Refinado del aluminio fundido

10 de septiembre Refinado del aluminio fundido

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Refinado del aluminio fundido

La película de óxido de aluminio presenta una baja permeabilidad a los átomos de hidrógeno, lo que ralentiza la reacción de interacción entre el material fundido y la humedad atmosférica.
Con un espesor de película de entre 1 y 10 micras, el intercambio de gases entre el metal y la atmósfera cesa prácticamente por completo.
La composición de la aleación depende en gran medida de la composición de la película.
Todos los elementos que aumentan la oxidación del aluminio (magnesio, litio, sodio, estroncio, calcio) aumentan la permeabilidad de la película de óxido al hidrógeno.
Los elementos de aleación (cobre, zinc, silicio) tienen poco efecto sobre el intercambio gaseoso.
Aflojan en cierta medida la película de óxido y, por lo tanto, contribuyen a una saturación más rápida de las aleaciones con hidrógeno.

La permeabilidad al hidrógeno de la película de óxido se ve afectada de manera significativa por la composición de la atmósfera situada sobre la masa fundida.
La permeabilidad de la película aumenta considerablemente si en el medio gaseoso hay Cl₂, C₂Cl₆, BF₄, SiF₄, freones y otros halógenos. Los cloruros, que tienen una gran afinidad por el aluminio, se adsorben, penetran bajo la película de óxido y la destruyen como consecuencia de la formación de cloruro de aluminio gaseoso.
Los fluoruros interactúan de forma menos activa con el aluminio. Al interactuar con la película de óxido, contribuyen a la deshidratación de su superficie y a la desorción de moléculas y átomos de oxígeno.
Al tener una elevada capacidad de adsorción, los fluoruros ocupan los centros activos liberados en la película y forman complejos de oxifluoruro del tipo Al₂O₂F₂, que impiden el acceso del oxígeno y del vapor de agua a la masa fundida, y hacen que la película sea fina y permeable al hidrógeno.
Los fundentes líquidos que contienen fluoruros también destruyen la película de óxido y facilitan la desgasificación de los metales fundidos.

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En el proceso de refinado del aluminio fundido, el hidrógeno disuelto que se libera durante la cristalización de la masa fundida provoca la formación de gas y de porosidad por contracción gaseosa en las piezas fundidas.
A medida que aumenta la concentración de hidrógeno, aumenta la porosidad gaseosa de las piezas fundidas.
La predisposición de las aleaciones de aluminio a la porosidad gaseosa viene determinada por el grado de sobresaturación de la solución sólida con hidrógeno, que se expresa mediante la relación η – (Cg – Stv) / Stv, donde Cg y Stv son las concentraciones de hidrógeno en la aleación líquida y sólida, respectivamente, en cm³/100 g. No se forma porosidad gaseosa cuando Cn = sr.
El grado de sobresaturación de la solución sólida aumenta a medida que aumenta la velocidad de enfriamiento.

Para cada aleación, existen concentraciones límite de hidrógeno, por debajo de las cuales no se forman poros de gas en las piezas fundidas a determinadas velocidades de enfriamiento.
Así, por ejemplo, para evitar la formación de poros de gas durante el endurecimiento de piezas de fundición de paredes gruesas de la aleación Al-7% Si, el contenido de hidrógeno en la masa fundida no debe superar los 0,15 cm³ por cada 100 g. El contenido máximo de hidrógeno en el duraluminio es de 0,12-0,18 cm³ por cada 100 g, dependiendo de la intensidad del enfriamiento durante la cristalización.

La protección del aluminio fundido frente a la oxidación y la absorción de hidrógeno se consigue fundiéndolo con fundentes en una atmósfera ligeramente oxidante.
En la fusión de la mayoría de las aleaciones que contienen un máximo de 2% de Mg se utiliza como fundente de recubrimiento una mezcla de cloruros de sodio y potasio (45% de NaCl y 55% de KCl) en una proporción de entre 1 y 2% de la masa de la carga.
La composición del fundente corresponde a una solución sólida con un punto de fusión mínimo de 660 °C.
A tal fin, también se recomienda utilizar un flujo más complejo (Tabla 12).

En el caso de las aleaciones de aluminio y magnesio, se utilizan como fundente de recubrimiento la carnallita (MgCl₂ * KCl) y mezclas de carnallita con cloruro de bario o fluoruro de calcio.
Si no es posible utilizar fundente, la protección contra la oxidación se lleva a cabo mediante la introducción de berilio (0,03-0,05%).
Los fundentes protectores se utilizan ampliamente en la fusión de aleaciones en hornos reflectantes.
Para evitar la interacción con la humedad, se toman medidas para eliminarla del revestimiento de los hornos de fusión y los dispositivos de colada, así como de los fundentes de refinado y modificación; además, las herramientas de fusión y colada se someten a procesos de calcinación y pintura, y se llevan a cabo operaciones de calentamiento, limpieza y secado de los materiales de carga.
Sin embargo, por mucho cuidado que se tenga al proteger la masa fundida, cuando se funde al aire siempre acaba contaminándose con óxidos, nitruros, carburos, inclusiones de escoria y fundente, e hidrógeno, por lo que debe limpiarse antes de verterla en los moldes.

Para la purificación de las aleaciones de aluminio a fin de eliminar las inclusiones no metálicas en suspensión y el hidrógeno disuelto, se utilizan la sedimentación, la purga con gases inertes y activos, el tratamiento con sales de cloruro y fundentes, el vaciado, el filtrado mediante filtros de malla y granulados, y el refinado por electrofundente.
Como proceso independiente, la sedimentación puede aplicarse en aquellos casos en los que la diferencia de densidad sea lo suficientemente grande y el tamaño de las partículas no sea demasiado pequeño. Sin embargo, en estos casos el proceso es lento, requiere un mayor consumo de combustible y resulta ineficaz.
La purificación de las masas fundidas mediante soplado con gases inertes o activos se basa en dos procesos: la difusión del gas disuelto en burbujas y la acción de soplado y flotación de las burbujas con respecto a las inclusiones y a las diminutas burbujas de gas. Cuanto menor sea el tamaño de las burbujas del gas de purga y más uniforme sea su distribución en el volumen de la masa fundida, más eficaz será el refinado. En este sentido, el método de procesamiento merece una atención especial.