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熔煉原理之熔煉過程的化學反應

熔煉過程是通過一系列的物理、化學反應使鋁熔體達到成分要求和純凈度要求的過程。

鋁合金熔煉過程的化學反應很多,包括鋁和氧的反應、其他金屬和氧的反應、金屬之間的反應、其他氣體與鋁的反應、其他氣體與其他金屬的反應、精鍊劑與金屬之間的反應等。其中鋁的氧化反應、鋁的燃燒反應是主要的。

1.鋁的氧化

鋁非常活潑,能與空氣中的氧氣或水蒸氣發生反應,且反應不可逆,一旦反應就會造成金屬損失。

Al+O2Al2O3

Al+H2OAl2O3+H2

2.鋁的燃燒反應

Al+O2Al2O3

以上兩個反應既是造成熔體污染的主要物質——氧化鋁膜的主要來源,也是熔煉成本控制的核心,所有鋁的氧化或燃燒都是生產過程的損失,所以熔煉過程應儘可能的減少鋁的氧化,儘可能的避免鋁的燃燒。

鋁的氧化貫穿了整個熔煉過程。

鋁是活潑金屬,固體鋁物料的表面就覆蓋著很薄的緻密的一層氧化鋁薄膜,這層薄膜可以有效阻止鋁的進一步氧化,這也是鋁材自身的主要優勢之一。在熔煉過程中,這層氧化鋁膜的一部分進入熔體成為渣,一部分浮在熔體表面成為浮渣。

在受熱熔化的過程中,固體物料進一步氧化,造成更多的鋁的損失,這是難以避免的,但是可以降低,最基本的方法就是減小可以發生氧化的表面積並加快傳熱,縮短熔化時間,鋁的氧化就可以降低。但是傳熱速度取決於材料本身,所以對同種形態的物料來講,縮短熔化時間是降低熔化期間金屬損失的額關鍵,加熱速度越快,金屬的氧化損失越少。

熔化的金屬在高溫下會進一步氧化,特別在升溫、攪拌、精鍊過程中,熔體表面已經生成的氧化膜會逐漸變厚,金屬受到擾動後的氧化更是隨時都會發生。

以液體鋁水作為原料的熔煉過程在鋁水導入熔煉爐和熔煉過程中也要發生氧化生成氧化鋁渣,但是相對來講,比使用固體廢料產生的渣要少得多。

鋁的燃燒實質是更為劇烈的氧化反應,大多發生在精鍊過程中,鋁液在精鍊氣和精鍊劑的擾動下和爐內氛圍中的氧氣反應發生燃燒,在使鋁液的溫度上升的同時,產生了大量的氧化鋁渣。

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