对低压断路器的温度场仿真，首先应进行导体部分的电流场计算，求出其电流密度分布才能准确计算热源。低压断路器的热源主要是导电部分的焦耳损耗，其中包括导电排、热脱扣器和磁脱扣器，触头和出线端，以及国家标准和IEC标准中规定的温升实验中的连接导体，其中触头和出线端连接处的接触电阻对热计算的准确性影响较大，而连接导体的发热和散热也是一个需要特殊处理的问题。......
2025-09-29
热剂反应及产物分析
【摘要】：铝热焊的主要反应产物为液态的铝热钢和熔渣。
铝热化学反应是一个氧化还原反应，利用还原金属（铝）和金属氧化物（氧化铁）、铁合金和铁钉屑等按比例配成的铝热剂，放在特制的坩埚中，用高温火柴点燃，高温火柴燃烧产生的热引起铝与氧化物间强烈的化学反应，在反应过程中铁（Fe）被还原出来，由于铁密度大，沉于坩埚底部，铝氧化成氧化铝（Al2O3）熔渣较轻浮于上部，同时产生巨大的热量，高温的熔液随即浇入扣在轨缝上的砂型中，将两轨端部熔化，浇注金属本身又作为填充金属，将钢轨焊接起来。
各种金属对氧的化学亲和力大小各不相同，与氧亲和力较大的金属能够把与氧亲和力较小的金属从它的氧化物中还原出来。铝在足够高的温度下，与氧有很强的化学亲和力，它可以从很多重金属的氧化物中夺取氧，而把重金属还原出来，例如能把铁、钛、硅、锰、铬、钒、钨等还原出来，同时放出一定的热量。
它的化学反应的一般表示式为
3MeO+2Al→Al2O3+3Me+Q （4-5-1）
式中 Me——金属（比Al与氧亲和力较小的金属）；
MeO——金属氧化物；
Al——铝，用作还原金属；
Al2O3——三氧化二铝（熔渣）；
Q——热量。
铝热焊的主要化学反应式为
3FeO+2Al=3Fe+Al2O3+833.9kJ （4-5-2）
Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+828.9kJ （4-5-3）
3Fe3O4+8Al=9Fe+4Al2O3+3232.4kJ （4-5-4）
为了获得优质的铝热钢，根据不同要求在热剂中可以加入含碳量较高的合金调整碳含量，同时加入一些合金元素，例如锰、硅以及钛、钼等，以得到较高的强度、硬度并改善其他力学性能。
1.热剂反应过程的主要产物
在坩埚中的热剂一经点燃立即进行化学反应，生成一定量的铁，经加入合金元素，调整化学成分形成铝热钢，同时生成Al2O3熔渣和其他成分的组成物如MnO、FeO等进入熔渣中，反应在若干秒内完成，但反应完成后必须有一定时间的停留（镇静时间），也就是在反应平静后适当时间才可浇注，以保证反应完全和保证铝热钢中含有一定量的铝。(https://www.chuimin.cn)
铝热焊的主要反应产物为液态的铝热钢和熔渣。根据铝热焊主要化学反应式，从理论上计算纯铁和熔渣的产量，见表4-5-1。
表4-5-1 铝热反应纯铁与熔渣产量 （单位：g）
①氧化铁全部以FeO计算；
②氧化铁全部以Fe2O3计算；
③氧化铁全部以Fe3O4计算。
由于反应不能进行完全，而且在熔渣中也夹杂一定量的铁，所以实际上，铁的生成量低于计算值。
熔渣的主要成分为Al2O3，含有少量的氧化铁、氧化锰，以及硅酸物。氧化铁使熔渣呈黑色，氧化锰使熔渣呈褐色，正常的铝热钢的熔渣是棕褐色。
2.铝热反应的温度
某金属与氧的亲和力大，说明该金属在燃烧时的生成热较大，各种金属氧化物的生成热见表4-5-2。
表4-5-2 各种金属氧化物的生成热
由表4-5-2可见，因为三氧化二铝的燃烧生成热较高，即铝与氧的亲和力较铁与氧的亲和力要大。因此铝与氧化铁的反应一旦开始，氧原子将与铝结合而置换出铁。
铝热反应放出大量的热，使熔渣和钢液的温度提高到很高的温度，根据文献记载，这一温度可达2500～3500℃。从焊接实际需要出发，可以加入适量的添加剂，一方面使钢液温度降至2000～2100℃，同时也使钢的生成率增加。
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