Máquina de desgasificación en línea de aluminio

28 de febrero Máquina de desgasificación en línea de aluminio

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Máquina de desgasificación en línea de aluminio

El aluminio fundido es extremadamente reactivo, por lo que, al entrar en contacto con el aire húmedo o con herramientas mojadas, el agua se descompone y libera hidrógeno en la masa fundida. Se ha demostrado ampliamente que unas cantidades excesivas de este gas disuelto tienen un efecto perjudicial sobre las propiedades mecánicas de las piezas de fundición de aluminio finales. Lo que también es bien sabido por cualquiera que se dedique a la fundición es que el gas disuelto tiene un efecto determinante en la distribución y la cantidad de porosidad y contracción. Los niveles de hidrógeno disuelto deben controlarse para minimizar los desechos. Para controlar el gas en el aluminio, los fundidores deben lograr dos cosas:

1. Evitar y reducir al mínimo la entrada de hidrógeno en la masa fundida.
2. Mide y retira el hidrógeno antes de verterlo.
Este artículo se centrará en la medición y la eliminación.
Eliminación de gases

La capacidad de desgasificar el aluminio fundido se consigue, por lo general, mediante el uso de un gas de purga, que normalmente se introduce en la masa fundida mediante una unidad de desgasificación rotativa. Este proceso de desgasificación está limitado por las leyes termodinámicas; cuando se introducen burbujas de gas de purga en la masa fundida, estas recogen hidrógeno a medida que flotan hacia la superficie. La situación óptima es que estas burbujas saturadas de hidrógeno salgan del baño fundido y reduzcan los niveles de hidrógeno. En este caso, la eficiencia del proceso es del 100 % desde el punto de vista termodinámico. Sin embargo, a medida que disminuye el contenido de gas en la masa fundida, también lo hace la presión de equilibrio del hidrógeno en las burbujas, por lo que debe aumentar la cantidad de gas de purga necesaria para eliminar el hidrógeno restante.

En la figura 1 se muestra la relación de eliminación de gas en equilibrio para el aluminio puro por encima de los 1.400 °F (760 °C). Una relación de eliminación de gas de 200, por ejemplo, significa que se necesitarán 200 litros de gas inerte para eliminar un litro de hidrógeno. Este comportamiento limita la capacidad de un fundidor de metales para desgasificar hasta alcanzar un nivel muy bajo de hidrógeno. La solubilidad también aumenta exponencialmente con la temperatura, lo que significa que un aumento de 200 °F (111 °C) duplica la solubilidad. En igualdad de condiciones, una temperatura más alta de la masa fundida de aluminio aumentará el tiempo de desgasificación necesario.

Los elementos de aleación también pueden influir en la solubilidad del hidrógeno. El efecto de los elementos de aleación se caracteriza por cambios en el factor de corrección de la aleación; en la tabla 1 se muestran algunas aleaciones de fundición comunes. Las aleaciones con valores más elevados son más difíciles de desgasificar; así, por ejemplo, el aluminio 535 tardará cuatro veces más en desgasificarse que el aluminio puro. Afortunadamente, estos factores pueden controlarse y, en la mayoría de los casos, es posible lograr el contenido de gas y el proceso necesarios para eliminar la porosidad excesiva en las piezas de fundición de aluminio sin dificultades excesivas.

Máquina de desgasificación en línea de aluminio

Procedimientos prácticos de desgasificación
La desgasificación suele llevarse a cabo en una de estas tres áreas de la planta de fundición:

1. En la cuchara de transferencia, utilizada para transportar el metal entre los hornos de fusión y los de mantenimiento de temperatura.
2. En los hornos de crisol, normalmente justo antes de verter el aluminio fundido.
3. En un sistema en línea, cuando el metal se transporta a los hornos de mantenimiento a través de una canaleta.

Las dos primeras opciones son las más habituales y la operación de desgasificación en ambos casos se lleva a cabo normalmente mediante un desgasificador de impulsor rotativo (RID). En la práctica, no todos los desgasificadores rotativos son iguales. Es importante contar con un diseño óptimo del cabezal para producir burbujas pequeñas y altamente eficientes. Se pueden conseguir importantes ahorros de costes gracias a la reducción de los tiempos de tratamiento y del consumo de gas. En el pasado, la industria de la fundición de metales se ha decantado por diseños de cabezales sencillos, que son más económicos de mecanizar pero producen burbujas más grandes. Esta opción supone un falso ahorro debido a la menor eficiencia.

Máquina de desgasificación en línea de aluminio

Ajuste de los parámetros del proceso
Una vez que la unidad RID se ha sumergido por completo en el metal líquido con el eje en su sitio, puede comenzar la operación de desgasificación. La mejor ubicación del eje es ligeramente desviada de la línea central del crisol o de la cuchara, para ayudar a evitar la formación de vórtices debido a su rotación circular en el metal líquido. Por lo general, basta con una distancia de desplazamiento de entre 2 y 4 pulgadas respecto a la línea central. También es recomendable utilizar una placa deflectora, ya que esta se opone al movimiento de circulación del metal y reduce la formación de vórtices.

Una vez que el RID se encuentre en la posición correcta, se debe encender la unidad y ajustar la velocidad del eje a 300 RPM. El flujo de gas inerte también debe estar activado y, a continuación, los operarios deben ajustar el caudal de gas y la velocidad del eje. El flujo de gas debe aumentarse hasta que se vean burbujas de gas flotando hacia la superficie del metal líquido. A medida que aumenta el flujo de gas, el tamaño de las burbujas debe ir aumentando.

El resultado deseado es una buena dispersión de pequeñas burbujas, manteniendo al mismo tiempo una superficie relativamente tranquila. Cuando se encuentre una combinación óptima entre el caudal y la velocidad de rotación del eje, anote los parámetros para su uso futuro. Anote también el tiempo total de desgasificación, que normalmente oscila entre cuatro y ocho minutos, a menos que las temperaturas sean muy altas o que la cantidad de gas necesaria sea baja.

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