Para obtener un aluminio fundido siempre limpio, combine la desgasificación rotativa por gas inerte con la inyección controlada de fundente y la filtración en lecho profundo utilizando filtros de espuma cerámica, Este enfoque combinado elimina el hidrógeno y los óxidos disueltos, captura las inclusiones no metálicas y produce una calidad de fusión repetible adecuada para piezas fundidas de alta integridad. Este enfoque combinado elimina el hidrógeno disuelto y los óxidos, captura las inclusiones no metálicas y proporciona una calidad de fundición repetible adecuada para piezas de fundición de alta integridad.
Por qué es importante refinar el aluminio fundido
El refinado mejora la integridad de la fundición, reduce la porosidad y evita fallos mecánicos en las piezas acabadas. Impurezas como el hidrógeno disuelto, la alúmina nativa y las inclusiones extrañas debilitan la estructura y generan chatarra. Un metal limpio aumenta el rendimiento de cada fundición, acorta el mecanizado posterior y aumenta la satisfacción del cliente en mercados tan exigentes como la automoción, la industria aeroespacial y los componentes industriales de alto rendimiento. Las métricas de calidad clave incluyen el nivel de hidrógeno, el recuento de inclusiones y la limpieza de la superficie antes de la colada.
Aslo leer:Cómo eliminar las impurezas del aluminio fundido.
¿Cómo refinar el aluminio fundido?
Fluxing
- Cómo funciona: Se añade una mezcla de sales (como cloruros y fluoruros) al aluminio fundido. Estas sales reaccionan con las impurezas de óxido, creando una escoria que flota en la superficie y luego se elimina físicamente.
- Beneficios: Es un método muy utilizado, sencillo y barato.
- Aplicación:
- Mezcle sales (por ejemplo, fluoruro de sodio, cloruro de sodio) y espolvoréelas sobre la masa fundida, o inyéctelas utilizando un gas inerte.
- Asegúrese de que el fundente se dispersa completamente mediante agitación adecuada o inyección de gas para que sea eficaz.
Purga de gas
- Cómo funciona: Se hace burbujear un gas inerte como el argón o el nitrógeno a través de la masa fundida, o se utiliza un gas reactivo como el cloro. Este proceso elimina los gases disueltos (principalmente hidrógeno).
- Beneficios: Es muy eficaz para eliminar el hidrógeno y también puede ayudar a separar algunos óxidos.
- Aplicación:
- Desgasificación por rotación: Un impulsor giratorio inyecta finas burbujas de un gas inerte en la masa fundida.
- Flujo de comprimidos: Las pastillas que contienen compuestos de cloro se dejan caer en la masa fundida, liberando burbujas que eliminan el gas y las inclusiones.
- Soplado de fondo: El gas inerte se introduce desde el fondo del horno a través de un tapón permeable al gas.
Filtración
- Cómo funciona: El aluminio fundido pasa a través de filtros que atrapan físicamente las inclusiones sólidas no metálicas.
- Beneficios: Puede eliminar inclusiones muy finas que no se eliminan con otros métodos.
- Aplicación:
- Filtros de espuma cerámica (CFF): Son un tipo de filtro común y eficaz utilizado en la industria.
- Filtración por lecho granular: Utiliza un lecho de material granular para filtrar la masa fundida.
- Filtración de lecho profundo: Se trata de un tipo de filtración en el que las inclusiones se capturan en toda la profundidad del filtro.
Otros métodos
- Desgasificación al vacío: Para aplicaciones de alta pureza, exponer el aluminio fundido al vacío extrae los gases disueltos.
- Agitación electromagnética: Utiliza fuerzas electromagnéticas para agitar la masa fundida, lo que puede ayudar a mejorar la eficacia de otros métodos de purificación.
Contaminantes primarios en el aluminio fundido
Hidrógeno disuelto
El hidrógeno se disuelve en el aluminio por la humedad o el contacto con el aire húmedo durante la fusión. Cuando la presión cae durante la solidificación, el hidrógeno forma porosidades que reducen la resistencia mecánica. Controlar el contenido de hidrógeno es esencial para obtener piezas fundidas densas.
Películas de óxido y partículas de alúmina
El aluminio fundido forma finas películas de óxido que atrapan impurezas o se pliegan en el líquido durante la transferencia. Estas películas, junto con fragmentos frágiles de alúmina, crean inclusiones que producen defectos en las piezas fundidas.
Inclusiones no metálicas y elementos vagabundos
La arena, las partículas refractarias, las incrustaciones de los materiales de carga y otras materias extrañas contaminan las coladas cuando la manipulación de la carga, el mantenimiento del revestimiento del horno o el espumado son inadecuados. La limpieza preventiva ayuda a reducir la introducción de estos contaminantes.
Métodos de perfeccionamiento de eficacia probada
Las principales técnicas son la flotación con gas inerte, la desgasificación rotativa, el tratamiento con fundente, el tratamiento al vacío, el tratamiento ultrasónico, las herramientas de fundente en pastilla y la filtración con medios cerámicos. Cada técnica se centra en determinados tipos de contaminantes, por lo que la selección depende de la aleación, el método de fundición y el objetivo de calidad. Los métodos combinados producen los mejores resultados para las piezas fundidas más exigentes.
Técnicas de desgasificación: principios y notas prácticas
Burbujeo del gas de purga
Se introduce gas inerte, como argón o nitrógeno, en la masa fundida a través de una lanza o un tapón poroso. Las burbujas ascendentes recogen el hidrógeno y lo transportan a la superficie. Esta técnica es sencilla y económica para muchas fundiciones. Los factores de control son la pureza del gas, el tamaño de las burbujas y la profundidad de inmersión.
Desgasificación rotativa (con rotor)
Las unidades rotativas hacen girar un rotor sumergido en la masa fundida, creando una mezcla intensa y una alta densidad de burbujas finas. La elevada superficie de esas burbujas acelera la transferencia de hidrógeno a la fase gaseosa, mejorando la eficacia en comparación con el lanceado estático. Las unidades rotativas también mezclan partículas de fundente en la masa fundida cuando se utiliza la inyección de fundente, lo que proporciona una doble ventaja: la desgasificación y el tratamiento de la inclusión. Los sistemas rotativos modernos suelen funcionar en línea entre el horno y la línea de colada para un procesamiento continuo.
Tratamiento al vacío
Aplicar vacío por encima de la masa fundida reduce la presión parcial del gas disuelto, lo que provoca que el hidrógeno abandone el líquido. Los sistemas de vacío funcionan bien para objetivos ultrabajos de hidrógeno, aunque requieren un capital importante y una estricta seguridad de funcionamiento para los cambios de presión.
Desgasificación por ultrasonidos
Las ondas sonoras de alta frecuencia provocan cavitación en la masa fundida, produciendo microburbujas que eliminan el gas disuelto y favorecen la coalescencia de las inclusiones. Este método es prometedor para aleaciones específicas y necesidades de fundición especiales.
Fundente en pastilla e inyección de fundente
Los fundentes clorados en pastilla o los fundentes granulares inyectados con gas portador rompen las capas de óxido y aglutinan las inclusiones en una capa de escoria en la superficie del metal o en partículas flotantes. La inyección de fundente mediante lanza o sistemas combinados de rotor y fundente crea una mejor dispersión y un mayor contacto con las inclusiones. Elija la química del fundente en función de la compatibilidad de la aleación y de las restricciones medioambientales o normativas.
Estrategias de filtración que eliminan las inclusiones no metálicas
La filtración mecánica captura las inclusiones sólidas que la desgasificación no puede eliminar. Los filtros de espuma cerámica de lecho profundo capturan las partículas en toda la sección transversal en lugar de sólo en la superficie del medio filtrante, lo que produce una eliminación eficaz y uniforme de óxidos y escoria. Los filtros también favorecen el flujo laminar en los moldes, reduciendo las turbulencias que atrapan el gas o pliegan las películas de óxido. Los medios de espuma cerámica con tamaños de poro controlados proporcionan una eficacia de captura predecible, lo que los convierte en la piedra angular del refinado moderno de la masa fundida.
Dónde colocar la filtración
Instale los filtros en el sistema de colada, entre la cuchara y el molde, o en el interior del sistema de cierre. Las carcasas de los filtros en línea, en caliente o permanentes ofrecen ventajas en cuanto al tiempo de cambio, la pérdida térmica y el espacio ocupado. Para coladas continuas o grandes volúmenes, considere sistemas de filtros modulares o de cartucho que funcionen con cabezales de colada automáticos.
Combinar métodos para obtener mejores resultados
La combinación de la desgasificación rotativa, la inyección de fundente y la filtración de espuma cerámica proporciona una limpieza superior. La desgasificación rotativa reduce rápidamente los gases disueltos, el fundente trata los óxidos y los residuos alcalinos, y la filtración captura los contaminantes sólidos restantes antes de que el metal entre en los moldes. Las unidades en línea que integran la desgasificación y el calentamiento proporcionan un control de calidad continuo entre el horno y el equipo de fundición. Los estudios de casos de la industria demuestran que los sistemas combinados reducen las tasas de rechazo y mejoran las propiedades mecánicas.
Selección de equipos: qué evaluar
- Adecuación del método de desgasificación a la aleación y a la calidad del producto final.
- Compatibilidad del material del rotor y vida útil en condiciones de aluminio fundido.
- Pureza del suministro de gas y capacidad de control del caudal.
- Química del material filtrante y grado de porosidad para el tamaño de inclusión objetivo.
- Control del proceso y capacidad de muestreo para demostrar los resultados.
- Requisitos de mantenimiento y disponibilidad de piezas de repuesto.
Parámetros de control recomendados e intervalos prácticos
Los ajustes precisos varían según la aleación, el tamaño de la masa fundida y la disposición del horno. Utilice las siguientes tablas como plantillas de partida y adáptelas durante la validación del proceso.
| Método | Efecto primario | Puntos fuertes | Limitaciones |
|---|---|---|---|
| Burbujeo del gas de purga | Eliminación de hidrógeno | Poco capital, sencillo | Menos eficiente para un rendimiento rápido |
| Desgasificación rotativa | Eliminación de hidrógeno más mezcla | Alta eficiencia, funciona bien con inyección de flujo | Mayor mantenimiento, mayor coste inicial |
| Tratamiento al vacío | Hidrógeno ultrabajo | Lo mejor para especificaciones ajustadas | Equipos caros, ciclos más lentos |
| Desgasificación por ultrasonidos | Formación de microburbujas, coalescencia de inclusiones | No químicos, específicos | Equipos especiales, escala limitada |
| Tratamiento de flujos | Eliminación de óxido, unión de inclusión | Eficaz para fundidos ricos en óxidos | Manipulación de productos químicos, posibles residuos |
| Parámetro | Rango inicial sugerido | Notas |
|---|---|---|
| Velocidad del rotor (desgasificador rotativo) | 300 a 1200 rpm | Elija velocidades más bajas para grandes volúmenes, velocidades más altas para mezclas rápidas |
| Flujo de gas inerte | De 0,5 a 5 L/min por kg de masa fundida (en función de la escala) | Optimice el tamaño de las burbujas; utilice gas plasma para obtener los mejores resultados |
| Dosis de fundente | 0,1 a 1,0 wt% (depende del tipo de flujo) | Inicio bajo, control de la formación de escoria y toma de muestras |
| Grado de porosidad del filtro | Equivalente de 10 a 40 poros por pulgada | Los poros más finos mejoran la captura pero aumentan la pérdida de carga |
| Control de la temperatura de fusión | Mantener las temperaturas de mantenimiento específicas de la aleación dentro de ±10°C | Evitar el recalentamiento que aumenta la disolución de los gases |
| Medios de comunicación | Lo mejor para | Durabilidad | Mecanismo de captura típico |
|---|---|---|---|
| Filtro de espuma cerámica | Captura en lecho profundo de óxidos y escorias | Alta resistencia térmica | Atrapamiento mecánico, formación de tortas |
| Malla tejida | Trampa gruesa para escoria pesada | Menor vida térmica | Tamizado superficial |
| Lecho de arena | Pruebas temporales de bajo coste | Varía | Captura en superficie |
Flujo de procesos: secuencia práctica paso a paso
- Preparación de la carga y clasificación de la chatarra para reducir los elementos vagabundos y la contaminación refractaria.
- Fusión controlada con recubrimiento de fundente seco donde sea necesario para limitar el contacto con la humedad.
- Eliminación de la escoria visible y los óxidos superficiales antes de la desgasificación.
- Desgasificación rotativa con gas inerte para reducir el contenido de hidrógeno. Utilice la inmersión controlada del rotor y el posicionamiento desplazado para evitar la formación de vórtices.
- Inyección de fundente o aplicación de pastillas programada para alcanzar los cúmulos de óxido restantes.
- Filtración en línea de la espuma cerámica justo antes de verterla en el molde o en la máquina de colada.
- Pruebas de muestras de hidrógeno y recuento de inclusiones con métodos metalográficos o de medición de gases estándar.
- Ajuste los parámetros para el siguiente lote en función de los resultados.
Las unidades de desgasificación en línea instaladas entre el horno y la línea de colada hacen práctica la purificación continua. Estas unidades combinan el calentamiento, la acción del rotor giratorio y opciones para el suministro de fundente, lo que permite una calidad estable de la masa fundida para largas tiradas de producción.
Muestreo y verificación de la calidad
El muestreo rutinario garantiza que las opciones de proceso ofrezcan la limpieza deseada. Utilice métodos de ensayo de presión reducida o medidores de hidrógeno para estimar el hidrógeno disuelto. Para la medición de la inclusión, tome muestras del molde y realice un examen metalográfico. Realice un seguimiento de los indicadores clave de rendimiento, como las ppm de hidrógeno, el porcentaje de metal limpio y la tasa de desechos por fusión, para crear gráficos de control históricos.
Defectos comunes, diagnóstico y soluciones
Poros en las piezas moldeadas
Causa probable: hidrógeno disuelto elevado. Solución: aumentar la intensidad de la desgasificación, comprobar si hay fuentes de humedad en la carga, mejorar la manipulación del fundente de la cubierta.
Inclusiones superficiales de escoria
Causa probable: desnatado incompleto o acción insuficiente del fundente. Solución: perfeccionar la práctica de desespumado, ajustar la dosis de fundente o el método de suministro, confirmar la dispersión de la mezcla del rotor.
Alteraciones del flujo en los moldes
Causa probable: turbulencia que pliega las películas de óxido en el vertido. Solución: utilizar filtración para favorecer el flujo laminar, reducir la velocidad de vertido y utilizar sistemas de vertido por la parte inferior cuando sea posible.
Seguridad y medio ambiente
Algunos fundentes químicos tradicionales contienen compuestos clorados que generan gases corrosivos si se manipulan incorrectamente. Reduzca al mínimo la exposición del operario con ventilación de escape local y sistemas de inyección cerrados. Considere la inyección de fundente basada en rotor que reduce la manipulación abierta. Cumpla la normativa local sobre selección y eliminación de fundentes. Utilice monitores de gas y formación para gestionar los riesgos de oxígeno o cloro durante las operaciones de desgasificación.
Consejos de mantenimiento y funcionamiento para una fiabilidad a largo plazo
- Inspeccione el desgaste del rotor y el eje en cada turno y sustituya las juntas antes de que fallen.
- Mantener los filtros de pureza del suministro de gas para evitar el ensuciamiento de las boquillas.
- Disponga de filtros cerámicos con los poros adecuados para los vertidos programados.
- Programe el mantenimiento preventivo de los sistemas de transmisión para evitar paradas imprevistas.
- Mantener documentados y aplicar los procedimientos de clasificación de residuos y manipulación de cargas.
Cómo encajan los productos ADtech en los modernos flujos de trabajo de perfeccionamiento
ADtech fabrica unidades de desgasificación en línea diseñadas para su integración entre hornos y líneas de colada. Estas unidades aplican flotación de gas inerte accionada por rotor a la vez que suministran calor controlado y opciones de inyección de fundente para lograr una rápida eliminación del hidrógeno y un mejor tratamiento de la inclusión. Las soluciones de filtración en lecho profundo de ADtech utilizan placas filtrantes de espuma cerámica adaptadas a las aleaciones de aluminio, que proporcionan una alta eficacia de captura de óxidos y partículas no metálicas justo antes de la entrada en el molde. Para las fundiciones que buscan una calidad predecible, la combinación de un desgasificador rotativo ADtech con la filtración de espuma cerámica produce reducciones cuantificables de desechos y reprocesado.
| Beneficio | Impacto previsto | Cómo se ha conseguido |
|---|---|---|
| Hidrógeno inferior | Menos defectos de porosidad | Desgasificación del rotor con gas portador controlado |
| Recuento de inclusión reducido | Mejores propiedades mecánicas | Filtración de espuma cerámica en el punto de vertido |
| Producción estable | Menor tasa de desechos | Desgasificación y calentamiento continuos en línea |
Coste y rentabilidad
El capital inicial de los desgasificadores rotativos y los equipos de vacío puede ser más elevado que el de una simple lanceta. Los costes de funcionamiento incluyen el gas, el fundente, la energía y el mantenimiento. Los ahorros proceden de un mayor rendimiento, una reducción de los desechos, un menor tiempo de mecanizado y una mejor aceptación por parte del cliente. Evalúe el coste total de propiedad mediante pruebas y registre la reducción de desechos por fusión para calcular el periodo de amortización.
Tendencias técnicas y líneas de investigación recientes
Las investigaciones recientes destacan las mejoras en la geometría del rotor, el modelado del proceso de distribución del tamaño de las burbujas y la microestructura optimizada de la espuma cerámica, que aumentan la eficacia de la filtración sin grandes caídas de presión. Las nuevas químicas de los fundentes y las técnicas de inyección de gas portador mejoran la distribución al tiempo que reducen la carga medioambiental. La desgasificación asistida por ultrasonidos muestra potencial para el control de la microestructura en aleaciones especiales. Las publicaciones del sector recomiendan combinar la desgasificación por flotación con la filtración en lecho profundo para conseguir la máxima eliminación de contaminantes.
Lista de comprobación para validar un proceso de fusión refinado
- Procedimientos documentados de clasificación y secado de cargas.
- Receta de desgasificación con velocidad del rotor, flujo de gas y tiempo.
- Registros de tipo de fundente y dosificación por aleación.
- Selección de medios de filtración y registro de cambios.
- Protocolo de muestreo y umbrales de aceptación.
- Registros de formación de los operadores y controles de seguridad.
Preguntas más frecuentes
- Q: ¿Cuál es la medida más eficaz para reducir los poros?
A: La aplicación de la desgasificación controlada mediante un rotor giratorio con gas inerte suele producir la reducción más rápida del hidrógeno disuelto y, por tanto, la mayor disminución de la porosidad. - Q: ¿Puede la filtración eliminar el hidrógeno disuelto?
A: No. La filtración captura las inclusiones sólidas y los óxidos. Las técnicas de desgasificación eliminan el hidrógeno disuelto en la masa fundida. - Q: ¿Cuándo debe utilizarse el fundente?
A: Utilice fundente cuando las películas de óxido o los residuos alcalinos persistan tras el desespumado y la desgasificación. El fundente ayuda a aglutinar y hacer flotar las partículas de óxido para su eliminación. - Q: ¿Con qué frecuencia deben cambiarse los filtros?
A: La frecuencia de cambio depende del volumen de fusión y de la carga de inclusión. Supervise la caída de presión y la inspección visual para determinar los intervalos de sustitución que eviten la restricción del flujo. - Q: ¿Es obligatorio el cloro para una buena desgasificación?
A: Históricamente, las pastillas que contienen cloro mejoraban la desgasificación, pero los modernos sistemas rotativos con gas inerte ofrecen una alta eficacia sin depender del cloro. Seleccione la química del fundente teniendo en cuenta las normas medioambientales y de seguridad. - Q: ¿Qué medida demuestra la mejora?
A: La medición de las ppm de hidrógeno mediante probadores estándar de presión reducida y la evaluación metalográfica del recuento de inclusiones proporcionan una prueba objetiva de la mejora. - Q: ¿Pueden los métodos ultrasónicos sustituir a la desgasificación rotativa?
A: Las técnicas ultrasónicas complementan la desgasificación rotativa para aplicaciones especializadas. Para la fundición industrial de gran volumen, las unidades rotativas siguen siendo la opción principal debido a su rendimiento y robustez. - Q: ¿En qué se diferencian los filtros de espuma cerámica de los filtros tejidos?
A: La espuma cerámica proporciona una captura de lecho profundo en todo el medio, capturando una gama más amplia de tamaños de inclusión a la vez que mantiene una alta resistencia térmica. Los filtros tejidos atrapan principalmente en la superficie y pueden dejar pasar partículas más finas. - Q: ¿Existe una norma industrial para el nivel de hidrógeno?
A: Los niveles de hidrógeno aceptables dependen de los requisitos de la pieza fundida. Las piezas estructurales suelen requerir menos hidrógeno que las piezas de fundición no críticas. Establezca criterios de aceptación durante la cualificación del producto con ensayos mecánicos. - Q: ¿Qué prueba inicial debe realizar una fundición al actualizar el equipo de refinado?
A: Lleve a cabo ensayos de paréntesis en los que cambie una variable cada vez, registre los niveles de hidrógeno y las métricas de inclusión y, a continuación, compare el rendimiento y la tasa de rechazo. Utilice el muestreo controlado para validar las mejoras antes de su implantación completa.
Caso práctico: ventajas de la desgasificación continua en línea
Las unidades de desgasificación continua en línea instaladas entre el horno y el equipo de colada ofrecen una calidad de la masa fundida constante para tiradas largas. Reducen la variación entre ciclos al procesar el metal justo antes de la colada, al tiempo que calientan para mantener la temperatura de colada. Las empresas que han adoptado unidades continuas afirman haber mejorado la consistencia del producto y reducido el coste global por colada buena.
Receta práctica para probar procesos combinados
Para realizar un ensayo controlado, siga esta receta de arranque:
- Preparar un lote de carga limpio y sin restos contaminados.
- Llevar la masa fundida a la temperatura de mantenimiento específica de la aleación dentro de una banda de ±10°C.
- Desespumar a fondo para eliminar la escoria superficial.
- Hacer funcionar el desgasificador rotativo durante un intervalo de tiempo definido, ajustando la velocidad del rotor para producir burbujas finas sin formación de vórtices. Desplazar ligeramente la posición del rotor de la línea central para evitar la formación de vórtices.
- Inyectar fundente a baja dosis inicial mientras el rotor funciona, luego comprobar la formación de escoria.
- Filtrar a través de espuma cerámica elegida para el tamaño de inclusión previsto.
- Toma de muestras mediante el método de presión reducida y realización de metalografía.
- Ajuste la configuración y repita la operación hasta alcanzar los objetivos.
Resumen y recomendaciones finales
Para lograr un refinamiento fiable, combine técnicas que ataquen diferentes clases de contaminantes: la flotación elimina el gas disuelto, el fundente se ocupa de los óxidos y la filtración atrapa los sólidos. Invierta en control de procesos, muestreo y formación de los operarios para mantener la calidad. Para entornos de producción, considere la posibilidad de integrar unidades de desgasificación en línea junto con filtros de espuma cerámica para garantizar resultados repetibles y un retorno de la inversión medible. Para muchas fundiciones, las soluciones ADtech presentan una vía práctica para integrar la desgasificación rotativa y la filtración en lecho profundo en las líneas de producción, consiguiendo menos desechos y piezas fundidas más predecibles.
Si lo desea, podemos preparar un plan de acción a medida para su mezcla de aleaciones y volúmenes de producción utilizando datos de muestras de fundición, estadísticas de desechos y especificaciones objetivo. Este plan incluirá la receta de desgasificación recomendada, la especificación de los poros del filtro, el tipo de fundente, el programa de mantenimiento y una estimación del coste de amortización del equipo.