Os fundentes utilizados para o alumínio são compostos químicos à base de sal - principalmente sais de cloreto e fluoreto - aplicados ao alumínio fundido para remover inclusões de óxido, reduzir a formação de escórias, extrair o hidrogénio dissolvido e remover impurezas de metais alcalinos. Os sais mais comuns fluxos de alumínio incluem misturas de cloreto de sódio (NaCl) e cloreto de potássio (KCl) como base, combinadas com compostos de fluoreto reactivos, tais como criolita (Na₃AlF₆), fluoreto de cálcio (CaF₂) ou fluoreto de alumínio (AlF₃), dependendo do objetivo específico do tratamento. Na AdTech, formulamos e fornecemos fluxos de alumínio para operações de fundição, fundições secundárias e fundições sob pressão, e a nossa consistente experiência no terreno confirma que nenhum fluxo serve para todos os fins - a seleção correta do fluxo depende do facto de se estar a cobrir a superfície da fusão, a remover inclusões, a extrair metais alcalinos ou a refinar escórias.
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Porque é que o alumínio necessita de tratamento com fluxo?
A reatividade química do alumínio é tanto a sua propriedade mais útil como o seu maior desafio de processamento. A temperaturas de fusão de 680-780°C, o alumínio líquido oxida quase instantaneamente quando entra em contacto com o oxigénio atmosférico, formando uma camada de óxido de alumínio sólido (Al₂O₃) na superfície da fusão. Esta camada de óxido, se continuamente rompida pela turbulência da fusão, gera inclusões de óxido que permanecem suspensas em todo o volume do metal e ficam presas em peças fundidas solidificadas, causando defeitos.
Para além da oxidação da superfície, as peças fundidas de alumínio - particularmente as preparadas a partir de sucata reciclada - absorvem o hidrogénio dissolvido pela humidade no material de carga e pela humidade atmosférica, contêm impurezas de metais alcalinos (sódio, cálcio, potássio) de várias origens e contêm inclusões não metálicas resultantes da erosão dos refractários, adições de ligas e manuseamento inadequado.
Os fluxos resolvem estes problemas através de reacções químicas, molhagem física e separação de densidade. Compreender o problema que cada tipo de fluxo visa é essencial para um tratamento eficaz da fusão.
Os principais problemas que o fluxo de alumínio trata
| Problema | Fonte | Consequência se não for tratado | Tratamento Flux |
|---|---|---|---|
| Oxidação da superfície | Contacto de O₂ na superfície da fusão | Aprisionamento de película de óxido, perda de escória | Fluxo de cobertura |
| Suspensão de inclusão de óxido | Turbulência da fusão, formação de bifilme | Porosidade, redução das propriedades mecânicas | Fluxo de limpeza/refinação |
| Formação de escórias | Acumulação de óxidos à superfície | Perda de metal na escória, ineficiência térmica | Fluxo de escória |
| Hidrogénio dissolvido | Humidade, contaminação de resíduos | Porosidade de gás em peças fundidas | Fluxo de desgaseificação (ou desgaseificação rotativa) |
| Contaminação por sódio | Resíduos de fluxos de sal, algumas fontes de sucata | Fragilização, formação de bolhas na superfície | Fluxo de remoção de álcalis |
| Contaminação por cálcio | Ligas principais, alguma sucata | Modificação da estrutura do grão, fissuração | Fluxo de remoção de álcalis |
| Depleção de magnésio (em algumas ligas) | Oxidação durante a conservação | Composição fora das especificações | Fluxo de cobertura de proteção |
Quais são os principais tipos de fluxo utilizados para o alumínio?
Os fluxos de alumínio são classificados de acordo com a sua função principal e não de acordo com a sua composição química específica, uma vez que vários sistemas químicos podem atingir resultados funcionais semelhantes. As principais categorias reconhecidas na prática industrial são:
Fluxos de cobertura: Aplicado na superfície da fusão para formar uma manta protetora líquida ou semi-líquida que impede o contacto do oxigénio e da humidade atmosférica com o alumínio. Estes são os tipos de fluxo mais utilizados na prática de fundição e são aplicados durante todo o período de retenção entre a fusão e a fundição.
Fluxos de escória: Aplicados especificamente à camada de escória que se acumula na superfície da fusão. A sua função é diminuir a tensão superficial e o ângulo de molhagem entre as partículas de óxido e o alumínio metálico residual preso na escória, fazendo com que o metal se aglutine e escorra de volta para a fusão, aumentando a recuperação de metal da escória e reduzindo o volume de eliminação da escória.
Fluxos de limpeza e de afinação: Formulado para penetrar na massa fundida e reagir com inclusões suspensas, promovendo a sua flutuação para a superfície da massa fundida, onde podem ser desnatadas. Estes fundentes reduzem o teor de inclusões na massa fundida e melhoram a eficácia da filtração através da aglomeração de partículas finas em aglomerados maiores.
Fluxos de desgaseificação: Compostos reactivos (historicamente hexacloroetano, agora largamente substituído por injeção de gás) que geram gases reactivos na fusão. Estes gases borbulham através do metal, recolhendo o hidrogénio dissolvido e transportando-o para a superfície.
Fluxos de remoção de álcalis: Especificamente formulado para reagir com sódio, cálcio e lítio dissolvidos (em ligas contendo lítio) na fusão, formando compostos que flutuam para a superfície ou se transferem para uma fase de escória.
Fluxos de cobertura: Proteção do alumínio fundido contra a oxidação
O fluxo de cobertura é a aplicação de fluxo mais fundamental em qualquer operação de fusão de alumínio. O seu objetivo é simples: evitar que o oxigénio atmosférico e a humidade entrem em contacto com a superfície do alumínio fundido, impedindo assim a formação contínua de película de óxido e a captação de hidrogénio.
Composição dos fluxos de cobertura
Fluxos de cobertura eficazes para o mosto de alumínio:
- Derreter a uma temperatura igual ou inferior à temperatura de retenção do alumínio (680-750°C para a maioria das ligas).
- Forma uma camada líquida contínua e densa que não permite a troca de gases entre a massa fundida e a atmosfera.
- Não reage com o alumínio para formar compostos indesejáveis.
- Têm baixa viscosidade à temperatura de funcionamento para fluir e auto-regenerar-se em caso de perturbação.
- Ser imiscível com o alumínio líquido (para que a camada de fluxo permaneça no topo).
A composição mais comum do fluxo de revestimento para ligas de alumínio padrão é uma mistura eutéctica de cloreto de sódio (NaCl) e cloreto de potássio (KCl) numa proporção molar de aproximadamente 50:50 ou 40:60. O NaCl-KCl eutéctico funde a cerca de 660°C - mesmo ao nível ou ligeiramente abaixo do ponto de fusão do alumínio - fornecendo uma manta protetora totalmente líquida a temperaturas normais de manutenção.
Este sistema de cloreto binário é eficaz, amplamente disponível e relativamente barato. No entanto, o sistema NaCl-KCl simples tem limitações:
- Pode introduzir sódio na massa fundida através de dissolução lenta e reação com a superfície da massa fundida.
- Não tem qualquer função de remoção de inclusões.
- Não reduz significativamente a reatividade das impurezas.
A adição de pequenas quantidades de compostos de flúor (tipicamente criolite 5-15%, fluoreto de cálcio ou fluoreto de magnésio) ao fluxo de cobertura de base NaCl-KCl melhora o desempenho de várias formas: os componentes de flúor reduzem ainda mais o ponto de fusão do fluxo, diminuem a viscosidade do fluxo à temperatura de funcionamento (melhorando a cobertura da superfície) e proporcionam alguma ação de dissolução da película de óxido na interface fluxo-fusão.
Método de aplicação do fluxo de cobertura
O fluxo de cobertura é aplicado polvilhando ou espalhando com uma pá o pó ou grânulos de fluxo sobre toda a superfície fundida imediatamente após a escumação, permitindo depois que derreta e se espalhe. A taxa de aplicação é tipicamente de 1-3 kg de fundente por tonelada métrica de alumínio, sendo a taxa atual ajustada para manter uma camada de fundente contínua e visível.
A camada de fluxo deve ser inspeccionada e renovada após cada adição de metal, após a recolha de amostras e após qualquer operação que perturbe a superfície. Uma camada de fluxo interrompida ou diluída permite a oxidação localizada que gera inclusões, mesmo que a temperatura e a composição global da fusão estejam corretas.
Exemplos de composição do fluxo de cobertura
| Designação do fluxo | NaCl (%) | KCl (%) | CaF₂ (%) | Na₃AlF₆ (%) | MgCl₂ (%) | Função principal |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cobertura standard | 50 | 50 | — | — | — | Proteção básica da superfície |
| Revestimento com flúor | 40 | 45 | 10 | 5 | — | Melhor fluidez, limpeza suave |
| Cobertura com baixo teor de sódio | 20 | 60 | 10 | — | 10 | Redução da captação de Na |
| Cobertura em liga de magnésio | 30 | 50 | 15 | — | 5 | Redução da oxidação de Mg |
Fluxos de escória: Como separam o metal do óxido
A escória é a camada acumulada de óxido de alumínio, metal arrastado e outros compostos não metálicos que se forma na superfície do alumínio fundido durante a retenção, fusão e transferência de metal. Na produção de alumínio primário e nas operações de fundição secundária, a escória pode representar 1-8% do volume total do metal - uma perda significativa de material se não for tratada corretamente.
O problema da recuperação de metais na escória
A escória da fusão de alumínio contém normalmente 30-70% de alumínio metálico por peso, preso numa matriz de óxido. Sem tratamento, este metal é eliminado com a fração de óxido, representando uma perda direta de metal e um custo de eliminação de resíduos. Os fluxos de escória são especificamente concebidos para libertar este metal aprisionado.
O mecanismo funciona através da modificação da tensão superficial. Na escória não tratada, as partículas de óxido são pouco molhadas pelo alumínio líquido - o ângulo de contacto entre o alumínio líquido e a superfície do óxido é relativamente elevado, o que significa que o alumínio não se espalha nem flui eficazmente através da rede de poros do óxido. Os componentes do fluxo de escória (particularmente os compostos de flúor) adsorvem-se na interface alumínio-óxido e reduzem drasticamente o ângulo de contacto, permitindo que o alumínio líquido se aglutine e flua para fora da matriz de óxido por gravidade.
Composição e aplicação do fluxo de escória
Os fluxos de escória contêm normalmente uma proporção mais elevada de compostos fluoretados reactivos do que os fluxos de revestimento. As composições mais comuns incluem:
| Componente | Gama típica (%) | Função |
|---|---|---|
| KCl | 30-50 | Fluxo de base, ajuste do ponto de fusão |
| NaCl | 20-35 | Fluxo de base, redução de custos |
| Na₃AlF₆ (criolite) | 10-25 | Redução da tensão superficial, humidificação |
| AlF₃ | 5-15 | Reatividade melhorada, atividade de fluoreto |
| CaF₂ | 5-15 | Redução da viscosidade, ponto de fusão |
| NaF | 0-10 | Alta reatividade, remoção de álcalis |
Procedimento de aplicação: depois de escumar a escória a granel para um dos lados do forno, o fluxo de escória é polvilhado sobre a camada de escória (normalmente 5-15 kg por tonelada métrica de escória), depois a escória é varrida e agitada para incorporar o fluxo em toda a massa. Após 5-10 minutos de agitação e tempo de reação, a escória tratada fica visivelmente mais seca e com um aspeto menos metálico, e o teor de metal é reduzido. A escória tratada gera substancialmente menos escória secundária (pele de óxido de alumínio) na superfície do metal restante do que a escória não tratada durante o processo de escumação.
A melhoria da recuperação de metal com o tratamento do fluxo de escória varia entre 30-60% de redução do volume de escória (o que significa que mais metal permanece no forno), com períodos de retorno documentados sobre o custo do fluxo tipicamente medidos em dias em vez de meses em operações com geração significativa de escória.
Fluxos de limpeza e remoção de inclusões
Os fluxos de limpeza abordam o problema das inclusões não metálicas em suspensão no interior da massa fundida, em oposição às impurezas superficiais. Estas inclusões - principalmente películas de alumina, partículas de espinélio, aglomerados de diboreto de titânio e outros compostos não metálicos - estão dispersas por todo o volume da massa fundida e não podem ser removidas apenas por escumação superficial.
Como os fluxos de limpeza removem as inclusões
O mecanismo de remoção de inclusões por fluxo envolve dois processos simultâneos:
Humidificação e aglomeração: Os componentes do fluxo que têm uma energia de superfície inferior à do óxido de alumínio adsorvem-se nas superfícies das inclusões, diminuindo a tensão interfacial entre a inclusão e a fase de fluxo. Isso promove a aglomeração de pequenas inclusões em aglomerados maiores, que então têm flutuabilidade suficiente para flutuar até a superfície.
Reação química: Alguns componentes do fundente (particularmente os compostos de fluoreto) reagem diretamente com o óxido de alumínio, formando fluoreto de alumínio e libertando o oxigénio da rede de óxido. Esta reação de dissolução reduz diretamente o tamanho das inclusões de óxido e promove a sua transferência da fase fundida para a fase de fluxo de sal.
A investigação publicada por Groteke e Neff na AFS Transactions (1993) demonstrou que o tratamento do fluxo com sais contendo flúor reduziu o teor de inclusão medido por PoDFA em 40-65% na liga A356, com a melhoria fortemente correlacionada com a atividade de flúor do fluxo.
Fluxos de limpeza reactivos vs. não reactivos
Fluxos de limpeza reactivos contêm proporções mais elevadas de compostos de flúor e geram uma evolução de gás visível (a partir de reacções de óxido de flúor) quando agitados na massa fundida. Proporcionam uma maior remoção de inclusões, mas devem ser utilizados com cuidado porque:
- A atividade excessiva do flúor pode atacar os revestimentos refractários dos fornos.
- A evolução do gás cria turbulência que gera novas películas de óxido se a agitação da fusão não for controlada.
- Alguns fluxos reactivos introduzem sódio ou outras impurezas.
Fluxos de limpeza não reactivos (físicos) baseiam-se principalmente na separação da densidade e na modificação da molhagem sem reação química significativa com a massa fundida. São mais suaves no refratário e não geram gás, mas proporcionam uma remoção menos agressiva da inclusão.
Compatibilidade do tipo de inclusão
| Tipo de inclusão | Eficácia do fluxo de limpeza física | Eficácia do fluxo reativo (fluoreto) |
|---|---|---|
| Películas de alumina (Al₂O₃) | Moderado | Bom a Excelente |
| Espinélio (MgAl₂O₄) | Justo | Bom |
| Aglomerados de TiB₂ | Justo | Moderado |
| Partículas de sal NaCl/KCl | Bom (dissolve-se no fluxo) | Excelente |
| Partículas refractárias | Pobres | Pobres |
| Carbonetos (Al₄C₃) | Pobres | Moderado |
A melhoria da eficiência da utilização de agentes de refinação de alumínio pode ser conseguida através da utilização da tecnologia AdTech Máquina de injeção de fluxo.
Fluxos de desgaseificação e sua função de remoção de hidrogénio
Historicamente, os compostos reactivos - particularmente o hexacloroetano (C₂Cl₆) em forma de pastilha - eram o principal método para a remoção de hidrogénio das fundições de alumínio. Estes “fluxos de desgaseificação” geravam cloro gasoso quando se dissolviam na massa fundida:
C₂Cl₆ → 2C + 3Cl₂
As bolhas de cloro que sobem através da massa fundida recolhem o hidrogénio dissolvido (formando HCl) e transportam-no para a superfície, reduzindo o teor de hidrogénio da massa fundida em 30-50%.
Situação atual da utilização do fluxo de desgaseificação
O hexacloroetano e os compostos reactivos semelhantes geradores de halogéneos enfrentam uma forte pressão regulamentar a nível mundial:
Preocupações ambientais: A produção de cloro e de gás HCl durante o tratamento exige sistemas de extração de fumos. O percloroetileno e outros subprodutos organoclorados da reação do hexacloroetano são classificados como poluentes atmosféricos perigosos ao abrigo do US Clean Air Act.
Limitações da eficácia: Com uma redução de hidrogénio de 30-50%, o fluxo de desgaseificação reactiva tem um desempenho significativamente inferior ao da desgaseificação com gás inerte rotativo (redução de 50-80%) e não é adequado para aplicações sensíveis à qualidade.
Restrições europeias: Vários estados membros da UE restringiram ou proibiram a utilização de hexacloroetano no processamento de alumínio. Os métodos de desgaseificação alternativos são fortemente preferidos nas operações europeias.
Utilização atual: As pastilhas de hexacloroetano continuam a ser utilizadas em pequenas fundições nos mercados em desenvolvimento, onde o equipamento de desgaseificação rotativo não se justifica economicamente, e para desgaseificação de emergência quando o equipamento primário não está disponível. Para qualquer operação com especificações de qualidade que exijam hidrogénio abaixo de 0,12 ml/100g de Al, a desgaseificação rotativa de gás inerte com árgon ou azoto é a abordagem padrão - não o fluxo de desgaseificação reactiva.
Na AdTech, fornecemos misturas de gás contendo cloro (tipicamente 2-5% Cl₂ em árgon) para utilização através de equipamento de desgaseificação rotativo em vez de pastilhas de fluxo de desgaseificação sólidas. O Cl₂ na mistura de gás fornece o benefício de aglomeração de inclusão da química do cloro sem os problemas ambientais do hexacloroetano sólido.
Fluxos de remoção de álcalis: Tratamento de sódio e cálcio
As impurezas de sódio (Na) e de cálcio (Ca) nos fundidos de alumínio causam problemas específicos que os fluxos normais de cobertura ou de limpeza não resolvem adequadamente.
Porque é que os metais alcalinos são nocivos no alumínio
Efeitos do sódio: Em concentrações superiores a aproximadamente 5-10 ppm, o sódio modifica a morfologia da fase de silício nas ligas Al-Si - um efeito que é intencional nas ligas modificadas com sódio, mas prejudicial noutras. Em ligas com elevado teor de Mg, o sódio promove a rotura a quente e a fragilização dos limites de grão. No fio-máquina para aplicações eléctricas, o sódio acima de 5 ppm reduz a condutividade e o desempenho da trefilagem.
Efeitos do cálcio: O cálcio acima de aproximadamente 3-5 ppm pode modificar a estrutura do grão de forma a reduzir as propriedades mecânicas e causar problemas de qualidade da superfície em produtos forjados. O cálcio também está associado a uma maior suscetibilidade à porosidade em alguns sistemas de ligas.
As fontes de contaminação por sódio incluem: resíduos de fluxo de sal de operações anteriores do forno, alguns tipos de sucata reciclada (particularmente contaminada com vidro ou cerâmica), adições de ligas principais em que o sódio é uma impureza menor e armazenamento de pastilhas de fluxo de desgaseificação com manutenção deficiente (as pastilhas de hexacloroetano podem introduzir sódio a partir de aglutinantes de pastilhas degradadas pela humidade).
Mecanismo de fluxo de remoção de álcalis
Os fluxos de remoção de álcalis contêm normalmente compostos de fluoreto com elevada afinidade termodinâmica para o sódio e o cálcio. Os agentes de remoção de álcalis mais eficazes são:
AlF₃ (fluoreto de alumínio): Reage com o sódio dissolvido:
3Na + AlF₃ → Al + 3NaF (transferido para a fase de fluxo de sal)
A reação é termodinamicamente favorável a temperaturas de fusão do alumínio e prossegue rapidamente quando o fluxo está em contacto com a fusão.
Cloro gasoso (por desgaseificação rotativa): O cloro reage com o sódio e o cálcio dissolvidos para formar NaCl e CaCl₂, que se transferem para a fase de sal que flutua na superfície da massa fundida. Esta é uma das principais razões pelas quais pequenas adições de cloro ao gás de desgaseificação rotativo (2-5% Cl₂) são especificadas para operações que produzem alumínio de alta especificação - o cloro aborda a remoção de álcalis simultaneamente com a redução de hidrogénio.
Eficiência na remoção de metais alcalinos
| Método de tratamento | Remoção de Na (% do inicial) | Remoção de Ca (% do inicial) | Tempo de tratamento |
|---|---|---|---|
| Fluxo contendo AlF₃, agitando | 60-80% | 50-70% | 5-15 minutos |
| Desgaseificação rotativa, apenas Ar | 20-35% | 15-30% | 15-30 minutos |
| Desgaseificação rotativa, Ar + 3% Cl₂ | 75-90% | 65-85% | 15-30 minutos |
| Fluxo reativo + desgaseificação rotativa | 85-95% | 75-90% | Tratamento combinado |
Para o alumínio de grau CE (liga 1350 para aplicações de condutores eléctricos) em que o sódio deve estar abaixo de 5 ppm, o tratamento combinado de fluxo alcalino-reativo seguido de desgaseificação rotativa Ar + Cl₂ é a abordagem padrão em operações premium.
Tabelas de composição de fluxo e sistemas químicos
Referência exaustiva dos tipos e composições de fluxo
| Tipo de fluxo | Sistema de base | Principais aditivos | Taxa de aplicação | Gama de temperaturas de funcionamento |
|---|---|---|---|---|
| Cobertura standard | 50% NaCl, 50% KCl | Nenhum | 1-3 kg/t | 660-800°C |
| Cobertura de flúor | 40% NaCl, 45% KCl | 10-15% CaF₂ | 1-3 kg/t | 660-800°C |
| Fluxo de escória | 35% KCl, 25% NaCl | 25% Na₃AlF₆, 15% AlF₃ | 5-15 kg/t de escórias | 680-760°C |
| Fluxo de limpeza (moderado) | 45% KCl, 35% NaCl | 15% CaF₂, 5% NaF | 2-5 kg/t | 700-760°C |
| Fluxo de limpeza (reativo) | 35% KCl, 25% NaCl | 20% Na₃AlF₆, 15% AlF₃, 5% NaF | 3-8 kg/t | 700-760°C |
| Fluxo de remoção de álcalis | 30% KCl, 20% NaCl | 30% AlF₃, 20% CaF₂ | 3-10 kg/t | 700-760°C |
| Fluxo de desgaseificação (legado) | C₂Cl₆ comprimidos | — | 0,5-2 kg/t | 680-750°C |
| Fluxo de liga de magnésio | 35% KCl, 35% MgCl₂ | 20% NaCl, 10% CaF₂ | 2-5 kg/t | 680-760°C |
Pontos de fusão de componentes comuns do fluxo
| Composto | Fórmula química | Ponto de fusão (°C) | Função em fluxo |
|---|---|---|---|
| Cloreto de sódio | NaCl | 801°C | Componente do fluxo de base |
| Cloreto de potássio | KCl | 770°C | Componente de fluxo de base (reduz o eutéctico) |
| NaCl-KCl eutéctico | — | ~660°C | Ponto de fusão mais baixo do sistema binário |
| Fluoreto de cálcio | CaF₂ | 1418°C | Redução da viscosidade, humidificação |
| Criolite | Na₃AlF₆ | 1009°C | Reativo, redução da tensão superficial |
| Fluoreto de alumínio | AlF₃ | 1291°C (subl.) | Remoção de álcalis, reactiva |
| Fluoreto de sódio | NaF | 993°C | Alta reatividade, atividade de fluoreto |
| Cloreto de magnésio | MgCl₂ | 714°C | Componente de fluxo da liga de Mg |
| Fluoreto de magnésio | MgF₂ | 1263°C | Modificador de fluxo de cobertura |
Seleção de fluxo por série de liga
| Série Alloy | Preocupação primária | Tipo de fluxo recomendado | Restrição de teclas |
|---|---|---|---|
| 1xxx (Al puro, grau CE) | Na, impurezas de Ca, inclusões | Remoção de álcalis + revestimento | Minimizar a adição de Na a partir do fluxo |
| 2xxx (Al-Cu) | Inclusões, películas de óxido | Fluxo de limpeza + revestimento | Sem fluxo de Na elevado |
| 3xxx (Al-Mn) | Inclusões, partículas de Fe-Si | Cobertura + limpeza moderada | Padrão |
| 5xxx (Al-Mg, <3% Mg) | Inclusões de MgO, óxido de superfície | Cobertura de flúor | Redução de Na |
| 5xxx (Al-Mg, >3% Mg) | Oxidação rápida, MgO | Cobertura específica de magnésio | Evitar fluxos elevados de NaCl |
| 6xxx (Al-Mg-Si) | Inclusões, aglomerados de TiB₂ | Limpeza + revestimento | Padrão |
| 7xxx (Al-Zn-Mg) | Inclusões, remoção de álcalis | Limpeza reactiva + remoção de álcalis | Sem excesso de fluoreto |
| A356/A380 (fundição) | Hidrogénio, inclusões | Cobertura + escória | Minimizar a introdução de novas inclusões |
Como escolher o fluxo de alumínio correto para a sua aplicação
A seleção do fluxo correto requer a correspondência entre a função primária do fluxo e o problema dominante de qualidade da fusão na operação específica. A utilização de um tipo de fundente incorreto desperdiça material, pode introduzir novos problemas e dá uma falsa sensação de segurança quanto à qualidade da fusão.
Passo 1: Identificar o problema principal de qualidade da fusão
Realizar RPT (teste de pressão reduzida) para avaliar o teor combinado de hidrogénio e bifilme. Utilizar a amostragem PoDFA para quantificar o tipo e a quantidade de inclusões. Medir o teor de sódio por espetrometria de emissão se houver suspeita de contaminação alcalina. Só com esta informação de diagnóstico é que a seleção do fluxo pode ser verdadeiramente optimizada, em vez de se basear em recomendações genéricas.
Passo 2: Fazer corresponder a função de fluxo ao problema diagnosticado
| Problema diagnosticado | Solução de fluxo primário | Tratamento secundário |
|---|---|---|
| Elevado volume de escórias com elevado teor de metal | Fluxo de escória | Melhorar a cobertura do fluxo de cobertura |
| Inclusões suspensas na massa fundida | Fluxo de limpeza (com flúor) | Filtragem de espuma cerâmica a jusante |
| Oxidação rápida da superfície, elevada taxa de formação de escórias | Melhor fluxo de cobertura, aplicado com maior frequência | Reduzir a turbulência na superfície de fusão |
| Elevado teor de sódio ou cálcio | Fluxo de remoção de álcalis, adição de Cl₂ à desgaseificação rotativa | Investigar a fonte de contaminação alcalina |
| Hidrogénio elevado, porosidade nas peças fundidas | Desgaseificação rotativa (primária), adição de gás Cl₂ | Fluxo de cobertura para reduzir a reabsorção |
| Carga de inclusão geral a partir de sucata | Abordagem combinada de limpeza e revestimento | Filtragem CFF em duas fases |
Passo 3: Considerar as restrições específicas da liga
Ligas com elevado teor de magnésio (5xxx com Mg >3%): O fluxo de cobertura padrão NaCl-KCl reage com o magnésio na fusão, introduzindo sódio e potencialmente perturbando o equilíbrio do magnésio. São necessárias formulações de fluxo específicas para o magnésio utilizando sistemas MgCl₂-KCl-NaCl com atividade mínima de sódio.
Grau de condutor elétrico (liga 1350): Qualquer fluxo que contenha sódio significativo deve ser utilizado com precaução. Os níveis de sódio no tratamento pós-fluxo devem ser verificados analiticamente. A função de remoção de álcalis deve ser efectuada antes da aplicação do fluxo de cobertura, e o fluxo de cobertura deve ser uma formulação com baixo teor de sódio.
Ligas com baixo teor de silício: Alguns componentes do fluxo de flúor promovem a redução do silício do refratário e do próprio sistema de fluxo. Em aplicações com muito pouco silício, verifique se o fluxo não introduz silício.
Passo 4: Otimizar o processo de candidatura
A falha mais comum na aplicação do fluxo é a utilização do produto de fluxo correto, mas a sua aplicação incorrecta:
- Aplicar demasiado pouco fluxo e a cobertura é incompleta, permitindo a continuação da oxidação.
- Aplicar demasiado fluxo e a camada espessa de fluxo torna-se difícil de limpar, introduzindo inclusões de sal.
- Aplicar fluxo sem agitação adequada em aplicações de limpeza, deixando a maior parte do volume fundido sem tratamento.
- Permitir que o fluxo fique contaminado com água (o fluxo de sal absorve rapidamente a humidade do ar húmido, o que pode causar salpicos violentos quando introduzido na fusão).
Segurança, regulamentação ambiental e gestão de resíduos de fluxo
Riscos profissionais da utilização do fluxo de alumínio
Os fluxos de alumínio apresentam vários riscos profissionais que requerem uma gestão ativa:
Geração de fumos de cloreto de hidrogénio (HCl): Quando os fluxos de cloreto entram em contacto com a humidade (no ar, em ferramentas ou a partir de material de carga molhado), geram fumos de HCl. O PEL da OSHA para o HCl é de 5 ppm no teto. As operações que utilizam fluxos de cloreto requerem ventilação de exaustão local.
Geração de fumos de fluoreto: Os fluxos contendo fluoreto geram fumos de fluoreto de hidrogénio (HF), particularmente quando aquecidos. O HF é agudamente tóxico a baixas concentrações (OSHA PEL 3 ppm TWA, 6 ppm STEL). A utilização de fluxos de fluoreto requer proteção respiratória e extração de fumos.
Salpicos de sal derretido: A introdução do fluxo na superfície de fusão requer uma aplicação controlada para evitar a explosão de vapor devido à humidade no fluxo ou na ferramenta de aplicação. Todo o fluxo deve ser armazenado seco e pré-aquecido antes de ser utilizado em qualquer aplicação que envolva imersão abaixo da superfície fundida.
Queimaduras térmicas: Trabalhar com alumínio fundido e fluxo de sal fundido a 700-760°C apresenta um risco grave de queimaduras. Todo o pessoal deve usar EPI adequado, incluindo proteção facial, luvas resistentes ao calor e vestuário resistente ao calor.
Regulamentos ambientais que afectam a escolha do Flux
| Regulamento | Região | Impacto na seleção do fluxo |
|---|---|---|
| Regulamento UE 1907/2006 (REACH) | União Europeia | Restrições a certos compostos de flúor; registo obrigatório do criolite |
| Lei do Ar Limpo (NESHAP) | EUA | Limites das emissões de HCl e HF provenientes de operações de alumínio secundário |
| Regulamento da UE relativo ao gás fluorado | União Europeia | Limites dos compostos halogenados nos processos industriais |
| Normas GB da China | China | Limites máximos de emissão de HF e Cl₂ provenientes do processamento de alumínio |
| Diretiva RoHS | UE | Afecta a composição do fluxo no alumínio para aplicações electrónicas |
Eliminação de resíduos de fluxo (escória de sal)
O fluxo de alumínio usado e as escórias associadas (designadas por escórias salinas ou escórias negras) contêm sais de cloreto e fluoreto misturados com óxido de alumínio e metal residual. Este material é classificado como resíduo perigoso na maior parte das jurisdições regulamentares devido ao seu..:
- Lixiviação de cloretos e fluoretos em águas subterrâneas.
- Potencial produção de amoníaco (a partir de impurezas de nitretos) quando húmido.
- Teor de metais pesados provenientes de impurezas da liga de alumínio.
As escórias salinas devem ser eliminadas em instalações licenciadas para resíduos perigosos ou processadas através de operações de reciclagem de escórias salinas que recuperam a fração de sal para reutilização e a fração de óxido de alumínio para outras aplicações. Várias instalações comerciais de processamento de escória salina operam na Europa, América do Norte e Ásia Oriental. A responsabilidade ambiental decorrente da eliminação incorrecta da escória salina excede significativamente o custo do material do fundente original - esta é uma das razões pelas quais a minimização do uso de fundentes através de uma aplicação optimizada é económica e ambientalmente desejável.
Perguntas frequentes sobre o fluxo utilizado para o alumínio
1: Qual é o fluxo mais comum utilizado para a fusão de alumínio?
O fluxo de alumínio mais utilizado é uma mistura de cloreto de sódio (NaCl) e cloreto de potássio (KCl) em proporções aproximadamente iguais em peso, muitas vezes com pequenas adições de fluoreto de cálcio (CaF₂) ou criolita (Na₃AlF₆). Este sistema de base NaCl-KCl forma um eutético que funde a aproximadamente 660°C - mesmo no ponto de fusão do alumínio ou abaixo deste - criando uma manta protetora líquida na superfície fundida que impede a oxidação e a captação de hidrogénio. Este fluxo de cobertura é utilizado em praticamente todas as operações de fundição e fusão de alumínio em todo o mundo como proteção de base da fusão. Fluxos mais especializados (agentes de escória, fluxos de limpeza, fluxos de remoção de álcalis) são adicionados para objectivos de tratamento específicos para além da proteção básica da superfície. O domínio do sistema NaCl-KCl reflecte o seu baixo custo, ampla disponibilidade e desempenho comprovado em toda a gama de ligas de alumínio comerciais.
2: Posso utilizar bórax ou outros fundentes comuns para o alumínio?
Não - o bórax (tetraborato de sódio, Na₂B₄O₇) é um fluxo utilizado para soldadura e brasagem de metais, incluindo alumínio, a temperaturas mais baixas, mas não é adequado como fluxo de tratamento de fusão para trabalhos de fundição de alumínio fundido. O bórax tem um ponto de fusão de aproximadamente 743°C, que está dentro da gama de temperaturas de fusão do alumínio, mas reage com o alumínio para formar compostos de boreto de alumínio e introduz contaminação de boro na fusão. Na química do refinador de grãos, o boro é uma adição controlada - o boro não controlado do uso do fluxo de bórax interromperia o refinamento de grãos cuidadosamente gerenciado das ligas de alumínio comerciais. Os fluxos corretos para a produção de alumínio fundido são sistemas de sal de cloreto-fluoreto, conforme descrito neste artigo. Para a brasagem e soldadura de alumínio (um processo diferente do tratamento por fusão), são utilizados sistemas de fluxo não corrosivos baseados em compostos de fluoreto, como o Nocolok (fluoroaluminato de potássio) para a brasagem em fornos de permutadores de calor de alumínio.
3: Qual é a diferença entre o fluxo de cobertura e o fluxo de limpeza para alumínio?
O fluxo de cobertura e o fluxo de limpeza têm funções diferentes e são aplicados de forma distinta. O fluxo de cobertura é espalhado por toda a superfície da fusão para evitar o contacto entre o alumínio líquido e o oxigénio atmosférico - isola fisicamente a superfície da fusão. É normalmente aplicado a uma taxa baixa (1-3 kg por tonelada métrica de alumínio) e mantido durante todo o período de retenção. O fluxo de limpeza é concebido para reagir e remover inclusões não metálicas suspensas no interior da massa fundida - deve ser agitado ou injetado na massa fundida para entrar em contacto com as inclusões em todo o volume do metal. Os fluxos de limpeza contêm proporções mais elevadas de compostos de fluoreto reactivos e são aplicados a taxas mais elevadas (2-8 kg por tonelada métrica), mas com menos frequência - normalmente uma vez por carga de forno em vez de continuamente. Alguns produtos comercializados como fluxos “combinados” tentam desempenhar ambas as funções em simultâneo, mas, segundo a nossa experiência na AdTech, os melhores resultados resultam da utilização de um fluxo de cobertura dedicado para proteção contínua da superfície e de um fluxo de limpeza separado para tratamento periódico em massa.
4: Como é que o fluxo remove as inclusões do alumínio fundido?
O fluxo remove as inclusões do alumínio fundido através de dois mecanismos complementares: modificação da tensão superficial e reação química. O mecanismo de tensão superficial funciona porque os compostos de flúor no fluxo são adsorvidos na interface entre as partículas de inclusão de óxido de alumínio e o metal circundante, diminuindo a energia interfacial e promovendo a aglomeração de inclusões em aglomerados maiores. Os aglomerados maiores têm maior flutuabilidade relativamente ao seu arrastamento e sobem à superfície da fusão mais rapidamente do que as pequenas inclusões individuais. O mecanismo de reação química envolve a dissolução direta do óxido de alumínio por espécies de flúor - particularmente AlF₃ e criolita - que reagem com Al₂O₃ para formar oxifluoreto de alumínio e compostos relacionados que se dividem preferencialmente na fase de fluxo de sal em vez de permanecer no metal. Ambos os mecanismos requerem que o fundente esteja em contacto íntimo com as inclusões, razão pela qual o fundente de limpeza deve ser completamente agitado na massa fundida em vez de simplesmente flutuar na superfície.
5: O fluxo é necessário se eu utilizar desgaseificação rotativa e filtração de espuma cerâmica?
O fluxo não é totalmente substituído pela desgaseificação rotativa e pela filtração de espuma cerâmica, mas o seu papel muda significativamente quando estes sistemas estão instalados. A desgaseificação rotativa trata da função de hidrogénio dissolvido que o fluxo de desgaseificação reactiva (hexacloroetano) tratava anteriormente, e a filtração de espuma cerâmica remove inclusões que o fluxo de limpeza teria de tratar de outra forma. No entanto, o fluxo de cobertura continua a ser necessário, independentemente dos sistemas de desgaseificação e filtração - a superfície da fusão gera continuamente novo óxido enquanto estiver exposta à atmosfera, e este óxido superficial deve ser gerido fisicamente com uma manta de fluxo de cobertura para evitar que entre na fusão sob a forma de inclusões. O fluxo de escória para a recuperação de metal da escória acumulada também continua a ser necessário. O que muda quando a desgaseificação rotativa e a CFF estão disponíveis é que a função de limpeza reactiva dos fluxos (particularmente os fluxos de fluoreto reactivos) se torna menos crítica, reduzindo o consumo global de fluxos e os desafios associados à gestão de resíduos.
6: Que fluxo é utilizado para o alumínio com elevado teor de magnésio (série 5xxx)?
As ligas de alumínio com elevado teor de magnésio (série 5xxx com Mg superior a 3%, tais como 5083 e 5182) requerem um fluxo especialmente formulado que evite a introdução de quantidades significativas de sódio, que reage com o magnésio e causa problemas. O fluxo de cobertura padrão NaCl-KCl contém sódio substancial que pode trocar com o magnésio no óxido da superfície fundida, introduzindo impureza de sódio e potencialmente perturbando o equilíbrio do magnésio. O fluxo de cobertura adequado para ligas com elevado teor de magnésio utiliza cloreto de magnésio (MgCl₂) como componente principal juntamente com KCl, com um teor mínimo de NaCl - por exemplo, uma mistura de 35% MgCl₂, 50% KCl, 15% NaCl. Esta formulação com baixo teor de sódio proporciona uma proteção adequada da superfície sem a reação de troca de sódio. Além disso, para ligas com alto teor de Mg, a camada de fluxo deve ser mantida com mais cuidado do que para ligas com baixo teor de Mg, porque o magnésio na fusão oxida rapidamente e gera inclusões de MgO que são mais difíceis de remover do que o Al₂O₃. São necessárias renovações de fluxo mais frequentes e um manuseamento suave da massa fundida.
7: O fluxo pode ser utilizado para remover o hidrogénio do alumínio ou é necessário equipamento de desgaseificação?
O fluxo de desgaseificação reactiva (pastilhas de hexacloroetano) pode remover o hidrogénio do alumínio, mas apenas com uma eficiência limitada (redução de 30-50%) e com desvantagens ambientais e de segurança significativas. Para a maioria das aplicações sensíveis à qualidade, a desgaseificação rotativa de gás inerte com árgon ou nitrogénio é o método necessário para a remoção de hidrogénio, uma vez que alcança uma redução de hidrogénio de 50-80% de forma consistente, pode ser controlada com precisão e não gera compostos de cloro tóxicos que exijam extração de fumos. A adição de pequenas quantidades de cloro gasoso (2-5% Cl₂) ao árgon de desgaseificação rotativa proporciona benefícios adicionais, incluindo a aglomeração de inclusões e a remoção de metais alcalinos - esta abordagem combina o melhor da química do fluxo e da desgaseificação mecânica sem os problemas das pastilhas de fluxo sólido. Na AdTech, recomendamos o fluxo de desgaseificação sólido reativo apenas como uma medida de reserva de emergência quando o equipamento de desgaseificação primário não está disponível, ou em operações muito pequenas em que o equipamento rotativo não pode ser economicamente justificado.
8: Que fluxo é utilizado para a soldadura e brasagem de alumínio em comparação com os fluxos de fundição?
Estes são sistemas de fluxo completamente diferentes que servem processos diferentes. Para a brasagem em forno de componentes de alumínio (tais como permutadores de calor para automóveis), o sistema de fluxo padrão é o fluoroaluminato de potássio (K₁₋₃AlF₄₋₆), comercialmente conhecido como Nocolok ou produtos equivalentes. Este fluxo torna-se ativo acima de aproximadamente 560°C, rompe a camada de óxido nas superfícies de alumínio durante a brasagem e permite que o metal de enchimento de brasagem (tipicamente liga eutéctica Al-Si) molhe e flua para a junta. Para a brasagem com maçarico, os fluxos de brasagem de alumínio baseados em químicos de fluoreto semelhantes são aplicados como pasta ou pó na área da junta antes do aquecimento. Para a soldadura suave do alumínio (a temperaturas mais baixas, utilizando soldas à base de zinco ou estanho), são utilizados fluxos agressivos à base de ácidos orgânicos ou cloreto de zinco. Nenhum destes fluxos de brasagem ou de soldadura é adequado para o tratamento de fusão em fundição - foram concebidos para molhar a superfície do alumínio sólido, não para o tratamento a granel de grandes volumes de metal líquido a 700-760°C.
9: Qual a quantidade de fundente que devo adicionar ao alumínio fundido e com que frequência?
As taxas de aplicação dependem do tipo de fluxo e das condições de funcionamento. Fluxo de cobertura: 1-3 kg por tonelada métrica de alumínio retido, aplicado após cada operação de desnatação e após qualquer evento que perturbe a superfície da fusão (adições de metal, amostragem, imersão da ferramenta). Em condições húmidas ou quando a fusão é mantida por períodos prolongados, o fluxo de cobertura deve ser renovado a cada 30-60 minutos. Fluxo de limpeza: 2-8 kg por tonelada métrica de alumínio, aplicado uma vez por carga do forno durante a fase de tratamento, com agitação completa durante 5-10 minutos para distribuir o fluxo através do volume fundido. Fluxo de escória: 5-15 kg por tonelada métrica de escória, aplicado diretamente na camada de escória e trabalhado com um ancinho. Fluxo de remoção de álcalis: 3-10 kg por tonelada métrica, com um tempo de tratamento de 10-20 minutos de agitação antes da escumação. A aplicação excessiva de qualquer tipo de fluxo aumenta o risco de inclusão salina (partículas de fluxo que ficam presas no metal) e aumenta o volume e o custo da eliminação de resíduos. A otimização sistemática do consumo de fundentes - através de testes regulares de RPT para verificar a eficácia e registos do forno para acompanhar o consumo em relação aos resultados de qualidade - reduz consistentemente tanto o custo dos fundentes como a produção de resíduos.
10: Quais as certificações ou normas de qualidade que o fluxo para alumínio deve cumprir?
O fluxo de alumínio industrial para aplicações de fundição e de casa de fundição deve cumprir ou ser verificado de acordo com as seguintes normas de qualidade e segurança. A certificação ISO 9001 do fabricante garante uma qualidade de produção consistente e rastreabilidade. A composição química deve ser verificada pelo laboratório de análises do fabricante para cada lote de produção, com certificados de conformidade disponíveis para cada remessa. A pureza do fluxo é particularmente importante para o teor de humidade - a água no fluxo acima de aproximadamente 0,2% pode causar salpicos violentos quando o fluxo é aplicado na fusão. O teor de metais pesados (chumbo, cádmio, mercúrio) deve ser confirmado abaixo dos limites especificados, particularmente para o fluxo utilizado em alumínio destinado a contacto com alimentos ou aplicações estruturais em automóveis. A Ficha de Dados de Segurança (FDS), de acordo com os requisitos do GHS, deve ser actualizada e incluir procedimentos de emergência para o contacto da pele e dos olhos com o sal fundido e para a inalação de vapores de flúor. A documentação de conformidade com o REACH é necessária para a aquisição no mercado europeu. Para o fluxo utilizado na produção de alumínio aeroespacial, o fabricante deve fornecer registos completos de rastreabilidade e a composição do fluxo deve ser verificada como compatível com as especificações de impureza da liga específica - particularmente para o conteúdo de sódio e cálcio que o próprio fluxo pode introduzir.
Resumo: Escolher o fluxo correto para a sua operação de alumínio
O fluxo utilizado para o alumínio não é um produto único, mas sim uma família de tratamentos químicos especializados, cada um direcionado para um problema específico de qualidade da fusão. O princípio mais importante na seleção do fluxo é fazer corresponder a função do fluxo ao problema diagnosticado, em vez de aplicar um “fluxo de alumínio” genérico sem identificar qual é o problema de qualidade real.
O fluxo de cobertura (base NaCl-KCl com modificadores de flúor) é a base universal - nenhuma operação de retenção de alumínio deve prosseguir sem uma cobertura adequada da superfície. O fluxo de escória melhora a recuperação de metal da escória e reduz o volume de resíduos em operações com geração significativa de escória. O fluxo de limpeza reduz o conteúdo de inclusões suspensas na massa fundida, trabalhando em sinergia com a filtragem de espuma cerâmica a jusante. O fluxo de remoção de álcalis trata da contaminação por sódio e cálcio que os fluxos padrão não conseguem resolver. E a desgaseificação rotativa com química de gás controlada (árgon ou nitrogénio com adição opcional de Cl₂) lida com a função de remoção de hidrogénio que o fluxo sólido reativo tentou servir.
O sistema de tratamento de fusão ideal combina estes elementos na sequência correta - fluxo de cobertura para proteção contínua, fluxo de limpeza periódica para gestão de inclusões a granel, tratamento de remoção de álcalis quando a composição o exige e desgaseificação rotativa como ferramenta principal para controlo do hidrogénio. Cada componente tem uma função específica, e o sistema tem um melhor desempenho quando todas as funções são preenchidas corretamente.
Na AdTech, fornecemos uma gama completa de produtos de tratamento de alumínio fundido, incluindo formulações de fluxo, filtros de espuma de cerâmica e equipamento de desgaseificação rotativa, e a nossa equipa de engenharia de aplicações apoia os clientes na conceção de sistemas de tratamento de alumínio fundido que atingem os seus objectivos de qualidade com o menor custo total de tratamento.
Este artigo foi preparado pela equipa editorial técnica da AdTech com base na experiência primária de fundição, investigação metalúrgica publicada e monitorização direta da aplicação em instalações de fundição de alumínio. As principais referências incluem o trabalho de Groteke e Neff (AFS Transactions, 1993) e as práticas padrão da indústria documentadas pela Aluminum Association e European Aluminium. O conteúdo é revisto anualmente.
Última atualização: 2026 | Biblioteca de recursos técnicos da AdTech.
