熔鑄生產(chǎn)是鋁及合金產(chǎn)品生產(chǎn)中最重要的工序過程，實現(xiàn)由固態(tài)向液態(tài)再向固態(tài)的轉(zhuǎn)變，以及合金元素溶解于鋁中的合金化過程，其基本作用是能量和物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。同時，熔體也與周圍介質(zhì)之間發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，使熔體凈化或產(chǎn)生污染，并由液態(tài)加工成可供壓力加工的鑄坯。因此，熔鑄生產(chǎn)關(guān)系到后續(xù)加工全過程的成敗。

本過程包括二部分：鋁合金的熔煉和錠坯鑄造

熔煉過程包括： 備料（熔化爐中）→配料計算→金屬熔化過程控制（溫控合金加入）合金熔化→電磁攪拌→導(dǎo)入保溫爐→加入鎂錠→除氫→除渣精煉→扒渣覆蓋→靜置（15～30分）→熔體成分檢查化驗→調(diào)整合金成分→調(diào)整溫度→合格的鋁合金熔體→澆注準(zhǔn)備；

鑄造過程包括：→接靜置工序→爐前測氫→測溫調(diào)溫→開爐口放流→鋁熔體過濾→二次除氫（氮+氬）→控制澆溫→鋁液入結(jié)晶器→鑄造開始→控制冷卻水強度→液面及澆速控制→鑄造結(jié)束→停車停水吊鑄錠→鑄錠質(zhì)量檢驗→鋸切頭尾→均熱處理→合格鑄坯→→轉(zhuǎn)壓力加工工序；

熔鑄過程若對工藝控制不好，所產(chǎn)生的冶金缺陷如：結(jié)晶弱面、成分偏析、粗大晶粒、氧化物及金屬化合物夾雜、氣孔、疏松等，將會給后續(xù)工序帶來不可逆轉(zhuǎn)的嚴重后果和影響。這種影響也稱為“冶金遺傳性”影響。因此，必須用嚴格的工藝技術(shù)條件來保證，防止熔煉廢品和能量損失的產(chǎn)生。

一、鋁合金熔煉工藝的特點

熔煉過程中最重要的環(huán)節(jié)就是對鋁合金化及合金成分、雜質(zhì)的控制。與鋼鐵冶煉不同的是整個冶煉為物理冶金過程，是金屬的重熔和形態(tài)的改變的過程。但由于在加熱時受諸多因素的影響，也會產(chǎn)生微小的化學(xué)變化。

熔煉生產(chǎn)工藝的基本任務(wù)就是要獲得合金成分均勻、含氣含渣（雜）少、合金成分達標(biāo)的鋁合金熔體。確保下一步鑄造工藝的順暢實施，最終生產(chǎn)出組織性能、表面質(zhì)量和尺寸都符合工藝要求的合格鑄坯。

對一般合金；含氫量<0.13ml/ 100g、特殊合金；含氫量<0.1ml/100g。適合的熔煉溫度；熔煉時爐料的溫度應(yīng)<800℃。熔體澆注的溫度；在液相線以上50～110℃，一般為720℃。

下面就鋁熔煉過程的特點進行介紹

1、鋁合金熔煉能量消耗多、難以達到理想熱效率

鋁在熔煉時消耗熱量多。雖然鋁的熔點低，但是熔化潛熱大（394KJ/Kg），比熱容大（固態(tài)1.139kJ、液態(tài)1.046kJ），黑度小，僅為銅、鐵的25%，對熱的反射強。比其它金屬熔化時消耗熱量多。鐵、銅、鋁熱特性比較參看 表（1）

在實際生產(chǎn)中每熔化1噸固體鋁，在反射爐中需要天然氣65～70Nm³、電阻爐中需要電力700KWh、工頻感應(yīng)爐需要500～600KWh。熔煉鋁合金時對爐氣的要求是，微氧化性或中性氣氛。爐子溫升不能過快，連續(xù)生產(chǎn)時爐內(nèi)最好留存15～20%鋁液。由于各種因素影響，在熔煉鋁合金時，即使連續(xù)生產(chǎn)，每爐所消耗的能量也不盡相同，噸鋁能耗約50～70×10⁴千卡/t。對熔鋁爐而言，普通熱傳導(dǎo)爐有效傳熱只有28%、對流傳熱爐只有46.7%。目前,最好的熔鋁爐，也只有55%的熱效率，難以達到理想熱效率。

鐵、銅、鋁熱特性比較            表（1）

2、鋁金屬性質(zhì)活潑、易氧化、燒損：

鋁對氧有很大的親和力，氧化反應(yīng)方程式：4AI﹢3O₂＝2AI₂O₃  

生成Al₂O₃膜浮在熔體表面，形成的Al₂O₃膜雖然有保護作用，但一旦被破壞，膜進入熔體，就很難除去。因為，Al₂O₃在此條件下，不能被還原。它的密度與熔體相近，懸浮在熔體中，不易清除，如溶在熔體中進入鑄錠里，則會給下一步加工帶來嚴重的影響，是造成產(chǎn)品報廢的原因之一。如產(chǎn)生鋁箔針孔，Al₂O₃硬度很高，易損傷軋輥或模具表面。在實際生產(chǎn)中采用陶瓷過濾板過濾的方法進行清除。另外，Al₂O₃雜質(zhì)是爐中各種氣體的載體，它的存在會使鋁熔體大量吸氫。

同時，由于金屬的氧化和蒸發(fā)造成了鋁的燒損。在火焰反射爐中熔煉鋁合金燒損為1.0～3.0%、在電阻爐為0.5～1.0%、工頻爐為0.3～0.8%。鋁合金的燒損除氧化外還和熔煉溫度有關(guān)，在常壓下，爐溫越高，鋁蒸氣壓越高，蒸發(fā)燒損越大。例如：鋁在660℃熔點時的蒸氣壓為1.2×10^-3毫米汞柱、在1000℃時蒸氣壓為1.0×10^-2毫米汞柱。當(dāng)加入的合金元素含有金屬鎂時，控制熔煉溫度則顯得更為重要。因為鎂的蒸氣壓更低，在1110℃時則達到760毫米汞柱（1個大氣壓）。所以爐溫過高時，不但造成鋁還造成合金元素的損失，使合金成分不足而產(chǎn)生廢品。在鋁合金熔煉時除個別情況外，爐溫一般控制在800℃以下，防止鋁熔體過熱而產(chǎn)生不良影響。

因此，如何減少和防止鋁及合金元素的氧化和蒸發(fā)也是鋁合金熔煉加工過程中一個重要的控制環(huán)節(jié)。

3、易吸氣（氫）、熔體易受污染

鋁合金的吸氣能力強。由于是常壓開放式熔煉，熔體含氣量多少，受工廠自然環(huán)境影響較大。在南方潮濕地區(qū)空氣濕度大、熔體含氫量多。含氣量多少還與熔煉溫度有關(guān)，與熔煉溫度成正比。尤其是當(dāng)熔煉溫度在800℃以上時吸氣現(xiàn)象更為嚴重，在鋁合金中主要進入熔體的氣體是氫氣。這與鋁的特性有關(guān)。在鋁中的氣體90%是氫，因此說，“鋁合金的除氣過程就是除氫過程”。鋁在固、液態(tài)時氫的溶解度參看表（2）

特別是在有水蒸汽或還原性氣氛的爐氣中，吸氫現(xiàn)象更為嚴重。氫在鋁合金鑄錠中吸入的絕對量并不大，但是造成鑄錠結(jié)晶時的氣孔和疏松傾向嚴重。因此，在熔鑄操作中，減少吸氣（氫）也是最重要的工藝環(huán)節(jié)。

4、鑄造前的檢化驗

鋁合金熔體在毛坯澆注前要進行檢化驗檢測，主要的檢測有三項。一是合金成分的化驗、二是合金熔體含氫量的檢測、三是爐溫的測量、熔化完成后爐溫一般控制在760℃～780℃.若合金成分有偏差，則采用加中間合金的方法或用純鋁液沖兌。若合金熔體含氫量超標(biāo)，則需要采用精煉和除氣工藝對鋁熔體進行處理。精煉和除氣的目的是除去熔體中的夾雜物和氫氣，處理的方法有很多種。有化學(xué)法和物理法，可以在熔鋁爐內(nèi)操作、也可用在線處理設(shè)備在爐外操作。用于精煉的介質(zhì)稱為熔劑。詳細的工藝和原理在介紹熔煉設(shè)備時講述。

5、氫氣的來源及爐料要求

鋁中氣體吸收量與溫度的關(guān)系（表2）

注：關(guān)于氫在鋁合金中的存在及擴散機理我們以后再講述。

5.1爐氣中燃料燃燒產(chǎn)生的水蒸氣分解。

5.2 潮濕的自然環(huán)境和 大氣中水蒸氣的分壓，分壓越高，熔鋁爐內(nèi)含氫量越大。

5.3.  油脂的分解，由工具、原料帶入爐中。

5.4   鋁液中氧化物及吸氫元素的吸附作用。

5.5  對鋁熔煉爐爐襯耐火材料有嚴格要求；鋁比較活潑在高溫熔煉中易于與爐襯及耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

3SiO₂﹢4Al——2AI₂O₃﹢3Si

3FeO﹢2Al——AI₂O₃﹢3Fe

尤其是含鎂鋁合金與爐襯耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)更激烈，因此，熔煉鋁合金時不能用含硅、高鐵耐火材料，如碳化硅、氮化硅及其它硅、鎂質(zhì)耐火材料。只能用含高氧化鋁耐火材料。