一、铝及铝合金熔炼的目的与核心特点

（一）熔炼的核心目的

（二）熔炼的主要特点

二、铝及铝合金熔炼炉与熔炼方法

（一）熔炼炉的基础作用

（二）主流熔炼方法

1. 分批熔炼法：又称间歇熔炼法，是铝合金成品生产中应用最广泛的方法。该方法采用“一炉一料”的模式，将炉料一次性装炉后，依次完成熔化、扒渣、成分调整、精炼处理，待熔体温度和成分达标后一次性出炉，炉内不留余料，随后重新装炉进行下一熔次的生产。分批熔炼法能有效保证每炉熔体的化学成分均匀性和准确性，避免不同熔次熔体的交叉污染，适合生产对成分精度要求高的铝合金产品。
2. 半分批熔炼法：与分批熔炼法的核心区别在于出炉方式，该方法出炉时炉内保留1/5~1/4的液体料，再装入下一熔次的炉料进行熔化。留存的液体料能加快新炉料的熔化速度，降低熔炼能耗，减少炉料在半固半液阶段的暴露时间，从而降低氧化烧损和吸气量，适合生产对成分精度要求适中、生产规模较大的普通铝合金产品。
3. 半连续熔炼法：在半分批熔炼法的基础上发展而来，每次出炉量为炉内熔体的1/3~1/4，留存大部分液体料，新加入的炉料可全部搅入熔体中，出炉和加料过程相互连续。该方法进一步提高了熔炼连续性，熔化效率更高，能耗更低，且熔体温度和成分稳定性更好，适合大规模连续生产普通铝合金锭。
4. 连续熔炼法：采用连续加料、间歇出炉的模式，炉料持续加入炉内，熔体达到一定量后分批出炉。该方法的熔炼效率最高，生产成本最低，但工艺灵活性小，成分调整难度大，仅适用于成分单一、对质量要求相对较低的纯铝熔炼，难以满足多品种、多规格铝合金的生产需求。

三、熔炼过程中的物理化学作用

（一）炉内气氛的组成与影响

（二）液态金属与气体的相互作用

1. 氢的溶解：氢是铝合金熔体中最主要的有害气体，其溶解过程遵循“吸附-扩散-溶解”的机制，具体为：炉气中的氢分子首先被熔体表面物理吸附，随后在高温下发生化学吸附并离解为氢原子，氢原子通过扩散进入熔体内部，最终以溶解态存在于熔体中。氢在熔融铝中的溶解度与温度和炉气中水气分压呈正相关，温度越高、水气分压越大，氢的溶解度越高，且氢的溶解是吸热反应，熔体温度升高会显著加快氢的离解和扩散速度。溶解的氢在熔体凝固过程中会因溶解度骤降而析出，若无法及时逸出，就会在铸锭中形成气孔、疏松等缺陷，严重影响产品致密性。
2. 与水的反应：炉内的水蒸气会与液态铝发生剧烈的化学反应，生成氧化铝和原子氢，原子氢直接溶解于熔体中，进一步增加熔体的含氢量，而生成的氧化铝则成为熔体中的夹杂物。水蒸气的来源广泛，包括空气中的水分、原材料带入的水分、燃料燃烧生成的水分、耐火材料表面的水分以及精炼气体中的水分等，因此熔炼前需对原材料、耐火材料进行充分干燥，对精炼气体进行脱水处理，减少水蒸气的引入。
3. 与氮的反应：高温下，铝会与炉内的氮气发生反应生成氮化铝，镁等合金元素也会与氮气反应生成氮化镁，这些氮化物均为硬质夹杂物，会降低熔体纯净度，导致铸锭产生夹渣缺陷，还会影响后续加工过程中的切削性能和表面质量。
4. 与碳氢化合物的反应：炉内的碳氢化合物在高温下会分解为碳和氢，氢会溶解于熔体中增加含氢量，碳则会与铝反应生成碳化铝。此外，碳氢化合物燃烧生成的二氧化碳、水也会与铝发生二次反应，生成氧化铝、一氧化碳和氢，进一步加剧熔体的氧化和吸气。碳化铝是脆性夹杂物，会降低铝合金的韧性和塑性，导致铸锭在加工过程中产生裂纹。

（三）影响熔体气体含量的关键因素

1. 合金元素的影响：不同合金元素与气体的结合能力不同，会直接影响熔体的气体溶解度。铜、硅、锰、锌等元素能降低铝合金中气体的溶解度，而钛、锆、镁等元素则会提高气体溶解度。此外，蒸气压高的合金元素具有蒸发吸附作用，能吸附熔体表面的气体，降低熔体含气量；而增大合金凝固温度范围、降低固相线温度的元素，会增加铸锭产生气孔、疏松的风险。
2. 温度的影响：温度是影响气体溶解度的重要外界因素，熔融金属的温度越高，金属和气体分子的热运动越剧烈，气体在金属内部的扩散速度越快，气体溶解度也随之增加。因此，熔炼过程中需严格控制熔体温度，避免熔体过热，减少气体溶解。
3. 压力的影响：气体在熔体中的溶解度与压力呈正相关，炉内压力越大，气体分子越容易被熔体表面吸附，进而溶解于熔体中。熔炼过程中炉压的控制需结合炉型和工艺要求，避免炉压过高导致熔体吸气量增加。
4. 其他因素：熔体表面的致密氧化铝膜能有效阻碍气体向熔体内部扩散，减少气体溶解，因此熔炼过程中应尽量保护熔体表面的氧化膜，避免剧烈搅拌、扒渣等操作破坏氧化膜。熔炼时间也会影响熔体含气量，熔体在高温下暴露的时间越长，与炉内气体的接触时间越久，吸气量就越大，因此需尽量缩短熔炼时间，提高熔炼效率。炉内气氛的组成直接决定了有害气体的含量，优化炉内气氛，降低氧气、水蒸气、碳氢化合物等有害气体的占比，能从源头减少熔体的氧化和吸气。

（四）气体溶解度的定量规律

四、结语

文章源自：资源再生杂志