4.3再生铝的熔炼
4.3.1熔炼的目的
金属合金熔炼的基本任务就是把某种配比的金属炉料投入熔炉中，经过加热和熔化得到熔体，再对熔化后的熔体进行成分调整，得到合乎要求的合金液体。并在熔炼过程中采取相应的措施控制气体及氧化夹杂物的含量，使符合规定成分（包括主要组元或杂质元素含量），保证铸件得到适当组织（晶粒细化）高质量合金液。
由于铝元素的特性，铝合金有强烈的产生气孔的倾向，同时也极易产生氧化夹杂。因此，防止和去除气体和氧化夹杂就成为铝合金熔炼过程中最突出的问题。为了获得高质量的铝合金液，对其熔炼的工艺就必须严格把关，并采取措施从各个方面加以控制。
4.3.2 熔炼工艺
铝合金熔炼过程如下：
装炉→熔化（加铜、锌、硅等）→扒渣→加镁、铍等→搅拌→取样→调整成分→搅拌→精炼→扒渣→转炉→精炼变质及静置→铸造。
装炉 正确的装炉方法对减少金属的烧损及缩短熔炼时间很重要。对于反射炉，炉底铺一层铝锭，放入易烧损料，再压上铝锭。熔点较低的回炉料装上层，使它最早熔化，流下将下面的易烧损料覆盖，从而减少烧损。各种炉料应均匀平坦分布。
熔化 熔化过程及熔炼速度对铝锭质量有重要影响。当炉料加热至软化下榻时应适当覆盖熔剂，熔化过程中应注意防止过热，炉料熔化液面呈水平之后，应适当搅动熔体使温度一致，同时也利于加速熔化。熔炼时间过长不仅降低炉子生产效率，而且使熔体含气量增加，因此当熔炼时间超长时应对熔体进行二次精炼。
扒渣 当炉料全部熔化到熔炼温度时即可扒渣。扒渣前应先撒入粉状熔剂（对高镁合金应撒入无钠熔剂）。扒渣应尽量彻底，因为有浮渣存在时易污染金属并增加熔体的含气量。
加镁与加铍 扒渣后，即可向熔体中加入镁锭，同时应加熔剂进行覆盖。对于高镁合金，为防止镁烧损，应加入0.002%～0.02%的铍。铍可利用金属还原法从铍氟酸钠中获得，铍氟酸钠是与熔剂混合加入。
搅拌 在取样之前和调整成分之后应有足够的时间进行搅拌。搅拌要平稳，不破坏熔体表面氧化膜。
取样 熔体经充分搅拌后，应立即取样，进行炉前分析。
调整成分 当成分不符合标准要求时，应进行补料或冲淡。
熔体的转炉 成分调整后，当熔体温度符合要求时，扒出表面浮渣，即可转炉。
熔体的精炼 变质成分不同，净化变质方法也各有不同。
4.3.3成分调整
在熔炼过程中，金属中各元素均由于它们自身的氧化而减少，它们被氧化程度的多少，不仅与本身对氧的亲和力的大小有关之外，还与该元素在液体合金中的浓度（活度）、生成氧化物的性质、以及所处的温度等因素有关。一般来说，对氧亲和力较大的元素损失多些，铝、镁、硼、钛和锆等对氧亲和力很强；碳、硅、锰等其次；铁、钴、镍、铜及铅等较弱。所以，在熔炼合金中对氧亲和力较强的元素，将要被“优先氧化”而造成过多的损耗；相反，那些对氧亲和力较弱的元素，则能相对的受到“保护”而损耗少些。
通过熔炼后，合金化学成分中某元素因氧化损耗而使其含量增加或降低，应视该元素与基体金属元素的相对损耗而定。相对损耗多的元素其含量将降低，称为“烧损”；相对损耗少的元素，含量将增加，可称“烧增”；为能正确控制熔体的化学成分，在选配金属炉料时，应考虑到熔炼后的变化，在各元素加入量上进行相应的补偿。
在实际的熔炼中，合金中元素的烧损程度，还受原材料品质、熔剂及炉渣、操作技术、特别是生成氧化物的性质的影响。
4.3.4熔炼过程中气体和氧化物的防止
前面已经谈到，铝液中气体及氧化夹杂的主要来源是H2O，而H2O则是从搅入铝液的表面氧化膜上、炉料表面（特别是受潮气腐蚀的炉料）、熔化浇注工具以及精炼剂、变质剂中带入铝液。而搅入铝液的氧化膜以及夹杂物较多的低品级炉料（如溅渣、碎块重熔锭）将在铝液中形成氧化物夹杂物。为此，应从熔炼浇注过程中注意下列各点:
①坩锅和熔化浇注工具
使用前应仔细地除去粘附在表面的铁锈、氧化渣、旧涂料层等脏物，然后涂上新涂料，预热烘干后方可使用。熔化浇注工具和转运铝液的坩锅在使用前均应充分预热。
②炉料
炉料在使用前应保存在干燥处，如炉料已经受潮气腐蚀则在配料前进行吹砂以除去表面腐蚀层。回炉料表面常常粘附砂子（SiO2），部分SiO2和铝液会发生下列反应：
4 Al ＋ 3 SiO2 → 2 Al2O3 ＋ 3 Si
所生成的Al2O3及剩余SiO2均在铝液中形成氧化夹杂，故在加这类料前也应经吹砂后使用。由切屑、溅渣等重熔铸成锭的三级回炉料中常含有较多氧化夹杂物及气体，故其使用量应受到严格的限制，一般不超过炉料总量的15%，对重要铸件则应完全不用。炉料表面也不应有油污、切削冷却液等物，因为各种油脂都是具有复杂结构的碳氢化合物，油脂受热而带入氢。
炉料在加入铝液时必须预热至150～180℃以上，预热的目的一方面时是为了安全，防止铝液与凝结在冷炉料表面上的水分相遇而发生爆炸事故；另一方面是为防止将气体和夹杂物带入铝液。
③精炼剂、变质剂
因其中有些组元很易吸收大气中的水分而潮解，有些则本身含有结晶水。因此，在使用前应经充分烘干，某些物质如ZnCl2则需经重熔去水份后方能使用。
④熔化、浇注过程的操作
熔化搅拌铝液应平稳，尽量不使表面氧化膜及空气搅入铝液中。应尽量减少铝液的转注次数，转注时应减低液流的下落高度和减少飞溅。浇注时浇包嘴应尽量接近浇口杯以减少液流的下落高度，并应匀速浇注，使铝液的飞溅及涡流减至最少。在浇注完铸件后，勺中剩下的铝液不应倒回坩埚而浇入锭模，否则将使铝液中氧化夹杂不断增加。在坩埚底部约50～100mm深处的铝液中沉积有较多量的Al2O3等夹杂物，因此不能用来浇注铸件。
⑤熔炼温度、熔炼及浇注过程的持续时间
升高温度将加速铝液与H2O、O2之间反应，氢在铝液的溶解度也随熔炼温度的升高而急剧增加，当温度高于900℃时，铝液表面氧化膜成为不致密的，更使上述反应显著加剧，故大多数铝合金的熔炼温度一般不超过760℃。至于铝液表面氧化保护膜疏松的铝－镁合金，铝液与H2O、O2间的反应对温度的升高更为敏感，因此对铝镁合金的熔炼温度限制更严（一般不超过700℃）。
熔炼及浇注过程的持续时间（尤其是精炼后至浇注完毕相距的时间）越长，则铝液中之气体及氧化夹杂物含量也越高。因此，应尽量缩短熔炼及浇注的持续时间，特别是应尽量缩短精炼至浇注完毕的时间，工厂中一般要求规定在精炼后2小时内浇完，如浇不完则应重新精炼，在天气潮湿地区以及铸件要求针孔度级别较高，或是易产生气孔、夹杂的合金，则浇注时间应限制得更短。
4.4再生铝的精炼
当金属熔化成分调整完毕后，接下来就是铝液的精炼工序。铝合金精炼的目的是经过采取除气、除杂措施后获得高清洁度的、低含气量的合金液。精炼有下列几种方法：
加入氯化物（ZnCl2、MnCl2、AlCl3、C2Cl6、TiCl4等）;
通气法（通入N2、、Cl2 或N2 和Cl2 混合物）；
真空处理法；
添加无毒精炼剂法；
超声波处理
按其原理来说，精炼工序有二方面的功能：对溶解态的氢，主要依靠扩散作用使氢脱离铝液；对氧化物夹杂，主要通过加入熔剂或气泡等介质表面的吸附作用来去除。
4.4.1除气
一般都是采用浮游法来除气，其原理是在铝液中通入某种不含氢的气体产生气泡，利用这些气泡在上浮过程中将溶解的氢带出铝液，逸入大气。为了得到较好的精炼效果，应使导入气体的铁管尽量压入熔池深处，铁管下端距离坩锅底部100～150毫米，以使气泡上浮的行程加长，同时又不至于把沉于铝液底部的夹杂物搅起。通入气体时应使铁管在铝液内缓慢地横向移动，以使熔池各处均有气泡通过。尽量采用较低地通气压力和速度，因为这样形成的气泡较小，扩大了气泡的表面积，且由于气泡小，上浮速度也慢，因而能去除较多的夹杂和气体。同时，为保证良好的精炼效果，精炼温度的选择应适当，温度过高则生成的气泡较大而很快上浮，使精炼效果变差。温度过低时铝液的粘度较大，不利于铝液中的气体充分排出，同样也会降低精炼效果。
用超声波处理铝液也能有效地除气。它的原理是通过向铝液中通入弹性波，在铝液内引起“空穴”现象，这样就破坏了铝液结构的连续性，产生了无数显微真空穴，溶于铝液中的氢就迅速地逸入这些空穴中成为气泡核心，继续长大后呈气泡状逸出铝液，从而达到精炼效果。
4.4.2除杂
对于非金属夹杂，使用气体精炼方法能够有效去除，对于要求较高的材料还可以在浇注过程中采用过滤网的方法或使熔体通过熔融熔剂层进行机械过滤等来去除。
对于金属杂质，一般的处理方法是化有害因素为有利因素。即通过合金化方法将其变为有益的第二相，以利于材料性能的发挥。如果一定要去除的，多数情况下是利用不同元素沸点差异进行高温低压选择性蒸馏，来达到除去金属杂质的目的。
由含铝废料熔炼成的铝合金往往含有超标的金属元素，应尽量将其除去。可以采用选择性氧化，可将与氧亲和力比铝与氧亲和力大的各种金属杂质从熔体中除去。例如，镁、锌、钙、锆等元素，通过搅拌熔体而加快这些杂质元素的氧化，这些金属氧化物不溶于铝液中而进入渣中，这样就可以通过撇渣而将其从铝熔体中去除。
还可以利用溶解度的差异的方法来除去合金中的金属杂质。例如将被杂质污染的铝合金与能很好溶解铝而不溶解杂质的金属共熔，然后用过滤的方法分离出铝合金液体，然后用真空蒸馏法将加入的金属除去。通常用加入镁、锌、汞来除去铝中的铁、硅和其他杂质，然后用真空蒸馏法脱除这些加入的金属。例如将被杂质污染的铝合金与30%的镁共熔后，在近于共晶温度下将合金静置一段时间，滤去含铁和硅的初析出晶相，再在850℃下真空脱镁，此时蒸气压高的杂质如锌、铅等也与镁一起脱除，除镁后的纯净铝合金即可铸锭。
为了进一步提高铝合金液质量，或者某些牌号铝合金要求严格控制含氢量及夹杂物时，可采用联合精炼法，即同时使用两种精炼方法。比如氯盐－过滤联合精炼，吹氩－熔剂联合精炼等方法都能获得比单一精炼更好的效果。
