铸锭的任何缺陷都遗传到后续加工的铝合金材料中，并无法消除，因此铝合金铸锭的质量与加工材的品质紧密关联。而配料是熔铸生产的第一道工序，正确地配料是公司实现用低的成本生产高品质铸锭的基础。配料计算是根据合金、制品类别，确定合适的化学成分，并根据合金铸锭规格和制品使用性能，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、过秤称量，准备装炉熔炼。正确的配料可实现铝合金熔炼炉前一次取样分析成分合格，然后就可进行搅拌、扒渣、熔体倒炉等。如果炉前一次取样分析成分不合格，则有必要进行补料或冲淡计算(约5 min)→补料或冲淡备料过程(约4 min)→装炉(约3 min)→升温熔化(约25 min)→搅拌、二次取样分析(约21 min)。多次炉前取样分析、补料或冲淡，不仅增加了熔炼时间，降低了生产效率，增加了能耗、金属烧损和分析检验费用，而且熔炼时间延长会增加熔体氧化和吸氢、铸锭晶粒粗化，降低铸锭和最终加工材料的品质。在铝合金实际熔铸生产中，炉前一次取样分析成分合格的熔次，在一般企业中为10%左右;要进行补料或冲淡、二次和三次取样分析成分才合格的为80%左右;要进行四次取样分析成分才合格的为10%左右［9］。
电解铝液:化学成分稳定且符合标准要求，详见表3;气体及杂质含量尽量低。铝液入炉温度采用830℃和950℃分别计算。
铝锭和镁锭:化学成分和几何尺寸符合国家或行业标准要求;表面清洁;无气孔夹杂;无腐蚀。选用Al99.70铝锭作为补加原料，其化学成分见表3。
中间合金:熔点低，最好接近于产品合金的熔炼温度;含有适量多的难熔元素;化学成分均匀;气体、非金属夹杂物含量尽可能低;易于破碎，便于配料。
2012年初国家公布了铝工业十二五发展专项规划。该规划主要任务包括加快企业技术改造，支持铝工业运用先进适用技术和高新技术，以质量品种、节能减排、环境保护、两化融合等为重点，对现有公司制作工艺及装备进行升级改造，提升公司技术装备水平。其中电解铝液直接制备铝合金锭坯被列为重点推广的短流程加工制造技术。
现代铝加工工业的特点是设备高度自动化，生产规模大型化，尽可能采用短流程工艺、减少工艺废料提高成品率，使用先进的加工技术改善产品性能，通过种种手段降低生产所带来的成本。欧、美的大型铝业公司采用大型集约化生产，直接利用电解铝液铸成大型铝合金扁锭，生产销售高的附加价值的铝板带箔材已经很普遍。例如，美国Hannibal铝板带厂日产铝合金大扁锭680 t，全部采用附近Ormet电解铝厂和BensRun废铝回收厂送来的铝液。德国的杜塞多夫铝厂规模更大，电解铝厂装备7个100 t的混合炉，浇铸热连轧用铝合金坯锭。将电解铝液直接铸成铝及铝合金锭坯或别的产品，对促进我国电解铝企业与铝加企业之间的集约化生产，节能减排，实现双赢具备极其重大意义。
【摘 要】电解铝液直接制备铝合金锭坯的短流程加工制造技术,受到相关行业的广泛关注.针对以电解铝液为原料生产铝合金铸锭是否还需要补加铝锭固体料等问题,主要从热力学理论角度分析,并进行热平衡计算,阐述使用电解铝液的好处及电解铝液的特点,配料中加铝锭的作用.以100 t熔化炉熔炼5052铝合金为例进行配料计算和热平衡计算,最终得出结论:加入适量的铝锭固体料是必要的,铝锭也起到了重要作用.
熔体过高的温度易发生过热现象，特别是在使用火焰反射炉加热时，火焰非间接接触炉料，会造成气体侵入熔体，使熔体吸氢增加。同时，温度越高，金属与炉气、炉衬等相互作用的反应也进行得越快，造成金属的氧化烧损增大及熔体质量的降低。过热铝液不仅容易大量吸收气体，而且易使非自发晶核活性衰减或消失，从而增大铸锭裂纹、粗晶核羽毛晶的倾向。在凝固后铸锭的晶粒组织粗大，增加铸锭裂纹的倾向性，影响合金性能。因此，在熔炼操作时，应控制好熔炼温度，严防熔体过热。实际生产中，为保证合金铸锭的冶金质量，降低熔体吸气和合金烧损，防止铸锭产生粗晶和铸造裂纹，熔炼炉炉膛温度控制在1 050℃以下;控制熔体温度为730℃ ～760℃［4］。图1为熔体过热温度与晶粒度、裂纹倾向之间的关系［5］。
(5)夹杂多。由于强大的电流产生的磁场作用，电解槽内的铝液剧烈运动，铝又重新氧化和碳化，加上电解的熔盐，使电解铝液的各种夹杂含量较高。
用电解铝液配料生产铝合金扁锭与传统的全用重熔铝锭生产铝合金扁锭相比，电解铝液直接铸坯，免去了铝加工公司将购得的重熔铝锭重新熔化、精炼和铸造成扁锭的部分过程，节约了重熔的能耗、重熔金属过程的烧损、重熔过程的人力、物力和时间消耗;避免了一次重熔和精炼时对环境的污染及使铝的纯度降级，从加工的源头上，为提高生产高精度、高性能铝合金加工产品创造了有利条件。电解铝液含有硅、铁、钠、钙、磷、硼、钛、钒、锌等杂质金属和氧化铝、氟化铝、碳、碳化铝、氮化铝等非金属夹杂物，气体含量高，抬包内电解铝液的温度在760℃ ～840℃时，氢含量可达0.6 mL/(100 gAl)～1.29 mL/(100 gAl)。熔体中气体以及各种金属和非金属夹杂物的存在，会使铸锭产生组织缺陷，进而影响铝加工制品的组织和性能，因此用电解铝液配料生产铝合金扁锭时，必须对铝熔体采取更加严格的净化处理工艺，以确保铝熔体的纯洁度［2-3］。
本文仅对第四种情况做探讨，搞清使用电Leabharlann Baidu铝液熔铸扁锭需要加多少铝锭等固体料，以指导生产。这需要对熔化炉进行初步的热平衡计算。
5052铝合金由于具有优良的成形性能、抗蚀性、可焊性、疲劳强度，常被用作装饰面板材料。随机械、汽车等相关行业的发展，5052铝合金板材的需求量慢慢的变大［6-8］。
(3)电解铝液温度高，影响合金成分的测定。必须对电解铝液进行降温处理，以免影响合金成分的准确性。根据铝及铝合金的特点，其熔炼温度一般控制为700℃ ～760℃，合金成分分析的取样、金属添加剂的加入、熔体的净化处理、熔体的变质处理等均在此温度范围内，因此在生产中有必要进行降温处理。
(4)铝液中含有较多的碱金属钠。在电解过程中，使用冰晶石(Na2AlF6)、氟化钠(NaF)等介质，使电解铝液中存在一定量的钠。电解铝液中w(Na)=0.05% ～0.10%时，易造成带坯裂纹、气泡、夹渣和晶粒粗大等缺陷。
假设条件:以天然气熔化炉熔炼100 t 5052铝合金为例作物料平衡及热平衡计算。5052合金化学成分见表1，其熔炼参数见表2。
由入炉原料知可知，熔炼5052铝合金所用的中间合金主要为Al-Cr合金，而Al-Cr合金是由约97%的Al99.70的铝锭和金属Cr加热熔化制取而形成的。所以中间合金的热力学计算可完全视为Al99.70的铝锭参与的熔炼过程。
根据热力学第一定律，由于铝及铝合金的熔炼过程从整体上看属于恒压变化，所以铝液内的热量变化等于焓变，只与体系的初末状态有关，与途径无关。热平衡应该应用物质恒压焓变公式进行计算。除了参考表5提供的热力学数据外，在铝及铝合金的熔炼过程有相变发生，还应思考相变热及相变前后物质聚集态的不同所引起的热容差别，在这种情况下，要分段计算。其中比热容和熔解(或凝固)潜热是决定金属在熔化时需要吸收的热量或在凝固过程中放出的热量。
【作者单位】中冶东方工程技术有限公司,山东青岛266555;宁夏锦宁巨科新材料有限公司,宁夏中宁755100
电解铝液的生产的全部过程是通过950℃ ～970℃的熔盐(基本组成是冰晶石和氧化铝)电解完成的，因此电解槽中的铝液具有以下特性［1］:
(1)电解铝液温度高。电解铝液抽取时的温度一般在 920℃以上，大大超过工业纯铝的熔点(655℃)，并且在电解槽内长时间存放，存在非自发晶核少，铸造时易导致晶粒粗大等组织缺陷。
(2)电解铝液易吸气造渣。因铝液温度高，与空气温差较大，极容易吸收空气中的气体，使氢含量增加。经测量，注入混合炉中的每百克电解铝液氢含量在0.26 mL以上;电解铝液也容易造渣，据试验，氧化夹渣的质量分数为0.001% ～0.003%的铝液不经处理就铸造成锭，其铸锭中的氧化物夹渣的质量分数可达到0.01% ～0.28%。
