详解分析铝合金在熔炼过程中铝熔体与电炉溶铝的作用

铝合金在熔炼过程中,金属以熔融或半熔融状态暴露于炉气并与之相互作用的时问最长,往往易造成铝熔体大量吸气、氧化和形成其他非金属夹杂。金属与炉气的反应过群大致分为三个阶段:吸附、界面反应和溶解(扩散)。炉气的成分根据炉型,炉子结构,铝合金不同,所用燃料或发热方式不同,含有不同比例的H2,O2,H20,C02、N2,CmHn等。通常电炉熔铝时的炉气成分(表3-1-1)与空气相同。火焰气成分(表3-1-2)与空气相同。火焰熔铝炉炉气成分波动很大,通常在表3-1-2范围内变化。防锈铝的化学活性很强的金属,在熔炼温度下可与多种气体发生强烈反应。铝液与各种气体反应时的热力学关系的变化。反应生成物主要是A1203和H2。
表3-1-1 电炉溶铝的炉气成分

炉气成分

N2

O2

H2O

CO2

H2

体积/%

78

21

04

0.03

5*105

表3-1-2 火焰炉熔铝的炉成分

炉成成分

N2

O2

H2O

CO2

H2

熔炼炉/%

62-83

8-15

3-9

2

H2O

混合炉/%

80-85

6-7

4-5

 

40-60g/m3

铝一氧反应 铝与氧的亲和力很大,与氧接触后必然产生强烈的氧化反应。 4Al+302 →2AI203生成的氧化铝是十分稳定的固态物质。它形成致密的氧化膜,连续覆盖在铝的表面上。由于这种氧化膜的阻碍作用,可防止铝进一步氧化,减少氧化损失,但若熔体中氧化物存在过多将成为产生铸锭夹杂缺陷的根源。在较低温度下,纯铝表面生成的是γ-Al2O3,此种氧化物的密度是3470 kg/m3、致密度高,一般氧化膜厚度在10000nm,达到这个厚度时金属离子扩散通过氧化膜几乎不可能。
所以铝在大气中700℃熔炼24 h时,800℃熔炼8h,如果不破坏原来的氧化膜,熔体不会继续氧化。当熔炼温度达到900℃以上,或者超过上述时间,γ-Al203开始转变为稳定的六而晶体α-AI2O3,密度变成3950--4100 kg/m3,该转变使体积缩小约13%,使氧化膜产生收缩裂纹,其连续性遭到破坏,氧化又会加剧进行。所以铝合金的熔炼温度不应超过900℃,一般应控制在750℃以下,熔炼时间也不应过长。 γ- A1203膜的外表而是疏松的,存在直径为(50-100)×IO- 10m的小孔,易吸附水气。
熔炼温度下r-A1203膜表面含1%~2% H20,温度升高吸附量减少,但在900℃时仍吸附有0.34% H20。只有在温度高于900℃,r-A12O3完全变成α-A1203时才完全脱水。如在熔炼或浇注过程中把含有水分的氧化膜搅人铝液中,吸附的水与铝液反应造成熔体吸氢。因此常常发现铝液中A12O3增加,氢含量也会随之增加。所以在熔炼和铸造过程中不受轻易破坏铝液表面氧化皮膜。合金的氧化,由于合金元素的加入而变得复杂。
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