Menambahkan garam dan soda ke dalam aluminium cair meningkatkan kualitas pengecoran dengan menghilangkan oksida dan gas terlarut, meningkatkan logam yang lebih bersih, mengurangi porositas, dan melindungi permukaan lelehan. Ketika campuran garam dan senyawa karbonat yang tepat digunakan pada suhu dan dosis yang terkendali, mereka membantu menghilangkan hidrogen, menjebak inklusi non-logam, dan membuat penutup pelindung pada rendaman. Efek ini menurunkan kehilangan skrap, meningkatkan hasil pengecoran, dan meningkatkan sifat mekanik komponen jadi.
Ikhtisar singkat tentang kesimpulan
Menggunakan fluks garam berbasis klorida (biasanya campuran NaCl dan KCl) bersama dengan agen karbonat (biasanya natrium karbonat, sering disebut soda pencuci) menghasilkan beberapa efek yang menguntungkan: reaksi fluks melucuti film oksida, lapisan fluks menjebak inklusi, dan dekomposisi karbonat atau kimia fluks mendorong pembentukan gelembung yang membantu menghilangkan hidrogen terlarut. Pemilihan komposisi, suhu, dan penanganan yang tepat mengurangi emisi berbahaya dan limbah garam sekaligus menghasilkan coran yang lebih halus dan lebih padat.
Baca juga: Bagaimana cara memurnikan aluminium cair?
Apa yang dimaksud dengan “garam” dan “soda” dalam pengecoran aluminium
Garam (fluks)campuran padat garam anorganik yang digunakan untuk menutupi, melindungi, dan memurnikan aluminium cair. Basa yang umum digunakan adalah natrium klorida (NaCl) dan kalium klorida (KCl), yang sering kali dikombinasikan dengan fluorida atau bahan tambahan lainnya untuk meningkatkan pembasahan, menurunkan titik leleh, atau membantu pembuangan kotoran. Campuran ini sering disebut fluks garam atau kue garam.
Soda (soda cuci)Biasanya berupa natrium karbonat (Na₂CO₃). Dalam penggunaan pengecoran, “soda” dapat ditaburkan atau dimasukkan ke dalam campuran fluks untuk mendorong penggelembungan atau untuk menetralkan kontaminan tertentu. Pengecoran rumahan dan sumber skala kecil sering kali merekomendasikan kristal soda untuk degassing; formulasi industri dapat memasukkan sumber karbonat di antara komponen lainnya.
Bagaimana fluks garam meningkatkan aluminium cair
Penutup fluks, penanganan oksida, dan perlindungan permukaan
Lapisan garam cair yang ditempatkan di atas logam membentuk penghalang fisik yang mencegah oksidasi ulang yang cepat pada permukaan aluminium. Garam membasahi lapisan oksida, mendorong pemecahan dan penggabungannya ke dalam lapisan garam yang dapat disingkirkan. Lapisan garam juga mengurangi kehilangan logam dengan membatasi kontak udara langsung selama penahanan dan pemindahan.
Interaksi kimiawi yang membantu menghilangkan kotoran
Komponen klorida dan fluorida dalam banyak fluks bereaksi dengan oksida permukaan dan dengan pengotor paduan untuk membentuk senyawa yang dapat larut atau dilepas. Reaksi klorinasi dapat mendorong pembentukan spesies aluminium klorida dalam fase fluks, yang membantu mengupas lapisan oksida tipis dari permukaan logam dan menggumpalkannya menjadi buih. Analisis termodinamika menunjukkan bahwa campuran garam yang disesuaikan dapat mendorong transfer pengotor dari logam ke garam.
Kontribusi terhadap degassing (penghilangan hidrogen)
Komponen fluks menyediakan tempat untuk nukleasi gelembung dan dapat menghasilkan produk reaksi gas yang membantu evakuasi hidrogen. Ketika bahan karbonat atau fluks reaktif terurai atau bereaksi, gas yang dihasilkan mengurangi tekanan parsial hidrogen di dalam gelembung pembentuk, mendorong difusi hidrogen terlarut keluar dari logam ke dalam gelembung. Gelembung itu kemudian naik dan keluar, membawa hidrogen. Kombinasi pembasahan, reaksi kimia, dan pembentukan gelembung ini merupakan alasan utama mengapa fluks meningkatkan kontrol porositas.
Modifikasi tegangan antarmuka dan fluiditas logam
Fluks garam mengubah tegangan antarmuka antara aluminium cair dan oksida permukaan. Tegangan antar muka yang lebih rendah membantu film oksida yang terperangkap menyatu dan terlepas, meningkatkan aliran logam dan memungkinkan pemisahan sampah dengan lebih sedikit masuknya logam. Penelitian tentang fluks NaCl-KCl mendokumentasikan efek ini dan menghubungkannya dengan peningkatan penghilangan inklusi selama peleburan ulang.
Bagaimana natrium karbonat (soda cuci) membantu melelehkan
Aksi pembentukan gas dan pengadukan mekanis
Natrium karbonat dapat terurai atau bereaksi di bawah kondisi logam cair untuk menghasilkan CO₂ dan spesies gas lainnya dalam zona mikro, menciptakan gelembung kecil yang membantu hidrogen meninggalkan lelehan. Gas-gas ini bertindak seperti pengaduk mikro, meningkatkan pembentukan gelembung dan keluar dari aluminium. Penggunaan soda secara praktis adalah hal yang umum di toko-toko kecil untuk membantu proses degassing.
Menetralkan kontaminan tertentu
Karbonat dapat menetralkan spesies asam dalam fluks atau bereaksi dengan residu halida, mengubah kimiawi lokal pada antarmuka. Dalam fluks yang diformulasikan, keberadaan karbonat adalah salah satu tuas yang digunakan para insinyur untuk menyetel titik leleh, keterbasahan, dan perilaku berbusa.
Tabel 1: Komponen dan peran umum dalam sistem garam + soda
| Komponen | Peran khas dalam perawatan peleburan | Konsentrasi khas (campuran industri) |
|---|---|---|
| NaCl (natrium klorida) | Matriks garam primer, menyediakan penutup dan pembasahan | 30-60% berdasarkan massa dalam banyak campuran. |
| KCl (kalium klorida) | Menurunkan titik leleh campuran garam, meningkatkan aliran | 20-50% dari basis garam. |
| Na₂CO₃ (natrium karbonat) | Sumber gas untuk gelembung mikro, membantu proses degassing | Variabel, sering kali berupa persen tambahan kecil; digunakan secara terpisah oleh beberapa operator. |
| Na₃AlF₆, Na₂SiF₆ (aditif fluorida) | Membantu penghilangan oksida dengan aksi kimiawi, meningkatkan reaktivitas fluks | Tambahan kecil, tergantung produk. |
| Pengikat berpemilik bebas fluorida | Mengurangi debu dan asap selama aplikasi | Hadir dalam formulasi rendah emisi. |
Resep praktis dan parameter pengoperasian
Di bawah ini adalah kisaran umum yang ditemui dalam praktik industri. Ini adalah titik awal. Setiap pengecoran harus memvalidasi campuran dan prosedur dalam uji coba yang mencakup pengujian metalurgi dan pemantauan emisi.
Tabel 2: Contoh parameter proses untuk penggunaan fluks dan soda
| Langkah operasi | Nilai atau tindakan yang khas |
|---|---|
| Panaskan terlebih dahulu fluks | Panaskan fluks untuk menghilangkan kelembapan; targetkan 100-200 ° C tergantung pada petunjuk produk. |
| Suhu leleh untuk penutup | 680-760 ° C untuk banyak paduan aluminium; periksa spesifikasi paduan. |
| Dosis fluks | 0,5-2,5% massa logam untuk banyak tablet atau bubuk fluks, tergantung operator. |
| Dosis soda (jika digunakan) | Jumlah kecil, sering ditaburkan; titik awal percobaan 0,1-0,5% massa logam untuk hobi/skala kecil, formula industri bervariasi. |
| Waktu tunggu setelah penambahan fluks | 3-10 menit dalam banyak rutinitas toko; waktu yang lebih lama mungkin diperlukan untuk kontaminasi berat. |
Tabel 3: Membandingkan opsi penyempurnaan lelehan
| Metode | Kekuatan utama | Keterbatasan | Kombinasi khas dengan garam + soda |
|---|---|---|---|
| Fluks garam | Murah, menutupi lelehan, membantu penghilangan oksida dan degassing | Menghasilkan lapisan garam, debu, kemungkinan emisi halida | Sering digunakan bersama dengan soda untuk toko-toko kecil atau ketika sistem gas terbatas. |
| Degassing gas inert putar (argon, nitrogen) | Penghilangan hidrogen yang sangat efektif, residu bahan kimia yang rendah | Biaya peralatan, membutuhkan pasokan gas dan sistem rotor | Sering kali lebih disukai untuk coran berkualitas tinggi; dapat digunakan setelah fluks. |
| Degassing fluks tablet/padat (tablet yang telah dibentuk sebelumnya) | Dosis terkendali, debu lebih rendah, konsisten | Biaya produk, diperlukan disiplin operator | Banyak operasi yang memilih tablet untuk penanganan yang lebih bersih. |
Pertimbangan lingkungan, kesehatan, dan pengelolaan limbah
Emisi dan produk sampingan
Operasi fluks dapat menghasilkan partikulat di udara, hidrogen klorida, dan senyawa aluminium klorida yang mudah menguap selama proses kimiawi klorinasi yang agresif. Studi dan tesis tentang fluks garam padat menekankan perlunya kontrol emisi dan alternatif proses untuk mengurangi HCl, AlCl₃, dan debu. Ekstraksi asap yang tepat, pengantongan kue garam, dan pemilihan formulasi fluks berasap rendah mengurangi bahaya.
Penanganan dan daur ulang kue garam
Kue garam yang terakumulasi setelah peleburan mengandung residu logam dan garam campuran. Praktik industri sering kali menangkap, mendinginkan, dan memproses ulang salt cake; daur ulang mengurangi konsumsi bahan baku dan biaya pembuangan. Studi ekonomi menjelaskan bahwa daur ulang garam masuk akal untuk operasi besar, meskipun kontaminasi mempengaruhi ekonomi.
Aturan keselamatan
- Hindari menambahkan garam lembab atau basah ke logam panas; uap, percikan, atau ledakan dapat terjadi.
- Gunakan fluks yang telah dipanaskan sebelumnya atau metode penanganan dengan kelembapan rendah.
- Menyediakan perlindungan pernapasan, ekstraksi lokal, dan pelatihan operator untuk menangani produk yang mengandung halida.
Di mana produk ADtech berada dalam alur kerja
ADtech memproduksi unit degassing, filter deep-bed, dan pelat filter keramik yang melengkapi praktik garam + soda di lantai toko. Kasus penggunaan:
- Unit degassing (ADtech): Mengganti atau menambah penghilangan hidrogen berbasis fluks. Degassing inert-gas rotary atau in-line mengurangi residu kimia dan meminimalkan produksi salt cake untuk volume yang lebih tinggi atau pekerjaan dengan kualitas yang lebih tinggi.
- Sistem penyaringan dalam tempat tidur (ADtech): Menghilangkan inklusi non-logam dan partikel sampah di bagian hilir fluks, menghasilkan logam yang lebih bersih dan hasil akhir permukaan yang lebih konsisten.
- Pelat filter keramik (ADtech): Menyediakan filtrasi partikulat akhir sebelum menuangkan; media keramik mentoleransi suhu dan memberikan filtrasi mekanis yang kuat.
Menggabungkan peralatan degassing ADtech dengan penggunaan fluks selektif dapat mengoptimalkan hasil dan mengurangi jejak lingkungan. Jika operasi menargetkan kontrol porositas yang ketat dan sifat metalurgi yang dapat diprediksi, degassing gas inert dan penyaringan dalam adalah jalur yang direkomendasikan. (Pernyataan perusahaan ini konsisten dengan penawaran produk ADtech).
Cara mengaplikasikan garam dan soda dengan aman dalam prosedur langkah praktik
- Menilai tingkat kontaminasi: Tentukan apakah kotoran berasal dari kotoran permukaan, kualitas skrap, atau kelembapan yang terperangkap.
- Panaskan fluks: Keringkan campuran garam untuk menghilangkan kelembapan sebelum dimasukkan. Hal ini mencegah reaksi uap yang hebat.
- Singkirkan sampah yang berat: Bersihkan kotoran kasar dan kerak yang terkontaminasi sebelum melakukan fluks.
- Terapkan fluks dengan lembut: Taburkan atau letakkan fluks yang telah dipanaskan sebelumnya pada permukaan rendaman; biarkan meleleh dan membentuk lapisan yang membasahi oksida. Dosis berdasarkan massa logam dan petunjuk produk.
- Secara opsional tambahkan soda: Jika menggunakan natrium karbonat untuk dukungan degassing, gunakan sedikit demi sedikit secara bertahap; perhatikan adanya peningkatan asap atau buih.
- Biarkan waktu reaksi: Berikan waktu yang cukup untuk transfer oksida ke dalam penutup garam dan untuk pembentukan gelembung untuk mengeluarkan hidrogen. Biasanya beberapa menit; verifikasi dengan pengambilan sampel.
- Kue garam skim: Buang lapisan kue garam bersama dengan sampah yang terperangkap. Kumpulkan untuk didaur ulang.
- Degassing dan filtrasi mekanis opsional: Dilanjutkan dengan degassing gas inert dan penyaringan deep-bed untuk kesehatan internal dan kualitas permukaan terbaik.
Masalah umum dan solusi
- Asap atau bau yang berlebihan: Periksa kadar air dan kimia fluks. Beralih ke formulasi atau tablet rendah asap. Tingkatkan ekstraksi lokal.
- Penghilangan hidrogen yang buruk: Pertimbangkan untuk menggabungkan fluks garam dengan degassing rotari atau menggunakan unit degassing ADtech. Verifikasi dosis dan waktu tunggu.
- Logam yang terbawa ke dalam kue garam: Mengurangi penundaan skimming, dan menggunakan dosis fluks dan viskositas yang tepat; meningkatkan kontrol suhu.
Teknologi pelengkap dan alternatif
- Fluks tablet: Alternatif yang telah ditentukan, rendah debu untuk garam lepas, lebih mudah ditangani di toko-toko otomatis.
- Degassing putar gas inert: Efektif untuk menghilangkan hidrogen, khususnya untuk komponen berkekuatan tinggi atau bertekanan tinggi.
- Kontrol atmosfer tungku dan praktik pengikisan kering: Mengurangi kontaminasi bahan baku dan menurunkan permintaan fluks.
Pertanyaan Umum
1) Mengapa pengecoran menggunakan campuran NaCl + KCl dan bukan hanya satu garam?
Pencampuran NaCl dengan KCl menurunkan titik leleh dan meningkatkan kinerja pembasahan sekaligus memberikan viskositas yang dapat diterapkan untuk penyerapan oksida. Campuran memberikan perilaku pelapisan yang praktis tanpa volatilitas yang berlebihan.
2) Dapatkah soda saja menghilangkan hidrogen dari aluminium cair?
Natrium karbonat dapat mendorong pembentukan gelembung yang membantu pelepasan hidrogen, tetapi soda saja biasanya tidak cukup untuk degassing penuh pada coran berkualitas tinggi. Metode ini berfungsi paling baik jika dikombinasikan dengan metode lainnya.
3) Apakah fluks garam aman bagi operator?
Jika ditangani dengan benar dengan pemanasan awal, ekstraksi, dan alat pelindung diri, fluks garam dapat dilakukan dengan aman. Risiko utama meliputi asap, debu, dan reaksi dengan uap air; kontrol dapat mengurangi bahaya ini.
4) Bagaimana kue garam dibuang atau digunakan kembali?
Banyak pabrik yang mendapatkan kembali kue garam melalui pencucian, pengolahan, atau pemrosesan termal untuk mendapatkan kembali garam dan sisa logam. Daur ulang mengurangi biaya dan volume limbah.
5) Apakah fluks garam akan mengubah kimia paduan?
Fluks dapat menghilangkan jejak kontaminan dan mengubah kimia permukaan melalui reaksi klorida atau fluorida; namun, fluks yang diformulasikan dengan benar tidak secara signifikan mengubah komposisi paduan curah bila digunakan dengan benar. Verifikasi dengan spektrometri.
6) Apakah soda meningkatkan porositas jika digunakan secara berlebihan?
Dosis karbonat yang berlebihan dapat menghasilkan buih atau gelembung yang tidak stabil yang memerangkap gas dan bukan mengeluarkannya. Dosis dan uji coba yang terkendali dapat mencegah masalah tersebut.
7) Mana yang lebih baik untuk komponen berintegritas tinggi: fluks atau rotary degassing?
Degassing gas inert putar biasanya memberikan kontrol hidrogen yang unggul untuk komponen penting. Fluks tetap bermanfaat untuk menghilangkan oksida dan pemrosesan skrap. Pendekatan gabungan sering kali memberikan hasil terbaik.
8) Dapatkah saya menghilangkan fluks dengan menggunakan peralatan modern?
Degassing dan filtrasi tingkat lanjut mengurangi ketergantungan fluks, namun aliran skrap tertentu atau kondisi peleburan yang cepat masih mendapat manfaat dari penutup garam. Investasi peralatan menukar biaya modal dengan bahan habis pakai dan limbah yang lebih rendah.
9) Apakah fluks yang mengandung fluoride diperlukan?
Aditif fluorida meningkatkan pemecahan oksida dan reaktivitas tetapi meningkatkan masalah emisi; banyak operasi menggunakan formula yang dikurangi fluorida atau bebas fluorida untuk alasan lingkungan.
10) Bagaimana seharusnya pengecoran kecil mulai menggunakan garam + soda dengan aman?
Mulailah dengan tablet fluks yang disiapkan secara komersial, jalankan uji coba terkontrol kecil, pasang ekstraksi lokal yang baik, dan pertimbangkan untuk bermitra dengan pemasok fluks untuk pelatihan. Kombinasikan penggunaan fluks dengan degassing gas inert secara berkala jika memungkinkan.
Rekomendasi akhir
- Validasi komposisi fluks dan dosis pada lelehan yang representatif.
- Panaskan fluks untuk mengurangi bahaya kelembaban.
- Kombinasikan fluks dengan degassing dan filtrasi mekanis untuk pengecoran yang berat.
- Menerapkan rencana daur ulang kue garam jika memungkinkan secara ekonomi.
- Pertimbangkan formulasi fluks rendah emisi atau format tablet untuk meningkatkan keselamatan operator dan kepatuhan terhadap peraturan.
Penempatan produk pendek
ADtech menawarkan solusi terintegrasi untuk persiapan peleburan: unit degassing yang mengurangi kandungan hidrogen sekaligus menghasilkan residu kimia minimal, sistem filtrasi deep-bed yang menghilangkan inklusi setelah proses fluks, dan pelat filter keramik berkinerja tinggi untuk pemolesan akhir aluminium cair. Memasangkan peralatan ADtech dengan fluks garam terkontrol dan dosis natrium karbonat yang ditargetkan menghasilkan kualitas pengecoran yang andal dengan tingkat skrap yang lebih rendah.
Referensi
- Milani, V. dkk. “Fluks Garam Padat untuk Pemrosesan Aluminium Cair,” Logam, 2023.
- Hiraki, T. dkk. “Analisis Termodinamika untuk Kemampuan Pemurnian Fluks Garam untuk Daur Ulang Aluminium,” MDPI / Bahan, 2014.
- Lofstrom, G. “Fluks Garam Padat pada Aluminium Cair,” Tesis Master, The Ohio State University, 2013.
- Roy, R.R., Utigard, T.A., “Tegangan antarmuka antara aluminium dan fluks berbasis NaCl-KCl,” Jurnal Penelitian Material, 1998.
- Halaman ringkasan industri dan catatan produk tentang jenis dan praktik fluks.