Pour une propreté constante de l'aluminium en fusion, il faut combiner le dégazage rotatif au gaz inerte avec l'injection contrôlée de flux et la filtration en lit profond à l'aide d'un système d'injection de gaz inerte. filtres en mousse céramique, Cette approche combinée permet d'éliminer l'hydrogène et les oxydes dissous et de capturer les inclusions non métalliques. Cette approche combinée permet d'éliminer l'hydrogène et les oxydes dissous, de capturer les inclusions non métalliques et d'obtenir une qualité de fusion reproductible adaptée aux pièces moulées de haute intégrité.
L'importance du raffinage de l'aluminium fondu
L'affinage améliore l'intégrité du moulage, réduit la porosité et prévient les défaillances mécaniques des pièces finies. Les impuretés telles que l'hydrogène dissous, l'alumine native et les inclusions étrangères affaiblissent la structure et créent des déchets. Un métal propre augmente le rendement de chaque fusion, raccourcit l'usinage en aval et augmente la satisfaction des clients pour les marchés exigeants tels que l'automobile, l'aérospatiale et les composants industriels à haute performance. Les principales mesures de qualité comprennent le niveau d'hydrogène, le nombre d'inclusions et la propreté de la surface avant la coulée.
Lire aussi :Comment éliminer les impuretés de l'aluminium en fusion.
Comment raffiner l'aluminium fondu ?
Fluxing
- Comment cela fonctionne-t-il ?: Un mélange de sels (comme les chlorures et les fluorures) est ajouté à l'aluminium en fusion. Ces sels réagissent avec les impuretés d'oxyde, créant un laitier qui flotte à la surface et est ensuite éliminé physiquement.
- Avantages: Il s'agit d'une méthode largement utilisée, simple et peu coûteuse.
- Application:
- Mélangez des sels (par exemple, fluorure de sodium, chlorure de sodium) et saupoudrez-les sur la matière fondue, ou injectez-les à l'aide d'un gaz inerte.
- Veiller à ce que le flux soit entièrement dispersé par une agitation appropriée ou une injection de gaz pour qu'il soit efficace.
Purge de gaz
- Comment cela fonctionne-t-il ?: Un gaz inerte, comme l'argon ou l'azote, est envoyé par bulles à travers la matière fondue, ou un gaz réactif, comme le chlore, est utilisé. Ce processus permet d'éliminer les gaz dissous (principalement l'hydrogène).
- Avantages: Il est très efficace pour éliminer l'hydrogène et peut également aider à séparer certains oxydes.
- Application:
- Dégazage par centrifugation: Une roue rotative injecte de fines bulles d'un gaz inerte dans la matière fondue.
- Flux de comprimés: Des comprimés contenant des composés de chlore sont lâchés dans la masse fondue, libérant des bulles qui éliminent les gaz et les inclusions.
- Soufflage par le bas: Le gaz inerte est introduit par le bas du four à travers un bouchon perméable au gaz.
Filtration
- Comment cela fonctionne-t-il ?: L'aluminium en fusion passe à travers des filtres qui retiennent physiquement les inclusions solides non métalliques.
- Avantages: Il peut éliminer des inclusions très fines qui ne sont pas éliminées par d'autres méthodes.
- Application:
- Filtres en mousse céramique (CFF): Il s'agit d'un type de filtre courant et efficace utilisé dans l'industrie.
- Filtration sur lit granulaire: Utilise un lit de matériaux granuleux pour filtrer la matière fondue.
- Filtration en lit profond: Il s'agit d'un type de filtration où les inclusions sont capturées sur toute la profondeur du filtre.
Autres méthodes
- Dégazage sous vide: Pour les applications de haute pureté, l'exposition de l'aluminium fondu à un vide permet d'extraire les gaz dissous.
- Agitation électromagnétique: Utilise des forces électromagnétiques pour remuer la matière fondue, ce qui peut contribuer à améliorer l'efficacité d'autres méthodes de purification.
Contaminants primaires dans l'aluminium en fusion
Hydrogène dissous
L'hydrogène se dissout dans l'aluminium au contact de l'humidité ou de l'air humide pendant la fusion. Lorsque la pression chute pendant la solidification, l'hydrogène forme des porosités qui réduisent la résistance mécanique. Le contrôle de la teneur en hydrogène est essentiel pour obtenir des pièces moulées denses.
Films d'oxyde et particules d'alumine
L'aluminium en fusion forme de fines pellicules d'oxyde qui piègent les impuretés ou se replient dans le liquide pendant le transfert. Ces films, auxquels s'ajoutent des fragments d'alumine fragiles, créent des inclusions qui produisent des défauts dans les pièces moulées.
Inclusions non métalliques et éléments parasites
Le sable, les particules réfractaires, le tartre des matériaux de charge et d'autres matières étrangères contaminent les produits de fusion lorsque la manipulation des charges, l'entretien du revêtement du four ou l'écrémage sont inadéquats. L'entretien préventif permet de réduire l'introduction de ces contaminants.
Aperçu des méthodes d'affinage éprouvées
Les principales techniques comprennent la flottation au gaz inerte, le dégazage rotatif, le traitement par flux, le traitement sous vide, le traitement par ultrasons, les outils de flux en pastilles et la filtration à l'aide de supports céramiques. Chaque technique cible certains types de contaminants, de sorte que le choix dépend de l'alliage, de la méthode de coulée et de l'objectif de qualité. Les méthodes combinées produisent les meilleurs résultats pour les pièces moulées exigeantes.
Techniques de dégazage : principes et notes pratiques
Bulles de gaz de purge
Un gaz inerte tel que l'argon ou l'azote est introduit dans la matière fondue par une lance ou un bouchon poreux. Les bulles montantes collectent l'hydrogène et le transportent à la surface. Cette technique est simple et économique pour de nombreuses fonderies. Les facteurs de contrôle comprennent la pureté du gaz, la taille des bulles et la profondeur d'immersion.
Dégazage rotatif (à base de rotor)
Les unités rotatives font tourner un rotor immergé dans la matière fondue, ce qui crée un mélange intense et une forte densité de fines bulles. La surface élevée de ces bulles accélère le transfert de l'hydrogène dans la phase gazeuse, ce qui améliore l'efficacité par rapport au lançage statique. Les unités rotatives mélangent également les particules de flux à la matière fondue lorsque l'injection de flux est utilisée, ce qui présente un double avantage : le dégazage et le traitement des inclusions. Les systèmes rotatifs modernes fonctionnent souvent en ligne entre le four et la ligne de coulée pour un traitement continu.
Traitement sous vide
L'application d'un vide au-dessus de la matière fondue réduit la pression partielle des gaz dissous, ce qui incite l'hydrogène à quitter le liquide. Les systèmes à vide fonctionnent bien pour les objectifs d'hydrogène ultra-faible, bien qu'ils nécessitent des capitaux importants et une sécurité d'exploitation stricte pour les changements de pression.
Dégazage par ultrasons
Des ondes sonores à haute fréquence provoquent une cavitation dans la matière fondue, produisant des microbulles qui piègent les gaz dissous et favorisent la coalescence des inclusions. Cette méthode est prometteuse pour des alliages spécifiques et des besoins de moulage spécialisés.
Flux de comprimés et injection de flux
Les flux en pastilles chlorées ou les flux granulaires injectés avec un gaz porteur brisent les couches d'oxyde et lient les inclusions en une couche de laitier à la surface du métal ou en particules flottantes. L'injection de flux à l'aide d'une lance ou de systèmes combinés rotor/flux permet une meilleure dispersion et un contact plus important avec les inclusions. Choisissez la chimie du flux en fonction de la compatibilité de l'alliage et des contraintes environnementales ou réglementaires.
Stratégies de filtration qui éliminent les inclusions non métalliques
La filtration mécanique capture les inclusions solides que le dégazage ne peut pas éliminer. Les filtres à mousse céramique à lit profond capturent les particules sur toute la section transversale plutôt qu'à la surface du média filtrant, ce qui permet d'éliminer efficacement et régulièrement les oxydes et les crasses. Les filtres favorisent également un écoulement laminaire dans les moules, réduisant les turbulences qui piègent les gaz ou plient les films d'oxyde. Les médias en mousse de céramique, dont la taille des pores est contrôlée, offrent une efficacité de capture prévisible, ce qui en fait la pierre angulaire de l'affinage moderne des matières fondues.
Où placer la filtration ?
Les filtres peuvent être installés dans le système de coulée, entre la poche de coulée et le moule, ou à l'intérieur du système de fermeture. Les boîtiers de filtres en ligne, à chaud ou permanents offrent tous des compromis en termes de temps de changement, de perte thermique et d'encombrement. Pour la coulée continue ou les grands volumes, envisagez des systèmes de filtres à cartouche ou modulaires qui fonctionnent avec des têtes de coulée automatiques.
Combiner les méthodes pour obtenir les meilleurs résultats
La combinaison du dégazage rotatif, de l'injection de flux et de la filtration sur mousse céramique permet d'obtenir une propreté supérieure. Le dégazage rotatif réduit rapidement les gaz dissous, le flux traite les oxydes et les résidus alcalins, puis la filtration capture les contaminants solides restants avant que le métal n'entre dans les moules. Les unités en ligne qui intègrent le dégazage et le chauffage permettent un contrôle continu de la qualité entre le four et l'équipement de coulée. Les études de cas de l'industrie montrent que les systèmes combinés permettent de réduire les taux de rebut et d'améliorer les propriétés mécaniques.
Sélection des équipements : ce qu'il faut évaluer
- L'adéquation de la méthode de dégazage à l'alliage et à la qualité du produit final.
- Compatibilité des matériaux du rotor et durée de vie dans des conditions d'aluminium fondu.
- Pureté de l'alimentation en gaz et capacité de contrôle du débit.
- Chimie du matériau filtrant et indice de porosité pour la taille d'inclusion visée.
- Contrôle du processus et capacité d'échantillonnage pour démontrer les résultats.
- Exigences en matière d'entretien et disponibilité des pièces de rechange.
Paramètres de contrôle recommandés et plages pratiques
Les réglages précis varient en fonction de l'alliage, de la taille de la matière fondue et de la configuration du four. Utilisez les tableaux suivants comme modèles de départ et adaptez-les lors de la validation du processus.
| Méthode | Effet primaire | Points forts | Limites |
|---|---|---|---|
| Bulles de gaz de purge | Élimination de l'hydrogène | Peu de capital, simple | Moins efficace pour un débit rapide |
| Dégazage rotatif | Élimination de l'hydrogène et mélange | Rendement élevé, fonctionne bien avec l'injection de flux | Entretien plus important, coût initial plus élevé |
| Traitement sous vide | Hydrogène ultra-faible | La meilleure solution pour les spécifications strictes | Équipement coûteux, cycles plus lents |
| Dégazage par ultrasons | Formation de microbulles, coalescence des inclusions | Non chimique, ciblé | Équipements spécialisés, échelle limitée |
| Traitement des flux | Élimination des oxydes, fixation des inclusions | Efficace pour les matières fondues riches en oxydes | Manipulation de produits chimiques, résidus potentiels |
| Paramètres | Fourchette de départ suggérée | Notes |
|---|---|---|
| Vitesse du rotor (dégazeur rotatif) | 300 à 1200 tr/min | Choisissez des vitesses plus faibles pour les grands volumes, des vitesses plus élevées pour les mélanges rapides. |
| Débit de gaz inerte | 0,5 à 5 L/min par kg de matière fondue (en fonction de l'échelle) | Optimiser la taille des bulles ; utiliser un gaz de qualité plasma pour obtenir les meilleurs résultats. |
| Dosage du flux | 0,1 à 1,0 wt% (en fonction du type de flux) | Démarrer à faible niveau, surveiller la formation de scories et l'échantillonnage |
| Pouvoir poreux du filtre | 10 à 40 pores par pouce équivalent | Des pores plus fins permettent une meilleure capture mais augmentent la perte de charge. |
| Contrôle de la température de fusion | Maintien des températures de maintien spécifiques à l'alliage à ±10°C | Éviter la surchauffe qui augmente la dissolution des gaz |
| Les médias | Meilleur pour | Durabilité | Mécanisme de capture typique |
|---|---|---|---|
| Filtre en mousse céramique | Capture d'oxydes et de crasses en lit profond | Résistance thermique élevée | Piégeage mécanique, formation d'un gâteau |
| Maille tissée | Piège grossier pour les crasses lourdes | Durée de vie thermique inférieure | Tamisage de surface |
| Lit de sable | Essais temporaires et peu coûteux | Variable | Capture en surface |
Déroulement du processus : séquence pratique étape par étape
- Préparation de la charge et tri de la ferraille pour réduire les éléments parasites et la contamination réfractaire.
- Fusion contrôlée avec couverture de flux sec là où c'est nécessaire pour limiter le contact avec l'humidité.
- Écrémage des crasses visibles et des oxydes de surface avant le dégazage.
- Dégazage rotatif avec un gaz inerte pour réduire la teneur en hydrogène. Utiliser une immersion contrôlée du rotor et un positionnement décalé pour éviter la formation de tourbillons.
- L'injection de flux ou l'application de comprimés est programmée pour atteindre les grappes d'oxyde restantes.
- Filtration en ligne de la mousse céramique juste avant la coulée dans le moule ou la machine de coulée.
- Essai sur échantillon du comptage de l'hydrogène et des inclusions à l'aide de méthodes métallographiques ou de mesure des gaz standard.
- Ajuster les paramètres pour le lot suivant en fonction des résultats.
Les unités de dégazage en ligne installées entre le four et la ligne de coulée permettent une purification continue. Ces unités combinent le chauffage, l'action du rotor rotatif et des options pour l'apport de flux, ce qui permet d'obtenir une qualité de fonte stable pour de longues séries de production.
Échantillonnage et vérification de la qualité
L'échantillonnage de routine permet de s'assurer que les choix opérés en matière de processus permettent d'atteindre le niveau de propreté visé. Utilisez des méthodes d'essai à pression réduite ou des compteurs d'hydrogène pour évaluer l'hydrogène dissous. Pour mesurer l'inclusion, prélever des échantillons de moules et procéder à un examen métallographique. Suivez les indicateurs de performance clés tels que les ppm d'hydrogène, le pourcentage de métal propre et le taux de rebut par fusion afin d'établir des cartes de contrôle historiques.
Défauts courants, diagnostic et solutions
Pores dans les pièces coulées
Cause probable : taux élevé d'hydrogène dissous. Solution : augmenter l'intensité du dégazage, vérifier l'absence de sources d'humidité dans la charge, améliorer la manipulation du flux de couverture.
Inclusions de scories en surface
Cause probable : écrémage incomplet ou action insuffisante du flux. Solution : affiner la pratique de l'écrémage, ajuster le dosage du flux ou la méthode de distribution, confirmer la dispersion du mélange dans le rotor.
Perturbations de l'écoulement dans les moules
Cause probable : les turbulences font tomber les films d'oxyde dans la coulée. Solution : utiliser la filtration pour favoriser l'écoulement laminaire, ralentir la vitesse de coulée, utiliser des systèmes de coulée par le bas lorsque c'est possible.
Considérations relatives à la sécurité et à l'environnement
Certains flux chimiques traditionnels contiennent des composés chlorés qui produisent des gaz corrosifs en cas de mauvaise manipulation. L'exposition de l'opérateur doit être réduite au minimum grâce à une ventilation par aspiration locale et à des systèmes d'injection fermés. Envisager l'injection de flux par rotor, ce qui réduit la manipulation à l'air libre. Respectez les réglementations locales en matière de sélection et d'élimination des flux. Utilisez des moniteurs de gaz et une formation pour gérer les risques liés à l'oxygène ou au chlore pendant les opérations de dégazage.
Conseils d'entretien et de fonctionnement pour une fiabilité à long terme
- Inspecter l'usure du rotor et de l'arbre à chaque changement de poste et remplacer les joints avant qu'ils ne soient défectueux.
- Maintenir les filtres de pureté de l'alimentation en gaz pour éviter l'encrassement des buses.
- Stocker les filtres céramiques dans les dimensions de pores appropriées pour correspondre aux déversements prévus.
- Programmer la maintenance préventive des systèmes d'entraînement afin d'éviter les temps d'arrêt imprévus.
- Les procédures de tri des déchets et de traitement des charges sont documentées et appliquées.
Comment les produits ADtech s'intègrent-ils dans les flux de travail modernes de raffinage ?
ADtech fabrique des unités de dégazage en ligne conçues pour être intégrées entre les fours et les lignes de coulée. Ces unités appliquent la flottation des gaz inertes à l'aide d'un rotor tout en fournissant une chaleur contrôlée et des options pour l'injection de flux afin d'obtenir une élimination rapide de l'hydrogène et un meilleur traitement des inclusions. Les solutions de filtration en lit profond d'ADtech utilisent des plaques filtrantes en mousse céramique conçues pour les alliages d'aluminium, offrant une grande efficacité de capture des oxydes et des particules non métalliques juste avant l'entrée dans le moule. Pour les fonderies qui recherchent une qualité prévisible, l'association d'un dégazeur rotatif ADtech et d'un filtre à mousse céramique permet de réduire de manière mesurable les rebuts et les reprises.
| Bénéfice | Impact attendu | Comment cela a-t-il été réalisé ? |
|---|---|---|
| Diminution de l'hydrogène | Moins de défauts de porosité | Dégazage du rotor avec un gaz porteur contrôlé |
| Réduction du nombre d'inclusions | Meilleures propriétés mécaniques | Filtration sur mousse céramique au point d'écoulement |
| Des cycles de production stables | Taux de rebut inférieur | Dégazage et chauffage continus en ligne |
Considérations sur les coûts et le retour sur investissement
L'investissement initial pour les dégazeurs rotatifs et l'équipement sous vide peut être plus élevé que pour le simple lancing. Les coûts d'exploitation comprennent le gaz, le flux, l'électricité et la maintenance. Les économies proviennent d'un rendement plus élevé, d'une réduction des déchets, d'une diminution du temps d'usinage et d'une meilleure acceptation par le client. Évaluez le coût total de possession à l'aide d'essais et enregistrez la réduction des déchets par fusion afin d'estimer la période d'amortissement.
Tendances techniques récentes et orientations de la recherche
Les recherches récentes mettent en évidence les améliorations apportées à la géométrie du rotor, à la modélisation de la distribution de la taille des bulles et à la microstructure optimisée des mousses céramiques, qui augmentent l'efficacité de la filtration sans perte de charge importante. De nouvelles chimies de flux et de nouvelles techniques d'injection de gaz vecteur améliorent la distribution tout en réduisant la charge environnementale. Le dégazage assisté par ultrasons présente un potentiel pour le contrôle de la microstructure des alliages spéciaux. La littérature industrielle recommande de combiner le dégazage par flottation avec la filtration en lit profond pour obtenir l'élimination la plus large possible des contaminants.
Liste de contrôle pour la validation d'un processus de fusion affiné
- Documenter les procédures de tri et de séchage des charges.
- Recette de dégazage en fonction de la vitesse du rotor, du débit de gaz et du temps.
- Enregistrements du type de flux et du dosage par alliage.
- Sélection des médias de filtration et journal des changements.
- Protocole d'échantillonnage et seuils d'acceptation.
- Registres de formation des opérateurs et contrôles de sécurité.
Questions fréquemment posées
- Q : Quelle est la mesure la plus efficace pour réduire les pores ?
A : La mise en œuvre d'un dégazage contrôlé à l'aide d'un rotor rotatif avec un gaz inerte permet généralement d'obtenir la réduction la plus rapide de l'hydrogène dissous et, par conséquent, la diminution la plus importante de la porosité. - Q : La filtration peut-elle éliminer l'hydrogène dissous ?
A : Non. La filtration capture les inclusions solides et les oxydes. Les techniques de dégazage éliminent l'hydrogène dissous dans la matière fondue. - Q : Quand faut-il utiliser les flux ?
A : Utiliser le flux lorsque des films d'oxyde ou des résidus alcalins persistent après l'écumage et le dégazage. Le flux aide à lier et à faire flotter les particules d'oxyde pour les éliminer. - Q : À quelle fréquence les filtres doivent-ils être remplacés ?
A : La fréquence de remplacement dépend du volume de matière fondue et de la charge d'inclusion. Surveiller la chute de pression et l'inspection visuelle pour déterminer les intervalles de remplacement afin d'éviter toute restriction du débit. - Q : Le chlore est-il obligatoire pour un bon dégazage ?
A : Historiquement, les pastilles contenant du chlore amélioraient le dégazage, mais les systèmes rotatifs modernes avec gaz inerte offrent une grande efficacité sans dépendre du chlore. Sélectionnez la chimie des flux en gardant à l'esprit les règles de sécurité et de protection de l'environnement. - Q : Quelle mesure prouve l'amélioration ?
A : La mesure des ppm d'hydrogène à partir de testeurs standard à pression réduite et l'évaluation métallographique du nombre d'inclusions fournissent une preuve objective de l'amélioration. - Q : Les méthodes ultrasoniques peuvent-elles remplacer le dégazage rotatif ?
A : Les techniques ultrasoniques complètent le dégazage rotatif pour les applications spécialisées. Pour les coulées industrielles à grand volume, les unités rotatives restent le choix principal en raison de leur débit et de leur robustesse. - Q : Comment les filtres en mousse céramique se comparent-ils aux filtres tissés ?
A : La mousse céramique assure une capture en profondeur à travers le média, capturant une gamme plus large de tailles d'inclusion tout en maintenant une résistance thermique élevée. Les filtres tissés capturent principalement à la surface et peuvent laisser passer des particules plus fines. - Q : Existe-t-il une norme industrielle pour le niveau d'hydrogène ?
A : Les niveaux d'hydrogène acceptables dépendent des exigences de la pièce moulée. Les pièces structurelles exigent généralement une teneur en hydrogène inférieure à celle des pièces moulées non critiques. Fixer des critères d'acceptation lors de la qualification du produit au moyen d'essais mécaniques. - Q : Quel test initial une fonderie doit-elle effectuer lorsqu'elle modernise un équipement d'affinage ?
A : Effectuer des essais croisés où une variable change à la fois, enregistrer les niveaux d'hydrogène et les paramètres d'inclusion, puis comparer le rendement et le taux de rebut. Utiliser un échantillonnage contrôlé pour valider les améliorations avant le déploiement complet.
Note de cas : avantages du dégazage continu en ligne
Les unités de dégazage continu en ligne installées entre le four et l'équipement de coulée offrent une qualité de fusion constante pour les longs cycles. Elles réduisent les variations d'un cycle à l'autre en traitant le métal juste avant la coulée, tout en assurant le chauffage pour maintenir la température de coulée. Les entreprises qui ont adopté des unités continues font état d'une meilleure homogénéité des produits et d'une réduction du coût global par bonne coulée.
Recette pratique de démarrage pour tester des processus combinés
Pour réaliser un essai contrôlé, suivez cette recette de départ :
- Préparer un lot de charge propre, exempt de déchets contaminés.
- Amener la matière fondue à la température de maintien spécifique à l'alliage dans une fourchette de ±10°C.
- Écumer soigneusement pour éliminer les scories superficielles.
- Faire fonctionner le dégazeur rotatif pendant une fenêtre de temps définie, en réglant la vitesse du rotor de manière à produire de fines bulles sans formation de tourbillons. Décaler légèrement la position du rotor par rapport à l'axe central pour éviter la formation de tourbillons.
- Injecter le flux à faible dose initiale pendant que le rotor tourne, puis vérifier la formation du laitier.
- Filtrer à travers une mousse céramique choisie en fonction de la taille des inclusions attendues.
- Échantillonner en utilisant la méthode de pression réduite et effectuer une métallographie.
- Ajuster les réglages et répéter l'opération jusqu'à ce que les objectifs soient atteints.
Résumé et recommandations finales
Pour obtenir un raffinage fiable, il faut combiner des techniques qui s'attaquent à différentes classes de contaminants : la flottation élimine les gaz dissous, le flux traite les oxydes et la filtration retient les solides. Investissez dans le contrôle des processus, l'échantillonnage et la formation des opérateurs pour garantir une qualité durable. Pour les environnements de production, envisagez des unités de dégazage en ligne intégrées associées à des filtres à mousse céramique pour obtenir des résultats reproductibles et un retour sur investissement mesurable. Pour de nombreuses fonderies, les solutions ADtech représentent un moyen pratique d'intégrer le dégazage rotatif et la filtration en lit profond dans les lignes de production, ce qui permet de réduire les rebuts et d'obtenir des pièces moulées plus prévisibles.
Si vous le souhaitez, un plan d'action personnalisé pour votre mélange d'alliages et vos volumes de production peut être préparé à l'aide d'échantillons de données de fusion, de statistiques de rebut et de spécifications cibles. Ce plan comprendra la recette de dégazage recommandée, la spécification des pores du filtre, le type de flux, le calendrier de maintenance et l'estimation des coûts pour l'amortissement de l'équipement.