة مصممة، وإمدادات غاز خامل جاف (الأرجون أو النيتروجين) مع التحكم في التدفق، وأدوات تحكم آلية في الرفع والدوران، ولوحة تحكم تسمح ببرمجة سرعة الدوار وتدفق الغاز ووقت المعالجة. يدور الدوّار، مما يكسر تدفق الغاز إلى فقاعات دقيقة في جميع أنحاء حجم الذوبان. ينتقل الهيدروجين من السائل إلى سطح الفقاعة ثم ترتفع الفقاعة نحو سطح الذوبان. تميل الشوائب والأكاسيد إلى الالتصاق بالفقاعات أو الهجرة إلى طبقة الخبث، حيث يزيلها القشط.

نقاط عملية مهمة:

• استخدم الغاز الجاف الخالي من الزيت لتجنب إدخال الملوثات.

• قم بتحسين عمق غمر الدوّار وسرعة الدوران لحجم الذوبان المعالج.

• مراقبة محتوى الهيدروجين عن طريق أخذ العينات أو أجهزة الاستشعار المدمجة عند توفرها.

بالنسبة للعديد من العمليات، ينتج عن الجمع بين المعالجة الدوارة والتدفق المتحكم فيه أنظف ذوبان قبل الترشيح النهائي وتعبئة القالب.

إزالة الغازات المتدفقة: الكيمياء والمناولة

عادةً ما تتضمن تركيبات التدفق لإزالة الغازات من الألومنيوم الكلوريدات والفلوريدات في مصفوفة ملح. وتساعد هذه المواد على تكسير أغشية الأكسيد وتعزيز التحام الشوائب غير المعدنية والمساعدة في تعويم الخبث. غالبًا ما يتم استخدام التدفق في شكل أقراص أو حبيبات. يجب على المشغلين اتباع قواعد صارمة للمناولة ومعدات الوقاية الشخصية لأن بعض مكونات التدفق يمكن أن تكون مسببة للتآكل أو تنتج أبخرة.

أفضل الممارسات:

• استخدم تركيبات التدفق المعتمدة المخصصة لعائلة السبيكة.

• ضع التدفق عند نوافذ درجة الحرارة الموصى بها حتى يتدفق بشكل صحيح ويتصل بالملوثات.

• إزالة بقايا التدفق وإدارة التدفق والخبث المستهلك كنفايات صناعية وفقًا للوائح المحلية.

يوفر التدفق أداءً قويًا في تنظيف التضمين ولكن لا ينبغي الاعتماد عليه فقط لإزالة الهيدروجين في خطوط الإنتاج ذات الحجم الكبير.

تآزر الترشيح: فلاتر الرغوة الخزفية والترشيح المضمن

يقلل التفريغ من الغازات الذائبة؛ ويزيل الترشيح الشوائب غير المعدنية ويساعد على التدفق الصفحي أثناء ملء القالب. لا تزال مرشحات الرغوة الخزفية هي المعيار الصناعي لمغلفات الألومنيوم بسبب بنيتها المسامية التي تلتقط الجسيمات مع إنشاء تدفق أكثر تحكمًا.

الجدول 2: خصائص مرشح الرغوة الخزفية النموذجية

ضع المرشحات مباشرةً في اتجاه المصب من وحدة إزالة الغازات بحيث يتدفق المعدن المنزوع الغازات والأنظف من خلال الترشيح قبل الصب. يقلل الترشيح من حمل التضمين في القالب أو القالب ويمنع إعادة إدخال خبث السطح.

التحكم في العملية: المعلمات الرئيسية والمراقبة

يعتمد التفريغ الموثوق على التحكم المتكرر في خمس مجموعات من المعلمات:

1. نوع الغاز ونقاوته
   استخدم الأرجون الجاف عالي النقاء عند الحاجة إلى أقصى قدر من إزالة الهيدروجين؛ قد يكون النيتروجين مقبولاً للسبائك الأقل تطلبًا. يجب التحكم في رطوبة الغاز إلى أجزاء في المليون.

2. هندسة الدوار وسرعته
   يحدد تصميم الدوار توزيع حجم الفقاعات. تزيد الفقاعات الأصغر حجمًا من مساحة التلامس لكل وحدة حجم، مما يسرع من نقل الهيدروجين.

3. وقت العلاج ودوران الذوبان
   وقت المكوث المستهدف للذوبان داخل منطقة إزالة الغازات بحيث يتعرض معظم الذوبان لتلامس كافٍ للفقاعات.

4. درجة حرارة الذوبان
   حافظ على درجة الحرارة ضمن النطاق الموصى به للسبائك؛ فالحرارة الزائدة تزيد من ذوبان الهيدروجين بينما تزيد درجة الحرارة المنخفضة من اللزوجة وتبطئ من ارتفاع الفقاعات.

5. أخذ العينات والتحقق منها
   استخدم اختبار الضغط المنخفض أو أجهزة استشعار الهيدروجين في السائل للتأكد من أن مستويات الهيدروجين ضمن المواصفات قبل الصب.

يجب على المشغلين توثيق نقاط ضبط المعلمات لكل سبيكة وخط صب لدعم إمكانية التكرار.

المواصفات الفنية النموذجية التي يجب مراعاتها عند اختيار وحدة تفريغ الغازات

الجدول 3: مثال على ورقة المواصفات الفنية (التكوين المرجعي)

يتطلب تحديد حجم الوحدة مطابقة السعة مع أحجام المغرفة ووقت الدورة المطلوب. بالنسبة للخطوط المستمرة، حدد النماذج المصنفة أعلى من ذروة الإنتاجية.

الصيانة ودورة حياة القطع

عناصر التآكل الشائعة:

• أجسام دوّارات ودوافع الجرافيت؛ يعتمد الفاصل الزمني النموذجي للاستبدال على دورة التشغيل ولكن خطط للاستبدال الموسمي في الورش كثيفة الاستخدام.

• موانع التسرب، والمحامل، وتجهيزات الغاز؛ حدد موعدًا للفحص الدوري للتأكد من عدم وجود تسربات أو تلوث.

• مكونات التحكم وأجهزة الاستشعار؛ احتفظ بوحدات PLC الاحتياطية إذا كان ذلك ممكنًا لتقليل وقت التعطل.

نصائح للصيانة:

• احتفظ بدوار احتياطي للتبديل أثناء الصيانة.

• استخدم ترشيح الغاز الجاف والضواغط الخالية من الزيت لحماية الدوار وخطوط الغاز.

• تسجيل ساعات التشغيل والنتائج المعدنية للتنبؤ باستبدال القطع حسب الاتجاه.

للحصول على عمر أطول للدوار ضع في اعتبارك خيارات الدوار المطلي أو الدوارات المركبة المقاومة للتآكل حيث تسرّع كيمياء السبائك من التآكل.

اعتبارات السلامة والبيئة والاعتبارات التنظيمية

• إدارة الدخان: ينتج عن التدفق والقشط السطحي انبعاثات جسيمات وانبعاثات غازية؛ وغالبًا ما تكون هناك حاجة إلى تهوية العادم المحلي وتنقية الأبخرة.

• مناولة النفايات: يجب معالجة أو إعادة تدوير التدفق المستهلكة والخبث والمرشحات الملوثة وفقًا لقوانين النفايات المحلية. تشتمل بعض مكونات التدفق على الكلوريدات؛ إدارة التآكل والمخاطر البيئية وفقًا لذلك.

• سلامة الغاز: الأرجون والنيتروجين من المواد الخانقة. توفر أجهزة استشعار الأكسجين والتهوية المناسبة بالقرب من مناطق تخزين الغاز ومناطق تشغيل الوحدة.

• معدات الوقاية الشخصية للمشغل: قفازات مقاومة للحرارة، وواقيات للوجه، وواقيات للوجه، وواقيات للجهاز التنفسي عند الحاجة لعمليات التدفق.

استشر دائمًا اللوائح المحلية لمعرفة مستويات الانبعاثات المسموح بها وقواعد النفايات الخطرة.

بروتوكولات القياس وضمان الجودة

الاختبارات والقياسات الشائعة داخل المصنع:

• اختبار الضغط المنخفض (RPT): تتصلب عينة الذوبان تحت التفريغ للكشف عن المسامية؛ وتستخدم على نطاق واسع لمقارنة جودة الذوبان قبل المعالجة وبعدها.

• معايرة الهيدروجين: تحليل الغازات المختبرية للهيدروجين في الذوبان (جزء من المليون).

• الفحص البصري والفحص بالأشعة السينية: بالنسبة للمسبوكات الجاهزة للتحقق من المسامية وتوزيع الشوائب.

• أخذ العينات أثناء العملية: استخراج عينات ذوبان تمثيلية بعد تفريغ الغاز وقبل الصب.

وتتضمن خطة ضمان الجودة الصالحة قياسات ما قبل وبعد عملية إزالة الغاز، ومخططات تحكم لجزء من المليون من الهيدروجين، ومعايير قبول مرتبطة بمواصفات العميل.

استكشاف المشاكل الشائعة وإصلاحها والإجراءات التصحيحية

الجدول 4: قائمة مراجعة استكشاف الأخطاء وإصلاحها

تسجيل الانحرافات لتحسين حدود التحكم ومعلمات الوصفة.

الاعتبارات الاقتصادية والعائد على الاستثمار

عناصر التكلفة للنمذجة:

• النفقات الرأسمالية لوحدة إزالة الغاز، والتركيب، ومناولة الغاز، وأجهزة الترشيح.

• مصاريف التشغيل: استخدام الغاز الخامل، وسحب الطاقة، وقطع غيار الدوّار، واستهلاك التدفق والتخلص منه، والعمالة.

• الوفورات: تقليل الخردة، وتقليل دورات إعادة العمل، وتحسين قبول العملاء، وزيادة الإنتاجية، وإمكانية الحصول على أسعار متميزة للجودة المعتمدة.

الجدول 5: مثال على عائد الاستثمار

تتطلب حسابات العائد على الاستثمار الدقيقة مدخلات خاصة بالموقع لقيمة المعادن ومعدلات الخردة الموجودة.

نصائح الدمج والتركيب

• ضع وحدة تفريغ الغازات بين الفرن/محطة نقل الخردة ومحطة الصب لتقليل إعادة التلوث.

• تأكد من أن أنابيب الغاز تستخدم خطوط جافة وضواغط خالية من الزيت. تشمل ترشيح الغاز عند نقطة الاستخدام ومنظمات الضغط المناسبة.

• توفير مساحة لصيانة الدوار مع رفع علوي ومساحات خلوص.

• ضع في اعتبارك التكامل مع أنظمة الحصول على البيانات وأنظمة مراقبة الأداء ومراقبة الأداء SPC لتسجيل كل دورة معالجة من أجل التتبع.

التقنيات الناشئة والاتجاهات البحثية

تتواصل الأبحاث الصناعية حول تحسين تصميم الدوار وأنماط التفريغ البديلة. وتسلط الدراسات الحديثة الضوء على تحسين التكرير عندما تنتج هندسة الدوار أحجام فقاعات صغيرة جدًا من خلال القص الأعلى أو شكل المكره المحسّن، مما يزيد من مساحة سطح الفقاعة ويعزز معدل انتشار الهيدروجين. وتجري تجربة أنظمة التفريغ بالموجات فوق الصوتية وأنظمة التفريغ الدوارة الهجينة في بيئات الصب المتخصصة للحصول على محتوى هيدروجين أقل دون استخدام تدفق كثيف.

تمايز المنتجات: ما الذي تبحث عنه في الموردين

عند المقارنة بين أنظمة إزالة الغازات تقييم:

• تقنية الدوّار وخيارات المواد الدوارة.

• نظام تحكم مع تخزين الوصفة وإخراج البيانات للتتبع.

• إمكانية التكامل مع المغارف والترشيح الحاليين.

• دعم ما بعد البيع، ومهلة تسليم قطع الغيار، وتوافر مهندسي الخدمة المحليين.

• وثائق السلامة والامتثال.

سيوفر الموردون ذوو الجودة العالية منحنيات أداء لتقليل الهيدروجين مقابل وقت المعالجة لإعدادات محددة للدوار والغاز، مما يتيح تحديد الحجم بثقة.

الأسئلة الشائعة

1. ما مستوى اختزال الهيدروجين الذي يمكن أن تحققه وحدة التفريغ الدوارة للألومنيوم؟
   يمكن للأنظمة الدوارة التجارية النموذجية تقليل الهيدروجين إلى النطاقات المستهدفة المناسبة لقبول الصب؛ ويعتمد الجزء الدقيق من المليون على السبيكة والتحكم في العملية. يوصى بالتحقق من صحة استخدام RPT أو معايرة الهيدروجين للقبول النهائي.

2. ما الغاز الخامل الذي يجب استخدامه، الأرجون أم النيتروجين؟
   ينتج الأرجون عادةً كفاءة إزالة أعلى ويتجنب تكوين النيتريد في السبائك الحساسة. يمكن استخدام النيتروجين للتطبيقات الأقل حساسية وعند وجود قيود التكلفة.

3. كم مرة يجب استبدال دوّار الجرافيت؟
   تعتمد فترات الاستبدال على ساعات التشغيل وكشط السبيكة وتصميم الدوار. تخطط العديد من المسابك لفحص الدوار أو استبداله وفقًا لجدول زمني موسمي أو بعد عدد محدد من ساعات التشغيل.

4. هل يمكن أن يحل التدفق محل وحدة إزالة الغازات بالكامل؟
   لا. يساعد التدفق على إزالة الشوائب ويساعد على تنظيف السطح ولكن لا يمكن أن يصل بشكل موثوق إلى مستويات الهيدروجين المنخفضة اللازمة للعديد من المسبوكات الدقيقة؛ يكون التدفق أكثر فعالية عند استخدامه مع التفريغ.

5. أين يجب تركيب فلتر رغوة السيراميك بالنسبة لجهاز إزالة الغازات؟
   قم بتركيب الترشيح في اتجاه المصب من جهاز إزالة الغازات وقبل القالب مباشرةً لتقليل حمل التضمين وضمان التدفق الصفحي في التجويف.

6. هل يستحق التفريغ بالتفريغ من الغاز التكلفة الإضافية؟
   بالنسبة للسبائك الفضائية أو الطبية أو السبائك عالية الأداء حيث يجب تقليل الهيدروجين إلى أدنى المستويات، يمكن تبرير التفريغ بالتفريغ بالتفريغ. وبالنسبة للكثير من المسبوكات الصناعية، فإن التفريغ الدوَّار يعطي فائدة أفضل من حيث التكلفة.

7. كيف يمكنني التحقق من أداء التفريغ في الإنتاج؟
   استخدام اختبار الضغط المنخفض والمعايرة الدورية للهيدروجين. الحفاظ على مخططات التحكم لرصد الاتجاهات واكتشاف انحراف العملية.

8. ما هي أخطاء المشغل الشائعة التي تقلل من فعالية التفريغ؟
   يؤدي استخدام الغاز الرطب أو الملوث، وقلة حجم الوحدة بالنسبة لأحمال الذروة، والوصفات غير المتسقة بين النوبات إلى تدهور الأداء. تنفيذ تأمين الوصفات والتدريب الروتيني.

9. هل يمكن تركيب أنظمة الموجات فوق الصوتية في الخطوط الحالية؟
   لا تزال تقنية الموجات فوق الصوتية متخصصة في المسابك كاملة النطاق وقد تتطلب تكاملًا مخصصًا. يوصى بإجراء تجارب في ظل ظروف المعالجة قبل الاستثمار في التعديل التحديثي.

10. ما هي الوثائق التي يجب أن يقدمها المورد؟
    تعتبر منحنيات الأداء، وإعدادات الوصفة الموصى بها حسب السبيكة، وقوائم قطع الغيار، وصحائف بيانات السلامة للتدفقات، وتفاصيل دعم التشغيل ضرورية لاتخاذ قرارات الشراء.

الحالة: مسبك متوسط الحجم استبدل مسبك متوسط الحجم ممارسة التدفق اليدوي فقط بمجموعة من أجهزة إزالة الغازات الدوارة والمرشح الخزفي. وعلى مدار 12 شهرًا انخفضت الخردة الناجمة عن الرفض المرتبط بالمسامية بنسبة مئوية واحدة تقريبًا، وانخفضت خردة التصنيع، مما أدى إلى استرداد أقل من 18 شهرًا.

قائمة مراجعة عرض التعبئة والتغليف والتشغيل والتدريب

عند شراء طلب الوحدة

• اختبار القبول في الموقع مع سبائك العميل.

• دليل التدريب الكامل للمشغل وجلسات التدريب العملي.

• مجموعة الدوار الاحتياطي والمواد الاستهلاكية.

• جدول الصيانة وإمكانية التشخيص عن بُعد.

• إمكانية تصدير البيانات من أجل مراقبة الأداء الفردي وإمكانية التتبع.

يؤدي تنفيذ وحدة حديثة لإزالة الغازات من الألومنيوم المصهور إلى تخفيضات قابلة للقياس في الهيدروجين المذاب والشوائب غير المعدنية، مما يحسن من إنتاجية الصب والأداء الميكانيكي وكفاءة المعالجة النهائية؛ وبالنسبة لمنازل الصب المتوسطة والكبيرة، تقلل هذه المعدات عادةً من معدلات الخردة وإعادة العمل مع زيادة اتساق الجزء النهائي، شريطة أن يكون حجم الوحدة صحيحًا ويتم تشغيلها في ظل معايير عملية مضبوطة.