Плавка сплавов на основе алюминия

Физико-химические особенности процесса. При рассмотрении технологии плавки алюминиевых сплавов наряду с общеизвестными физическими свойствами алюминия — низкой плотностью (2,7 т/м3) и сравнительно низкой температурой плавления (658 °С) следует отметить его высокую теплоемкость и скрытую теплоту плавления. Энтальпия жидкого алюминия при 700 °С сопоставима с энтальпией чугуна при 1250 °С (950 и 1050 кДж/кг соответственно). Удельное электрическое сопротивление расплава алюминия 0,24* 10~6 Омм, т.е. примерно в 6 раз ниже, чем расплава стали. Небольшая величина удельного электрического сопротивления алюминия уменьшает электрический КПД плавки в индукционных печах.

В зависимости от состава газовой фазы печи алюминий может вступать во взаимодействие с кислородом, С02 и парами воды по реакциям:
4А1 + 302 = 2А1203,
2А1 + ЗС02 = А1203 + ЗСО,
2А1 + ЗН20 = А1203 + ЗН2.

Оксидная пленка А1203, образующаяся на поверхности металла, защищает его в дальнейшем от воздействия газовой фазы. Однако защитные свойства оксидной пленки могут меняться под воздействием различных материалов, применяемых во время плавки. Калий, натрий и другие щелочные и щелочноземельные металлы, а также цинк, гексахлорэтан (С2С16), фториды бора и кремния разрыхляют пленку, делая ее проницаемой для газов. Наоборот, бор, фтор и газообразные фториды уменьшают газопроницаемость пленки.

В результате взаимодействия алюминия с парами воды происходит не только его окисление, но и образование водорода, который легко растворяется в расплаве. Содержание водорода в перегретых сплавах алюминия на практике может достигать 3 см3 на 100 г металла. В процессе кристаллизации растворимость водорода уменьшается в 10 раз, что приводит к образованию газовых раковин и пористости. Источниками образования паров воды помимо продуктов сгорания топлива могут являться влага кусков шихты и гигроскопичных флюсов, непросушенная футеровка печи и инструмент, применяемый при плавке, а также некоторые виды лигатур. Содержащиеся в алюминиевом сплаве Си и Si уменьшают растворимость в нем водорода, a Mg, Ti, Li, Be, Na, Ca и Zr увеличивают.

Алюминий может взаимодействовать также с кремнеземом кислой футеровки, восстанавливая его, но развитие этой реакции сдерживается образованием оксидной пленки А1203 на поверхности зерен футеровки.