Новости

Процесс очистки алюминия

Время:2025-12-04

Производство алюминия высокой чистоты основывается на трехуровневом подходе: роторная дегазация для удаления водорода, введение флюса для отделения щелочных металлов и оксидов и фильтрация керамической пеной для физического улавливания твердых включений.

Для достижения нулевого уровня дефектности литья требуется строгое соблюдение этих этапов в литейном цехе. Без эффективной очистки расплав страдает от пористости и слабых механических свойств. Отраслевой стандарт предусматривает установку поточной дегазационной установки между вагранкой и разливочным столом. В эту установку вводятся инертные газы, такие как азот или аргон, которые соединяются с водородом. Одновременно с этим пенокерамические фильтры (CFF), использующие механизмы глубокой фильтрации, задерживают неметаллические частицы микронного размера. Внедрение этой интегрированной системы гарантирует соответствие стандартам качества ASTM и значительно снижает количество брака при последующей обработке.

Критическая потребность в очистке в современной металлургии

Алюминиевое сырье, выходящее из плавильной печи или печи для переработки, редко бывает достаточно чистым для применения в таких высокотехнологичных областях, как аэрокосмическая, автомобильная промышленность или производство фольги. В расплаве содержатся враги, которые нарушают структурную целостность.

Операторы сталкиваются с тремя основными загрязнителями:

Водородный газ: Единственный газ, растворимый в жидком алюминии. Он вызывает пористость (проколы) во время затвердевания.
Оксидные пленки (окалина): Алюминий мгновенно вступает в реакцию с кислородом, образуя пленки, которые ослабляют целостность металла.
Щелочные металлы: Такие элементы, как натрий (Na), литий (Li) и кальций (Ca), снижают пластичность.

ADtech специализируется на инженерных решениях, направленных на борьбу с этими специфическими загрязнениями. Если вы пропустите очистку, вы рискуете вывести продукт из строя. Одно оксидное включение может стать причиной разрыва тонкой фольги или трещины в легкосплавном диске.

Механизм поглощения водорода

Влага является основным источником водорода. Она поступает из влажного воздуха, влажных инструментов или не полностью высушенных огнеупоров. Когда водяной пар ( $H_2O$ ) касается расплавленного алюминия ( $Al$ ), происходит реакция:

2Al + 3H_2O \rightarrow Al_2O_3 + 6H

Атомарный водород диффундирует в расплав. Когда металл охлаждается, растворимость водорода резко падает, вытесняя газ из раствора и образуя пузырьки. Мы должны удалить этот газ до того, как металл застынет.

Технологии первичной очистки

Рафинирование расплавленного алюминия - это не один этап. Это целая последовательность операций. Мы рассмотрим основные технологии, используемые во всем мире и в компании ADtech для обеспечения чистоты расплава.

1. Роторные дегазационные системы

Наиболее эффективным способом удаления водорода является ротационная дегазация. Этот процесс включает в себя вращающийся ротор и вал, погруженный в расплав. Через вал в систему подается инертный газ (аргон или азот).

Вращающийся ротор разрезает крупные пузырьки газа на миллионы крошечных микропузырьков. Это значительно увеличивает площадь поверхности.

Как это работает:

Диффузия: Атомы водорода в расплаве притягиваются к низкому парциальному давлению внутри пузырьков инертного газа.
Флотация: Пузырьки поднимаются на поверхность, унося с собой водород.
Удаление включений: Пузырьки также прикрепляются к частицам оксида, поднимая их в слой окалины для отвода.

В установках дегазации ADtech используется оптимизированная конструкция ротора для предотвращения образования вихрей. Вихрь может всасывать поверхностную окалину обратно в расплав, что сводит на нет все усилия.

2. Инжекция флюса (флюсование)

Флюсование подразумевает добавление химических солей в расплав. Если раньше добавление флюса осуществлялось вручную, то на современных линиях используются автоматические инжекционные машины. Эти машины впрыскивают точную смесь гранулированного флюса и инертного газа глубоко в расплавленную ванну.

Функции потока:

Смачивающий агент: Он изменяет поверхностное натяжение, позволяя алюминию, застрявшему в окалине, стекать обратно в ванну.
Химическая очистка: Некоторые флюсы вступают в реакцию с кальцием или натрием, удаляя их.
Очистка стен: Экзотермические флюсы помогают очистить стенки печи от корундовых отложений.

3. Фильтрация керамической пеной (CFF)

Фильтрация - это последний страж. Расположенный непосредственно перед литейным столом, фильтровальный ящик содержит фильтр из керамической пены. ADtech специализируется на производстве CFF, используя фосфатно-связанные высокоглиноземистые материалы или карбид кремния.

Фильтр работает по двум механизмам:

Фильтрация жмыха: Крупные частицы блокируются на поверхности фильтра.
Глубокая фильтрация: Мелкие частицы задерживаются в извилистых путях внутренней структуры фильтра под действием силы тяжести, трения и химического сродства.

Выбор правильных параметров фильтрации

Выбор правильного фильтра - это инженерная работа, а не гадание. Используется метрика PPI (Pores Per Inch). Более высокий PPI означает более тонкую фильтрацию, но требует более высокого давления напора металла для запуска потока.

Матрица выбора фильтров

В следующей таблице приведены данные по выбору фильтра в зависимости от области применения.

Тип приложения	Рекомендуемые ИПП	Материал фильтра	Главная цель
Стандартные экструзионные заготовки	30 - 40 PPI	Глинозем / SiC	Удаляет крупные окислы, предотвращает появление линий штампа.
Автомобильное литье (колеса)	40 - 50 PPI	Карбид кремния	Устраните включения, которые вызывают трещины.
Аэрокосмические сплавы	50 - 60 PPI	Высокоглиноземистый	Максимальная чистота для сопротивления усталости.
Кузов Can Body Stock	50 PPI	Глинозем	Предотвращает разрывы при прокатке.
Прокатка фольги (тонкий слой)	60+ PPI	Высокоглиноземистый	Не требуется никаких отверстий.

Примечание: Инженеры ADtech рекомендуют предварительно нагреть коробку фильтра, чтобы избежать теплового удара, который может привести к растрескиванию керамики.

Взаимодействие дегазации и фильтрации

Операторы часто спрашивают, можно ли выполнить только один из этих этапов. Ответ - нет. Они работают в тандеме.

Если фильтровать без дегазации, металл все равно будет иметь водородную пористость. Если дегазировать без фильтрации, включения будут проходить через него. На самом деле, в процессе дегазации мелкие включения часто сливаются в крупные комки. Фильтр, расположенный ниже по потоку, легко улавливает эти комки.

Стратегия размещения:

Стандартная схема для линии кастинга такова:

Печь.
Отмыть.
Дегазационная установка ADtech.
ADtech Filter Box (CFF).
Литейный стол.

Этот порядок крайне важен. Дегазация создает турбулентность. Вы хотите, чтобы турбулентность произошла до фильтр, чтобы поток был ламинарным (гладким), когда он попадает в форму.

Оптимизация процесса: Скорость потока и скорость вращения ротора

Успех кроется в деталях. Работа дегазатора на максимальной скорости не всегда лучше. Чрезмерная скорость создает поверхностную турбулентность, подвергая свежий металл воздействию атмосферного кислорода.

Параметр	Стандартный диапазон	Влияние отклонений
Скорость вращения ротора (об/мин)	350 - 550 ОБ/МИН	Слишком высокая температура создает окалину, а слишком низкая снижает дисперсность пузырьков.
Скорость потока газа (л/мин)	15 - 25 л/мин	Слишком высокая температура приводит к “кипению”, а слишком низкая не позволяет удалить H2.
Температура металла	700°C - 750°C	Низкая температура засоряет фильтры; высокая температура увеличивает поглощение H2.
Предварительный нагрев фильтра	15 - 20 минут	Отсутствие предварительного нагрева приводит к тому, что замерзший металл блокирует фильтр.

Тематическое исследование: Повышение урожайности в Мичигане, США

Место: Завод по литью автомобилей под давлением, Мичиган

Время: Февраль 2023 года

Задача клиента:

Поставщик первого уровня для лотков аккумуляторных батарей электромобилей столкнулся с показателем брака 8,5%. Дефекты были идентифицированы как оксидные включения и водородная пористость. Детали не прошли испытания на герметичность под давлением. На предприятии использовались только простые сетчатые фильтры и ручное флюсование.

Решение ADtech:

Мы провели комплексную модернизацию системы очистки.

Установка: Заменена секция отмывки для установки установки ADtech Online Degassing Unit (компактная двухроторная конструкция).
Фильтрация: Установлен двухступенчатый фильтрующий блок с фильтрами 40 PPI и 50 PPI из вспененной керамики.
Изменение процесса: Переход от ручного нанесения флюса к автоматическому впрыску в камеру дегазации.

Результаты:

После 30-дневного испытательного срока данные показали значительное улучшение.

Уменьшение количества металлолома: Уровень отказов снизился с 8,5% до 1,2%.
Индекс плотности: Улучшение с 8% до менее 1,5% (что свидетельствует о низком содержании водорода).
ROI: Снижение затрат на переплавку окупило модернизацию оборудования в течение четырех месяцев.

Передовые химические составы для флюсов

Флюс - это не просто соль. Это сложный химический инструмент.

1. Покрывающий флюс:

Используется в печи. Он плавает поверх расплава, создавая барьер против воздуха. Это предотвращает окисление.

2. Поток окалины:

Добавляется перед обезжириванием. Это создает экзотермическую реакцию (тепло), которая отделяет ценный алюминий от оксидной оболочки (окалины). Это гарантирует, что вы выбрасываете только отходы, а не хороший металл.

3. Очищающий флюс:

Вводится в расплав. Он помогает поднять включения на верхний уровень. ADtech предлагает гранулированные флюсы, не содержащие натрия, для сплавов, в которых натрий является загрязняющим веществом (например, высокомагниевые сплавы).

Впрыск флюса по сравнению с ручным добавлением

Ручное добавление непоследовательно. Один оператор может добавить слишком много, другой - слишком мало. Инжекция гарантирует однородное распределение. Газ-носитель (азот) помогает рассеять флюс по всей глубине ванны.

Обслуживание и долговечность очистительного оборудования

Без ухода производительность оборудования снижается. Ротор в установке для дегазации является расходным материалом. Обычно он изготавливается из графита или нитрида кремния.

Общие проверки технического обслуживания:

Эрозия ротора: Графит со временем окисляется. Эродированная головка ротора теряет свою геометрию и не может эффективно срезать пузырьки. Проверяйте размеры еженедельно.
Нагревательные элементы: В фильтровальной коробке температуру поддерживают электрические нагреватели. Если один из них выйдет из строя, металл может замерзнуть.
Целостность печати: Прокладки вокруг фильтрующей пластины должны быть плотными. Если уплотнение нарушено, металл минует фильтр, делая процесс бесполезным.

Таблица ожидаемой продолжительности жизни

Компонент	Материал	Предполагаемая продолжительность жизни
Дегазационный ротор	Нитрид кремния	6 - 12 месяцев
Дегазационный ротор	Графит	3 - 6 недель
Защитная трубка нагревателя	SiC	6 - 12 месяцев
Фильтр из керамической пены	Глинозем	Одноразового использования (одноразовые)
Отмывки/подкладки	Тугоплавкие	1 - 2 года

Примечание: Нитрид кремния стоит дороже, но обеспечивает большую долговечность по сравнению с графитом.

Роль зернопереработчиков

В то время как очистка удаляет все плохое, рафинирование зерна добавляет все хорошее. Часто добавляемые сразу после дегазации, рафинеры (обычно это титано-борные стержни) определяют микроструктуру алюминия.

Мелкая, равноосная структура зерен позволяет отливке лучше течь и противостоять растрескиванию. Системы подачи ADtech могут автоматизировать добавление проволоки AlTiB, чтобы обеспечить постоянный размер зерна по всей отливке.

Экологические соображения при очистке

Современная очистка алюминия должна быть экологичной. Старые методы с использованием хлорного газа для дегазации опасны и запрещены во многих юрисдикциях.

Подход ADtech к устойчивому развитию:

Не содержит хлора: Мы используем азот или аргон, которые безопасны и распространены.
Уменьшение отбросов: Эффективное флюсование снижает количество алюминия, отправляемого на свалку в виде окалины.
Энергоэффективность: В наших фильтровальных коробках используется высокоэффективная изоляция, снижающая потребление энергии, необходимой для поддержания металла в горячем состоянии.

Сокращение количества лома - это самый большой вклад в защиту окружающей среды. Каждая тонна лома, которую приходится переплавлять, потребляет огромное количество природного газа и электроэнергии. Сделать все правильно с первого раза - вот главная экологическая стратегия.

Технические нюансы

Чтобы по-настоящему понять процесс очистки алюминия, Необходимо обратить внимание на конкретные дефекты.

Включения: Это неметаллические частицы. Они могут быть оксидами (пленками), карбидами или боридами. Твердые включения повреждают обрабатывающий инструмент на более поздних стадиях процесса.

Удаление щелочи: удаление кальция жизненно важно для производства фольги. Даже незначительные количества приводят к разрыву фольги при прокатке.

Металлургическое качество: Это относится к общей чистоте. Такие инструменты, как PoDFA (Porous Disc Filtration Apparatus) или измерения Prefil, позволяют инженерам количественно оценить чистоту. Оборудование ADtech помогает предприятиям достичь превосходных кривых Prefil.

При поиске решения для касторамы, Руководители предприятий должны отдавать предпочтение модульным системам. Модульная установка дегазации может быть модернизирована на существующих линиях без значительных строительных работ.

Устранение распространенных проблем с очисткой

Даже с самым лучшим оборудованием случаются неполадки. Вот матрица поиска и устранения неисправностей для операторов замков.

Проблема: высокие уровни водорода после дегазации

Причина: День повышенной влажности?
Причина: Скорость вращения ротора слишком низкая?
Причина: Утечка газа носителя?
Фикс: Немного увеличьте расход газа, проверьте герметичность газопроводов, убедитесь, что ротор не изношен.

Проблема: Засорение фильтра (замерзание)

Причина: Слишком низкая температура металла.
Причина: Недостаточный предварительный нагрев коробки фильтра.
Фикс: Проверьте температуру в печи. Убедитесь, что нагреватели фильтровальной коробки работают за 30 минут до отливки.

Проблема: В готовом продукте обнаружены включения

Причина: Обходной фильтр (плохое уплотнение).
Причина: Грязная стирка после фильтра.
Фикс: Осмотрите расширяющуюся прокладку на ЦФ. Строго очищайте прачечные.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вот основные вопросы, которые задают руководители предприятий и металлурги по поводу процесса очистки.

1. Какой метод удаления водорода из алюминия является наиболее эффективным?

Ротационная дегазация с использованием инертного газа, такого как аргон или азот, является промышленным стандартом. При этом водород физически выводится из расплава посредством флотации пузырьков.

2. Почему флюс впрыскивается, а не выбрасывается наверх?

Инжекция обеспечивает контакт флюса со всем объемом металла, а не только с поверхностью. Это повышает эффективность реакции и уменьшает количество необходимого флюса.

3. Как часто следует менять фильтр из керамической пены?

CFF - это одноразовые предметы. Вы должны менять их после каждого броска или когда перепад давления становится слишком большим, что указывает на засорение.

4. Могу ли я использовать азот вместо аргона для дегазации?

Да, азот дешевле и широко используется. Однако для некоторых высокотехнологичных сплавов или при использовании лития требуется аргон, поскольку азот может вступать в реакцию с образованием нитридов.

5. В чем разница между PPI и размером ячейки?

PPI означает "поры на дюйм" в поролоновом фильтре. Сетка означает проволочную сетку. 30 PPI - это стандартная крупность, 60 PPI - мелкая. Более высокий PPI задерживает более мелкие частицы.

6. Как ADtech гарантирует, что коробка фильтра не будет охлаждать металл?

Фильтровальные боксы ADtech футеруются современными огнеупорными материалами и часто оснащаются нагревателями крышки для поддержания теплового равновесия.

7. Что создает окалину в печи?

Осадок образуется, когда алюминий вступает в реакцию с кислородом воздуха. Турбулентность и высокие температуры ускоряют эту реакцию.

8. Используется ли до сих пор хлорный газ для очистки?

Это редкое явление из-за токсичности и экологических норм. В некоторых установках используется смесь 90% азота / 10% хлора, но для безопасности предпочтительнее использовать исключительно инертные газы.

9. Что произойдет, если скорость вращения ротора будет слишком высокой?

Он создает вихрь, который засасывает поверхностную окалину и воздух в расплав, фактически ухудшая качество. Кроме того, ротор быстрее изнашивается.

10. Может ли очистка удалить железо из алюминия?

Нет. Железо химически растворено в алюминии. Фильтрация и дегазация не могут удалить растворенные элементы, такие как железо или марганец; они удаляют только твердые частицы и газы.

Заключительные мысли о качестве расплава

Сайт процесс очистки алюминия определяет ценность вашего конечного продукта. Независимо от того, отливаете ли вы заготовки, слябы или слитки, наличие водорода и включений не подлежит обсуждению - они должны исчезнуть.

ADtech предоставляет оборудование и опыт для обеспечения этого качества. Сочетая эффективную роторную дегазацию с точным введением флюса и глубокой керамической фильтрацией, мы помогаем литейным заводам достичь мировых стандартов. Стоимость очистки составляет лишь малую часть стоимости забракованной партии.

Инвестиции в технологии ADtech гарантируют, что ваш металл будет чистым, ваши клиенты будут довольны, а контейнеры для лома останутся пустыми.