Дегазировка и фильтрация расплава алюминия: цели, выбор фильтров и почему появление п pits появляется только после полировки

Качество расплава — это единственная переменная в литейном производстве, которую никто не может увидеть, и за которую все платят. Оно не проявляется на литейной машине, не видно при обрезке, и обычно не обнаруживается при приемочном контроле. Оно проявляется на шлифовальном круге, при испытании на утечку после обработки и в анодировочной ванне.

Мы создаем роботизированные ячейки для шлифовки и полировки, поэтому видим конечную сторону этой проблемы. Косметическая деталь, которая прибывает в ячейку идеально выглядящей, может выйти из нее покрытой пористостью, потому что полировка удаляет кожу, скрывающую поры. Когда это происходит, спор всегда сводится к финальной ячейке, и почти всегда корень проблемы находится в трех операциях, выполненных на этапе плавки.

Ниже рассмотрены: где на самом деле входит водород в расплав, реалистичные цели измерений и пределы каждого теста, параметры ротационной дегазации, роль и реальная стоимость флюса, варианты фильтров с размерами пор и емкостями, типы включений и как они становятся путями утечки, практика удержания в печи, план отбора проб, позволяющий выявлять проблемы на ранней стадии, и, наконец, критерии приемки, сформулированные так, чтобы их могла выполнить финальная ячейка.

Откуда берется водород

Водород попадает в расплав алюминия из любого источника воды или углеводородов, контактирующих с металлом при температуре выше примерно 660 °C. Реакция проста и безжалостна: алюминий плюс водяной пар дает оксид алюминия и атомарный водород, который растворяется в расплаве.

• Мокрый или влажный заряд. Возвраты, сложенные на улице в течение влажного сезона, слитки, хранящиеся без крышки, и любой лом, на который капала дождь. Это самый крупный источник в большинстве предприятий, которые не контролируют его. Возвраты из литейной ячейки обычно все еще теплые и содержат остатки водорастворимого смазочного материала для форм, что дает двойной вклад: сама вода и органический остаток, который разлагается на водород.
• Атмосфера сгорания. В газовой печи сжигание метана производит примерно две молекулы воды на каждую молекулу топлива. Атмосферы печи обычно содержат от 10 до 20 процентов водяного пара. Любой расплав, находящийся под такой атмосферой с плохой герметизацией крышки, будет постоянно поглощать водород.
• Неподготовленные инструменты. Скиммеры, ковши, оболочки термопар, лотки и внутренние стенки ковшей, которые поглотили конденсат или впитали влагу. Холодный стальной скиммер, погруженный в алюминий при 720 °C, вводит водород в неправильное место.
• Корродированный и сильно окисленный лом. Продукт коррозии алюминия — гидратированный оксид, который при расплавлении разлагается и выделяет воду напрямую.
• Мокрый или плохо хранящийся флюс. Гигроскопичные хлоридные флюсы вытягивают влагу из воздуха за несколько дней, если бочка оставлена открытой.
• Чрезмерно высокая температура удержания и длительное время удержания. Растворимость водорода резко возрастает с повышением температуры, и ненужное сверхнагревание на 50 °C может свести на нет хорошую дегазацию всего за пару часов.

Физическая причина, по которой все это важно, — это соотношение растворимости. Жидкий алюминий при температуре около 700 °C может удерживать примерно 0,9 до 1,3 мл водорода на 100 г в зависимости от сплава и температуры; твердый алюминий при комнатной температуре содержит около 0,04 мл на 100 г. Это соотношение примерно 15 к 1 или более. Все, что превышает твердую растворимость, должно куда-то деваться при затвердевании металла, и это место — поры.

Обратите внимание на практический аспект для литья под высоким давлением: очень быстрое затвердевание HPDC означает, что газовые поры остаются маленькими, часто десятки микрометров, и процесс лучше переносит водород, чем гравитационное или низкотемпературное литье. Эта толерантность исчезает в момент обработки поверхности, термической обработки или полировки до зеркального блеска, потому что любой пор, пересекающий поверхность готовой детали, становится видимым.

Цели измерений и насколько можно доверять каждому методу

Нет идеального теста на водород на производственной площадке. Выберите один, стандартизируйте процедуру и отслеживайте тенденцию.

Для справки, преобразование между ними ненадежно, поэтому не пытайтесь. Выбирайте индекс плотности как меру ежедневного производства и абсолютное измерение типа Telegas как ежемесячный аудит. Важно, чтобы ежедневное число измерялось одинаково, в одно и то же время, из одного и того же места, и отображалось на графике.

Ожидайте повторное газирование после обработки. После прекращения обработки, неперебитая печь с хорошей крышкой обычно захватывает что-то в диапазоне от 0,01 до 0,05 мл на 100 г в час, в зависимости от практик покрытия, влажности и открытой поверхности. Поэтому дегазация стоит делать как можно ближе к месту использования, а ночное удержание стирает обработку предыдущего вечера.

Ротационная дегазация: рабочие параметры окна

Ротационная дегазация остается стандартным контролем, потому что она работает, недорога и не вводит соль. Она удаляет водород, пропуская инертный газ через расплав в виде тонкой дисперсии пузырьков; водород диффундирует в пузырьки, и они всплывают наружу.

Оборудование: графитовый вал и импеллер, приводимый в движение мотором с регулируемой скоростью, подающий аргоном или азотом, установленный либо на печи, либо на мобильном блоке, обслуживающем транспортные ковши. Устройства размером с тигель и ковш обычно используют импеллеры диаметром от 100 до 200 мм.

Точки эксплуатации, которые пропускаются и стоят денег:

• Разогрейте ротор. Холодный графитовый вал, опущенный в алюминий, может треснуть или отслаиваться. Разогревайте его выше ванны за 10-15 минут перед каждой обработкой и держите выше ванны между обработками, чтобы шлак не прилип к нему.
• Удаляйте шлак до дегазации, а не только после. Начинать с тяжелого слоя шлака — это потеря большей части поверхности пузырьков.
• Проверяйте импеллер еженедельно. Изношенный или сколотый импеллер теряет эффективность дисперсии задолго до того, как это заметит визуально. Ведите учет часов работы или тоннажа и меняйте по графику; графитовые роторы обычно служат от 500 до 1500 часов работы в зависимости от режима эксплуатации.
• Азот против аргона. Азот дешевле и работает приемлемо для алюминия при температуре ниже примерно 760 °C; аргон избегает риска образования нитридов и безопаснее при более высоких температурах. Выбирайте осознанно, а не только по цене; разница в общей стоимости за тонну обычно меньше, чем ценность стабильности.

Плавковая шлаковка: когда она помогает и сколько она реально стоит

Плавковая шлаковка выполняет две функции: она удаляет водород с помощью химической реакции и помогает отделить оксид от металла, чтобы можно было удалить включения. Обычно добавляют от 0,1 до 0,3 процента от веса расплава, вводя через жезл или ротор, или равномерно распределяя с перемешиванием.

Причины для использования:

• Там, где роторный газ сам по себе не достигает цели за разумное время обработки.
• Там, где нагрузка включений из грязных возвратов высока, и необходим поток для агломерации окислов для скима.
• В небольших операциях с ковшами, не оснащённых роторным оборудованием.

Причины для избегания или минимизации:

• Объем и утилизация шлака. Обработка на основе флюса значительно производит больше шлака, чем обработка только инертным газом, и большая его часть содержит соли, что влияет на классификацию и стоимость захоронения.
• Коррозия и уборка помещения. Пар хлорида атакует элементы печи, вытяжные каналы и близкое электрическое оборудование.
• Риск включений. Флюс, попадающий в отливку, является его собственным механизмом дефекта, и часто проявляется в виде белых или серых отложений, которые затем появляются при полировке.
• Экспозиция оператора. Требуется вытяжка дымовых газов и дисциплина в процедурах.

Хранение важнее выбора. Открытая бочка с флюсом в влажный сезон хуже, чем отсутствие флюса. Держите контейнеры закрытыми, храните в помещении, используйте в течение срока годности поставщика и выбрасывайте все, что с комками.

Фильтрация: размер пор, ёмкость и компромисс между фильтрацией и засорением

Фильтрация удаляет твердые включения, которые не затрагивает дегазация. Это контроль, который наиболее прямо влияет на пути утечек и внешний вид после полировки, и это также контроль, который часто устанавливают без полного понимания его работы.

Практические правила:

• Размер для скорости, а не только для отверстия. Проектировать с учётом поверхностной скорости фильтрации в диапазоне 0,5 до 1,5 см в секунду через CFF. Перегрузка снижает эффективность захвата и сокращает срок службы; недостаточная площадь приводит к раннему засорению.
• Следите за засорением. Частично забитый фильтр повышает уровень металла на входе. Если ваш лоток или фильтр-бокс затоплены, вы неправильно рассчитали размеры или ваш предварительный скимминг не сработал. Следите и меняйте proactively, а не когда металл перестает течь.
• Правильно заполняйте фильтр. Фильтры требуют металлической головки или предварительного нагрева для начала потока. Плохое priming оставляет часть площади фильтра неиспользованной и снижает как ёмкость, так и эффективность захвата.
• Не полагайтесь только на фильтр. Это страховка. Самый дешевый контроль включений — спокойное перемещение металла: насос из-под поверхности, короткое заливающееся отверстие, закрытие лотков, использование дамб для скима, и никогда не позволяйте металлу свободно падать более чем на 100-150 мм.

Включения и почему они становятся путями утечки и дефектами полировки

Не все включения одинаковы, и их последствия в дальнейшем различаются.

• Оксидные пленки и бифильмы. Поверхностный оксид образуется на алюминии мгновенно, и любой турбулентность складывает его в расплав как двойную пленку. Они наиболее вредны, потому что являются плоскими: пленка, лежащая через стену, создает трещинообразное разрывное место, которое обнаруживается гидравлическим тестом, и редко — металлографией, поскольку оно скрыто между границами зерен. Это механизм большинства необъяснимых утечек в отливках, которые иначе выглядят целыми.
• Осадочные частицы. Интерметаллические соединения, богатые железом, марганцем и хромом, которые выпадают при слишком низкой температуре расплава. Коэффициент осадка рассчитывается как 1 × масса Fe + 2 × масса Mn + 3 × масса Cr. Ниже примерно 1,2 риск низкий; в диапазоне от 1,2 до 1,5 требуется дисциплина по температуре и осаждению; выше 1,5 ожидайте твердые участки, повреждающие режущие инструменты и полирующиеся с разной скоростью по сравнению с матрицей. См. руководство по свойствам алюминиевого сплава A380 для типичных уровней железа и причин, по которым их следует указывать специально, а не только по названию сплава.
• Обломки огнеупорных материалов. Осколки от стенок тигля и lining-ов лотка, обычно вызванные термическим циклом или механическими повреждениями при скиме.
• Кристаллы соли. Перенос флюса. Очень вредно для косметики, так как они гигроскопичны и оставляют видимый ямочный или цветущий след на полированной поверхности.
• Шлак и грязь. Из-за плохой практики переноса и грязных возвратов.

Далее, они проявляются четырьмя способами, которые мы можем количественно оценить на финальной линии: твердые частицы, которые рвутся с поверхности и оставляют за собой хвост кометы при полировке; пленки, которые открываются как тонкие линии при выравнивании металла; скопления, превращающиеся в видимые ямки в зоне косметики; и любые микропробоины, скрытые под отливочной коркой. См. пористость при литье алюминия и решения и дефектах и решениях при алюминиевом литом под давлением каталог дефектов на входе.

Практика в плавильной печи

Проблемы с качеством плавления в основном связаны с проблемами в печи удержания, а не с процессом плавления.

• Дисциплина загрузки. Выделите сухую, закрытую зону для хранения загрузки. Если необходимо использовать материал, который находился на улице, держите его выше уровня металла или предварительно разогревайте. Никогда не загружайте возвраты прямо из водяной ловушки или охлаждающей ванны без сушки.
• Коэффициент возвратов. Контролируйте и поддерживайте известную пропорцию внутренних возвратов. Изменение её без уведомления влияет на нагрузку при включении и, следовательно, на срок службы фильтра, а также часто является скрытой переменной, вызывающей внезапное изменение качества, которое невозможно объяснить.
• Диапазон температуры. Держите в пределах ±10 °C от заданной температуры. Более широкие разбросы являются самым дешевым источником как поглощения водорода, так и повторного растворения шлама, который затем осаждается позже.
• Дисциплина крышки. Закрывайте крышки после каждого добавления и никогда не оставляйте доступные двери открытыми дольше необходимого. Разница в поглощении водорода между хорошо закрытой и плохо закрытой печью легко измеряется за одну смену.
• Снятие шлама. Снимайте шлам после каждого добавления и перед каждым циклом обработки. Делайте это аккуратно; интенсивное снятие шлама перемешивает окисление внутрь.
• График очистки. Удаляйте шлам и очищайте стенки по определенной частоте, основанной на измеренной накопленной массе шлама, а не по календарю. Накопление металлической пыли является источником твердых включений и загрязнения огнеупорных материалов.

Когда проводить тестирование: план выборки, который выявит проблемы

Тестирование раз в неделю хуже, чем его отсутствие, потому что оно дает число, не связанное с выбракованными деталями.

Проводите измерения:

• В начале каждой смены, перед отливом первых деталей.
• После любого значительного добавления шихты, когда металл полностью расплавлен и перемешан, обычно через 30-60 минут.
• После любого вмешательства с открытием крышки печи, перемещения или ремонта внутреннего слоя.
• Дважды за смену, когда процесс доказан стабильным.
• Когда уровень дефектов по эстетике превышает один процентный пункт.

Стандартизируйте образец: одно и то же место в печи, одна и та же предварительно нагретая ложка или ковш, одна и та же форма для образца, одна и та же масса, одна и та же температура металла, один и тот же оператор, где возможно. Результаты индекса плотности очень чувствительны к скорости охлаждения, поэтому разная форма или размер образца изменяет число, даже если расплав одинаковый. Ведите график каждого результата с пределами действия, а не только с требованиями к записи, и требуйте, чтобы руководитель смены поставил свои инициалы на каждое событие за пределами допустимых значений с указанием принятых корректирующих мер.

Критерии приемки, разработанные для участка отделки

Дебаты о качестве расплава быстро заканчиваются, когда спецификация написана в наблюдаемых терминах. Вместо указания только числа водорода, укажите, что должно быть истинным на функциональной поверхности. Типичные пункты, по которым мы работаем для косметических деталей:

• На любой отполированной поверхности после обработки не должно быть пор размером более 0,3 мм в диаметре.
• На каждые 100 см² косметической области не должно быть более двух пор в диапазоне от 0,1 до 0,3 мм.
• При освещении 400 люкс, при просмотре с расстояния 500 мм, не должно быть видимых удлинений, хвостов кометы или тёмных включений.
• Отсутствие протечек при заданном тестовом давлении и продолжительности после обработки, согласно определённому плану выборки.
• Последовательное поведение в течение минимум однородной производственной смены, а не выбранной вручную образец.

Затем сопоставьте это с целями плавки: индекс плотности ниже 1 процента на печи, фильтрация 30 ppi в ковш для литья, дегазация, завершённая в течение часа после литья, и отсутствие материала из неподтверждённого склада. Связь не является идеально линейной, но после её эмпирического установления для ваших деталей, вы можете обосновать спецификацию и прекратить споры о том, произошёл ли пор при плавке или при полировке.

Экономика обычно проста. Для средней косметической детали переход с 3 процентов до 1 процента отказов при полировке обычно в несколько раз превышает стоимость правильно настроенной системы дегазации и фильтрации, не считая повреждений инструмента и посещений клиента.

DZ Machinery создает роботизированные установки для удаления заусенцев, шлифовки и полировки с силоуправляемыми плавающими шпинделями и многостанционной индексацией, а также работает с литейными цехами для определения приемки входящих деталей до спецификации оборудования. Если ваши отполированные детали показывают микропоры или разрывы включений, отправьте нам образцы с записью плавки с той же смены, и мы поможем вам проследить их происхождение.