Zanieczyszczenia ciekłego aluminium : metody ich oceny i usuwania

• Autorzy: Saternus M.

Warianty tytułu

EN

Impurities of liquid aluminium : methods of their estimation and removal

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono krótko metody otrzymywania aluminium pierwotnego, jak i wtórnego. Niestety ciekłe aluminium i jego stopy zawierają zanieczyszczenia gazowe – głównie wodór, metaliczne (sód, wapń i lit) i niemetaliczne (borki, węgliki, azotki, tlenki, wtrącenia soli, związki międzymetaliczne). Czystość ciekłego metalu wpływa znacznie na jakość końcowych produktów. Przedstawiono schemat przechodzenia zanieczyszczeń gazowych do ciekłego stopu z atmosfery i wyłożenia ogniotrwałego. Opisano konsekwencje nadmiernej ilości wodoru w ciekłym metalu – powstawanie porów; przedstawiono ich klasyfikację na bazie kształtu, a ponadto podano granice zawartości wodoru w aluminium i jego stopach oraz scharakteryzowano metody pomiaru zawartości wodoru. Do oznaczania zawartości wodoru w ciekłym aluminium i jego stopach stosuje się szereg metod ilościowych, jak też i testów technologicznych. Scharakteryzowano zanieczyszczenia niemetaliczne i metaliczne oraz przedstawiono ich wpływ na właściwości aluminium i jego stopów podczas odlewania i przy obróbce plastycznej. Opisano dostępne metody rafinacji ciekłego aluminium i jego stopów (fizyczne i chemiczne), ze szczególnym uwzględnieniem procesu barbotażu – przedmuchiwania ciekłego metalu gazem obojętnym. Po procesie rafinacji, w którym część wtrąceń metalicznych i niemetalicznych pochodzących z żużla, metalu, bądź materiałów ogniotrwałych usuwana jest poprzez flotację, prowadzony jest także proces filtracji od pozostałych zanieczyszczeń. Obecnie jednakże można łączyć te dwa procesy. Przed-stawiono rozwiązania technologiczne reaktorów rafinujących wraz z podstawowymi parametrami ich pracy.

EN

Article presents shortly the methods of obtaining primary and secondary aluminium. However, liquid aluminium and its alloys contain gaseous impurities, mainly hydrogen, metallic impurities such as calcium, sodium, lithium and nonmetallic impurities like borides, nitrides, oxides, carbides, salts inclusions and intermetallic compounds. Purity of liquid metal influences considerably the quality of final products. Article shows the scheme of gaseous impurities transfer from atmosphere and refractory lining into the liquid alloy. The consequences (creation of pores) of excessive concentration of hydrogen in liquid metal were described, additionally pores classification considering their shape was made. The range of hydrogen concentration in aluminium and its alloys were presented as well as the methods of hydrogen concentration measurement. To estimate the hydrogen concentration in liquid aluminium and its alloys there are applied many quantitative methods as well as technological tests. Metallic and nonmetallic inclusions were also characterized, besides their influence on properties of aluminium and its alloys during casting and plastic working was also mentioned. The available refining methods (physical and chemical) of aluminium and its alloys were described with the special emphasize put on barbotage that means the process of inert gas blowing through the liquid metal. After the refining process, in which part of metallic and nonmetallic inclusions coming from slag, refractory materials or metal are removed via flotation, the filtration processes can be also carried out. Today it is also possible to join these two processes and conduct them in one reactor. The technological solutions of refining reactors with working parameters were also presented.

Słowa kluczowe

PL

aluminium; zanieczyszczenia; rafinacja; barbotaż

EN

aluminium; impurities; refining; barbotage

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 26, nr 2
• Strony: 115--132
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Saternus M.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Instytut Technologii Metali, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Saternus M., Botor J., Wężyk W, Stuczyński T.: Rafinacja aluminium w sposób ciągły – reaktor URC-7000. Rudy i Metale vol. 50 nr 4 (2005), s. 169–173.
• [2] Botor J.: Hutnictwo u progu 21 stulecia, Rudy Metale Rudy Metale vol. 45 nr 3 (2000), s. 141–177.
• [3] Stuczyński T., Wojciechowska A.: Konferencja Aluminium ‘91, Mogilany 1991.
• [4] Closing the loop, Met. Bull. Mon., vol. 375 (2002), s. 33 [w: Rudy Metale vol. 47 nr 8, (2002), s. 412].
• [5] Saternus M.: Aluminium pierwotne, technologia, produkcja, perspektywy. Rudy Metale vol. 51 nr 6 (2006), s. 316–325.
• [6] Grjotheim K., Kvande H.: Understanding the Hall-Heroult Process for Production of Aluminium. Aluminium Verlag, Düsseldorf 1986.
• [7] Bergsdal H., Strřmman A.H., Hertrich E.G.: The aluminium Industry – Environment, Technology and Production, NTNU, Raport nr 8, 2004.
• [8] Najlepsze Dostępne Techniki (BAT) wytyczne dla branży metali nieżelaznych – produkcja z surowców pierwotnych – Ministerstwo Środowiska, Warszawa 2005.
• [9] Saternus M., Botor J.: Metody usuwania zanieczyszczeń z ciekłego aluminium i jego stopów. Rudy Me-tale vol. 49 nr 4 (2004), s. 166–172.
• [10] Najlepsze Dostępne Techniki (BAT), Wytyczne dla produkcji i przetwórstwa metali nieżelaznych, Ministerstwo Środowiska, Warszawa 2007.
• [11] Saternus M., Botor J.: The physical and mathematical model of aluminium refining process in reactor URO-200, Advanced Processing of Metals and Materials – Thermo and Physicochemical Principles, TMS, (2006), s. 697–710.
• [12] Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych. WNT, Warszawa 1992.
• [13] Engh T.A.: Principles of Metal Refining. Oxford University Press, Oxford 1992.
• [14] Łybacki W., Modrzyński A., Szweycer M.: Technologia topienia metali, Politechnika Poznańska, Poznań 1986.
• [15] Ransley C.E., Talbot D.E.J., Barlow H.C.: An instrument for measuring the gas content of aluminium alloys during melting and casting. J. Inst. Metals, vol. 86 (1957–1958), s. 212–219.
• [16] Czernega D.F., Bjalik O.M., Iwanczuk D.F., Remizow G.A.: Gazy w cwetnych metallach i spławach. Metallurgia, Moskwa 1982, s. 49–82.
• [17] Karagadale S.: Modeling growth and movement of hydrogen bubbles in aluminium casting, Project Report, Indian Institute of Science, (2008), s. 1–47.
• [18] Lee P., Chirazi A., See D.: Modeling microporosity in aluminium-silicon alloys: a review. Journal of Light Metals nr 1 (2001), s. 15–30.
• [19] Samuel A.M., Samuel F.H.: Review various aspects involved in the production of low-hydrogen aluminium castings. Journal of Materials Science nr 27 (1992), s. 6533–6563.
• [20] Eady J.A., Smith D.M.: Effect of porosity on the tensile properties of aluminium casting, Mater. Forum nr 9 (1986), s. 217–223.
• [21] Saternus M.: Rafinacja aluminium i jego stopów przez przedmuchiwanie argonem, Wyd. Pol. Śl., Gliwice 2011.
• [22] Chen X.-G., Klinkenberg F.-J., Engler S.: Optimization of the impeller degassing process through continuous hydrogen measurement. Light Metals, TMS (1995), s. 1215–1222.
• [23] Chen X.-G., Engler S.: Effect of hydrogen contents on porosity of cast aluminium-silicon and aluminium-magnesium alloys. Giesserei, vol. 78 (1991), s. 697–684.
• [24] Chen X.-G., Engler S.: Hydrogen and porosity in aluminium-silicon and aluminium-magnesium alloys, Part 2. Aluminium-magnesium alloys and discussion on pore formation. Metallkd., vol. 45, (1991), s. 1225–1231.
• [25] Saternus M.: Metody określania zawartości wodoru w ciekłym aluminium i jego stopach. Rudy Metale vol. 48 nr 8 (2003), s. 363–368.
• [26] Anyalebechi P.N.: Techniques for determination of the hydrogen content in aluminium and its alloys. Light Metals, TMS, (1991), s. 1025–1046.
• [27] Ray L.D.: A comparative assessment of quantitative analyzers commonly used in the aluminium industry. Light Metals, TMS, (1992), s. 1031–1047.
• [28] Sigworth G.K.: A novel method for gas measurement in aluminium. Light Metals, TMS, (1993), s. 981–989.
• [29] Simensen C.J., Berg G.: A survey of inclusions in aluminium. ALUMINIUM, vol. 56 nr 5 (1980), s. 335–340.
• [30] Botor J.: Fizykochemia i model usuwania stałych wtrąceń tlenkowych z ciekłych metali, Projekt badawczy Nr 4 T08B 018 24, 2005.
• [31] Martin J.-P., Tremblay F., Dube G.: Alscan: a new and simple technique for on-line analysis of hydrogen in aluminiumalloys. Light Metals, TMS (1989), s. 903–912.
• [32] Frisvold F., Engh T., Johansen S., Pedersen T.: Removal of inclusions — A Survey and Comparison of Principles. Light Metals, TMS, (2013), s. 324–332.
• [33] Dupuis C., Daumont R.: The impact of LiMCA technology on optimization of melt cleaness. Light Metals, TMS, (2013), s. 332–339.
• [34] Waite P.: A technical perspective on molten aluminium processing. Light Metals, TMS, (2002), s. 841–848.
• [35] Oldshue J.Y.: Fluid Mixing Technology, Chemical Engineering, McGraw-Hill Publications Co., New York 1983.
• [36] Engh T.A., Pedersen T.: Removal of hydrogen from molten aluminium by gas purging. Light Metals, TMS, (1984), s. 1329–1344.
• [37] Saternus M, Botor J.: Aluminium refining process – methods and mathematical models. ALUMINIUM, vol. 81 nr 3 (2005), s. 209–216.
• [38] Kato S.: Hydrogen in aluminium and aluminium alloys. Sumitomo Light Metal Technical Report, vol. 34 nr 3 (1993), s. 59–77.
• [39] Terai S., Yosida M.: Developments in treatment of aluminium melts, 8. Internationale Leichmetalltagung, Leoben-Wien (1987), s. 236–243.
• [40] Stevens J.G., Ho Yu: A computer model investigation of the effects of operation parameters on the hydrogen removal rate in the Alcoa 622 process. Light Metals, TMS, (1992), s. 1023–1029.
• [41] Bopp J.T., Neff D.V., Stankiewicz E.P.: Degasing Multi-cast Filtration System (DMC) – New Technology for Producing High Quality molten Metal. Light Metals, TMS, (1987), s. 729–736.
• [42] Bornard J.-D., Bauxmann K.: DUFI: A concept of metal filtration. Light Metals, TMS, (1985), s. 1249–1260.
• [43] Ohno Y., Hampton D.T., Moores A.W.: The GBF rotary system for total aluminium refining. Light Metals, TMS, (1993), s. 915–921.
• [44] Chateau J.M.: Latest trends in molten metal in-line treatment. Aluminium Times, 04/05, (2003), 34–35.
• [45] Clumpner J.A., Hershey R.E., Hoffman W.L.: MINT – an in-line melt purification system: predicting commercial performance with aluminium alloys. Light Metals, TMS, (1986), s. 815–819.
• [46] Walker G.P., Zeliznak T.A., Sibley S.R.: Practical degassing with the RDU. Light Metals, TMS, (1989), s. 777–782.
• [47] Davis R., Dokken R.N.: Product quality improvements through in-line refining with SNIF. Light Metals, TMS, (1987), s. 711–715.