Gás de cobertura na fusão secundária de alumínio

Benefícios de uma Atmosfera Inerte

Introdução

No domínio da fusão, refinação e reciclagem de alumínio secundário, a utilização de gás de cobertura é uma técnica fundamental para melhorar a eficiência do processo e a qualidade do produto. O gás de cobertura, essencialmente uma manta de gás inerte, serve para proteger o alumínio fundido dos efeitos prejudiciais da interação com o oxigénio atmosférico, atenuando a oxidação e a formação de escórias. Esta visão geral técnica tem como objetivo fornecer aos supervisores e técnicos de fusão uma compreensão abrangente das aplicações do gás de cobertura, abrangendo a seleção do gás, o volume, as taxas de fluxo, o equipamento do forno, bem como os benefícios e perigos associados. Será dada uma ênfase especial à integração das capacidades do gás de cobertura nas bombas de circulação e de transferência, simplificando o sistema de fornecimento de gás de cobertura.

Tipo de gás

A seleção de um gás de cobertura adequado depende dos requisitos específicos da operação de fusão do alumínio. Os gases normalmente utilizados incluem o azoto (N2), o árgon (Ar) e as suas misturas. Enquanto o azoto oferece viabilidade económica, a inércia e densidade superiores do árgon(1) tornam-no preferível para a produção de alumínio de alta qualidade. 

Volume e caudais de gás

O volume de gás de cobertura necessário depende das dimensões do forno e do nível desejado de isolamento atmosférico. Recomenda-se para o azoto um volume de gás suficiente para criar uma pressão positiva no espaço livre do forno, devido à sua densidade neutra em relação ao ar. Devido à sua densidade mais elevada, o árgon afunda-se e desloca o ar na superfície do banho fundido. Os caudais devem ser regulados de modo a manter uma cobertura de gás consistente, minimizando o consumo excessivo de gás. 

Equipamento de fornos

O reequipamento de um forno para funcionamento com gás de cobertura requer a instalação de um sistema de fornecimento de gás que inclui uma fonte de gás, reguladores de pressão, fluxómetros e lanças de distribuição. O forno deve ser equipado com um mecanismo de vedação para evitar fugas de gás e assegurar um isolamento atmosférico efetivo. Uma vez que as taxas de formação de impurezas são mais elevadas nas áreas com maior turbulência superficial (e, por conseguinte, com maior área exposta à atmosfera), a utilização de gás de cobertura no poço da bomba, no poço de carga e na cuba de vórtice proporciona um maior impacto na redução global das impurezas. 

Equipamento de fornos com bombas de gás de cobertura integradas

Embora os sistemas tradicionais de distribuição de gás de cobertura dependam frequentemente de lanças ou de outros mecanismos de dispersão, os avanços na tecnologia das bombas levaram à integração das capacidades de gás de cobertura diretamente nas bombas de circulação e de transferência. Esta abordagem inovadora elimina a necessidade de equipamento adicional de distribuição de gás, simplificando a configuração do forno e melhorando a eficiência operacional. High Temperature Systems oferece opções de gás de cobertura para bombas de transferência e de circulação(2). Estas bombas utilizam uma combinação única de suporte/ invólucro do eixo com uma purga de gás inerte que mantém o eixo numa atmosfera inerte, reduzindo a geração de escória na interface entre o eixo rotativo e a linha de metal. As bombas de gás de cobertura também fornecem gás de cobertura ao poço da bomba, ventilando o invólucro do eixo abaixo da linha de metal.

Bomba de tipo fechado com suporte de veio fechado

A bomba de tipo fechado tem um veio fechado que está alojado numa manga refractária de proteção. Embora isto impeça um acesso fácil para inspeção e limpeza, a bomba está opcionalmente equipada com uma alimentação de gás inerte. 

Benefícios da aplicação de gás de cobertura

• Redução da oxidação e da formação de escória: O principal benefício do gás de cobertura reside na sua capacidade de reduzir a oxidação do alumínio e a geração acompanhada de perdas de escória.

• Melhoria da limpeza da massa fundida: Ao minimizar a interação atmosférica, o gás de cobertura contribui para uma melhor limpeza da massa fundida, resultando em produtos fundidos de qualidade superior com porosidade reduzida e propriedades mecânicas melhoradas.

• Eficiência energética melhorada: O isolamento fornecido pela manta de gás de cobertura serve para reduzir as perdas de calor da superfície de fusão fora da lareira na bomba e nos poços de carga, aumentando a eficiência energética e reduzindo os custos operacionais. 

• Fornecimento simplificado de gás: A integração das capacidades de gás de cobertura nas bombas simplifica a configuração do forno, reduzindo a complexidade do equipamento e os requisitos de manutenção.

Perigos das aplicações de gás de cobertura

• Asfixia: A deslocação do oxigénio pelo gás de cobertura no espaço livre do forno representa um risco de asfixia. A ventilação adequada e a utilização de sistemas de monitorização de oxigénio são cruciais para mitigar este perigo. A viragem do gás inerte antes da manutenção reduz este risco.

• Aprisionamento de gás: Embora improvável, o fornecimento incorreto de gás ou a agitação inadequada durante a operação de desgaseificação pode levar ao aprisionamento de gás no alumínio fundido, resultando em defeitos de fundição e comprometimento da integridade do produto. O controlo cuidadoso do processo e a adesão aos procedimentos estabelecidos são essenciais para evitar tais ocorrências. 

Conclusão

A implementação da tecnologia de gás de cobertura em operações de fusão secundária de alumínio, particularmente com a integração de recursos de gás de cobertura em bombas, apresenta uma infinidade de vantagens, incluindo redução da oxidação, melhoria da limpeza da fusão, maior eficiência energética e fornecimento simplificado de gás. Ao compreender as nuances técnicas das aplicações de gás de cobertura e implementar as melhores práticas, os supervisores e técnicos de fusão podem aproveitar todo o potencial dessa tecnologia para otimizar os processos de fusão de alumínio e obter uma qualidade superior do produto.

Notas de rodapé:

(1) A gravidade específica do árgon é cerca de 27% mais pesada do que o ar a 730C ou 1350F.

(2) Bomba de tipo fechado - com suporte de veio fechado. A bomba de tipo fechado tem um veio fechado que está alojado numa manga refractária de proteção. Embora isto impeça um acesso fácil para inspeção e limpeza, a bomba está opcionalmente equipada com uma alimentação de gás inerte.