{"id":10614,"date":"2023-04-11T08:02:47","date_gmt":"2023-04-11T08:02:47","guid":{"rendered":"http:\/\/www.adtechamm.com\/?p=10614"},"modified":"2023-04-11T08:02:47","modified_gmt":"2023-04-11T08:02:47","slug":"development-of-on-line-refining-and-degassing-unit-technology-and-equipment-for-aluminum-melt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.adtechamm.com\/es\/development-of-on-line-refining-and-degassing-unit-technology-and-equipment-for-aluminum-melt\/","title":{"rendered":"Desarrollo de tecnolog\u00eda y equipos de refinado y desgasificaci\u00f3n en l\u00ednea para el aluminio fundido"},"content":{"rendered":"

Resumen: El proceso de desgasificaci\u00f3n en l\u00ednea (unidad de desgasificaci\u00f3n<\/a>) y, de acuerdo con las caracter\u00edsticas de varios tipos de procesos y equipos de desgasificaci\u00f3n en l\u00ednea del aluminio y las aleaciones de aluminio que se utilizan habitualmente en la actualidad, se describen en detalle el desgasificador tipo caja, el desgasificador tipo canaleta y el desgasificador al vac\u00edo. Se analizan las caracter\u00edsticas estructurales y otras particularidades destacadas de estos desgasificadores en l\u00ednea t\u00edpicos para aluminio y aleaciones de aluminio, y se presentan los nuevos avances en materia de desgasificaci\u00f3n en l\u00ednea. unidad de desgasificaci\u00f3n<\/a> La tecnolog\u00eda de desgasificaci\u00f3n por ultrasonidos y la evaluaci\u00f3n exhaustiva de estos desgasificadores en l\u00ednea t\u00edpicos para aluminio y aleaciones de aluminio, as\u00ed como sus ventajas e inconvenientes en el taller de fundici\u00f3n de aluminio, ayudar\u00e1n a elegir el proceso y el equipo de desgasificaci\u00f3n adecuados para mejorar la calidad del aluminio y las aleaciones de aluminio.<\/p>\n

Palabras clave: fundido de aluminio; proceso de desgasificaci\u00f3n y refinado en l\u00ednea; ventajas e inconvenientes
\nHay muchos factores que influyen en la calidad del aluminio y sus aleaciones, entre los cuales el contenido de hidr\u00f3geno, las inclusiones y la concentraci\u00f3n de metales alcalinos en el aluminio fundido son los m\u00e1s importantes para la calidad de las aleaciones de aluminio. Los principales fabricantes e instituciones de investigaci\u00f3n, tanto nacionales como internacionales, han invertido muchos recursos en investigar c\u00f3mo reducir el contenido de hidr\u00f3geno y de inclusiones en el aluminio fundido, y han aparecido en el mercado numerosos procesos y equipos nuevos.
\n1. Proceso de desgasificaci\u00f3n en l\u00ednea
\nEl proceso de desgasificaci\u00f3n en l\u00ednea puede dividirse, a grandes rasgos, en el m\u00e9todo de inyecci\u00f3n de gas, el m\u00e9todo de refinado al vac\u00edo y el m\u00e9todo de refinado por ultrasonidos. Este art\u00edculo se centra en el m\u00e9todo de inyecci\u00f3n de gas.
\n1.1 Principio del m\u00e9todo de soplado de gas
\nEl m\u00e9todo de inyecci\u00f3n de gas, tambi\u00e9n conocido como m\u00e9todo de flotaci\u00f3n, consiste principalmente en generar numerosas burbujas min\u00fasculas tras inyectar gas inerte en el aluminio fundido. La presi\u00f3n inicial del hidr\u00f3geno en la burbuja es cero, y existe una diferencia de presi\u00f3n del hidr\u00f3geno en la interfaz entre la burbuja y el aluminio fundido, de modo que el hidr\u00f3geno disuelto en el aluminio fundido es aspirado continuamente hacia el interior de la burbuja. Este proceso de succi\u00f3n contin\u00faa hasta que la presi\u00f3n del hidr\u00f3geno en la burbuja y en el aluminio fundido se igualan, momento en el que se detiene. Una vez que las burbujas han salido a la superficie, el hidr\u00f3geno que contienen se escapa y se libera a la atm\u00f3sfera.
\nEn la figura 1 se muestra el diagrama esquem\u00e1tico del principio de eliminaci\u00f3n del hidr\u00f3geno.<\/p>\n

\"Diagrama

Diagrama esquem\u00e1tico del principio de eliminaci\u00f3n del hidr\u00f3geno<\/p><\/div>\n

Adem\u00e1s, cuando las burbujas atraviesan el metal fundido, entran en contacto con las inclusiones de \u00f3xido presentes en \u00e9l, y dichas inclusiones se adsorben en la superficie de las burbujas y flotan hasta la superficie del metal fundido junto con las burbujas, para ser eliminadas. En la figura 2 se muestra un diagrama esquem\u00e1tico de la eliminaci\u00f3n de las inclusiones.
\nPor lo tanto, el proceso de ascenso de las burbujas no solo permite eliminar el hidr\u00f3geno, con lo que se consigue el efecto de desgasificaci\u00f3n, sino que tambi\u00e9n permite eliminar las inclusiones de oxidaci\u00f3n, con lo que se consigue el efecto de refinado.<\/p>\n

\"Diagrama

Diagrama esquem\u00e1tico del principio de eliminaci\u00f3n de inclusiones<\/p><\/div>\n

1.2 M\u00e9todo de alimentaci\u00f3n con gas inerte
\nEn el m\u00e9todo de inyecci\u00f3n de gas, la forma de introducir gas inerte en el aluminio fundido influye enormemente en el resultado de la desgasificaci\u00f3n y el refinado. En la actualidad, existen tres m\u00e9todos de uso habitual para introducir gas inerte en el aluminio fundido en las plantas de fundici\u00f3n, a saber: los tubos de desgasificaci\u00f3n, los ladrillos de ventilaci\u00f3n y los unidades de desgasificaci\u00f3n<\/a>, tal y como se muestra en la figura 3.<\/p>\n

\"M\u00e9todo

M\u00e9todo de alimentaci\u00f3n con gas inerte<\/p><\/div>\n

El m\u00e9todo m\u00e1s sencillo de la t\u00e9cnica de soplado de gas consiste en introducir un tubo de refinado (normalmente un tubo de acero esmaltado) en el aluminio fundido y, a continuaci\u00f3n, hacer pasar un gas inerte. Este m\u00e9todo de desgasificaci\u00f3n de un solo orificio y un solo tubo tiene un efecto de desgasificaci\u00f3n deficiente. Tambi\u00e9n hay algunas f\u00e1bricas de fundici\u00f3n que instalan ladrillos porosos en el fondo del horno. El gas inerte atraviesa los ladrillos porosos formando m\u00faltiples burbujas. En comparaci\u00f3n con el m\u00e9todo de soplado de un solo orificio, el efecto de desgasificaci\u00f3n y refinado del m\u00e9todo de soplado poroso es ligeramente mejor; sin embargo, los ladrillos presentan desventajas como la facilidad de obstrucci\u00f3n, las fugas de aluminio l\u00edquido, la dificultad de mantenimiento, un fuerte agitado de la superficie del l\u00edquido y una mayor formaci\u00f3n de escoria.
\nA medida que se ha ido profundizando en la investigaci\u00f3n, han ido surgiendo sucesivamente diversos m\u00e9todos de desgasificaci\u00f3n rotativa. El principio b\u00e1sico consiste en pulverizar gas inerte en el aluminio fundido a trav\u00e9s de un rotor giratorio para formar un gran n\u00famero de peque\u00f1as burbujas dispersas, llevando as\u00ed a cabo el tratamiento de desgasificaci\u00f3n y refinado. Para mejorar la eficiencia de la desgasificaci\u00f3n, el n\u00famero de burbujas de gas inerte debe ser lo m\u00e1s elevado posible, el di\u00e1metro de las mismas debe ser peque\u00f1o, el tiempo de permanencia de las burbujas de gas inerte en el aluminio fundido debe ser prolongado y la superficie del aluminio fundido debe ser lo m\u00e1s estable posible.
\nPara alcanzar el objetivo anterior, cada fabricante de desgasificadores presenta sus propias caracter\u00edsticas en el dise\u00f1o del rotor o la barra giratoria, el revestimiento interior de la c\u00e1mara y el m\u00e9todo de sellado de la misma, lo que da lugar a los diversos tipos de desgasificadores que se encuentran actualmente en el mercado. Seg\u00fan el proceso de desgasificaci\u00f3n y las caracter\u00edsticas estructurales del desgasificador, este puede clasificarse a grandes rasgos en desgasificador de tipo caja, desgasificador de tipo canal, desgasificador al vac\u00edo y desgasificador ultras\u00f3nico.
\nSeg\u00fan estad\u00edsticas incompletas, el 99% de los desgasificadores en l\u00ednea actualmente disponibles en el mercado son desgasificadores rotativos de tipo caja. Entre los desgasificadores de tipo caja se incluyen los modelos SNIF e ILDU de PYROTEK (Estados Unidos), los desgasificadores Reveot de Apogee (Estados Unidos), los desgasificadores APLUR de Novelis (Francia), los desgasificadores Fujiko GBF de Jap\u00f3n y los desgasificadores de Mitsui (Jap\u00f3n). El desgasificador TKR y el desgasificador 622 de Alcoa (Alcoa) son los m\u00e1s habituales; el desgasificador de tipo canal es el modelo ACD m\u00e1s habitual, fabricado por la empresa canadiense STAS; el desgasificador al vac\u00edo es el Hycast, fabricado por Hydro. El I-60Sir es el m\u00e1s habitual.
\nEn los \u00faltimos a\u00f1os, la empresa estadounidense Southwire Co., Ltd. (Southwire) ha desarrollado un nuevo desgasificador ultras\u00f3nico.
\n2. En l\u00ednea unidad de desgasificaci\u00f3n<\/a>
\n2.1 Desgasificador de caja
\nEn la figura 4 se muestra la estructura del desgasificador tipo caja SNIF fabricado por American Pilotec.<\/p>\n

\"Diagrama

Diagrama esquem\u00e1tico de la estructura del desgasificador SNIF<\/p><\/div>\n

El aluminio fundido fluye hacia la caja desgasificadora y permanece en el revestimiento refractario. La caja cuenta con un calentador para mantener el aluminio fundido en estado l\u00edquido. Una vez que el rotor giratorio pulveriza el gas inerte, este se fragmenta en innumerables burbujas peque\u00f1as debido a la alta velocidad de rotaci\u00f3n del rotor, y las burbujas peque\u00f1as se difunden y ascienden en el aluminio l\u00edquido, eliminando as\u00ed el hidr\u00f3geno. Durante el proceso de ascenso de las peque\u00f1as burbujas, debido al efecto de la tensi\u00f3n superficial, una parte de las inclusiones se separar\u00e1 del aluminio fundido y subir\u00e1 a la superficie del l\u00edquido, formando una espuma que elimina las inclusiones del aluminio fundido; al mismo tiempo, gracias a la agitaci\u00f3n del rotor, la composici\u00f3n de la aleaci\u00f3n de aluminio l\u00edquido resulta m\u00e1s uniforme.
\nLa caracter\u00edstica m\u00e1s destacada del desgasificador tipo caja es su estructura compuesta por un estator de grafito y un rotor de grafito. El estator de grafito no gira en el aluminio fundido y act\u00faa como capa protectora exterior del conjunto del rotor de grafito. Las varillas de grafito y los rotores de grafito se ensamblan para agitar el aluminio fundido. El gas inerte pasa a trav\u00e9s del espacio entre el estator y la varilla de grafito y se pulveriza en el aluminio fundido desde el borde inferior del estator y la ranura situada en el borde superior del rotor de grafito. En la figura 5 se muestra el modo de circulaci\u00f3n del aluminio fundido con varillas y rotores de grafito del sistema SNIF.<\/p>\n

\"Modo

Modo de circulaci\u00f3n de l\u00edquido con varilla\/rotor giratorio de aluminio SNIF<\/p><\/div>\n

Gracias a la fuerza de cizallamiento del rotor de grafito, el aluminio fundido circula hacia abajo, contrarrestando as\u00ed la influencia de la flotabilidad natural, de modo que las burbujas de aire expulsadas del rotor y del estator se inyectan radialmente y se dispersan de manera uniforme en el aluminio fundido para lograr el mejor efecto de desgasificaci\u00f3n y refinado. En otra serie de desgasificadores tipo caja ILDU fabricados por la empresa estadounidense Parrotec, la caracter\u00edstica m\u00e1s destacada es la barra giratoria o rotor (v\u00e9ase la figura 6).<\/p>\n

\"ILDU

ILDU Varilla\/Rotor<\/p><\/div>\n

El material de la barra giratoria\/rotor es el nuevo BTS. En la actualidad, los materiales de los rotores de otros desgasificadores suelen ser grafito, carburo de silicio y nitruro de silicio. El grafito se quema y se oxida f\u00e1cilmente a altas temperaturas (alrededor de 750 \u00b0C), lo que provoca fracturas o desprendimientos, contaminando as\u00ed el aluminio fundido; el rotor de carburo de silicio fundido no es resistente al choque t\u00e9rmico y se rompe f\u00e1cilmente ante un enfriamiento r\u00e1pido o un choque t\u00e9rmico; el coste de la barra giratoria o el rotor de nitruro de silicio es demasiado elevado. Sin embargo, el interior del rotor BST est\u00e1 fabricado con grafito y el exterior est\u00e1 sinterizado con material refractario, lo que permite superar las deficiencias de los tres materiales mencionados anteriormente. Seg\u00fan las estad\u00edsticas, su vida \u00fatil supera el a\u00f1o en las l\u00edneas de colada continua y laminaci\u00f3n.
\nLas ventajas evidentes del desgasificador tipo caja son las siguientes: 1) Aumenta el tiempo de permanencia de las burbujas, mejorando as\u00ed el efecto de desgasificaci\u00f3n y refinado; 2) Mantiene la temperatura del aluminio fundido en la caja igual o superior a la temperatura de colada, lo que reduce la temperatura del horno de mantenimiento; 3) Reduce la variaci\u00f3n de la temperatura de colada. La desventaja es que el espacio de instalaci\u00f3n necesario para el dispositivo es relativamente grande.
\n2.2 Desgasificador de tipo canal
\nEl desgasificador de tipo canal utiliza el rotor y la varilla para hacer girar el desgasificador y refinarlo. La principal diferencia estructural entre el desgasificador de tipo canal y el de tipo caja radica en que la superficie interior del desgasificador de tipo canal queda a ras con la superficie interior del canal de la l\u00ednea de producci\u00f3n de fundici\u00f3n, lo que permite que el desgasificador no presente residuos de aluminio. En la figura 7 se muestra el esquema de la estructura del desgasificador de tipo canal.<\/p>\n

\"Diagrama

Diagrama esquem\u00e1tico de la unidad de desgasificaci\u00f3n tipo canaleta<\/p><\/div>\n

La tapa de sellado y el dep\u00f3sito de desgasificaci\u00f3n del desgasificador de tipo canal forman un espacio relativamente estanco. Al iniciar la colada, el aluminio fundido entra en el dep\u00f3sito de desgasificaci\u00f3n mediante un flujo sumergido. Cuando el nivel del aluminio fundido en el dep\u00f3sito de desgasificaci\u00f3n supera los 200 mm, el rotor comienza a agitar el aluminio fundido e inyecta gas inerte en \u00e9l para desgasificarlo y refinarlo dentro del dep\u00f3sito. En comparaci\u00f3n con el desgasificador tradicional de tipo caja, el desgasificador de tipo canal presenta las ventajas de no dejar residuos de aluminio y ocupar poco espacio. Sus desventajas tambi\u00e9n son evidentes: debido a que la profundidad del aluminio l\u00edquido en el desgasificador tipo canal es menor, el tiempo de permanencia de las burbujas en el aluminio l\u00edquido es m\u00e1s corto, por lo que su efecto de desgasificaci\u00f3n es ligeramente inferior al del desgasificador tipo caja. Dado que no dispone de sistema de calentamiento, la temperatura del aluminio fundido disminuir\u00e1 (normalmente entre 10 y 35 \u00b0C) al pasar por el unidad de desgasificaci\u00f3n<\/a>, lo que afectar\u00e1 al proceso de fundici\u00f3n posterior.
\nLa velocidad de la varilla o rotor de grafito del desgasificador de tipo canal es muy elevada (>1000 r\/min), por lo que la vida \u00fatil de la varilla o rotor de grafito es corta y se genera m\u00e1s escoria. Dado que las burbujas permanecen en el aluminio fundido durante poco tiempo, lo que afecta al efecto de desgasificaci\u00f3n, el operario suele contrarrestar este efecto adverso aumentando el caudal de gas inerte, lo que conlleva un elevado consumo de dicho gas.<\/p>\n

(filtro cer\u00e1mico poroso<\/a>)
\n2.3 Desgasificador al vac\u00edo
\nLa estructura del desgasificador al vac\u00edo es similar a la del desgasificador de tipo canal, que se divide en dos partes: la unidad de desgasificaci\u00f3n y la c\u00e1mara de desgasificaci\u00f3n al vac\u00edo (v\u00e9ase la figura 8).<\/p>\n

\"unidad

unidad de desgasificaci\u00f3n al vac\u00edo<\/p><\/div>\n

La c\u00e1mara de desgasificaci\u00f3n al vac\u00edo puede dividirse en de una sola c\u00e1mara, de doble c\u00e1mara y de m\u00faltiples c\u00e1maras, seg\u00fan el caudal de aluminio l\u00edquido. La diferencia entre los desgasificadores de tipo caja y de tipo canal es que el rotor de grafito del desgasificador al vac\u00edo est\u00e1 instalado en la parte inferior de la c\u00e1mara de desgasificaci\u00f3n. La parte inferior de la c\u00e1mara de desgasificaci\u00f3n est\u00e1 provista de ranuras para que la c\u00e1mara de desgasificaci\u00f3n al vac\u00edo se comunique con la unidad de desgasificaci\u00f3n (v\u00e9ase la figura 9). Cuando el aluminio fundido fluye a trav\u00e9s de la unidad de desgasificaci\u00f3n, la c\u00e1mara de desgasificaci\u00f3n genera una presi\u00f3n negativa gracias a la acci\u00f3n de una bomba de vac\u00edo u otros m\u00e9todos, lo que aumenta el nivel del aluminio fundido en la c\u00e1mara de desgasificaci\u00f3n al vac\u00edo. Una vez que el nivel del aluminio fundido alcanza una determinada altura, el rotor de grafito comienza a girar e inyecta gas inerte para desgasificar y refinar el aluminio fundido. Cuando finaliza el desgasificado, se libera la presi\u00f3n negativa de la c\u00e1mara de vac\u00edo y el nivel del aluminio fundido en la c\u00e1mara de vac\u00edo desciende hasta igualarse al nivel de la unidad de desgasificaci\u00f3n.<\/p>\n

\"Estructura

La estructura interna de la c\u00e1mara de desgasificaci\u00f3n al vac\u00edo<\/p><\/div>\n

El desgasificador al vac\u00edo presenta las ventajas de no dejar residuos de aluminio y ocupar poco espacio. Adem\u00e1s, dado que el aluminio l\u00edquido se desgasifica y se agita en condiciones de vac\u00edo, se producen menos \u00f3xidos y el aluminio l\u00edquido queda relativamente limpio. Desventajas del desgasificador al vac\u00edo: 1) Altos requisitos de limpieza del aluminio l\u00edquido; 2) Dado que el rotor de grafito est\u00e1 instalado en la parte inferior y es all\u00ed donde se acumula m\u00e1s escoria del aluminio l\u00edquido, el rotor de grafito se desgasta con facilidad. En la actualidad, los desgasificadores al vac\u00edo no se utilizan de forma generalizada en el mercado.
\n2.4 Desgasificador ultras\u00f3nico
\nEl desgasificador ultras\u00f3nico es un nuevo tipo de desgasificador desarrollado con \u00e9xito por South Line Co., Ltd. en Estados Unidos. El desgasificador ultras\u00f3nico se diferencia del desgasificador tradicional de rotor giratorio; su estructura incluye un transmisor ultras\u00f3nico y una sonda ultras\u00f3nica (v\u00e9ase la figura 10).<\/p>\n

\"Diagrama

Diagrama esquem\u00e1tico de una unidad de desgasificaci\u00f3n por ultrasonidos<\/p><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Abstract: The online degassing process(degassing unit) is studied, and according to the characteristics of several kinds of aluminum and aluminum alloy online degassing processes and equipment that are commonly used at present, the box-type degasser, launder-type degasser, and vacuum degasser are described in detail. 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