Alüminyum Saflaştırma Süreci

Yüksek saflıkta alüminyum üretimi üç katmanlı bir yaklaşıma dayanır: hidrojeni soymak için döner gaz giderme, alkali metalleri ve oksitleri ayırmak için flaks enjeksiyonu ve katı kalıntıları fiziksel olarak yakalamak için seramik köpük filtreleme.

Sıfır hatalı döküm elde etmek, dökümhanede bu adımlara sıkı sıkıya bağlı kalmayı gerektirir. Etkili bir arıtma yapılmadığında, eriyik gözeneklilikten ve zayıf mekanik özelliklerden muzdarip olur. Endüstri standardı, bekletme fırını ile döküm masası arasına bir hat içi gaz giderme ünitesi yerleştirmeyi içerir. Bu ünite, hidrojenle bağ kuran nitrojen veya argon gibi inert gazlar verir. Eş zamanlı olarak, derin yatak filtreleme mekanizmalarını kullanan seramik köpük filtreler (CFF) mikron boyutundaki metalik olmayan partikülleri yakalar. Bu entegre sistemin uygulanması ASTM kalite standartlarına uyumu garanti eder ve sonraki işlemlerde hurda oranlarını önemli ölçüde azaltır.

Modern Metalurjide Kritik Saflaştırma İhtiyacı

İzabe tesisinden veya geri dönüşüm fırınından çıkan ham alüminyum, havacılık, otomotiv veya folyo üretimi gibi üst düzey uygulamalar için nadiren yeterince temizdir. Eriyik, yapısal bütünlüğü tehlikeye atan düşmanlar içerir.

Operatörler üç temel kirletici ile karşı karşıyadır:

1. Hidrojen Gazı: Sıvı alüminyumda çözünebilen tek gazdır. Katılaşma sırasında gözenekliliğe (iğne delikleri) neden olur.

2. Oksit Filmler (Dross): Alüminyum oksijenle anında reaksiyona girerek metal sürekliliğini zayıflatan filmler oluşturur.

3. Alkali Metaller: Sodyum (Na), Lityum (Li) ve Kalsiyum (Ca) gibi sünekliği azaltan elementler.

ADtech bu spesifik kirleticilere yönelik mühendislik çözümlerine odaklanmaktadır. Arıtmayı atlarsanız, ürün arızası riskiyle karşı karşıya kalırsınız. Tek bir oksit kalıntısı ince folyoda yırtılmaya veya alaşım jantta çatlamaya neden olabilir.

Hidrojen Absorpsiyon Mekanizması

Nem, hidrojenin ana kaynağıdır. Nemli hava, nemli aletler veya tam olarak kurutulmamış refrakterlerden kaynaklanır. Su buharı (H2O) erimiş alüminyuma (Al), bir reaksiyon meydana gelir:

Atomik hidrojen eriyiğin içine yayılır. Metal soğuduğunda, hidrojenin çözünürlüğü büyük ölçüde düşer, gazı çözeltiden dışarı çıkmaya zorlar ve kabarcıklar oluşturur. Metal donmadan önce bu gazı uzaklaştırmalıyız.

Birincil Saflaştırma Teknolojileri

Erimiş alüminyumun rafine edilmesi tek bir adım değildir. Bir dizi işlemden oluşur. Eriyik temizliğini sağlamak için küresel olarak ve ADtech tarafından kullanılan temel teknolojileri inceleyeceğiz.

1. Döner Gaz Giderme Sistemleri

Hidrojeni uzaklaştırmanın en etkili yolu döner gaz gidermedir. Bu işlem dönen bir rotor ve eriyiğin içine daldırılmış bir şaft içerir. Sistem, şaft boyunca inert bir gaz (Argon veya Azot) enjekte eder.

Dönen rotor büyük gaz kabarcıklarını milyonlarca küçük mikro kabarcığa ayırır. Bu da yüzey alanını önemli ölçüde artırır.

Nasıl çalışıyor?

• Difüzyon: Eriyikteki hidrojen atomları, inert gaz kabarcıklarının içindeki düşük kısmi basınca çekilir.

• Flotasyon: Kabarcıklar yüzeye çıkarak hidrojeni dışarı taşır.

• Dahil Etme Kaldırma: Kabarcıklar ayrıca oksit partiküllerine tutunarak onları sıyırmak için cüruf tabakasına doğru yüzdürür.

ADtech gaz giderme üniteleri girdaplanmayı önlemek için optimize edilmiş rotor tasarımları kullanır. Girdap, yüzeydeki cürufu eriyiğin içine geri çekerek amacı boşa çıkarabilir.

2. Flux Enjeksiyonu (Fluxing)

Akışkanlaştırma, eriyiğe kimyasal tuzların eklenmesini içerir. Geçmişte elle ekleme yaygınken, modern hatlarda otomatik enjeksiyon makineleri kullanılmaktadır. Bu makineler erimiş banyonun derinliklerine hassas bir granül flaks ve inert gaz karışımı enjekte eder.

Akış Fonksiyonları:

• Islatıcı Ajan: Yüzey gerilimini değiştirerek cüruf içinde sıkışmış alüminyumun banyoya geri akmasını sağlar.

• Kimyasal Temizlik: Bazı flakslar Kalsiyum veya Sodyum ile reaksiyona girerek onları uzaklaştırır.

• Duvar Temizliği: Ekzotermik flakslar fırın duvarlarının korundum birikiminden uzak tutulmasına yardımcı olur.

3. Seramik Köpük Filtrasyonu (CFF)

Filtrasyon son bekçidir. Döküm masasından hemen önce konumlandırılan filtre kutusu, Seramik Köpük Filtresini barındırır. ADtech, fosfat bağlı yüksek alümina veya silikon karbür malzemeler kullanarak CFF üretiminde uzmanlaşmıştır.

Filtre iki mekanizma aracılığıyla çalışır:

• Kek Filtrasyonu: Büyük partiküller filtrenin yüzeyinde bloke olur.

• Derin Yatak Filtrasyonu: Daha küçük partiküller yerçekimi, sürtünme ve kimyasal afinite nedeniyle filtrenin iç yapısının dolambaçlı yolu içinde sıkışır.

Doğru Filtrasyon Parametrelerinin Seçilmesi

Doğru filtreyi seçmek mühendislik işidir, tahmin değil. Kullanılan metrik PPI'dır (İnç Başına Gözenek). Daha yüksek bir PPI daha ince filtreleme anlamına gelir ancak akışı başlatmak için daha yüksek metal kafa basıncı gerektirir.

Filtre Seçim Matrisi

Aşağıdaki tabloda uygulamaya dayalı filtre seçimine ilişkin veriler yer almaktadır.

Uygulama Türü	Önerilen PPI	Filtre Malzemesi	Ana Hedef
Standart Ekstrüzyon Kütükleri	30 - 40 ÜFE	Alümina / SiC	Büyük oksitleri giderin, kalıp çizgilerini önleyin.
Otomotiv Döküm (Tekerlekler)	40 - 50 PPI	Silisyum Karbür	Çatlaklara neden olan inklüzyonları ortadan kaldırın.
Havacılık ve Uzay Alaşımları	50 - 60 ÜFE	Yüksek Alümina	Yorulma direnci için maksimum saflık.
Can Gövde Stoku	50 ÜFE	Alümina	Yuvarlanma sırasında yırtılmayı önler.
Folyo Haddeleme (İnce Ölçü)	60+ ÜFE	Yüksek Alümina	Sıfır iğne deliği gereklidir.

Not: ADtech mühendisleri, seramiği çatlatabilecek termal şoktan kaçınmak için filtre kutusunun önceden ısıtılmasını önermektedir.

Gaz Giderme ve Filtrasyon Etkileşimi

Operatörler genellikle bu adımlardan sadece birini gerçekleştirip gerçekleştiremeyeceklerini sorarlar. Cevap hayır. Birlikte çalışırlar.

Gazdan arındırmadan filtreleme yaparsanız metalde hidrojen gözenekliliği devam edecektir. Filtreleme yapmadan gazdan arındırırsanız, inklüzyonlar geçecektir. Aslında, gaz giderme ünitesi genellikle küçük inklüzyonları daha büyük kümeler halinde toplar. Daha sonra aşağı akış filtresi bu kümeleri kolayca yakalar.

Yerleştirme Stratejisi:

Bir döküm hattı için standart düzen şöyledir:

1. Fırın.

2. Akla.

3. ADtech Gaz Giderme Ünitesi.

4. ADtech Filtre Kutusu (CFF).

5. Döküm Masası.

Bu düzen hayati önem taşır. Gaz giderme türbülans yaratır. Bu türbülansın gerçekleşmesini istiyorsunuz önce Filtre, kalıba girdiğinde akışın laminer (pürüzsüz) olmasını sağlar.

Sürecin Optimize Edilmesi: Akış Oranları ve Rotor Hızları

Başarı ayrıntılarda yatar. Bir gaz giderme ünitesini maksimum hızda çalıştırmak her zaman daha iyi değildir. Aşırı hız yüzey türbülansı yaratarak taze metali atmosferik oksijene maruz bırakır.

Önerilen Operasyonel Parametreler

Parametre	Standart Aralık	Sapmanın Etkisi
Rotor Hızı (RPM)	350 - 550 RPM	Çok yüksek cüruf oluşturur; çok düşük kabarcık dağılımını azaltır.
Gaz Akış Hızı (L/dak)	15 - 25 L/dak	Çok yüksek “kaynama” yaratır; çok düşük H2'yi gideremez.
Metal Sıcaklığı	700°C - 750°C	Düşük sıcaklık filtreleri tıkar; yüksek sıcaklık H2 emilimini artırır.
Filtre Ön Isıtması	15 - 20 dakika	Ön ısıtmanın olmaması donmuş metalin filtreyi tıkamasına neden olur.

Operatörler bu ayarları alaşım türüne göre kalibre etmelidir. 5000 serisi alaşımlar (yüksek Magnezyum) 6000 serisinden (Magnezyum-Silikon) farklı davranır.

Örnek Çalışma: Michigan, ABD'de Verimin Artırılması

Konum: Otomotiv Kalıp Döküm Tesisi, Michigan

Zaman: Şubat 2023

Müşteri Mücadelesi:

Elektrikli araç batarya tepsileri için 1. Kademe bir tedarikçi 8,5%'lik bir ret oranıyla karşılaştı. Kusurlar oksit inklüzyonları ve hidrojen gözenekliliği olarak tespit edildi. Parçalar basınç sızdırmazlık testlerinde başarısız oldu. Tesiste yalnızca basit ağ filtreleri ve manuel flakslama kullanılıyordu.

ADtech Çözümü:

Bütünsel bir arıtma yükseltmesi uyguladık.

1. Kurulum: ADtech Online Gaz Giderme Ünitesini (kompakt çift rotorlu tasarım) yerleştirmek için yıkama bölümü değiştirildi.

2. Filtreleme: Önce 40 PPI, ardından 50 PPI seramik köpük filtre kullanan çift aşamalı bir filtre kutusu takıldı.

3. Süreç Değişikliği: Gaz giderme odası içinde manuel flakslamadan otomatik enjeksiyona geçildi.

Sonuçlar:

30 günlük deneme süresinin ardından veriler önemli bir iyileşme gösterdi.

• Hurda Azaltma: Ret oranı 8,5%'den 1,2%'ye düşmüştür.

• Yoğunluk Endeksi: 8%'den 1,5%'nin altına iyileştirildi (düşük hidrojeni gösterir).

• ROI: Yeniden eritme maliyetlerindeki azalma, ekipman yükseltme masraflarını dört ay içinde karşıladı.

Gelişmiş Flux Kimyasalları

Flux sadece tuz değildir. Sofistike bir kimyasal araçtır.

1. Örtücü Akı:

Fırında kullanılır. Havaya karşı bir bariyer oluşturmak için eriyiğin üstünde yüzer. Bu oksidasyonu önler.

2. Drossing Flux:

Sıyırmadan önce eklenir. Değerli alüminyumu oksit kabuğundan (cüruf) ayıran ekzotermik bir reaksiyon (ısı) yaratır. Bu, iyi metali değil sadece atığı atmanızı sağlar.

3. Temizlik Akısı:

Eriyiğin içine enjekte edilir. Kapanımların üste çıkmasına yardımcı olur. ADtech, sodyumun kirletici olduğu alaşımlar (yüksek magnezyum alaşımları gibi) için sodyum içermeyen granül flakslar sağlar.

Akı Enjeksiyonu ve Manuel Ekleme

Manuel ekleme tutarsızdır. Bir operatör çok fazla, diğeri çok az atabilir. Enjeksiyon homojen bir dağılımı garanti eder. Taşıyıcı gaz (Nitrojen) akının tüm banyo derinliği boyunca dağılmasına yardımcı olur.

Arıtma Ekipmanının Bakımı ve Uzun Ömürlülüğü

Ekipman performansı bakım yapılmazsa düşer. Gaz giderme ünitesindeki rotor bir sarf malzemesidir. Genellikle grafit veya silikon nitrürden yapılır.

Ortak Bakım Kontrolleri:

• Rotor Erozyonu: Grafit zamanla oksitlenir. Aşınmış bir rotor kafası geometrisini kaybeder ve kabarcıkları etkili bir şekilde kesemez. Boyutları haftalık olarak kontrol edin.

• Isıtıcı Elemanlar: Filtre kutusunda, elektrikli ısıtıcılar sıcaklığı korur. Biri arızalanırsa metal donabilir.

• Mühür Bütünlüğü: Filtre plakasının etrafındaki contalar sıkı olmalıdır. Conta arızalanırsa, metal filtreyi atlayarak işlemi işe yaramaz hale getirir.

Yaşam Beklentisi Tablosu

Bileşen	Malzeme	Tahmini Kullanım Ömrü
Gaz Giderme Rotoru	Silisyum Nitrür	6 - 12 Ay
Gaz Giderme Rotoru	Grafit	3 - 6 hafta
Isıtıcı Koruma Borusu	SiC	6 - 12 Ay
Seramik Köpük Filtre	Alümina	Tek Kullanımlık (Tek Kullanımlık)
Aklayıcılar/Lineler	Refrakter	1 - 2 Yıl

Not: Silisyum Nitrür peşin olarak daha pahalıdır ancak grafite kıyasla üstün uzun ömür sunar.

Tahıl Rafinerilerinin Rolü

Saflaştırma kötü şeyleri ortadan kaldırırken, tane inceltme iyi şeyler ekler. Genellikle gaz giderme ünitesinden hemen sonra eklenen tane incelticiler (tipik olarak Titanyum-Bor çubuklar) alüminyumun mikro yapısını belirler.

İnce, eş eksenli bir tane yapısı dökümün daha iyi akmasını ve çatlamaya karşı direnç göstermesini sağlar. ADtech besleme sistemleri, döküm boyunca tutarlı tane boyutu sağlamak için AlTiB telinin eklenmesini otomatikleştirebilir.

Arıtmada Çevresel Hususlar

Modern alüminyum saflaştırma çevreci olmalıdır. Gaz giderme için Klor gazı kullanan eski yöntemler tehlikelidir ve birçok yargı alanında yasa dışıdır.

Sürdürülebilirliğe ADtech Yaklaşımı:

• Klorsuz: Güvenli ve bol miktarda bulunan Nitrojen veya Argon kullanıyoruz.

• Azaltılmış Cüruf: Verimli flakslama, atık sahasına cüruf olarak gönderilen alüminyum miktarını azaltır.

• Enerji Verimliliği: Filtre kutularımız, metali sıcak tutmak için gereken enerjiyi azaltan yüksek verimli yalıtım kullanır.

Hurdanın azaltılması çevreye yapılan en büyük katkıdır. Yeniden eritilmesi gereken her ton hurda büyük miktarda doğal gaz ve elektrik tüketir. İşi ilk seferde doğru yapmak en üst düzey çevreci stratejidir.

Teknik Nüanslar

Gerçekten anlamak için alümi̇nyum saflaştirma prosesi̇, belirli kusurlara bakmak gerekir.

Kapanımlar: Bunlar metalik olmayan parçacıklardır. Oksitler (filmler), karbürler veya borürler olabilirler. Sert kalıntılar, işlemin ilerleyen aşamalarında işleme takımlarına zarar verir.

Alkali Giderme: Kalsiyumun giderilmesi folyo üretimi için hayati önem taşır. Eser miktarlar bile folyonun haddeleme sırasında kırılmasına neden olur.

Metalurjik Kalite: Bu, genel temizliği ifade eder. PoDFA (Gözenekli Disk Filtrasyon Aparatı) veya Prefil ölçümleri gibi araçlar mühendislerin temizliği ölçmesine olanak tanır. ADtech ekipmanı, tesislerin üstün Prefil eğrileri elde etmesine yardımcı olur.

Arama yaparken casthouse çözümleri̇, yöneticiler modüler sistemlere öncelik vermelidir. Modüler bir gaz giderme ünitesi, büyük inşaat işleri olmadan mevcut hatlara uyarlanabilir.

Yaygın Arıtma Sorunlarının Giderilmesi

En iyi ekipmanla bile işler ters gidebilir. İşte kazahane operatörleri için bir sorun giderme matrisi.

Sorun: Gaz Giderme Sonrası Yüksek Hidrojen Seviyeleri

• Sebep: Yüksek nemli bir gün mü?

• Sebep: Rotor hızı çok mu düşük?

• Sebep: Taşıyıcı gaz kaçağı mı?

• Düzelt: Gaz akışını hafifçe artırın, gaz hatlarında sızıntı olup olmadığını kontrol edin, rotorun aşınmadığından emin olun.

Sorun: Filtre Tıkanıklığı (Donma)

• Sebep: Metal sıcaklığı çok düşük.

• Sebep: Filtre kutusunun ön ısıtması yetersiz.

• Düzelt: Fırın sıcaklığını kontrol edin. Dökümden 30 dakika önce filtre kutusu ısıtıcılarının aktif olduğundan emin olun.

Sorun: Nihai Üründe Bulunan Kalıntılar

• Sebep: Filtre baypası (kötü conta).

• Sebep: Filtreden sonra kirli çamaşırlar.

• Düzelt: CFF üzerindeki genleşen contayı inceleyin. Çamaşırları kesinlikle temizleyin.

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

İşte dökümhane yöneticileri ve metalürji uzmanları tarafından arıtma sürecine ilişkin en çok sorulan sorular.

1. Alüminyumda hidrojen giderimi için en etkili yöntem nedir?

Argon veya Azot gibi inert bir gaz kullanarak döner gaz giderme endüstri standardıdır. Kabarcık flotasyonu yoluyla hidrojeni fiziksel olarak eriyikten dışarı taşır.

2. Akı neden üstüne atılmak yerine enjekte ediliyor?

Enjeksiyon, flaksın sadece yüzeyle değil tüm metal hacmiyle temas etmesini sağlar. Bu, reaksiyon verimliliğini artırır ve gereken flaks miktarını azaltır.

3. Seramik Köpük Filtreyi ne sıklıkla değiştirmeliyim?

CFF'ler tek kullanımlık öğelerdir. Her dökümden sonra veya basınç düşüşü çok yükseldiğinde değiştirmeniz gerekir, bu da bir tıkanıklık olduğunu gösterir.

4. Gaz giderme için Argon yerine Azot kullanabilir miyim?

Evet, Nitrojen daha ucuzdur ve yaygın olarak kullanılır. Ancak, bazı yüksek teknoloji alaşımları için veya Lityum kullanırken Argon gereklidir çünkü Nitrojen nitrür oluşturmak üzere reaksiyona girebilir.

5. PPI ve ağ boyutu arasındaki fark nedir?

PPI, köpük filtredeki İnç Başına Gözenek anlamına gelir. Mesh, tel ızgaraları ifade eder. 30 PPI standart bir kabalıktır; 60 PPI ise incedir. Daha yüksek PPI daha küçük partikülleri yakalar.

6. ADtech filtre kutusunun metali soğutmamasını nasıl sağlıyor?

ADtech filtre kutuları gelişmiş refrakter malzemelerle kaplanmıştır ve termal dengeyi korumak için genellikle kapak ısıtıcıları ile donatılmıştır.

7. Fırında cürufu ne oluşturur?

Alüminyum havadaki oksijenle reaksiyona girdiğinde cüruf oluşur. Türbülans ve yüksek sıcaklıklar bu reaksiyonu hızlandırır.

8. Klor gazı hala arıtma için kullanılıyor mu?

Toksisite ve çevresel düzenlemeler nedeniyle nadirdir. Bazı tesislerde 90% Azot / 10% Klor karışımı kullanılır, ancak güvenlik için tamamen inert gazlar tercih edilir.

9. Rotor hızı çok yüksekse ne olur?

Yüzeydeki cürufu ve havayı eriyiğin içine çeken bir girdap yaratarak aslında kaliteyi daha da kötüleştirir. Ayrıca rotoru daha hızlı yıpratır.

10. Saflaştırma alüminyumdan demiri uzaklaştırabilir mi?

Hayır. Demir alüminyum içinde kimyasal olarak çözünmüştür. Filtrasyon ve gaz giderme demir veya manganez gibi çözünmüş elementleri gideremez; sadece katıları ve gazları giderir.

Eriyik Kalitesi Üzerine Son Düşünceler

Bu alümi̇nyum saflaştirma prosesi̇ nihai ürününüzün değerini belirler. İster kütük, ister slab, ister külçe döküyor olun, hidrojen ve inklüzyonların varlığı pazarlık konusu değildir; bunların ortadan kalkması gerekir.

ADtech bu kaliteyi güvence altına almak için donanım ve uzmanlık sağlar. Verimli döner gaz gidermeyi hassas flaks enjeksiyonu ve derin yataklı seramik filtreleme ile birleştirerek dökümhanelerin küresel standartlara ulaşmasına yardımcı oluyoruz. Saflaştırma maliyeti, reddedilen bir sevkiyatın maliyetinin çok küçük bir kısmıdır.

ADtech teknolojilerine yatırım yapmak metalinizin temiz kalmasını, müşterilerinizin memnun olmasını ve hurda kutularınızın boş kalmasını sağlar.