再生鋁合金熔煉原理

1.1熔煉過(guò)程中鋁液與環(huán)境的相互作用

1.1.1熔煉過(guò)程中熱的轉(zhuǎn)移（熱力學(xué)過(guò)程）

固體金屬在爐內(nèi)加熱熔化所需要的能量，要由熔煉爐的熱源供給。由于采用能源的不同，其加熱方式也不一樣，目前基本爐型仍是火焰爐。

鋁雖然熔點(diǎn)低（660℃），但由于熔化潛熱（393.56KJ/kg）和比熱大[固態(tài)1.138 kJ/(Kg﹒K)，液態(tài)1.046 kJ/(kg﹒K)]，熔化1kg所需的熱量要比銅的大得多，而鋁的黑度（＝0.2）僅為銅、鐵的1/4,因此鋁和鋁合金的火焰熔煉爐的熱力學(xué)設(shè)計(jì)難度大，較難實(shí)現(xiàn)理想的熱效率。

下面講講火焰爐的熱交換過(guò)程?；鹧娼o被加熱物體的熱量（Q）為：

Q＝QGC＋QSC

QGC－燃燒氣體傳到受熱面的熱量，KJ/h；

QSC－爐壁傳給受熱面的熱量，KJ/h。

QGC＝（αGCεC＋αC）（tG－tC）

QSC＝（αGSФSC＋αabεb）（tS－tC）

αGC－燃燒氣體與受熱面之間輻射傳熱系數(shù)，kJ/（m2﹒h﹒℃）；

αC－燃燒氣體與受熱面之間的對(duì)流傳熱系數(shù)，kJ/（m2﹒h﹒℃）；

αab－被燃燒氣體吸收的爐壁輻射熱量的熱輻射系數(shù)，kJ/（m2﹒h﹒℃）。

從以上各式可以看出，提高金屬受熱量，一方面是增大（tG－tC）和（tS－tC）即提高爐溫，這對(duì)爐體和金屬熔體都有不利影響；另一方面，由于鋁的黑度很小，提高輻射傳熱是有限的。因此只能著眼于增大對(duì)流傳熱系數(shù)，對(duì)流傳熱系數(shù)與氣體流速有以下關(guān)系：

當(dāng)燃燒氣體的流速V<5m/s時(shí)，

αc＝5.3＋3.6V[kJ/（m2﹒h﹒℃）]

當(dāng)燃燒氣體的流速V>5m/s時(shí)，

αc＝647＋v0.78[kJ/（m2﹒h﹒℃）]

可見(jiàn)提高燃燒氣體的流速是有效的，以前多采用低速燒嘴（5～30m/s），近年采用了高速燒嘴(100～300m/s),使熔爐的熱效率有很大提高。

1.1.2合金元素的溶解與揮發(fā)

1.1.2.1合金元素在鋁中的溶解

合金添加元素在熔融鋁中的溶解是合金化的重要過(guò)程。元素的溶解與其性質(zhì)有密切關(guān)系，受添加元素固態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)合力的破壞和原子在鋁液中的擴(kuò)散速度控制。元素在鋁液中的溶解作用可用元素與鋁的合金系相圖來(lái)確定，通常與鋁形成易熔共晶的元素容易溶解；與鋁形成包晶轉(zhuǎn)變的，特別是熔點(diǎn)相差很大的元素難于溶解。如Al－Mg、Al－Zn、Al－Cu、Al－Li等為共晶型合金系，其熔點(diǎn)與鋁也較接近，合金元素較容易溶解，在熔煉過(guò)程中可直接添加鋁熔體中；但Al－Si、Al－Fe、Al－Be等合金系雖也存在共晶反應(yīng)，由于熔點(diǎn)與鋁相差較大，溶解很慢，需要較大的過(guò)熱才能完全溶解；Al－Ti、Sl－Zr、Al－Nb等具有包晶型相圖，都屬難溶金屬元素，在鋁中的溶解很困難，為了使其在鋁中盡快溶解，必須以中間合金形式加入。

1.1.2.2元素的蒸發(fā)

蒸發(fā)這一物理現(xiàn)象在熔煉過(guò)程中始終存在。金屬的蒸發(fā)（或稱揮發(fā)），主要取決于蒸氣壓的大小。在相同的熔煉條件下，蒸氣壓高的元素易于揮發(fā)?？砂唁X合金的添加元素分為兩組，Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si等元素的蒸氣壓比鋁小，蒸發(fā)較慢；Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素的蒸氣壓比鋁的大，較易于蒸發(fā)，熔煉過(guò)程中的損失較大。

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