浅谈铝合金铸造配料工序的控制要点

浅谈铝合金铸造配料工序的控制要点

李乾丰

新疆众和股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830013

【摘要】配料是铝合金熔铸生产的第一道重要工序，此道工序直接关系着产品成分的合格与否，同时与产品的经济性息息相关。要合理的使用好各类材料，包括基底料、纯金属、铝中间合金和各类各级废料、回转料等。在实际生产中得到验证，合理的使用废料，准确的配料，可以有效减少熔铸工序的二次补料和后续作业，缩短熔炼时间、节约熔炼过程产生的能源损耗，具有较高的经济和实际意义。

【关键词】铝合金铸造 配料计算 控制要点

1 概述

铝合金熔铸是决定铝合金制品性能和质量的关键流程,也是实现铝合金制造业智能化最迫切的流程,为轧制、挤压、锻造等后续工序提供了优质的原料。配出一炉合格的铝合金炉料，首先必须要掌握最基本的配料方法外，还应该了解合金元素对铝合金性能的影响。

配料工作是根据国家标准和企业内部标准中规定的铝合金化学成分范围，考虑企业的实际熔铸生产条件、合金元素的实收率、烧损率等等因素后，确定出合金化学成分的配料值计算成分、炉料组成和配料比，计算出每炉的各种炉料的重量，进行备料、过称称量，准备装炉熔炼。

2 配料原则的确定

炉料组成指构成炉料的各个品种和每个品种的品位。配料比指一炉炉料中每一种炉料所占的比例。在确定炉料组成和配料比的时候，应遵循下面五条原则：

1)成分原则。即所用之炉料要能保证熔制后的合金的化学成分合格，有害杂质的含量在允许范围之内。根据这条原则，对杂质要求愈严的合金，所使用的新金属料的品位应该愈高，配比愈大。

2)质量(品质)原则。即炉料组成和配料比的确定要能保证产品的品质要求。根据这条原则，对于军工产品或重要用途的合金制品，应该选用品位较高、配比较大的新金属料；相反，对于民用或品质要求较低的合金制品，则可多选用低品位的废料。

3)工艺原则。即在确定炉料组成和配比时，要考虑合金的熔炼工艺特性和设备性能，以保证熔炼品质。根据这条原则，对于合金中范围窄狭的合金元素，宜选用中间合金或元素添加剂作炉料，而不宜采用纯金属，以保证化学成分均匀。采用电阻炉熔炼时，对于比表面较大，致密度较差的二级料，每炉的配入量最好低于20%～30%，以避免二次加料。对于未经复化的厂外废料通常只供作火焰炉配料。

4)经济原则。即在保证制品成分和性能的前提下，尽可能地采用低品位的新金属和多利用废料。根据这条原则，对于那些无特殊要求的合金制品，允许以同系列低成分合金的一级废料或洗炉料代替原铝锭作新铝使用；而当炉料全为一、二级废料时，可以不用新铝；当缺乏所需品位的原铝锭时，允许高、低品位配合使用等等。

5)物料平衡原则。即新、旧料比要与全厂的金属平衡相适应，避免一个时期全吃“粗粮”，一个时期全吃“细粮”的不均衡状态，以保证制品品质稳定，工艺稳定，成本稳定。

3 铝合金铸造中配料的控制要点

3.1生产设备对配料准确性的影响

熔铸生产设备主要有熔炼炉、保温炉、在线精炼装置等。熔炼炉炉体容量、炉膛材料及从熔炼炉、保温炉、在线精炼装置之间的流槽长度对最终配料结果有一定的影响。熔炼炉炉体容量越大，每次装炉量就越大，完成一个熔次生产的工艺时间也越长，各合金元素在熔炼过程中的烧损量就越大；熔炼炉及保温炉炉膛材料主要包括两种，一种是传统使用的硅酸铝砖，另一种是进口的浇注料，用硅酸铝砖砌的炉体在与高温铝熔体接触时存在一定的相互作用，在高温熔炼条件下，硅酸铝砖的化学成分（主要是Si、Zn）易与铝熔体发生物理作用或化学反应，经长期使用后各硅酸铝砖之间砌缝容易吸附的各种化学成分也容易被铝合金熔体所吸收。但用浇注料所整体浇注的炉体本身几乎不与铝熔体有相互作用。熔炼炉、保温炉、在线精炼装置之间的转注流槽长度对配料结果，尤其是对含易烧损元素合金的配料结果有影响。因此，在配料前必须对转注过程中各种元素的烧损量进行评估。

3.2衡器具及光谱分析误差对配料的影响

配料所使用的各种量程的磅秤误差对配料的准确性影响非常大，一般在配料时需用到精确度为千克级、克级甚至克级以下的各种衡器具。为了保证配料的准确性，根据称量对象，正确的选用合适精度的衡器具非常重要，如称量AlSi20中间合金时可采用精确度为千克级的磅秤，但对于元素控制范围在50ppm以内的纯铝配料则需采用精确度为克级的电子称方能保证配料的准确性。直读光谱仪的系统误差主要来自于两个方面：标样误差和操作误差。标样误差主要是标样自身的成分误差，操作误差主要来自试样的成分偏析及制样的表面粗糙度的影响。直读光谱仪的系统误差一般应控制在3%以下。

3.3原辅材料对配料的影响

用于铝合金生产的原辅材料主要包括各类中间合金、添加剂及熔剂等。中间合金影响配料结果主要有两方面原因，一是中间合金所含合金元素含量的实际值与配料名义值不一致，如Al－Cr合金Cr含量（质量分数，下同）名义值为3%，但实际值为2.7%，在配料计算时如果按3%进行计算，合金最终成分分析结果就会低于所要求的Cr含量，因此，为了保证配料的准确性，对每一批入厂的中间合金进行入库前成分分析非常重要；二是中间合金的合金元素在合金内较大程度的偏析也会对配料带来误差，如Al－Mn合金内的Mn元素在合金内一般存在一定的偏析，但如果偏析过大，产生了大面积的偏析瘤就会使合金成分不均匀，导致所配合金中Mn元素超出成品要求。

3.4 烧损、容损的影响

合金在熔炼过程中由于氧化、挥发以及与炉墙、精炼剂相互作用而造成的不可回收的金属损失叫烧损。烧损和渣中金属总称熔损。合金的烧损、熔损及合金中每种元素的烧损各不相同，且波动范围很大，它随熔炉的类型及容量、炉料的组成及配比、合金元素的加入方法、熔炼工艺及操作方法等因素而变化。工厂的总烧损由熔制成品合金时的烧损、熔制中间合金时的烧损、废料复化时的烧损及提炼渣中金属时的烧损等四部分组成。目前，铝材厂的总烧损率随各厂的产品结构和管理水平的不同，差别较大。应该指出，在工业生产中，进行配料计算时，通常不单独考虑每个元素的烧损情况，而是考虑整个合金的总的熔损率来确定总的投料量。

3.5对添加料化学成分不准的配料处理

现在常用的炉料均为电解真空吸出的原铝金属液，其化学成分比较准确，合金元素含量容易计算，但现在常用的合金添加料的化学成分有时是不确定的。比如长期存放的Mn、Zn、Cu、Ti、Mg、Si锭等，由于受雨水、空气等的长期腐蚀氧化，其化学成分会发生变化。其他元素的添加剂也多少存在类似情况。一般采用吹砂、重熔就可以降低合金中气体和氧化夹杂的含量，获取准确的化学成分，保证合金的质量。

4 结语

配料作为铝合金熔炼的第一道工序，在铝合金生产中至关重要。由配料工序直接决定的各合金元素含量在相当大的程度上决定了铝合金产品最终的物理、化学性能及加工性能。多次配料所需时间长、劳动强度大、化验次数多、电耗大、金属烧损大，且时常出现成分不合格、超炉容。随着铝合金在越来越多的领域使用，为保证铝合金产品的各项稳定的性能指标，市场对铝合金产品成分要求也越来越严格。因此，在实际生产中如何高效准确的配料十分重要。为保证一次配料成功，在配料过程中需结合车间生产设备、原辅材料、工艺特征等各个方面的因素加以控制。

参考文献：

[1] 丁华国.铝合金熔铸标准化快速配料法[J].轻合金加工技术,2011(8):18-22

[2] 周家荣．铝型材加工技术Ｍ．长沙中南大学出版社2006