根據(jù)鋁合金本身的工藝性能和該合金加工制品技術(shù)條件的要求，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的化學(xué)成分范圍內(nèi)，確定合金的配料標(biāo)準(zhǔn)(又稱計(jì)算成分)、爐料組成和配料比，并計(jì)算出每爐的全部爐料量，進(jìn)行爐料的過(guò)秤和準(zhǔn)備的工藝過(guò)程叫配料。
    配料的基本任務(wù)是：
①控制合金成分和雜質(zhì)含量，使之符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；
②合理利用各種爐料，降低生產(chǎn)成本；
③保證爐料質(zhì)量，正確備料，為提高熔鑄產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率創(chuàng)造有利條件。

    配料的基本程序是：
①明確配料任務(wù)——合金牌號(hào)、制品狀態(tài)、制品用途、所需合金液重量；
②確定合金中各元素的計(jì)算成分；
③確定爐料組成及每種爐料的配比和熔損率，并掌握每種爐料的具體化學(xué)成分；
④計(jì)算每熔次的爐料總重量和每種爐料的需要量；
⑤爐料過(guò)秤和準(zhǔn)備。

一、理論配料量和實(shí)際配料量

    理論配料量指鑄錠所需的實(shí)際合金液質(zhì)量。它通常是根據(jù)加工車(chē)間所提出的錠坯規(guī)格要求，考慮熔煉爐的容量，鑄造機(jī)的最大負(fù)荷和最大行程，按鑄錠長(zhǎng)度和根數(shù)而確定的。理論配料量Q_理論在數(shù)量上按下式計(jì)算：

 Q_理論Lbnq        (2—3—1)

式中，L——鑄錠長(zhǎng)度/m；
      n——每鑄次鑄錠根數(shù)；
      b——每熔次的鑄次數(shù)；
      q——鑄錠每米質(zhì)量/kg·m^-1。
    在工業(yè)生產(chǎn)中，每熔次的實(shí)際配料量是一個(gè)很活潑的因素，實(shí)際配料量過(guò)多過(guò)少都將降低車(chē)間鑄錠成品率。通常，實(shí)際配料量Q_實(shí)際可按下式?jīng)Q定：

Q_實(shí)際Q_理論+Q_熔損+Q_壓頭        (2—3—2)

式中，Q_熔損——在熔煉鑄造過(guò)程中每熔次的金屬熔損量(見(jiàn)表2—3—11)；
Q_壓頭——為保持一定的鑄造速度和金屬流量，在靜置爐(或熔煉爐)內(nèi)建立一定的熔體靜壓頭所需的金屬量，一般為200～500 kg。批量生產(chǎn)時(shí)，第一個(gè)熔次應(yīng)考慮。
    影響實(shí)際配料量的因素很多，在確定Q_實(shí)際時(shí)，還必須隨時(shí)掌握生產(chǎn)中發(fā)生的情況，如爐內(nèi)剩料量、補(bǔ)料沖淡量、磅秤系統(tǒng)誤差等，隨時(shí)調(diào)整，以盡可能地提高成品率，收到最好的經(jīng)濟(jì)效果。

表2—3—11變形鋁合金熔煉時(shí)的熔損率

 二、化學(xué)成分企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定

    工廠制定合金成分內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的目的是為了在滿足技術(shù)條件要求的前提下穩(wěn)定制品的生產(chǎn)工藝和制品的最終性能。鋁材的品質(zhì)通常取決于成分、工藝(熔鑄工藝、形變工藝、表面處理工藝)和熱處理三個(gè)基本參數(shù)，而成分是鋁材加工性能和最終使用性能的決定因素，一定的成分要求一定的加工工藝和熱處理?xiàng)l件，并相應(yīng)于一定的最終性能。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB3190—1996)所規(guī)定的變形鋁合金化學(xué)成分范圍一般是比較寬的，在這個(gè)范圍內(nèi)，合金的工藝性能和制品的最終性能波動(dòng)很大，如果對(duì)成分不進(jìn)行內(nèi)部控制，合金的上述性能就很不穩(wěn)定，甚至達(dá)不到技術(shù)條件的要求，使成品率下降。因此，工廠通常都在外部標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)制定更為嚴(yán)格的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，以穩(wěn)定加工制品的品質(zhì)，同時(shí)也提高了成品率，降低了生產(chǎn)成本。
    制定化學(xué)成分內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)綜合考慮化學(xué)成分的分析誤差及成分對(duì)鑄造性能、加工性能、制品最終性能和使用性能的影響。
1．化學(xué)成分的分析誤差
    分析誤差是由分析方法、試樣成分的偏析和疏松、試劑純度的差異、儀器振動(dòng)、操作計(jì)算誤差等因素產(chǎn)生的。為確?；瘜W(xué)成分不超過(guò)外部際準(zhǔn)，在制定內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須考慮分析誤差，其原則是：

  外標(biāo)(國(guó)、部標(biāo))      分析誤差        內(nèi)標(biāo)(企標(biāo))
(α～A)%            ε%       (α+ε)%～(A-ε)%

    例如，5A03合金中的鎂含量，國(guó)家(或部頒)標(biāo)準(zhǔn)是3.2%～3.8%，分析誤差是±0.075%，故企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定為3.3%～3.7%。
2．化學(xué)成分對(duì)鑄造性能的影響
    在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，由于化學(xué)成分的波動(dòng)，使得合金的裂紋傾向性及形成化合物一次晶的傾向性有很大的不同。為了穩(wěn)定鑄造工藝，在制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，把某些元素的含量控制在最佳范圍內(nèi)，甚至對(duì)合金進(jìn)行變質(zhì)處理，加入少量外部標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有規(guī)定的元素如鈦。作為例子，表2—3—12示出了從合金的鑄造性能出發(fā)，幾個(gè)合金中某些元素企業(yè)(內(nèi)部)標(biāo)準(zhǔn)的制定依據(jù)。

表2—3—12考慮鑄造性能制定內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例 

3．化學(xué)成分對(duì)工藝塑性和表面處理性能的影響
    為了提高合金的工藝塑性，往往把成分控制在外部標(biāo)準(zhǔn)的中下限，以降低合金化程度，得到更均一的組織，防止或降低壓延、擠壓、鍛造時(shí)的裂紋傾向性。為了保證材料得到要求的表面處理性能，也要求對(duì)成分進(jìn)行嚴(yán)格控制。有時(shí)對(duì)外部標(biāo)準(zhǔn)未作規(guī)定的雜質(zhì)也進(jìn)行嚴(yán)格的控制。表2—3—13所示是這條原則的應(yīng)用實(shí)例。

表2—3—13考慮工藝塑性制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例 

     改善工藝塑性，降低裂紋傾向性化學(xué)成分對(duì)制品性能的影響。
    制品性能就是材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的性能，這是衡量鋁材廠產(chǎn)品品質(zhì)的基本尺度，也是內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)要優(yōu)先考慮的因素。這條原則的應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表2—3—14。

表2-3—14考慮制品性能制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例 

  續(xù)表2—3—14  

 5．化學(xué)成分對(duì)制品使用性能的影響
    使用性能指鋁材用戶在使用中要求的性能，如鉚釘線材在鉚接作業(yè)時(shí)的孕育期、板材的深沖性、彎曲開(kāi)裂性等，在鋁材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中通常沒(méi)有體現(xiàn)，但這些性能對(duì)用戶往往又十分重要，生產(chǎn)廠應(yīng)給予關(guān)注。實(shí)例見(jiàn)表2—3—15。

 表2—3—15考慮制品使用性能制定內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例 

三、計(jì)算成分和配比的確定

    在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或工廠內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的化學(xué)成分范圍內(nèi)，選擇某一確定的值作為配料計(jì)算的依據(jù)，該確定值就叫計(jì)算成分或稱配料標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于制定了化學(xué)成分內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的工廠，計(jì)算成分一般按內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的中限選取；但是對(duì)于易燒損的元素，宜按中限偏上選?。粚?duì)于不易燒損而又稀貴的元素，宜按中限偏下選取。沒(méi)有制定化學(xué)成分企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工廠，在確定計(jì)算成分時(shí)應(yīng)考慮其他相關(guān)因素的影響。

    爐料組成指構(gòu)成爐料的各個(gè)品種和每個(gè)品種的品位。配料比指一爐爐料中每一種爐料所占的比例。在確定爐料組成和配料比的時(shí)候，應(yīng)遵循下面五條原則：
    1)成分原則。即所用之爐料要能保證熔制后的合金的化學(xué)成分合格，有害雜質(zhì)的含量在允許范圍之內(nèi)。根據(jù)這條原則，對(duì)雜質(zhì)要求愈嚴(yán)的合金，所使用的新金屬料的品位應(yīng)該愈高，配比愈大。
    2)質(zhì)量(品質(zhì))原則。即爐料組成和配料比的確定要能保證產(chǎn)品的品質(zhì)要求。根據(jù)這條原則，對(duì)于軍工產(chǎn)品或重要用途的合金制品，應(yīng)該選用品位較高、配比較大的新金屬料；相反，對(duì)于民用或品質(zhì)要求較低的合金制品，則可多選用低品位的廢料。
    3)工藝原則。即在確定爐料組成和配比時(shí)，要考慮合金的熔煉工藝特性和設(shè)備性能，以保證熔煉品質(zhì)。根據(jù)這條原則，對(duì)于合金中范圍窄狹的合金元素，宜選用中間合金或元素添加劑作爐料，而不宜采用純金屬，以保證化學(xué)成分均勻。采用電阻爐熔煉時(shí)，對(duì)于比表面較大，致密度較差的二級(jí)料，每爐的配入量最好低于20%～30%，以避免二次加料。對(duì)于未經(jīng)復(fù)化的廠外廢料通常只供作火焰爐配料。

    4)經(jīng)濟(jì)原則。即在保證制品成分和性能的前提下，盡可能地采用低品位的新金屬和多利用廢料。根據(jù)這條原則，對(duì)于那些無(wú)特殊要求的合金制品，允許以同系列低成分合金的一級(jí)廢料或洗爐料代替原鋁錠作新鋁使用；而當(dāng)爐料全為一、二級(jí)廢料時(shí)，可以不用新鋁；當(dāng)缺乏所需品位的原鋁錠時(shí)，允許高、低品位配合使用等等。

    5)物料平衡原則。即新、舊料比要與全廠的金屬平衡相適應(yīng)，避免一個(gè)時(shí)期全吃“粗糧”，一個(gè)時(shí)期全吃“細(xì)糧”的不均衡狀態(tài)，以保證制品品質(zhì)穩(wěn)定，工藝穩(wěn)定，成本穩(wěn)定。
    在確定爐料配比時(shí)，原鋁錠品位的選用對(duì)于保證合金的成分，鑄錠的晶粒組織和性能具有重要作用，并對(duì)鑄錠的生產(chǎn)成本有很大影響。通常，在選用原鋁錠的品位時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)考慮成品合金對(duì)鐵、硅、銅含量的要求及制品最終的表面處理形式；其次，應(yīng)該考慮合金熔煉過(guò)程中鐵、硅含量增高的可能性及廢料循環(huán)使用時(shí)雜質(zhì)含量不斷升高的趨勢(shì)。一般而言，在保證成品合金成分要求的前提下，可以適當(dāng)采用品位較低的原鋁錠，以降低生產(chǎn)成本。相反，不適當(dāng)?shù)牟捎酶咂肺讳X錠，不僅使成本增高，而且增加了鑄錠產(chǎn)生羽毛晶和粗大晶的傾向性。
    大多數(shù)工業(yè)變形鋁合金，配料時(shí)都采用牌號(hào)為Al99.70、Al99.60、Al99.50、Al99.00的原鋁錠。有些合金，如7A04、2A12等合金允許的雜質(zhì)鐵、硅含量較高，但要求的原鋁錠品位卻較高。這是因?yàn)檫@些合金配料中三級(jí)廢料的比例較大，再則這些合金中硅的含量與裂紋敏感性的關(guān)系很大，而鐵硅總量的增加又影響合金的綜合性能，故在配料時(shí)選用品位較高的原鋁錠。在生產(chǎn)5A66合金時(shí)，由于對(duì)雜質(zhì)鐵和硅的要求十分嚴(yán)格，應(yīng)采用Al99.99精鋁錠。在生產(chǎn)用于原子能反應(yīng)堆的合金時(shí)，應(yīng)采用低硼鋁錠。在生產(chǎn)工業(yè)純鋁鑄錠時(shí)，可以使用同一品位的原鋁錠，但為避免熔鑄過(guò)程中雜質(zhì)含量增高而降級(jí)，必須加入占爐料總重20%～30%的高一級(jí)品位的原鋁錠。在生產(chǎn)6063噴粉制品或啞色氧化制品時(shí)，如果對(duì)擠壓速度沒(méi)有苛刻要求，則也可以采用Al99.60或Al99.50品位的原鋁錠。其他新金屬錠品位的選擇主要考慮雜質(zhì)含量。

四、燒損、熔損和金屬平衡圖

    合金在熔煉過(guò)程中由于氧化、揮發(fā)以及與爐墻、精煉劑相互作用而造成的不可回收的金屬損失叫燒損。燒損和渣中金屬總稱熔損。合金的燒損、熔損及合金中每種元素的燒損各不相同，且波動(dòng)范圍很大，它隨熔爐的類型及容量、爐料的組成及配比、合金元素的加入方法、熔煉工藝及操作方法等因素而變化。工廠的總燒損由熔制成品合金時(shí)的燒損、熔制中間合金時(shí)的燒損、廢料復(fù)化時(shí)的燒損及提煉渣中金屬時(shí)的燒損等四部分組成。目前，鋁材廠的總燒損率隨各廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和管理水平的不同，差別較大。應(yīng)該指出，在工業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)行配料計(jì)算時(shí)，通常不單獨(dú)考慮每個(gè)元素的燒損情況，而是考慮整個(gè)合金的總的熔損率來(lái)確定總的投料量。熔損率各廠不一，為了搞清各廠實(shí)際的金屬燒損、熔損和消耗情況，必須首先作好金屬平衡圖。
    反映金屬材料在生產(chǎn)過(guò)程中的循環(huán)和收支情況的運(yùn)動(dòng)圖表叫金屬平衡圖。金屬平衡圖在很大程度上表明了企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的特點(diǎn)，在這個(gè)圖中，它起碼反映了企業(yè)的幾個(gè)基本指標(biāo)：
①合金和鋁材的成品率；
②金屬的消耗定額；
③新金屬的消耗定額；
④在制取成品合金、中間合金(如果該企業(yè)自己生產(chǎn)中間合金)、及在重熔廢料時(shí)的不可回收損失。上述指標(biāo)取決于工藝過(guò)程的完善程度、所采用設(shè)備的類型、利用爐料的合理性以及企業(yè)的產(chǎn)品種類。

成品率按下式確定：

 B=Q/(Q+∑_失+∑_廢)         (2—2—3)

式中，B——成品率/%；
Q——合格產(chǎn)品量/kg；                             
      ∑_牛——不可回收的金屬損失/kg；
      ∑_廢——回爐廢料t/kg。    
    金屬消耗定額按下面的關(guān)系確定：

  X=1000+∑′_失                   (2—3—4)

式中，X——金屬消耗定額/kg·t^-1；
∑′_失——每生產(chǎn)1000 kg產(chǎn)品時(shí)，金屬的不可回收損失總量/kg。
鋁材的成品率和平均金屬消耗定額隨工廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和合金的變化會(huì)發(fā)生很大的變化，所以，按合金和制品類型計(jì)算消耗定額是金屬平衡的基礎(chǔ)。在一般情況下，成品率應(yīng)該是逐年提高的，而消耗定額應(yīng)該是逐年下降的，并充分反映企業(yè)在完善工藝過(guò)程和加強(qiáng)管理中取得的成就。表2—3—16和表2—3一l7是根據(jù)鋁材廠的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定的金屬不可回收損失情況。

表2—3—16在火焰爐中熔煉成品合金和重熔低品位廢料時(shí)的不可回收損失 

 表2—3—17在火焰爐中制取中間合金時(shí)的不可回收損失 

全廠的金屬平衡圖反映全部爐料的實(shí)際消耗量、金屬的不可回收損失的大小和每噸鋁材的實(shí)際金屬消耗量。而熔鑄車(chē)間計(jì)算的金屬平衡是反映車(chē)間年產(chǎn)量和廢品率水平特點(diǎn)的基本資料。金屬平衡一般應(yīng)按合金和鑄錠規(guī)格編制，鑄錠規(guī)格接近的可以結(jié)合在一起。從金屬平衡圖中，我們能容易的查看出車(chē)間生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)，從而把技術(shù)力量和車(chē)間人員集中起來(lái)去解決存在的問(wèn)題。圖2—3—5是前蘇聯(lián)某鋁加工廠1970年代的金屬平衡圖(包括中間合金生產(chǎn)和廢料重熔)，圖2—3—6是廣東某鋁材廠2002年度的金屬平衡圖。
 

圖2—3—5前蘇聯(lián)某鋁加工廠1970年代金屬平衡圖


圖2—3—6廣東某鋁材廠2002年度金屬平衡圖

    說(shuō)明：該廠將爐渣、鋸屑全部外委加工成鋁-硅中間合金錠，按雙方共同認(rèn)可的比例回收，不再交加工費(fèi)。

五、配料計(jì)算

    配料計(jì)算的程序如下：
    1)明確下達(dá)的配料任務(wù)(合金牌號(hào)、制品狀態(tài)、每爐的實(shí)際配料量)。
    2)根據(jù)化學(xué)成分內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)規(guī)定確定計(jì)算成分；根據(jù)配料規(guī)程和材料庫(kù)存確定爐料組成和配料比。
    3)明確每種爐料的化學(xué)成分。
    4)計(jì)算各元素的需要量。
    5)計(jì)算各種廢料用量及帶入元素的量。
    6)計(jì)算各中間合金和新金屬需要量。
    7)校核。
    8)將計(jì)算結(jié)果填人熔鑄卡片，供備料。
    舉例說(shuō)明如下。
    欲配制一爐棒材用7A04合金，其配料總量為10 t，其配料計(jì)算過(guò)程如下：
    1)根據(jù)7A04合金棒材的化學(xué)成分企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)按本章第3.4.3節(jié)所介紹的原則確定計(jì)算成分(見(jiàn)表2—3—18)。

表2—3—18計(jì)算成分確定表 

    2)根據(jù)配料規(guī)程和現(xiàn)場(chǎng)情況確定爐料組成、配料比。并明確每種爐料的化學(xué)成分(見(jiàn)表2—3—19)。

表2-3—19爐料組成及配比  

     3)根據(jù)配料總量，計(jì)算各元素的需要量
    計(jì)算方法：配料總量×計(jì)算成分%
    計(jì)算結(jié)果如下：
     元素符號(hào)       Cu   Mg   Mn   Zn   Cr   Fe    Si   Ti
     需要量/kg     155  220  30   610   15  〈45  〈30   4
    4)計(jì)算各種廢料帶入元素的量
    計(jì)算方法：配料總量×配料比×廢料中元素的百分含量。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2—3—20。

表2—3—20各種廢料中帶入元素置計(jì)算表 

    5)計(jì)算各中間合金和純金屬的需要量
    計(jì)算方法：純金屬量=元素需要量－廢料中所帶入的該元素量
    中間合金量=(元素需要量－廢料中帶入量)÷中間合金中該元素的百分含量
    原鋁錠量=新金屬總量－純金屬量－中間合金量。計(jì)算結(jié)果如下：

電解銅板=155－107=48 kg
鎂錠=220－153=67 kg
鋅錠=610－415=195 kg
A1－Mn中間合金=(30－22.9)÷10.5%=68 kg
A1－Cr中間合金=(15－9.75)÷4%=131 kg
A1－Ti中間合金=(4－3.5)÷3．5%=14 kg
A199.60原鋁錠=2500－(48+67+195)－(68+131+14)=1977 kg

    6)校核雜質(zhì)含量是否在要求范圍內(nèi)：
    計(jì)算方法：將各種爐料中的雜質(zhì)量相加，而后與計(jì)算成分要求的量相比較
    計(jì)算結(jié)果如下：

Fe=31+68×0.5%+131×0.6%+14×0.5%+1977×0.25%=37.14〈45 kg
Si=15.4+68×0.3%+131×0.3%+14×0.4%+1977×0.18%=19.6〈30 kg

計(jì)算結(jié)果符合要求。         
7)將上述計(jì)算結(jié)果填入熔鑄卡片(見(jiàn)表2—3—21)

表2—3—21熔煉鑄造卡片