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Como remover as impurezas do alumínio fundido

Hora:2025-12-01

A forma mais fiável de remover as impurezas do alumínio fundido é combinar a desgaseificação controlada com a filtração de alto desempenho. Primeiro, reduza o hidrogénio dissolvido e os gases leves utilizando um desgaseificador rotativo de gás inerte ou um processo de vácuo. Em seguida, remova as inclusões sólidas utilizando filtros de espuma de cerâmica ou filtração de leito profundo colocados no percurso do fluxo de metal. Quando estas etapas são aplicadas com parâmetros corretos, os defeitos de fundição diminuem drasticamente e o rendimento aumenta.

Porque é que a limpeza da fusão é importante

O alumínio fundido contém frequentemente hidrogénio dissolvido, películas de óxido, escória, óxidos, fragmentos intermetálicos, detritos cerâmicos e elementos residuais. Esses contaminantes causam porosidade, propriedades mecânicas reduzidas, acabamento superficial ruim e aumento de sucata. As fundições que controlam o teor de gás e a carga de inclusão registam menos defeitos, melhor maquinabilidade e melhor desempenho a jusante. Os principais fornecedores de equipamentos de fundição recomendam a combinação de desgaseificação com filtração para obter melhores resultados.

Mapa rápido de todo o processo

Controlo da carga e pré-limpeza
Fluxagem ou tratamento químico para remoção de contaminação grosseira
Desgaseificação para remover o hidrogénio dissolvido e os gases leves
Filtragem para apanhar inclusões não gasosas
Manuseamento de metais que evita a recontaminação
Controlos de qualidade: medição do hidrogénio, ensaios não destrutivos

Controlo da carga e manutenção do forno

A boa limpeza da fusão começa antes da fundição. Controlar a qualidade da sucata, remover tintas, óleos ou materiais de isolamento da matéria-prima e manter as torneiras do forno limpas. A formação de escórias deve ser controlada utilizando uma química de fluxo e um controlo de temperatura adequados. Um carregamento deficiente conduz a cargas de inclusão elevadas que nenhum dispositivo a jusante consegue remover totalmente.

Lista de controlo prática para o tratamento de encargos

Selecionar a sucata recebida por liga e remover as peças pintadas.
Pré-aquecer ou pré-limpar as peças muito contaminadas.
Manter uma temperatura de fusão consistente para limitar a formação de óxido.
Utilizar a cobertura de fluxo recomendada durante a refinação da fusão.
Remover frequentemente as impurezas acumuladas.

Refinação química e tratamentos de fluxo

Os fluxos reagem com os óxidos superficiais e os contaminantes não metálicos, empurrando-os para a escória amovível. A injeção de fluxo também pode ajudar a desgaseificação quando concebida para a remoção de escória e de hidrogénio. O método de fluxo continua a ser comum em muitas fundições porque oferece um baixo custo de capital e uma operação simples. No entanto, os resíduos de fluxo devem ser removidos antes da fundição para evitar a transferência de inclusões.

Principais vantagens e desvantagens: o fluxo trata bem os óxidos superficiais mas não pode substituir a desgaseificação do hidrogénio dissolvido. Para muitas especificações de fundição modernas, o fluxo é utilizado em conjunto com a desgaseificação mecânica e a filtração.

A desgaseificação remove o gás dissolvido que causa a porosidade

O hidrogénio dissolvido no alumínio fundido provoca a porosidade do gás quando o metal solidifica. A remoção do hidrogénio dissolvido é designada por desgaseificação. Existem várias abordagens:

Desgaseificação rotativa de gás inerte com um rotor de grafite
Purga de gás inerte através de tampões ou lanças porosas
Injeção de fluxo ajustada para remoção de hidrogénio
Sistemas de desgaseificação por vácuo para alvos com muito baixo teor de hidrogénio

Os sistemas rotativos continuam a ser amplamente utilizados porque removem o hidrogénio de forma eficiente, proporcionando uma forte circulação da massa fundida. Várias referências da indústria listam a desgaseificação rotativa de inertes entre os principais métodos de remoção de hidrogénio.

Como funciona a desgaseificação rotativa de gás inerte

Um eixo rotativo oco equipado com um rotor injecta gás inerte seco na massa fundida. O rotor dispersa o gás em bolhas finas. Cada bolha recolhe o hidrogénio dissolvido enquanto promove uma circulação vigorosa do metal. As bolhas sobem à superfície, transportando gás e inclusões leves. A velocidade adequada do rotor, o fluxo de gás e a profundidade de imersão determinam o desempenho.

Parâmetros-chave a afinar

Tipo e pureza do gás: árgon ou azoto para a maioria das ligas.
Caudal de gás por kg de massa fundida.
Conceção do rotor e velocidade de rotação.
Tempo de imersão.
Temperatura de fusão e limpeza.

Desgaseificação por vácuo

Para ligas aeroespaciais críticas e ligas automóveis de alta resistência, a desgaseificação assistida por vácuo reduz o hidrogénio para intervalos de ppm muito baixos. Os sistemas de vácuo aceleram o crescimento e a fuga das bolhas, proporcionando frequentemente um controlo superior em comparação com os métodos ao ar livre. As opções de vácuo exigem normalmente um capital mais elevado e uma manutenção cuidadosa.

Filtração - captura de inclusões sólidas

Após a desgaseificação, o metal líquido ainda contém inclusões não gasosas: óxidos, detritos cerâmicos, areia, partículas de escória e nódulos intermetálicos. A filtração remove fisicamente estas partículas e fornece metal mais limpo aos moldes ou ao processamento a jusante.

Duas categorias de filtragem amplamente utilizadas:

Filtros de espuma cerâmica proporcionam uma filtragem em leito profundo, através da espessura, com elevada eficiência de captura de inclusões. Também promovem um fluxo laminar que reduz a turbulência.

Filtração granular em leito profundo embala grânulos refractários numa câmara, forçando o metal a fluir através de caminhos tortuosos que prendem as partículas. Descrições recentes da indústria enfatizam a eficácia do leito profundo para cargas pesadas de inclusão.

Equipamento de filtragem de leito profundo para alumínio

Vantagens do filtro de espuma cerâmica

A elevada área de superfície interna permite uma filtragem profunda.
Os filtros retêm as inclusões no interior do volume e não na superfície.
Disponível em porosidades graduadas para diferentes ligas.
Comprovado para aplicações de qualidade superior, incluindo o stock de latas de bebidas e ligas aeroespaciais.

Quadro 1: Comparação dos métodos comuns de desgaseificação e filtração

Método	Função primária	Pontos fortes	Limitações
Desgaseificação rotativa de gás inerte	Remover o hidrogénio dissolvido e as inclusões leves	Rápido, robusto, bom para linhas de produção	Necessita de gás seco, desgaste do rotor, peças em grafite
Purga de gás inerte (lança/obturador poroso)	Remoção de hidrogénio, configuração simples	Baixo capex, simples	Dispersão menos uniforme do gás, mais lenta
Desgaseificação por vácuo	Atingir um nível muito baixo de hidrogénio	Melhores níveis finais de gás	Custo mais elevado, requer um sistema selado
Filtro de espuma cerâmica	Remover inclusões sólidas	Elevada eficiência de captura, fluxo laminar	Deve ser dimensionado e montado corretamente
Filtração em leito profundo	Remoção de inclusões pesadas	Bom para fusões com elevada inclusão	Maior área de cobertura, seleção cuidadosa dos refractários

Combinação de desgaseificação com filtração

A limpeza numa única etapa oferece ganhos parciais. Os melhores resultados são obtidos com o acoplamento da desgaseificação e da filtragem no percurso do fluxo antes do vazamento. A configuração típica numa casota moderna:

Derreter refinado com fundente e desnatado.
Desgaseificador rotativo baixado para um forno de manutenção ou panela de transferência.
Após a desgaseificação, o metal flui através de um filtro de espuma cerâmica ou de um filtro de leito profundo para o molde ou para a estação a jusante.

Esta ordem impede que as bolhas de desgaseificação introduzam novas inclusões no filtro e garante que as bolhas escapem acima do ponto de filtragem. Os fornecedores da indústria enfatizam esta sequência integrada para a produção de qualidade crítica.

Medição da limpeza da fusão

O controlo de qualidade deve incluir medições. Testes comuns:

Teor de hidrogénio utilizando a extração a quente ou o ensaio a pressão reduzida.
Ensaios de filtrabilidade que medem o caudal através de filtros normalizados.
Metalografia de amostras e microscopia ótica para contar as inclusões.
NDT por raios X ou ultra-sons em peças fundidas para detetar a porosidade.

A amostragem regular associada aos parâmetros do processo cria um controlo estatístico que reduz os defeitos.

Quadro 2: Defeitos típicos, causa principal e ação corretiva

Defeito	Causa raiz provável	Ação corretiva
Porosidade do gás	Hidrogénio dissolvido elevado	Desgaseificação, gás seco, desgaseificação sob vácuo
Inclusões na superfície	Filtragem deficiente ou contaminação por cargas pesadas	Instalar/atualizar o filtro de espuma de cerâmica, carga de pré-limpeza
Inclusões de escória	Fluxo deficiente ou escumação incompleta	Ajustar a química do fluxo, melhorar a desnatação
Encerramentos a frio e erros de execução	Baixa fluidez devido a inclusões	Melhorar a filtragem, aumentar ligeiramente a temperatura de vazamento
Crateras ou retração	Gás preso ou inclusões em áreas de alimentação	Melhorar a desgaseificação, modificar o gating

Opções e seleção de meios de filtragem

A seleção do filtro correto depende da liga, da temperatura de fusão, da distribuição do tamanho das inclusões e da taxa de produção.

Filtros de espuma cerâmica

Classificado por poros por polegada ou classe de porosidade.
Escolha uma porosidade mais fina para a indústria aeroespacial crítica ou para o stock de latas.
Pré-aquecer os filtros para evitar choques térmicos.
Utilizar suportes e molduras de filtros para evitar desvios.

Filtros de leito profundo

Fabricado a partir de grânulos refractários numa câmara.
Ideal quando a fundição se depara com uma forte contaminação por resíduos ou um elevado número de inclusões.
A conceção deve garantir um fluxo uniforme e evitar a canalização.

Telas e panos de malha

Barato, útil para detritos grosseiros.
Não é eficaz para pequenas inclusões ou para produzir uma superfície de qualidade superior.

Tabela 3: Seleção rápida de meios de filtração

Media	Melhor para	Temperatura máxima de fusão	Tamanho típico da captura
Filtro de espuma cerâmica	Peças fundidas de alta qualidade	800 a 760 Celsius consoante o material	Até dezenas de microns
Filtração em leito profundo	Cargas de inclusão pesadas	Depende do refratário utilizado, frequentemente elevado	Ampla gama, boa para grossos e finos
Malha tecida	Prevenção de detritos grosseiros	Elevado	>100 microns

Dicas de manutenção e funcionamento do equipamento

O estado do equipamento influencia fortemente o desempenho. Pontos-chave:

Substituir ou renovar os rotores de grafite antes que o desempenho diminua.
Manter a pureza do gás de alimentação. A presença de humidade ou oxigénio no gás de purga prejudica a desgaseificação.
Pré-aquecer os filtros de cerâmica, evitar o choque térmico.
Inspecionar os alojamentos dos filtros quanto a desvios e fugas.
Calibrar regularmente os instrumentos de medição do hidrogénio.

Estudos industriais referem que o desgaste do rotor e a humidade do gás causam uma grande variabilidade nos resultados da desgaseificação.

Adequação do produto ADtech: como o nosso equipamento ajuda

A ADtech fabrica máquinas de desgaseificação, sistemas de filtragem de leito profundo e placas de filtro de espuma de cerâmica concebidas para casas de banho modernas. As soluções ADtech são ajustadas para proporcionar baixos níveis de hidrogénio, elevada captura de inclusão e compatibilidade com a produção contínua.

Destaques do desgaseificador rotativo ADtech

Dispersão eficiente de bolhas através da geometria optimizada do rotor.
Inserções de rotor em grafite de substituição rápida para um tempo de inatividade reduzido.
Controlo integrado do fluxo de gás e da velocidade do rotor.

Sistemas de filtragem de leito profundo ADtech

Conceção modular de leito embalado para um aumento de escala fácil.
Misturas refractárias concebidas para corresponder à química e temperatura da liga.
Controlo do caudal que permite uma velocidade uniforme e uma canalização mínima.

Placas filtrantes cerâmicas ADtech

Vários graus de porosidade para várias ligas.
Corte de precisão para uma montagem sem fugas.
Formulações tolerantes ao choque térmico para uma longa duração.

(Incluir a lista de verificação de seleção ADtech abaixo para que os utilizadores possam adequar o equipamento às suas necessidades).

Tabela 4: Especificação rápida do produto ADtech (modelos de exemplo)

Produto	Gama de capacidade típica	Caraterísticas principais	Caso de utilização ideal
Desgaseificador rotativo da série AD-RG	200 kg a 3000 kg	Velocidade variável, rotores de grafite, controlo de gás	Fundições de grande volume que necessitam de baixo teor de hidrogénio
Unidade de leito profundo AD-DBF	500 kg a 10.000 kg por hora	Cartuchos modulares, leito refratário	A contaminação pesada derrete
Placas filtrantes cerâmicas AD-CFF	Vários tamanhos	Vários graus de porosidade	Filtragem final antes dos moldes

Receitas de processo e janelas de parâmetros

Abaixo estão os pontos de partida comprovados. Cada fundição deve ajustar os parâmetros através de experiências e medições.

Receita inicial de desgaseificação rotativa

Tipo de gás: árgon para ligas críticas, azoto aceitável para muitas ligas.
Fluxo de gás: 0,5 a 3 litros por minuto por quilograma de massa fundida, dependendo do rotor e do tamanho da massa fundida.
Velocidade do rotor: seguir a tabela do fabricante. Uma velocidade demasiado lenta reduz a desagregação das bolhas. Demasiado rápido aumenta o desgaste do rotor.
Tempo de tratamento típico: 1 a 5 minutos para peças fundidas comuns. As peças com especificações elevadas podem necessitar de mais tempo.

Regras de dimensionamento de filtros

Escolher a área aberta do filtro para limitar a queda de pressão, mantendo a velocidade baixa.
As velocidades típicas dos metais através dos filtros de espuma cerâmica variam entre 6 e 20 cm por segundo, dependendo da porosidade e da liga.
Pré-aquecer os filtros a uma temperatura próxima da de fusão antes do contacto com o metal.

Nota: estes intervalos são pontos de partida. Medir o teor de hidrogénio e as contagens de inclusões para ajustar as definições finais.

Técnicas avançadas e inovações

As casas de campo modernas utilizam combinações de tecnologias para atingir especificações mais rigorosas.

Combinação de vácuo e desgaseificação com gás inerte para um controlo extremo do hidrogénio.
Controlo ativo do oxigénio utilizando fluxos especializados para determinadas impurezas.
Sensores em linha que monitorizam o hidrogénio ou o oxigénio em tempo real e fornecem dados aos controlos do processo.
Sistemas automatizados de mudança de filtros para reduzir o erro humano e a exposição.

A literatura de investigação e os materiais dos fornecedores confirmam que as combinações tecnológicas produzem os melhores e mais consistentes resultados.

Considerações de segurança e ambientais

O trabalho com metal fundido, fluxos, gases contendo cloro e peças cerâmicas quentes requer controlos de segurança rigorosos.

Providenciar proteção para os operadores durante a desgaseificação.
Utilizar depuradores quando se puderem formar gases à base de cloreto ou subprodutos corrosivos.
Eliminar o fluxo usado e os restos de filtros de acordo com as regras locais.
Substitua os rotores de grafite com segurança porque a grafite gasta pode ser quebradiça.

Se forem utilizadas misturas de cloro ou misturas que contenham cloro em misturas de gás, manusear os gases de escape com cuidado e seguir os regulamentos ambientais. Estudos observam que as misturas de gás contendo cloro podem reagir com magnésio e outros elementos de liga, pelo que a sua utilização apenas se justifica para um determinado processo.

Análise custo-benefício

O investimento em desgaseificação e filtragem permite reduzir a sucata, melhorar o rendimento na primeira passagem, reduzir o retrabalho de maquinagem e diminuir o risco de garantia. O tempo de retorno do investimento depende da escala de produção e do custo da sucata. Os principais fornecedores de fundição fornecem calculadoras que estimam o ROI com base na redução de defeitos.

Resolução prática e rápida de problemas

Se os níveis de hidrogénio permanecerem elevados após a desgaseificação: verificar a humidade do gás, o desgaste do rotor e a medição do fluxo de gás.
Se as inclusões passarem o filtroVerificar o assentamento do filtro, a dimensão dos poros e a existência de caminhos de desvio.
Se a porosidade aparecer de forma aleatória: recolha de amostras de hidrogénio a montante e a jusante, para detetar a recontaminação proveniente de panelas ou linhas de transferência.
Se o filtro entupir prematuramente: considerar uma porosidade mais grosseira ou uma desnatação a montante para reduzir a carga inicial.

Estudo de caso

Uma oficina de fundição de média dimensão instalou um desgaseificador rotativo e filtros de espuma de cerâmica em 2019. Antes da instalação, a taxa de refugo devido à porosidade era de 6 por cento. Após o ajuste da velocidade do rotor, do caudal de gás e da porosidade do filtro, o refugo caiu para 1,2%. O retorno do investimento no sistema combinado ocorreu no prazo de 18 meses devido a menos peças fundidas rejeitadas e menos rejeições de maquinação.

Perguntas mais frequentes

P: O que causa o hidrogénio no alumínio fundido?
A: O hidrogénio dissolve-se no alumínio líquido devido à humidade na carga, humidade ambiente, fluxo molhado ou sucata contaminada. Controlar o gás seco, armazenar o fluxo seco e pré-aquecer a sucata para reduzir a captação de hidrogénio.
Q: Qual é o método de desgaseificação que produz menos hidrogénio?
A: A desgaseificação assistida por vácuo e o gás inerte rotativo proporcionam frequentemente o hidrogénio mais baixo. Os sistemas rotativos proporcionam uma redução muito boa para a maioria das necessidades da fundição.
P: A fluxagem pode remover apenas o hidrogénio?
A: A fluxagem remove óxidos e contaminantes superficiais e pode ajudar a remover algum hidrogénio, mas não pode substituir a desgaseificação mecânica ou por vácuo quando são necessários níveis baixos de hidrogénio.
Q: Como devo escolher a porosidade do filtro?
A: Selecionar a porosidade com base na sensibilidade da liga e no objetivo do tamanho da inclusão. Porosidade mais fina para ligas premium, mais grossa para cargas pesadas de escórias. Os ensaios associados à metalografia permitem a melhor escolha.
P: Quanto tempo deve durar a desgaseificação?
A: O tempo de tratamento depende do tamanho da fusão, do design do rotor e do nível de hidrogénio pretendido. Os pontos de partida típicos variam entre um minuto e vários minutos por lote, sendo depois ajustados por medição.
Q: Os filtros de espuma cerâmica alteram a química do metal?
A: Os filtros de espuma cerâmica corretamente fabricados são inertes para as ligas de alumínio típicas. Eles retêm inclusões sem alterar a química da massa.
Q: Quando deve ser escolhida a filtração em leito profundo?
A: Utilize a filtragem de leito profundo quando os materiais de carga produzem grandes cargas de inclusão ou quando a prática da oficina se debate com a contaminação de resíduos. Os filtros de leito profundo lidam melhor com cargas pesadas do que os sistemas simples de malha ou ecrã.
P: O equipamento ADtech pode ser integrado nas linhas existentes?
A: Sim. Os sistemas ADtech são modulares e podem ser configurados para transferências de fornos, configurações de panelas e vazamento em linha. Contacte o pessoal técnico da ADtech para um estudo do local e um plano de integração.
P: Com que frequência devem ser substituídos os rotores de grafite?
A: A vida útil do rotor depende da utilização e da química da liga. Inspecionar quanto a desgaste ou desequilíbrio; substituir quando o desempenho diminuir ou o fabricante recomendar a substituição.
P: Que medidas comprovam a melhoria?
A: Os testes de ppm de hidrogénio, as contagens de inclusões metalográficas, a inspeção por raios X de peças fundidas e as estatísticas de resíduos de produção demonstram, em conjunto, a melhoria do processo.

Lista de controlo sumária para a implementação

Auditar a carga recebida e eliminar as fontes de contaminação.
Selecione um método de desgaseificação que satisfaça o seu objetivo de hidrogénio.
Instale uma filtragem dimensionada para a sua taxa de fusão e liga.
Pré-aquecer e assentar corretamente os filtros.
Implementar a amostragem de rotina e a calibração de instrumentos.
Formar os operadores e documentar os procedimentos operacionais normalizados.

Nota final sobre validação de processos e seleção de fornecedores

Utilizar dados de hidrogénio e de inclusão medidos para validar as alterações do sistema. Escolha fornecedores que forneçam engenharia de aplicação, peças de reposição e serviço local. A ADtech oferece suporte ao processo, kits de rotor sobressalentes, assistência no dimensionamento de filtros e projetos de leito profundo que são instalados com o mínimo de tempo de inatividade. A combinação de equipamento correto, monitorização e manutenção proporciona ganhos de qualidade duradouros.