再生铝合金熔炼原理

2021/6/28

1.1熔炼过程中铝液与环境的相互作用

1.1.1熔炼过程中热的转移（热力学过程）

固体金属在炉内加热熔化所需要的能量，要由熔炼炉的热源供给。由于采用能源的不同，其加热方式也不一样，目前基本炉型仍是火焰炉。

铝虽然熔点低（660℃），但由于熔化潜热（393.56KJ/kg）和比热大[固态1.138 kJ/(Kg﹒K)，液态1.046 kJ/(kg﹒K)]，熔化1kg所需的热量要比铜的大得多，而铝的黑度（＝0.2）仅为铜、铁的1/4,因此铝和铝合金的火焰熔炼炉的热力学设计难度大，较难实现理想的热效率。

下面讲讲火焰炉的热交换过程。火焰给被加热物体的热量（Q）为：

Q＝QGC＋QSC

QGC－燃烧气体传到受热面的热量，KJ/h；

QSC－炉壁传给受热面的热量，KJ/h。

QGC＝（αGCεC＋αC）（tG－tC）

QSC＝（αGSФSC＋αabεb）（tS－tC）

αGC－燃烧气体与受热面之间辐射传热系数，kJ/（m2﹒h﹒℃）；

αC－燃烧气体与受热面之间的对流传热系数，kJ/（m2﹒h﹒℃）；

αab－被燃烧气体吸收的炉壁辐射热量的热辐射系数，kJ/（m2﹒h﹒℃）。

从以上各式可以看出，提高金属受热量，一方面是增大（tG－tC）和（tS－tC）即提高炉温，这对炉体和金属熔体都有不利影响；另一方面，由于铝的黑度很小，提高辐射传热是有限的。因此只能着眼于增大对流传热系数，对流传热系数与气体流速有以下关系：

当燃烧气体的流速V<5m/s时，

αc＝5.3＋3.6V[kJ/（m2﹒h﹒℃）]

当燃烧气体的流速V>5m/s时，

αc＝647＋v0.78[kJ/（m2﹒h﹒℃）]

可见提高燃烧气体的流速是有效的，以前多采用低速烧嘴（5～30m/s），近年采用了高速烧嘴(100～300m/s),使熔炉的热效率有很大提高。

1.1.2合金元素的溶解与挥发

1.1.2.1合金元素在铝中的溶解

合金添加元素在熔融铝中的溶解是合金化的重要过程。元素的溶解与其性质有密切关系，受添加元素固态结构结合力的破坏和原子在铝液中的扩散速度控制。元素在铝液中的溶解作用可用元素与铝的合金系相图来确定，通常与铝形成易熔共晶的元素容易溶解；与铝形成包晶转变的，特别是熔点相差很大的元素难于溶解。如Al－Mg、Al－Zn、Al－Cu、Al－Li等为共晶型合金系，其熔点与铝也较接近，合金元素较容易溶解，在熔炼过程中可直接添加铝熔体中；但Al－Si、Al－Fe、Al－Be等合金系虽也存在共晶反应，由于熔点与铝相差较大，溶解很慢，需要较大的过热才能完全溶解；Al－Ti、Sl－Zr、Al－Nb等具有包晶型相图，都属难溶金属元素，在铝中的溶解很困难，为了使其在铝中尽快溶解，必须以中间合金形式加入。

1.1.2.2元素的蒸发

蒸发这一物理现象在熔炼过程中始终存在。金属的蒸发（或称挥发），主要取决于蒸气压的大小。在相同的熔炼条件下，蒸气压高的元素易于挥发。可把铝合金的添加元素分为两组，Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si等元素的蒸气压比铝小，蒸发较慢；Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素的蒸气压比铝的大，较易于蒸发，熔炼过程中的损失较大。

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