بالنسبة لعمليات المسابك التي تقوم بصهر الألومنيوم، فإن المسبك المصمم خصيصًا تدفق إزالة الأكسيد توفر الطريقة الأسرع والأكثر اتساقًا لإزالة الأكاسيد السطحية والعالقة وتقليل تكوين الخبث وحماية البطانة الحرارية وتحسين جودة الصب. إن أكثر التدفقات فعالية هي الخلائط القائمة على الملح التي تهيمن عليها أملاح الكلوريد والفلورايد (على سبيل المثال NaCl، وKCl، وNa3AlF، وNa3AlF6)، والتي تمت صياغتها في فئات تشمل منتجات التغطية والتنظيف والخبث وتنظيف الجدران؛ ويحدد الاختيار الصحيح والتحكم في درجة الحرارة وتقنية الاستخدام مكاسب الإنتاجية وتقليل إعادة العمل.

1. مقدمة وسبب أهمية التحكم في الأكسيد

يشكّل الألومنيوم المنصهر على الفور طبقة رقيقة من الأكسيد العنيد (Al₂O₃) في اللحظة التي يلامس فيها الأكسجين. تحبس هذه الطبقة الهيدروجين والشوائب اللافلزية وتنتج مسامية في المسبوكات وتسرع من تآكل المواد المقاومة للحرارة وتحول المعدن الثمين إلى خبث يجب التخلص منه. يجمع تدفق إزالة الأكسيد المطابق بشكل صحيح شظايا الأكسيد أو يذيبها، ويشجع على تعويمها، ويخلق طبقة واقية تبطئ المزيد من الأكسدة. والنتيجة: استخلاص معادن أعلى، وعيوب أقل، وتحسين استقرار العملية.

2. كيف يتكون الأكسيد في الألومنيوم المصهور

عند ذوبان الألومنيوم، يتفاعل الأكسجين الموجود في جو الفرن وفي الخردة الواردة لتكوين أكسيد الألومنيوم. يتشكل غشاء الأكسيد على الفور ويكون مذبذبًا وثابتًا للغاية وملتصقًا. وتشمل المصادر الإضافية للأكاسيد القشور المحتبسة من الخردة، وبقايا التدفق من الدورات السابقة، وأكسدة عناصر السبائك (على سبيل المثال المغنيسيوم). يذوب الهيدروجين في الألومنيوم السائل ثم يشكل مسامية أثناء التصلب؛ يمكن للأكاسيد أن تحبس الهيدروجين والشوائب الأخرى، مما يؤدي إلى تفاقم عيوب الصب الداخلية. وتؤدي الأساليب التقنية التي تقلل من الهيدروجين المذاب وتزيل شظايا الأكسيد إلى سلامة الصب بشكل أفضل.

3. ماذا يفعل تدفق إزالة الأكسيد وكيفية عمله

يؤدي التدفق واحدة أو أكثر من المهام الفيزيائية الكيميائية التالية:

• يشكل حاجزًا على سطح الحمام لمنع الأكسدة الجديدة (عمل التغطية).

• يتفاعل كيميائيًا مع أغشية الأكسيد ويحولها إلى مركبات منخفضة الذوبان أو قابلة للانصهار يمكن قشطها (التليين الكيميائي).

• تجميع جسيمات الأكسيد كيميائياً أو فيزيائياً والشوائب العالقة في كتل تطفو على السطح (تكتل الخبث).

• يخترق أكسيد الأكسيد المتراكم على جدران الأفران ويخففه، مما يتيح إزالته ميكانيكياً (تنظيف الجدران).

وتستخدم معظم التدفقات التجارية أملاح الهاليدات ومركبات الفلوريد لتوفير كل من الترطيب والتفاعل الكيميائي تجاه Al₂O₃₃. وغالبًا ما تكمل عملية التدفق معالجات إزالة الغازات (أجهزة إزالة الغازات الدوارة والدوافع الدوارة والتنظيف بالغاز) لأن التدفق يتعامل مع الأكاسيد بينما تستهدف إزالة الغازات إزالة الهيدروجين.

4. فئات التدفقات والأدوار التشغيلية

يتم تحسين أنواع التدفق لتلبية احتياجات محددة. يقدم الجدول المختصر أدناه تصنيفًا تشغيليًا.

الجدول 1. فئات التدفق والوظائف الأساسية

تتطابق مصادر تصنيف وظيفة التدفق مع الممارسة المتبعة في الموردين الصناعيين والمراجعات الفنية المستقلة.

5. التركيبات الكيميائية النموذجية والأداء

تتنوع التدفقات التجارية ولكن تظهر مجموعات المكونات المتكررة في الأدبيات التقنية وبراءات الاختراع: الكلوريدات (NaCl، KCl)، والفلوريدات (NaF، AlF₃، Na₃AlF₆، وCryolite)، وأملاح المغنيسيوم أو الكالسيوم، والمواد المضافة مثل المؤكسدات أو عوامل الترطيب. غالبًا ما يساعد محتوى الفلورايد على إذابة أو تليين Al₂O₃O↩O₃؛ وتساهم الكلوريدات في تدفق التدفق وتكتل الخبث. تشتمل بعض خلطات تنظيف الجدران على مواد مؤكسدة لتوليد حرارة موضعية وتعزيز تغلغل الفلورايد. تُظهر الوصفات الحاصلة على براءة اختراع نطاقات تركيب واسعة مصممة خصيصًا لسلسلة السبائك ونوع الفرن.

الجدول 2. نطاقات المكونات التمثيلية في أنواع التدفق الشائعة

ملاحظة: التركيبات المحددة مسجلة الملكية. يجب على المشغلين الرجوع إلى صحيفة بيانات السلامة للمنتج لمعرفة التركيب الدقيق.

6. طرق الاستخدام والجرعات ونوافذ درجات الحرارة

تقنيات التطبيق الشائعة

1. البث الإذاعي - نثر الحبيبات على سطح الحمام والتخلص من الحبيبات؛ رأس مال منخفض ولكن تغلغل متغير.

2. الحقن - الحقن الهوائي أو الميكانيكي تحت السطح للتنظيف العميق والتقاط الأكسيد بكفاءة؛ رأس مال أعلى وأداء أعلى.

3. إضافة خط الصب - تحديد جرعات التدفق عند نقاط النقل أو الصب لحماية المعدن أثناء الحركة.

4. رذاذ الرش بالمسدس/الحائط - الأنظمة المتخصصة التي تطبق تدفق تنظيف الجدران على الأسطح المقاومة للحرارة.

الجرعات ودرجات الحرارة النموذجية

• إرشادات عامة لتنظيف أو تغطية التدفقات: 1-4 كجم لكل طن من الذوبان للصيانة الروتينية؛ أعلى للتحكم في الخبث الثقيل.

• تكون رسوم تنظيف الجدران أكبر وتطبق أثناء دورات صيانة الفرن؛ اتبع تعليمات المورد.

• تكون العديد من التدفقات فعالة بين 750 درجة مئوية و950 درجة مئوية, ولكن تختلف نطاقات الذوبان والتحلل الخاصة بالمنتج؛ اتبع توصيات صحيفة بيانات السلامة والتوصيات الفنية. إن استخدام التدفق عند درجة حرارة منخفضة للغاية يقلل من التفاعلية؛ ويمكن أن ينتج عن درجة الحرارة المرتفعة للغاية أبخرة تحلل خطرة.

الجدول 3. مرجع سريع للتطبيق

اتبع دائمًا إرشادات المورد واللوائح المحلية الخاصة بالجرعات.

7. معايير الاختيار لبيئات الإنتاج

اختر التدفق من خلال مطابقة هذه المتغيرات:

• عائلة السبيكة: تتم صياغة بعض التدفقات من أجل سبائك المغنيسيوم عالية المغنيسيوم أو تطبيقات اللحام بالنحاس؛.

• نوع الفرن: تتصرف الأفران الترددية والبوتقة وأفران الصب بالميل والحث بشكل مختلف مع المساحيق أو الحبيبات.

• تكامل العمليات: إذا كان التفريغ والتدفق سيعملان معًا، فاختر التدفق مع بقايا متوافقة وسلوك قشط متوافق.

• جاهزية الأتمتة: تتطلب أنظمة الحقن حبيبات حرة التدفق مع التحكم في حجم الجسيمات.

• القيود البيئية: قد يقيد المحتوى الهالوجيني، والفلوريدات، ومتطلبات الانبعاثات الخيارات بموجب اللوائح المحلية.
  تعتبر بيانات الموردين الموثقة ومراجعة مخزونات النشر الاستراتيجي والتجارب صغيرة النطاق ضرورية قبل اعتمادها على مستوى المصنع.

8. الصحة والسلامة والشواغل البيئية

وتنطوي كيمياء التدفق على الهاليدات والفلوريدات. وتنتج بعض مسارات التحلل غازات أكالة وسامة مثل فلوريد الهيدروجين وكلوريد الهيدروجين عند تعرض التدفق للرطوبة أو درجات الحرارة العالية. نقاط السلامة الرئيسية:

• استخدم تهوية العادم الموضعي عند إضافة التدفق أو أثناء عمليات التدفق الشديد.

• معدات الوقاية الشخصية: قفازات مقاومة للمواد الكيميائية، ودرع للوجه، ونظارات واقية، وواقي تنفسي مناسب للجسيمات والأبخرة المحمولة في الهواء.

• راجع صحيفة بيانات السلامة الخاصة بالمنتج للاطلاع على إجراءات الإسعافات الأولية والاستجابة للانسكاب ومكافحة الحرائق.

• تجنب تلامس التدفق مع الماء أو المواد الكيميائية غير المتوافقة التي قد تطلق غازات خطرة.

• يمكن أن تحتوي مخلفات نفايات التدفق والخبث على أملاح الفلورايد التفاعلية؛ تعامل مع التخلص منها وفقًا لقواعد النفايات الخطرة.

الجدول 4. مرجع سريع للسلامة

9. مراقبة الجودة والاختبار وقياس الفعالية

وضع المقاييس:

• كتلة الخبث لكل ذوبان:: تتبع الكيلوجرامات من الخبث المنتج لكل طن قبل تغيير التدفق وبعده.

• مستوى الهيدروجين:: قياس الهيدروجين المذاب باستخدام الاستخلاص الساخن للغاز الحامل أو تقنيات مماثلة؛ لاحظ أن التدفق وحده لن يزيل الهيدروجين.

• عدد مرات الإدراج:: استخدام العينات المعدنية لتحديد كمية شوائب الأكسيد.

• الفحص الكيميائي لبقايا التدفق:: التحقق من أن الفلورايد أو الكلوريد المنقول إلى المعدن يفي بالحدود المقبولة.

• سجلات العمليات:: درجة الحرارة ووقت الإضافة وفترات القشط.

وغالبًا ما يوفر المصنعون دعمًا معمليًا أو تجارب ميدانية للمساعدة في وضع مقاييس خط الأساس. وتوضح الأبحاث المستقلة أن خلائط التدفق التي تحتوي على أملاح الفلورايد تحسن من انحلال الأكسيد وإزالة التضمينات عند دمجها مع القشط الميكانيكي المناسب.

10. أفضل ممارسات التخزين والمناولة والجرد

• احتفظ بالتدفق في حاويات محكمة الغلق وجافة لتجنب امتصاص الرطوبة والتكتل.

• تدوير المخزون باستخدام نهج FIFO؛ قد يتفاعل التدفق المعرض للرطوبة بعنف أو يفقد الأداء.

• يُحفظ بعيداً عن الأحماض والمناطق الرطبة والمواد الكيميائية غير المتوافقة.

• الاحتفاظ بنسخ من صحيفة بيانات السلامة والصحة المهنية متاحة في منطقة الذوبان وتدريب العاملين على تدابير الطوارئ.

• استخدم أنظمة نقل آمنة لتقليل توليد الغبار أثناء مناولة الأكياس.

11. ملاحظات السوق والموردين ذوي السمعة الطيبة

يقدم الموردون العالميون للمسابك ومعالجة المعادن علامات تجارية للتدفق الصناعي لتلبية الاحتياجات المتنوعة. تشمل العلامات التجارية الرائدة تقنيًا وخطوط الإنتاج التي غالبًا ما يستشهد بها مهندسو المسابك سلسلة Foseco COVERAL وخطوط تدفق Pyrotek. يقوم العديد من الموردين بنشر SDS وملاحظات التطبيق الفني؛ راجعها قبل الاستخدام التجريبي. ويعتمد اختيار المنتج في كثير من الأحيان على الدعم المحلي والامتثال التنظيمي وتجارب المصفاة.

12. المشاكل الشائعة وسبل علاجها

المشكلة: دخان التدفق أو الأبخرة القوية أثناء الإضافة.
العلاج: تقليل معدل الإضافة، وتحسين التهوية، والتحقق من جفاف التدفق. ارجع إلى صحيفة بيانات السلامة للتعرف على سلوك التحلل.

المشكلة: احتباس المعادن الزائدة في القشور (الإفراط في القشط).
العلاج: خفض الجرعة، وتغيير توقيت الإضافة، وتعديل تقنية القشط.

المشكلة: شوائب مستمرة على الرغم من التدفق.
العلاج: الجمع بين التدفق مع إزالة الغازات الدوارة أو تحسين عمق الحقن والتقليب الميكانيكي.

13. مثال حالة عملية (الأرقام التشغيلية)

يقوم مسبك متوسط الحجم بصهر 2 طن لكل دفعة وفقًا لجدول زمني يومي. يبلغ خط الأساس للخبث 80 كجم للطن الواحد باستخدام خلائط الملح فقط. أدى التحول إلى تدفق التنظيف التجاري مع 10% Na₃AlF₆ وقاعدة KCl/NaCl، الذي تم استخدامه بمعدل 3 كجم/طن بالإضافة إلى إضافة بمساعدة الحاقن، إلى خفض الكَدَر إلى 55 كجم لكل طن وخفض معدل إعادة العمل بنسبة 18 في المائة في تجربة مدتها 4 أسابيع. تطلبت مستويات الهيدروجين تفريغًا تكميليًا للوصول إلى التحكم في المسامية المستهدفة. تعتمد النتائج على مزيج الخردة والسبائك وانضباط المشغل؛ يجب جمع البيانات التجريبية وتحليلها قبل الاعتماد الكامل.

14. الملخص والقائمة المرجعية الموصى بها

القائمة المرجعية التشغيلية قبل اعتماد التدفق

• راجع توافق السبيكة والورقة الفنية للمورد.

• الحصول على صحيفة بيانات السلامة والصحة المهنية وإجراءات الطوارئ واحتياجات التهوية ودراستها.

• التدفق التجريبي في ظل ظروف خاضعة للرقابة، وتسجيل الخبث والشوائب والهيدروجين.

• اختر طريقة التطبيق: البث لرأس مال منخفض، والحقن لنتائج قابلة للتكرار.

• تدريب المشغلين وتوثيق الجرعات وجدولة دورات تنظيف الجدران.

• مراقبة الانبعاثات والتخلص من المخلفات وفقًا للوائح.

15. الأسئلة المتداولة

1. ما هي عائلة المكونات الرئيسية في تدفق إزالة الأكسيد للألومنيوم؟
ومعظم التدفقات الصناعية عبارة عن خلطات من الهاليدات القلوية وأملاح الفلورايد، وعادةً ما تكون كلوريد الصوديوم وكلوريد البوتاسيوم وفلوريد الصوديوم وفلوريد الألومنيوم وفلوريد الصوديوم (الكريوليت). تعمل الفلوريدات على تحسين تليين الأكسيد بينما تعمل الكلوريدات على تحسين التدفق.

2. هل سيؤدي التدفق إلى إزالة الهيدروجين المذاب؟
لا. يجمع التدفق الأكاسيد والشوائب. تتطلب إزالة الهيدروجين خطوة إزالة الغازات مثل إزالة الغازات الدوارة بغاز خامل. ينتج عن التدفق وإزالة الغازات معًا أفضل النتائج.

3. هل يمكنني استخدام نفس التدفق لجميع سبائك الألومنيوم؟
ليس دائمًا. غالبًا ما تتطلب سبائك المغنيسيوم عالية المغنيسيوم وعمليات اللحام بالنحاس والسبائك المتخصصة صيغ تدفق مصممة خصيصًا. تحقق دائمًا من توصيات المورد.

4. ما مقدار التدفق الذي يجب أن أضيفه لكل ذوبان؟
تتراوح الجرعات الروتينية عادةً من 1-4 كجم لكل طن للتنظيف أو تغطية التدفقات. تحتاج نوبات الخبث الثقيلة إلى جرعات أعلى وتعديلات إجرائية.

5. ما هي حماية التنفس الضرورية؟
استخدم أجهزة تنفس مصنفة للجسيمات والغازات الحمضية إذا كان من المتوقع تكوين أبخرة. تعتبر التهوية المحلية واستخراج الأبخرة إلزامية للعمليات الآمنة.

6. هل التدفقات المحتوية على الفلورايد خطرة على المعدات؟
إذا لم تتم إزالة المخلفات، يمكن أن تكون الأملاح المحتوية على الفلورايد مسببة للتآكل لبعض المعادن وقد تتلف المعدات. اتبع جداول التنظيف واستخدم إجراءات القشط المتوافقة.

7. هل الحقن أفضل من البث؟
يوفر الحقن تغلغلًا أعمق والتقاطًا أسرع للأكسيد وخسائر أقل من المعدن القابل للاستخدام عند القيام به بشكل صحيح. يظل البث مفيدًا للمتاجر الصغيرة أو الحماية السريعة للسطح.

8. كيف ينبغي التخلص من نفايات التدفق والقاذورات؟
تعامل مع القشور والبقايا كنفايات صناعية. وغالبًا ما تحتوي على أملاح الهاليدات التفاعلية ويجب التعامل معها وفقًا للوائح النفايات الخطرة؛ استشر السلطات المحلية وإرشادات الموردين للتخلص منها.

9. هل يمكن أن يقلل التدفق من التآكل الحراري؟
تعمل تدفقات تنظيف الجدران على إزالة القشور الملتصقة من البطانات، وغالبًا ما تطيل عمر الحراريات عن طريق منع التراكم السميك الذي يضر بالبطانة. الإجراء السليم مهم لتجنب التآكل المفرط.

10. هل هناك اتجاهات نحو تدفقات انبعاثات أقل؟
نعم، يسعى الموردون والباحثون إلى استخدام تركيبات منخفضة الهاليد ومنخفضة المركبات العضوية المتطايرة ومحدودة الهالوجين لتلبية القواعد البيئية وتقليل الانبعاثات الخطرة مع الحفاظ على الأداء. ولا تزال الأبحاث الحديثة في المزائج المصممة خصيصًا والمواد الكيميائية البديلة جارية.