Alüminyum alaşımlarının sürekli dökümünde kullanılan hidrojen gazı giderme sistemi parametrelerinin optimizasyonu
An optimization study for an efficient hydrogen removal during continuous casting of aluminium alloys
Yazar: HAKAN ÖZER
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN SÖNMEZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum = Aluminum ; Argon gazı = Argon gas ; Flaks = Flux ; Hidrojen = Hydrogen ; Klor = Chlorine

Özet:
Alüminyum ve alaşımlarının sürekli dökümü sırasında en çok rastlanan problemlerden biri rutubet ile sıvı metalin reaksiyonu sonucu yüzeyde oksit oluşması ve açığa çıkan hidrojenin sıvı metalde çözülmesi olarak gösterilmiştir. Hidrojenin sıvı metaldeki çözünürlüğü yüksek iken azalan sıcaklık ile çözünürlüğü azalmaktadır. Bu nedenle katılaşma sırasında hidrojenin çözeltiden ayrılarak poroziteyi oluşturduğuna inanılmaktadır. Bu doğrultuda döküm öncesinde sıvı metale gaz giderme işlemi uygulanır ve sıvı metalin çözünmüş hidrojen içeriği azaltılmaya çalışılır. Böylelikle porozitenin de azalması beklenir.Hidrojen, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının içerisinde yüksek çözünürlüğü olan tek gazdır. Çözünürlük sıcaklıkla ve basıncın kara kökü ile doğru oranlıdır. Hidrojen sıvı metal içerisine çok çeşitli yollardan girebilir. Çok küçük bir kısmı atmosferde serbest halde bulunan hidrojenden, büyük bir çoğunluğu ise su buharının sıvı metal yüzeyinde parçalanması sonucunda açığa çıkan hidrojenden, sıvı metale ilave edilen her türlü katkı maddesinde (şarj) bulunan nemden, potadan ya da kullanılan diğer araçlardan girebilir. Eğer metal akışı ya da karıştırılması (özellikle SNIF sistemi içerisinde) çalkantılı /dalgalı bir şekilde yapılırsa, bu çalkantılardan dolayı sıvı metal içerisine hapsedilen hava hidrojenin oluşmasına sebep olacaktır.Oldukça reaktif olan ve sıvı metal tarafından hızlı bir şekilde absorbe edilen atomik hidrojen su buharının sıvı alüminyum ile tepkimesinden ortaya çıkar. Sıvı alüminyum içerisine giren hidrojen uygun yöntemler kullanılarak uzaklaştırılabilir. Bu çalışmada hedef gaz giderme işleminin en etkili biçimde yapıldığı gaz debisi-motor devir hızı kombinasyonunu 1050 ve 3003 alaşımları için tespit etmektir. Bunun için dokuz ayrı gaz debisi-motor devir hızlarında çalıştırılan SNIF sistemi, SNIF sonrası sıvı metalin içerisindeki hidrojen miktarları ölçülerek test edilmiş ve maliyet ve ürün kalitesinde optimizasyon sağlanmıştır.

Abstract:
Aluminum alloys can dissolve excessive amount of hydrogen gas in their molten state. Since its solubility decrease with decreasing temperature, gas bubbles are formed and entrapped within the solid structure during solidification. Existance of such imperfections can cause serious failure during manufacturing of sheet and foil products. There exist many methods to remove hydrogen gas from liquid aluminum. The efficiency of removal depends mainly on operational parameters. Inert gas flow rate and rotational speed of the rotor are among those for the systems employing injection and shearing of the gas bubbles for gas removal mechanism. In this study we aim at determining the optimum argon flow rate and the rotor speed for the SNIF system which will result in the most efficient hydrogen removal rate within the liquid metal.The measuments were conducted during 1050 and 3003 aluminum alloy castings. Nine different gas flow rate-rotor speed combinations determined from Design of Experiments were applied during castings. A mathematical equation estimating the hydrogen content as a function of flow rate and rotor speed has been developed using a statistical software. The optimum flow rate/rotor speed combinations were determined for the most effective hydrogen gas removal and implemented in real scale production.