Produksi aluminium dengan kemurnian tinggi bergantung pada pendekatan tiga tingkat: rotary degassing untuk menghilangkan hidrogen, injeksi fluks untuk memisahkan logam alkali dan oksida, dan penyaringan busa keramik untuk menangkap inklusi padat secara fisik.
Mencapai pengecoran tanpa cacat membutuhkan kepatuhan yang ketat terhadap langkah-langkah ini di rumah tuang. Tanpa pemurnian yang efektif, lelehan cair akan mengalami porositas dan sifat mekanik yang lemah. Standar industri melibatkan penempatan unit degassing inline antara tungku penampung dan meja pengecoran. Unit ini memasukkan gas inert seperti nitrogen atau argon yang berikatan dengan hidrogen. Secara bersamaan, filter busa keramik (CFF) yang menggunakan mekanisme penyaringan dalam-dalam (deep-bed filtration) menjebak partikel non-logam berukuran mikron. Menerapkan sistem terintegrasi ini menjamin kepatuhan terhadap standar kualitas ASTM dan secara signifikan menurunkan tingkat skrap dalam pemrosesan hilir.
Kebutuhan Kritis untuk Pemurnian dalam Metalurgi Modern
Aluminium mentah yang keluar dari tungku peleburan atau daur ulang jarang cukup bersih untuk aplikasi kelas atas seperti aerospace, otomotif, atau manufaktur foil. Lelehannya mengandung musuh yang membahayakan integritas struktural.
Operator menghadapi tiga kontaminan utama:
-
Gas Hidrogen: Satu-satunya gas yang larut dalam aluminium cair. Ini menyebabkan porositas (lubang kecil) selama pemadatan.
-
Film Oksida (Sampah): Aluminium bereaksi seketika dengan oksigen, menciptakan lapisan yang melemahkan kontinuitas logam.
-
Logam Alkali: Unsur-unsur seperti Sodium (Na), Lithium (Li), dan Kalsium (Ca) yang mengurangi keuletan.
ADtech berfokus pada solusi rekayasa yang mengatasi kontaminan spesifik ini. Jika Anda melewatkan pemurnian, Anda berisiko mengalami kegagalan produk. Inklusi oksida tunggal dapat menyebabkan sobekan pada foil pengukur tipis atau retakan pada velg.
Mekanisme Penyerapan Hidrogen
Kelembaban adalah sumber utama hidrogen. Hidrogen berasal dari udara yang lembap, peralatan yang lembap, atau refraktori yang tidak sepenuhnya kering. Ketika uap air (H2O) menyentuh aluminium cair (Al), maka terjadilah suatu reaksi:
Atom hidrogen berdifusi ke dalam lelehan. Ketika logam mendingin, kelarutan hidrogen turun secara drastis, memaksa gas keluar dari larutan dan membentuk gelembung. Kita harus mengeluarkan gas ini sebelum logam membeku.
Teknologi Pemurnian Primer
Memurnikan aluminium cair bukanlah satu langkah. Ini adalah rangkaian operasi. Kami akan memeriksa teknologi inti yang digunakan secara global dan oleh ADtech untuk memastikan kebersihan lelehan.
1. Sistem Degassing Putar
Cara yang paling efisien untuk menghilangkan hidrogen adalah degassing putar. Proses ini melibatkan rotor yang berputar dan poros yang terendam dalam lelehan. Sistem menyuntikkan gas inert (Argon atau Nitrogen) melalui poros.
Rotor yang berputar memotong gelembung gas yang besar menjadi jutaan gelembung mikro yang kecil. Hal ini meningkatkan area permukaan secara signifikan.
Bagaimana cara kerjanya:
-
Difusi: Atom hidrogen dalam lelehan ditarik ke tekanan parsial rendah di dalam gelembung gas inert.
-
Flotasi: Gelembung-gelembung tersebut naik ke permukaan, membawa hidrogen keluar.
-
Penghapusan Inklusi: Gelembung-gelembung tersebut juga menempel pada partikel oksida, mengapungkannya ke lapisan sampah untuk dilakukan skimming.
Unit degassing ADtech menggunakan desain rotor yang dioptimalkan untuk mencegah pusaran. Pusaran dapat menyedot sampah permukaan kembali ke dalam lelehan, sehingga tidak sesuai dengan tujuannya.
2. Injeksi Fluks (Fluks)
Fluks melibatkan penambahan garam kimia ke dalam lelehan. Sementara penambahan manual adalah hal yang umum di masa lalu, lini modern menggunakan mesin injeksi otomatis. Mesin-mesin ini menyuntikkan campuran yang tepat dari fluks butiran dan gas inert jauh ke dalam rendaman leleh.
Fungsi Fluks:
-
Agen pembasah: Hal ini mengubah tegangan permukaan, sehingga memungkinkan aluminium yang terperangkap di dalam sampah mengalir kembali ke dalam bak mandi.
-
Pembersihan Kimia: Fluks tertentu bereaksi dengan Kalsium atau Natrium untuk menghilangkannya.
-
Pembersihan Dinding: Fluks eksotermik membantu menjaga dinding tungku bebas dari penumpukan korundum.
3. Filtrasi Busa Keramik (CFF)
Filtrasi adalah penjaga gerbang terakhir. Diposisikan tepat sebelum meja pengecoran, kotak filter menampung Filter Busa Keramik. ADtech mengkhususkan diri dalam pembuatan CFF, menggunakan bahan alumina atau silikon karbida berikatan fosfat tinggi.
Filter bekerja melalui dua mekanisme:
-
Filtrasi Kue: Partikel besar terhalang pada permukaan filter.
-
Filtrasi lapisan dalam: Partikel yang lebih kecil terperangkap di dalam jalur berliku-liku dari struktur internal filter akibat gravitasi, gesekan, dan afinitas kimiawi.
Memilih Parameter Filtrasi yang Benar
Memilih filter yang tepat adalah sebuah rekayasa, bukan menebak-nebak. Metrik yang digunakan adalah PPI (Pori-pori Per Inch). PPI yang lebih tinggi berarti penyaringan yang lebih halus tetapi membutuhkan tekanan kepala logam yang lebih tinggi untuk memulai aliran.
Matriks Pemilihan Filter
Tabel berikut ini memberikan data mengenai pemilihan filter berdasarkan aplikasi.
| Jenis Aplikasi | PPI yang direkomendasikan | Bahan Filter | Tujuan Utama |
| Billet Ekstrusi Standar | 30 - 40 PPI | Alumina / SiC | Menghilangkan oksida besar, mencegah garis mati. |
| Pengecoran Otomotif (Roda) | 40 - 50 PPI | Silikon Karbida | Menghilangkan inklusi yang menyebabkan keretakan. |
| Paduan Kedirgantaraan | 50 - 60 PPI | Alumina Tinggi | Kemurnian maksimum untuk ketahanan terhadap kelelahan. |
| Stok Tubuh Kaleng | 50 PPI | Alumina | Mencegah sobek selama penggulungan. |
| Penggulungan Foil (Pengukur Tipis) | 60+ PPI | Alumina Tinggi | Tidak diperlukan lubang jarum. |
Catatan: Para teknisi ADtech menyarankan untuk memanaskan kotak filter terlebih dahulu untuk menghindari guncangan termal yang bisa membuat keramik retak.
Interaksi Degassing dan Filtrasi
Operator sering bertanya apakah mereka dapat melakukan hanya satu dari langkah-langkah ini. Jawabannya adalah tidak. Keduanya berfungsi bersama-sama.
Jika Anda menyaring tanpa melakukan degassing, logam akan tetap memiliki porositas hidrogen. Jika Anda melakukan degassing tanpa menyaring, inklusi akan lolos. Bahkan, unit degassing sering kali menggumpalkan inklusi kecil menjadi gumpalan yang lebih besar. Filter hilir kemudian menangkap gumpalan ini dengan mudah.
Strategi Penempatan:
Tata letak standar untuk jalur pengecoran adalah:
-
Tungku.
-
Launder.
-
Unit Degassing ADtech.
-
Kotak Filter ADtech (CFF).
-
Meja Pengecoran.
Urutan ini sangat penting. Degassing menciptakan turbulensi. Anda ingin turbulensi itu terjadi sebelum filter sehingga alirannya laminar (lancar) ketika memasuki cetakan.
Mengoptimalkan Proses: Laju Aliran dan Kecepatan Rotor
Keberhasilan terletak pada detailnya. Menjalankan unit degassing pada kecepatan maksimum tidak selalu lebih baik. Kecepatan yang berlebihan menciptakan turbulensi permukaan, mengekspos logam segar ke oksigen atmosfer.
Parameter Operasional yang Direkomendasikan
| Parameter | Kisaran Standar | Dampak Penyimpangan |
| Kecepatan Rotor (RPM) | 350 - 550 RPM | Terlalu tinggi akan menciptakan sampah; terlalu rendah akan mengurangi penyebaran gelembung. |
| Laju Aliran Gas (L/menit) | 15 - 25 L/menit | Terlalu tinggi akan menimbulkan “mendidih”; terlalu rendah akan gagal menghilangkan H2. |
| Suhu Logam | 700°C - 750°C | Suhu rendah menyumbat filter; suhu tinggi meningkatkan penyerapan H2. |
| Saring Pra-panas | 15 - 20 menit | Kurangnya pemanasan awal menyebabkan logam beku menghalangi filter. |
Operator harus mengkalibrasi pengaturan ini berdasarkan jenis paduan. Paduan seri 5000 (Magnesium tinggi) berperilaku berbeda dari seri 6000 (Magnesium-Silikon).
Studi Kasus: Meningkatkan Hasil Panen di Michigan, AS
Lokasi: Fasilitas Die-Casting Otomotif, Michigan
Waktu: Februari 2023
Tantangan Klien:
Pemasok Tier-1 untuk baki baterai kendaraan listrik menghadapi tingkat penolakan sebesar 8,5%. Cacat diidentifikasi sebagai inklusi oksida dan porositas hidrogen. Suku cadang tersebut gagal dalam uji kekencangan tekanan. Fasilitas ini hanya menggunakan filter mesh sederhana dan fluks manual.
Solusi ADtech:
Kami menerapkan peningkatan pemurnian holistik.
-
Instalasi: Mengganti bagian pencucian untuk mengakomodasi ADtech Online Degassing Unit (desain rotor ganda yang ringkas).
-
Filtrasi: Memasang kotak filter dua tahap menggunakan 40 PPI yang diikuti dengan filter busa keramik 50 PPI.
-
Perubahan Proses: Beralih dari fluks manual ke injeksi otomatis di dalam ruang degassing.
Hasil:
Setelah masa uji coba selama 30 hari, data menunjukkan peningkatan yang signifikan.
-
Pengurangan Sampah: Tingkat penolakan turun dari 8,5% menjadi 1,2%.
-
Indeks Kepadatan: Meningkat dari 8% menjadi di bawah 1,5% (mengindikasikan hidrogen rendah).
-
ROI: Pengurangan biaya peleburan ulang yang dibayarkan untuk peningkatan peralatan dalam waktu empat bulan.
Kimia Fluks Tingkat Lanjut
Fluks bukan hanya garam. Ini adalah alat kimia yang canggih.
1. Meliputi Fluks:
Digunakan di dalam tungku. Ini mengapung di atas lelehan untuk menciptakan penghalang terhadap udara. Ini mencegah oksidasi.
2. Fluks yang tidak berguna:
Ditambahkan sebelum melakukan skimming. Ini menciptakan reaksi eksotermik (panas) yang memisahkan aluminium berharga dari kulit oksida (sampah). Hal ini memastikan Anda hanya membuang sampah, bukan logam yang baik.
3. Membersihkan Fluks:
Disuntikkan ke dalam lelehan. Ini membantu mengangkat inklusi ke atas. ADtech menyediakan fluks granular yang bebas natrium untuk paduan di mana natrium merupakan kontaminan (seperti paduan magnesium tinggi).
Injeksi Fluks vs Penambahan Manual
Penambahan secara manual tidak konsisten. Satu operator mungkin memasukkan terlalu banyak, operator lainnya terlalu sedikit. Injeksi menjamin distribusi yang homogen. Gas pembawa (Nitrogen) membantu menyebarkan fluks ke seluruh kedalaman rendaman.
Pemeliharaan dan Umur Panjang Peralatan Pemurnian
Performa peralatan akan menurun tanpa perawatan. Rotor dalam unit degassing adalah bahan habis pakai. Biasanya terbuat dari grafit atau silikon nitrida.
Pemeriksaan Perawatan Umum:
-
Erosi Rotor: Grafit teroksidasi seiring waktu. Kepala rotor yang terkikis akan kehilangan geometrinya, sehingga gagal menggeser gelembung secara efektif. Periksa dimensi setiap minggu.
-
Elemen Pemanas: Di dalam kotak filter, pemanas listrik mempertahankan suhu. Jika salah satu gagal, logam bisa membeku.
-
Segel Integritas: Gasket di sekeliling pelat filter harus rapat. Jika segel gagal, logam akan melewati filter, sehingga prosesnya tidak berguna.
Tabel Harapan Hidup
| Komponen | Bahan | Perkiraan Umur |
| Rotor Degassing | Silikon Nitrida | 6 - 12 Bulan |
| Rotor Degassing | Grafit | 3 - 6 minggu |
| Tabung Perlindungan Pemanas | SiC | 6 - 12 Bulan |
| Filter Busa Keramik | Alumina | Sekali Pakai (Sekali Pakai) |
| Pencuci / Pelapis | Tahan api | 1 - 2 Tahun |
Catatan: Silikon Nitrida lebih mahal di awal tetapi menawarkan umur panjang yang lebih unggul dibandingkan dengan grafit.
Peran Penyuling Biji-bijian
Sementara pemurnian menghilangkan hal-hal yang buruk, penghalusan butiran menambahkan hal-hal yang baik. Seringkali ditambahkan tepat setelah unit degassing, penghalus butiran (biasanya batang Titanium-Boron) menentukan struktur mikro aluminium.
Struktur butiran yang halus dan sama rata memungkinkan pengecoran mengalir lebih baik dan tahan terhadap keretakan. Sistem pengumpanan ADtech dapat mengotomatiskan penambahan kawat AlTiB untuk memastikan ukuran butiran yang konsisten di seluruh bagian tuang.
Pertimbangan Lingkungan dalam Pemurnian
Pemurnian aluminium modern harus ramah lingkungan. Metode lama yang menggunakan gas Klorin untuk degassing berbahaya dan ilegal di banyak yurisdiksi.
Pendekatan ADtech untuk Keberlanjutan:
-
Bebas Klorin: Kami menggunakan Nitrogen atau Argon, yang aman dan berlimpah.
-
Mengurangi sampah: Fluks yang efisien mengurangi jumlah aluminium yang dikirim ke TPA sebagai sampah.
-
Efisiensi Energi: Kotak filter kami menggunakan insulasi efisiensi tinggi, sehingga mengurangi energi yang dibutuhkan untuk menjaga agar logam tetap panas.
Mengurangi scrap adalah kontribusi lingkungan terbesar. Setiap ton besi tua yang harus dilebur kembali menghabiskan gas alam dan listrik dalam jumlah besar. Melakukannya dengan benar sejak awal adalah strategi ramah lingkungan yang paling utama.
Nuansa Teknis
Untuk benar-benar memahami proses pemurnian aluminium, kita harus melihat cacat yang spesifik.
Inklusi: Ini adalah partikel non-logam. Partikel ini dapat berupa oksida (film), karbida, atau borida. Inklusi yang keras akan merusak alat pemesinan di kemudian hari dalam prosesnya.
Penghapusan Alkali: menghilangkan Kalsium sangat penting untuk produksi foil. Bahkan jumlah yang sedikit pun dapat menyebabkan foil pecah selama penggulungan.
Kualitas Metalurgi: Ini mengacu pada kebersihan secara keseluruhan. Alat-alat seperti PoDFA (Porous Disc Filtration Apparatus) atau pengukuran Prefil memungkinkan para insinyur untuk mengukur kebersihan. Peralatan ADtech membantu fasilitas mencapai kurva Prefil yang unggul.
Saat mencari solusi casthouse, manajer harus memprioritaskan sistem modular. Unit degassing modular dapat dipasang ke dalam saluran yang ada tanpa pekerjaan sipil yang besar.
Pemecahan Masalah Masalah Pemurnian Umum
Bahkan dengan peralatan terbaik sekalipun, ada saja yang tidak beres. Berikut ini adalah matriks pemecahan masalah untuk operator casthouse.
Masalah: Tingkat Hidrogen Tinggi setelah Degassing
-
Penyebabnya: Hari dengan kelembaban tinggi?
-
Penyebabnya: Kecepatan rotor terlalu rendah?
-
Penyebabnya: Kebocoran gas pembawa?
-
Perbaiki: Tingkatkan aliran gas sedikit, periksa saluran gas apakah ada kebocoran, pastikan rotor tidak aus.
Masalah: Penyumbatan Filter (Pembekuan)
-
Penyebabnya: Suhu logam terlalu rendah.
-
Penyebabnya: Pemanasan awal kotak filter tidak memadai.
-
Perbaiki: Periksa suhu tungku. Pastikan pemanas kotak filter aktif 30 menit sebelum pengecoran.
Masalah: Inklusi ditemukan dalam Produk Akhir
-
Penyebabnya: Bypass filter (segel buruk).
-
Penyebabnya: Pencucian kotor setelah filter.
-
Perbaiki: Periksa paking yang mengembang pada CFF. Bersihkan mesin cuci dengan ketat.
Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)
Berikut ini adalah pertanyaan-pertanyaan utama yang diajukan oleh para manajer casthouse dan ahli metalurgi mengenai proses pemurnian.
1. Apa metode yang paling efektif untuk menghilangkan hidrogen dalam aluminium?
Rotary degassing menggunakan gas inert seperti Argon atau Nitrogen adalah standar industri. Ini secara fisik membawa hidrogen keluar dari lelehan melalui pengapungan gelembung.
2. Mengapa fluks diinjeksikan dan bukan dilemparkan ke atas?
Injeksi memastikan fluks menyentuh seluruh volume logam, bukan hanya permukaannya saja. Hal ini meningkatkan efisiensi reaksi dan mengurangi jumlah fluks yang dibutuhkan.
3. Seberapa sering saya harus mengganti Filter Busa Keramik?
CFF adalah barang sekali pakai. Anda harus menggantinya setiap kali selesai gips atau setiap kali penurunan tekanan menjadi terlalu tinggi, yang mengindikasikan adanya penyumbatan.
4. Dapatkah saya menggunakan Nitrogen sebagai pengganti Argon untuk degassing?
Ya, Nitrogen lebih murah dan banyak digunakan. Namun, untuk paduan teknologi tinggi tertentu atau ketika menggunakan Lithium, Argon diperlukan karena Nitrogen dapat bereaksi membentuk nitrida.
5. Apa perbedaan antara PPI dan ukuran mata jaring?
PPI adalah singkatan dari Pori-pori Per Inch dalam filter busa. Jaring mengacu pada layar kawat. 30 PPI adalah kekasaran standar; 60 PPI baik-baik saja. PPI yang lebih tinggi menangkap partikel yang lebih kecil.
6. Bagaimana ADtech memastikan kotak filter tidak mendinginkan logam?
Kotak filter ADtech dilapisi dengan bahan tahan api yang canggih dan sering kali dilengkapi dengan pemanas tutup untuk menjaga keseimbangan termal.
7. Apa yang menciptakan sampah di dalam tungku?
Sampah terbentuk ketika aluminium bereaksi dengan oksigen di udara. Turbulensi dan suhu tinggi mempercepat reaksi ini.
8. Apakah gas klorin masih digunakan untuk pemurnian?
Hal ini jarang terjadi karena toksisitas dan peraturan lingkungan. Beberapa fasilitas menggunakan campuran 90% Nitrogen / 10% Klorin, tetapi gas inert murni lebih disukai demi keamanan.
9. Apa yang terjadi jika kecepatan rotor terlalu tinggi?
Hal ini menciptakan pusaran yang menghisap sampah permukaan dan udara ke dalam lelehan, yang sebenarnya membuat kualitasnya menjadi lebih buruk. Hal ini juga membuat rotor lebih cepat aus.
10. Dapatkah pemurnian menghilangkan besi dari aluminium?
Tidak. Besi dilarutkan secara kimiawi di dalam aluminium. Filtrasi dan degassing tidak dapat menghilangkan elemen terlarut seperti besi atau mangan; mereka hanya menghilangkan padatan dan gas.
Pendapat Akhir tentang Kualitas Lelehan
The proses pemurnian aluminium menentukan nilai produk akhir Anda. Baik Anda melakukan pengecoran billet, slab, atau ingot, keberadaan hidrogen dan inklusi tidak dapat dinegosiasikan - keduanya harus ada.
ADtech menyediakan perangkat keras dan keahlian untuk mengamankan kualitas ini. Dengan menggabungkan rotary degassing yang efisien dengan injeksi fluks yang tepat dan filtrasi keramik deep-bed, kami membantu pengecoran mencapai standar global. Biaya pemurnian adalah sebagian kecil dari biaya pengiriman yang ditolak.
Berinvestasi dalam teknologi ADtech memastikan logam Anda bersih, pelanggan Anda puas, dan tempat sampah Anda tetap kosong.