Sistema de desgasificación y purificación

12 de noviembre Sistema de desgasificación y purificación

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Sistema de desgasificación y purificación

Dado el aumento del volumen de la demanda de piezas fundidas de metales no ferrosos, especialmente las de aluminio y aleaciones de aluminio, las fundiciones se ven sometidas a una presión cada vez mayor para mejorar la calidad de las piezas fundidas, ya que las especificaciones técnicas de la mayoría de las aplicaciones industriales —incluidos la construcción, la ingeniería y el transporte, en particular los sectores aeroespacial y de la automoción, donde su uso ha aumentado rápidamente en los últimos años— son cada vez más exigentes. Con el fin de eliminar las impurezas de la masa fundida y obtener así un metal más limpio y de mejor calidad, uno de los métodos de limpieza más comunes y eficaces utilizados por las fundiciones es Sistema de desgasificación y purificación. Ante el aumento del volumen de producción mundial y de la demanda de calidad en las piezas de fundición de aluminio, la creciente globalización del sector y la competencia cada vez mayor entre las fundiciones, estas se ven obligadas a aplicar los procesos más eficientes y rentables posibles para poder ofrecer piezas de fundición a precios competitivos a escala mundial.

Principios teóricos del sistema de desgasificación y purificación

Las impurezas que se encuentran en el aluminio fundido son de dos tipos principales: hidrógeno disuelto y sólido

inclusiones no metálicas. El hidrógeno disuelto se separa de la solución a medida que el metal se enfría y forma porosidad no deseada. Esta porosidad, junto con las inclusiones sólidas no metálicas, reduce la resistencia y afecta negativamente a las propiedades finales de las piezas fundidas de aluminio.

En el aluminio se produce una reacción con el vapor de agua de la siguiente manera:
2 Al + 3 H₂O = Al₂O₃ + 3 H₂

A continuación, el hidrógeno molecular se disocia en el metal fundido:
3 H₂ = 6 H
El aluminio fundido también interactúa con el oxígeno atmosférico, por lo que, además de la reacción de oxidación que se observa en la ecuación (a), también tiene lugar la siguiente reacción:
4 Al + 3 O₂ = 2 Al₂O₃

Sistema de desgasificación y purificación: resistencia a la oxidación
Esta reacción da lugar a la formación de una capa de óxido en la superficie del metal fundido durante el proceso de fusión y cualquier transferencia posterior del metal fundido. Los óxidos producidos quedan atrapados en la masa del material fundido y, posteriormente, se transfieren al componente fundido acabado. Otras inclusiones no metálicas, como carburos, nitruros o boruros, pueden proceder de fuentes como el material del crisol u otros materiales refractarios.

Cualquier inclusión que se produzca provocará defectos en la estructura de la pieza fundida y, por lo tanto, tendrá un efecto perjudicial sobre sus propiedades mecánicas; además, provocará dificultades en el mecanizado y posibles daños en las máquinas-herramienta.

Por lo tanto, es esencial eliminar el hidrógeno disuelto y las inclusiones no metálicas del metal fundido antes de la colada para conseguir una calidad óptima. El tratamiento desarrollado para limpiar el metal es un proceso físico que consiste en la fundición con un gas inerte. El hidrógeno, que se encuentra disuelto en el material fundido, se difunde hacia las burbujas ascendentes del gas de fundición y es transportado a la superficie del material fundido; este proceso se basa en dos pasos principales:
Velocidad de difusión del hidrógeno a través de la capa límite de difusión hacia el interior de las burbujas de gas inerte
Concentración de hidrógeno en las burbujas de gas inerte

La difusión es la etapa que determina la velocidad en el proceso de desgasificación; por lo tanto, para lograr una eficiencia óptima en el desgasificado es necesario cumplir los siguientes requisitos:
El pequeño tamaño de las burbujas de gas inerte, que permanecen mucho tiempo en el metal fundido. Esto garantiza una gran superficie de contacto entre la burbuja de gas inerte y el metal fundido y, por lo tanto, un mayor coeficiente de transferencia de masa con respecto a la capa de difusión.
Distribución uniforme y amplia de las burbujas de gas inerte a lo largo de toda la sección transversal del metal fundido
Un movimiento adecuado del material fundido que acelera el transporte de hidrógeno hacia la burbuja de gas inerte
Una superficie en reposo del baño de material fundido, con el fin de evitar una nueva absorción de hidrógeno por reacción con la atmósfera.

Los óxidos y otras inclusiones no metálicas se eliminan principalmente mediante flotación, ya que las pequeñas burbujas de gas inerte se adhieren a los óxidos y los hacen flotar hasta la superficie del baño. Los principios que se aplican a la eliminación del hidrógeno también se aplican a la eliminación de los óxidos.