第一节 钢铁铸造业
一、铸铁熔炼技术
以熔炼为中心的节能技术铸件熔炼部分的能耗约占铸件生产总能耗的50％。铸铁熔炼的节能技术主要有两种。
1、采用热风、水冷、连续作业长炉龄冲天炉冲天炉向大型化、长时间连续作业方向发展是必然趋势。
国外的铸造企业把它作为一项重要节能措施加以应用。近些年来，国内也在这方面做了大量的工作，已有部分企业采用，取得了明显的节能效果。例如，采用大排距双层送风冲天炉技术，可节约焦炭20％-30％，降低废品率5％，Si、Mn烧损分别降低5％-10％；水冷无炉衬和薄炉衬冲天炉，连续作业时间长，可节能30％以上；热风冲天炉既节能又环保。
2、采用冲天炉——电炉双联熔炼工艺冲天炉
电炉双联熔炼是利用冲天炉预热、熔化效率高和感应电炉过热效率高的优点，来提高铁液质量，达到降低能耗的目的。近些年来，随着焦炭、生铁等原材料价格大幅上扬和铸件品质要求越来越高，单独使用电炉熔炼日益增多，利用夜间低谷电生产，也取得了较好的经济效益和节能效果。
二、铸铁件的生产状况和趋势
1、产量增长速度减慢
20世纪60年代以来，全世界铸件生产发展很快，到80年代以后，增速减慢。20多年来，美国铸件产量从1981年的1388万吨，降至2002年1181万吨，日本也略有下降，德国基本持平。产生这种现象的原因主要是由于构成铸件用量的几大支柱产业（汽车、建筑、机械等）在工业发达国家发展速度放慢，以及其它工程塑料、复合材料、陶瓷等竞争的结果。此外，技术进步也是铸件产量增速减慢的原因之一，最典型的例子是钢铁工业连铸连轧工艺迅速推广，使传统的钢锭模消耗显著下降；铸件本身强度的提高，使铸件减薄减轻；在抗磨、减摩及耐腐蚀材料领域的技术进步，使得铸件本身的使用寿命有很大提高，也使铸件按质量的需求量有所降低。
中国是发展中国家。改革开放30余年来，由于汽车、建筑、机械、能源等主要支柱产业的迅速发展，铸件产量从1981年的500余万吨，增加到2002年的1626万吨，增长了2倍多，自2000年以后连续位于世界第一。2007年我国铸铁件的产量达到4511099吨，比上年同期增长58.03%。2008年我国铸铁件的产量达到6547612吨，比上年同期增长24.79%
但是，从人均铸件年产量来说，德国为56kg，美国和日本为45kg，而中国只有12.5kg；劳动生产率，美国、德国为45～60吨/人•年，日本为60～85吨/人•年，而我国平均只有10吨/人•年左右（少数单位可达30吨/人•年）。因此，我国的铸造生产尚有很大发展空间，铸铁件占整个铸件产量的70%～80%，它更应该获得进一步的发展。
21世纪头30年中国的铸铁产量预期仍然有较大的发展，但进入后半世纪，也将出现现在工业发达国家面临的增速减慢甚至下降的现象。
2、科技和生产的发展对现代铸铁提出了更高质量要求
1）高强度
高强度是铸铁件减薄壁厚、减轻质量，与其它材料竞争的基础，新世纪铸铁的发展仍然离不开强度的提高，包括：
①铸铁领域中处于最高强度的球墨铸铁将进一步发展。美、德、日等工业发达国家球墨铸铁占整个铸件产量的比例增在30%以上，而我国近年虽有快速增长，仍只占18%左右，因此球铁所占比例还将进一步提高。随着熔炼、球化孕育处理的改进，在线无损检测技术应用，铸态球铁比例将会提高；薄壁球铁、大断面球铁件和大批量流水线稳定生产球铁件技术更趋成熟。
②大力发展高强度薄壁灰铸铁。要加强对灰铸铁件性能影响因素的综合 研究 ，尤其要重视高碳当量灰铸铁组织强化问题，如何提高基体显微组织硬度，增加组织中奥氏体枝晶数量、细化石墨、细化共晶团是获得性能优良的高强度灰铸铁的关键。
③高强度又兼具其它优良综合性能的蠕墨铸铁不断扩大应用领域，将得到迅速发展。
④高强度、高韧性的等温淬火球铁（ADI）将得到快速发展。ADI在国外工业发达国家每年以15%～20%的速度发展，替代了一部分球铁件、碳钢和合金钢铸件、锻钢件、表面淬火及氮化处理件、焊接件、铝合金铸件等，充分显示其强度高、耐磨性好，动载耐疲劳性及断裂韧度好和制造成本低的优势，ADI是21世纪的高新材料，预期其发展速度将是最快的工程材料之一。
2）高使用性能
应在最低的能耗和材料消耗下，力求提高铸铁件材料的使用性能，诸如抗磨耐磨性、耐热性、耐蚀性、减震性、尺寸稳定性以及机械加工性能，表面抛光性能等，从而提高零件的使用寿命。如我国抗磨材料年消耗200余万吨，仅磨球年需要量即达100万吨以上，不断
研究
和提高抗磨铸铁的性能和质量，不仅给企业由于减少消耗、降低成本带来经济效益，也为国家节省大量宝贵的金属资源，带来巨大社会效益。
3）铸铁产品净形或近净形化
铸铁产品净形或近净形化应成为我们21世纪的追求目标。目前我国铸件尺寸精度比国外工业发达国家低1-3级；表面粗糙度比国外差1-2级；发动机缸体、缸盖的壁厚为4.2-4.5±0.8mm，而国外先进国家壁厚为3.2±0.5mm；同类铸件比国外重10%-20%；加工余量大1-3倍。因此，必须结合国情改造原有工艺、开发和采用先进的铸造工艺，尽早改变此方面的落后面貌。一些汽车、发动机大批量流水生产企业如东风汽车公司铸造一厂于2002年用HWS静压线更新了使用30余年的KW高压线；近年来一些合资和独资的专业铸造厂如华东泰克西铸造厂和山西国际铸造公司等都分别引进了先进的造型线，取得了良好效果。此外一些工厂采用消失模铸造、金属铸造、V法、VRH法等先进工艺。对单件、小批量、中大件特别是一些机床、阀门、通用机械推广采用树脂砂。砂处理方面，应推广采用优质、高效、节能的砂处理设备和先进的型砂在线检控技术装备，严格控制型砂质量；开发推广提高铸件精度和表面质量的专用涂料或空气载体涂料等；以及继续加强计算机技术在铸造
行业
的应用，在铸铁件生产上广泛采用CAD/CAM/CAE技术。
3、对现代铸铁件具有更高综合竞争力的要求
市场需求是生产和技术发展的动力。在经济全球化迅猛发展的今天，对铸铁件的需求除质量好外，还要求生产周期短、生产成本低以及提供已切削加工的半成品、成品甚至已组装的零部件等。这就要求现代铸铁生产厂在组织生产时，一定要根据铸件的大小、质量要求、批量等选择合理的铸造方法，使得达到同一质量要求铸铁件的生产成本尽量低，交货迅速，以提高其竞争力。
此外，在市场经济条件下，铸铁厂要生存发展，还应具有较强的新产品开发能力和机加工能力，以满足客户的要求。有时还要主动出击，充分利用铸铁铸造性能好的特点或采用消失模铸造工艺，在设计方面加以改进，将组装件改成单一件，追求最大的经济效益。
在环境污染日益严重的今天，生产技术是否环境友好，能否实现节能、降耗、减少污染排放及材料能否再生等也逐渐成为这种材料及其生产方法是否具有竞争力的标志之一。
三、未来的发展方向
我国铸造业虽有很好的基础，具备了一定的实力，但从宏观上来看，尚需在产业结构、铸件质量、生产管理和技术开发的内容和方式等几个方面进行调整，以全面提高我国铸造业在国际市场上的竞争能力，保证在金融危机的形势下能够健康发展以及承担起振兴制造业的重任。
1、结构调整方向
钢铁制造业虽具有很高的生产能力，进入上世纪90年代后期，涌现了一大批很有实力的铸造企业，但就整个
行业
而言，其现状仍然是厂点散，从业人员多，效益低，铸件质量与发达国家相比有较大差距。
根据我国钢铁铸造业的现状，借助国际上的经验，其结构调整应向专业化发展。专业化有利于提高技术水平，实现机械化自动化智能化生产，提高产品质量，降低生产成本，提高效益。由于以上专业化的优点，也就必然有利于企业市场竞争能力的提高，有利于扩大市场，扩大产品批量。
2、铸造业产品质量的发展方向
目前的形势对产品质量的要求发生了质的变化。我国的钢铁铸造业对此要有充分而清醒的认识。应从以下方面着手：
1）建立健全高水平的企业产品质量标准
参照国际标准和国外先进标准制定出高于现行国家标准的企业内控标准，而且要跟踪国际先进水平，不断更新。否则即使产品100%合格，但由于产品质量标准低，在国际市场上也不会有竞争力。产品只有在国际市场上能与国外产品竞争，企业才有生命力。
2）建立质量保证体系，并不断提高运行质量
我国的铸造业要在宣传贯彻iso9000质量管理和质量保证系列国际标准上下工夫，推动企业实施质量体系认证工作。严格地按iso9000标准建立企业内部质量保证体系，这对于促进我国企业与国际接轨，强化企业内部管理，提高产品质量，增强市场竞争力等方面均有重要作用。再则，通过认证仅标志一个企业的质量保证体系，在认证前的有效性。企业在取得认证的同时，要不断提高全体员工的质量意识，牢固树立“质量第一”、“以质取胜”的观念，保证我们的质量体系高质量运行，且长期有效。
3、铸造业生产组织管理方法发展方向
铸造业是典型的劳动密集型产业，同时也是资源和能源消耗大户，要提高其经济效益，不单纯是个技术进步问题，科学管理也十分重要。在铸造生产中，最大限度地提高劳动力，资本、资源和技术各生产要素的使用效率，实现集约化生产是使铸造业获得最大产出和效益的惟一方法。
由mrp(物料需求计划)发展而来的mrpii制造资源计划，在闭环mrp的基础上，把物料流动和资金流动结合起来，并把企业的宏观决策纳入系统，形成一个完整的生产经营信息系统。制造资源计划中资源包括了人力、物料、设备、能源、奖金、空间和时间。各种资源在mrpii系统中都是以“信息”的形式来表现的，通过信息集成，对企业的多种制造资源进行周密计划，合理运用，以提高企业的竞争力。目前我国的mis(制造业管理信息系统)大多以mrpii为指导思想组建的，是体现集约化生产思想的技术。我国的铸造业应将这些管理技术引进来，通过结合铸造实际的开发，建立适应铸造企业应用的mis软件上，并在铸造企业管理中推广使用，使铸造业集约化生产得以实现。
4、钢铁铸造业技术开发的发展方向
1）复杂形状部件的整体化铸造
铸件一般多用于单体物件，最近已开始向复杂形状的部件发展。例如将蜗轮增压器和排气岐管两种铸件合成整体，用耐热高速钢的减压吸引铸造法而铸成的最薄壁厚只有2mm的整体铸件。
2）铸件焊接技术
前期可焊接的都是钢件，近来铸铁件在具表面经过脱碳处理等工艺后也可以焊接了。汽车用的铸件排气歧管和高速钢管焊接在一起，从面解决了由于铸铁件耐热性不足而采用了高速钢管的焊接结构以适应燃烧温度。今后为达到廉价，性能好的目的分别制造焊接到一起的工艺也会有发展。
3）触变铸造（半熔融铸造）技术
液体固体在共存的状态下用高压方法进行铸造的一种方法。这项技术是以铸铁为中心开展起来的，也在向铝合金方面展开。
4）向机能材料方向发展
Nomag非磁铸铁、IMER低膨胀钢都是机能材料铸件。最近半导体 行业 需要的低热膨胀材料铸铁、也在开发中。空气与金属的复合材料发泡金属，也将占有一席之地。轿车用刹车系统的铸铁件也是一项机能材料，铸铁的减衰能特性有利于轿车的安静环境。
第二节 铝合金铸造业
一、铸造铝合金技术 分析
铸造铝合金是在纯铝的基础上加入其他金属或非金属元素，不仅能保持纯铝的基本性能，而且由于合金化及热处理的作用，使铝合金具有良好的综合性能。铝及铝合金在工业上占有重要的地位，大量用于军事、工业、农业和交通运输等领域，也广泛用作建筑结构材料、家庭生活用具和体育用品等。
在这类合金中si是主要合金化元素，si改善合金的流动性，降低热裂倾向，减少疏松，提高气密性。这类合金具有好的耐腐蚀性能和中等的机加工性能，具有中等的强度和硬度，但塑性较低。按合金中的si含量多少，该系合金可分为共晶铝硅合金(zl102、yl102、zl108、yl108和zl109)、过共晶铝硅合金(zl1l7和yl1l7)和亚共晶铝硅合金(其余合金).
zli02是典型的二元共晶铝硅合金，合金中si的质量分数为10%-13%，该合金具有优良的铸造性能，但力学性能和切削加工性能较差。为了改善zl102合金的室温和高温力学性能，加入一定量的mg，cu和mn，成为zl108合金，使热膨胀系数小，耐磨性能提高。zl109也是共晶铝硅合金，与zl108合金相比，降低了cu含量，提高了mg含量，并且用ni代替mn，合金具有更好的耐热性。zl108和zl109合金广泛地用做内燃机的活塞。yl102和yl108主要用作压铸合金。
亚共晶铝硅合金中属al-si-mg系的合金有zl101、zl101a、zl104、yl104、zl114a、zll15和zl1l6。这类合金在成分上的主要区别是:zl104合金加入了mn，zl115合金加入了zn和他，zl1l6合金加入了ti和be，zl101a和zl114a合金是用高纯度的精铝作原材料，减少杂质含量。这类合金具有良好的铸造性能，中等的力学性能和良好的抗腐蚀性能，在工业中应用广泛。属于al-si-cu系的合金有zl105、zl105a、zl106、zl11o、zl111、zl107、yl112和yl113。前五个合金含有mg，后三个合金无mg，但cu含量偏高。此外在zli06和zl111合金中还加入了少量的mn和ticzl110合金的cu含量高，mg含量低。al-si-cu系合金具有良好的铸造性能，中等的力学性能，抗腐蚀性能与al-si-mg系合金相比较差，yl112和yl113合金主要用作压铸合金，其他合金用于砂型铸造、金属型铸造和精密铸造等。
过共晶铝硅合金中si的质量分数一般超过15%。美国的390.0合金、德国的ks281合金和我国的yl117合金中si的质量分数为18%左右;我国的zl117合金、德国的ks280合金中si的质量分数为21%左右;德国的ks282合金中si的质量分数为24%左右。这类合金随着si含量的增加，密度减小，热膨胀系数降低，硬度、耐磨性和体积稳定性相应提高，主要用作活塞材料，其主要缺点是难于机加工，对刀具的要求严格。
二、原铝净化和铸锭工艺
1、原铝净化工艺
随着现代工业及新材料的发展，新型的铝合金材料不断更新换代，对精铝的需求不断增加。精铝的生产方法目前主要有电化学法(三层液电解法)和物理法(偏析法)。三层液法虽然耗能大并会产生大量的铝铜合金，但技术成熟，仍被许多国家采用。偏析法自20世纪80年代开始成为 研究 热点，偏析法在 研究 和发展过程中，由于采用的工艺路线不同，又细分为定向结晶法、旋转分凝法和偏析冷凝法。日本、美国和法国多采用偏析法生产精铝。
电磁净化技术是20世纪80年代初提出的现已成为一种新型的钢铁净化技术。目前已有的电磁设计方案有：稳恒磁场、交变电磁场、交变复合电磁场、行波磁场、旋转磁场和高频磁场等。旋转磁场用于有色金属的净化的技术逐渐成熟。
2、铸锭工艺
铸锭是将熔化的金属倒入永久的或可以重复使用的铸模中制造出来的。凝固之后，这些锭（或棒料、板坯或方坯，根据容器而定）被进一步机械加工成多种新的形状。
现在铝锭铸造工艺一般采用浇铸工艺。铸锭过程是一个由液态铝冷却、结晶成为固体铝锭的物理过程。
1）连续浇铸
连续浇铸可分为混合炉浇铸和外铸两种方式。均使用连续铸造机。混合炉浇铸是将铝液装入混合炉后，由混合炉进行浇铸，主要用于生产重熔用铝锭和铸造合金。外铸是由抬包直接向铸造机浇铸，主要是在铸造设备不能满足生产，或来料质量太差不能直接入炉的情况下使用。由于无外加热源，所以要求抬包具有一定的温度，一般夏季在690～740℃，冬季在700～760℃，以保证铝锭获得较好的外观。
混合炉浇铸，首先要经过配料，然后倒人混合炉中，搅拌均匀，再加入熔剂进行精炼。浇铸合金锭必须澄清30min以上，澄清后扒渣即可浇铸。浇铸时，混合炉的炉眼对准铸造机的第二、第三个铸模，这样可保证液流发生变化和换模时有一定的机动性。炉眼和铸造机用流槽联接，流槽短一些较好，这样可以减少铝的氧化，避免造成涡旋和飞溅，铸造机停用48h以上时，重新启动前，要将铸模预热4h。铝液经流槽流入铸模中，用铁铲将铝液表面的氧化膜除去，称为扒渣。流满一模后，将流槽移向下一个铸模，铸造机是连续前进的。铸模依次前进，铝液逐渐冷却，到达铸造机中部时铝液已经凝固成铝锭，由打印机打上熔炼号。当铝锭到达铸造机顶端时，已经完全凝固成铝锭，此时铸模翻转，铝锭脱模而出，落在自动接锭小车上，由堆垛机自动堆垛、打捆即成为成品铝锭。铸造机由喷水冷却，但必须在铸造机开动转满一圈后方可给水。每吨铝液大约消耗8-10t水，夏季还需附吹风进行表面冷却。铸锭属于平模浇铸，铝液的凝固方向是自下而上的，上部中间最后凝固，留下一条沟形缩陷。铝锭各部位的凝固时间和条件不尽相同，因而其化学成分也将各异，但其整体上是符合标准的。
2）竖式半连续铸造
竖式半连续铸造主要用于铝线锭、板锭以及供加工型材用的各种变形合金的生产。铝液经配料后倒入混合炉，由于电线的特殊要求，铸造前需加入中间合盘Al-B脱出铝液中的钛、钒(线锭)；板锭需加入Al-Ti-B合金(Ti5％B1％)进行细化处理。使表面组织细密化。高镁合金加2#精炼剂，用量5％，搅拌均匀，静置30min后扒去浮渣，即可浇铸。浇铸前先将铸造机底盘升起，用压缩空气吹净底盘上的水分。再把底盘上升入结晶器内，往结晶器内壁涂抹一层润滑油，向水套内放些冷却水，将干燥预热过的分配盘、自动调节塞和流槽放好，使分配盘每个口位于结晶器的中心。浇铸开始时，用手压住自动调节塞，堵住流嘴，切开混合炉炉眼，让铝液经流槽流入分配盘，待铝液在分配盘内达到2／5时，放开自动调节塞，使铝液流进结晶器中，铝液即在底盘上冷却。当铝液在结晶器内达到30mm高时即可下降底盘，并开始送冷却水，自动调节塞控制铝液均衡地流入结晶器中，并保持结晶器内的铝液高度不变。对铝液表面的浮渣和氧化膜要及时清除。铝锭长度约为6m时，堵住炉眼，取走分配盘，待铝液全部凝固后停止送水，移走水套，用单轨吊车将铸成的铝锭取出，在锯床上按要求的尺寸锯断，然后准备下一次浇铸。
浇铸时，混合炉中铝液温度保持在690～7l0℃，分配盘中的铝液温度保持在685-690℃，铸造速度为190～21Omm／min，冷却水压为0.147～0.196MPa。铸造速度与截面为正方形的线锭成比例关系：
VD＝K
式中V为铸造速度，mm／min或m／h；D为锭截面边长，mm或m；K为常值，m2/h，一般为1.2～1.5。
竖式半连续铸造是顺序结晶法，铝液进入铸孔后，开始在底盘上及结晶器内壁上结晶，由于中心与边部冷却条件不同，因此结晶形成中间低、周边高的形式。底盘以不变速度下降。同时上部不断注入铝液，这样在固体铝与液体铝之间有一个半凝固区．由于铝液在冷凝时要收缩，加上结晶器内壁有一层润滑油，随着底盘的下降，凝固的铝退出结晶器，在结晶器下部还有一圈冷却水眼，冷却水可以喷到已脱出的铝锭表面，为二次冷却，一直到整根线锭铸完为止。
顺序结晶可以建立比较满意的凝固条件，对于结晶的粒度、机械性能和电导率都较有利。比种铸锭其高度方向上没有机械性能上的差别，偏析也较小，冷却速度较快，可以获得很细的结晶组织。
铝线锭表面应平整光滑，无夹渣、裂纹、气孔等，表面裂纹长度不大于1．5mm，表面的渣子和棱部皱纹裂痕深度不许超过2mm，断面不应有裂纹、气孔和夹渣，小于lmm的夹渣不多于5处。
三、2008年铝的生产情况
2008年国内原铝市场形成了历史上最大的过剩。估计全年市场过剩量在52万t左右；产量增长的显著放缓。
2008年7月，中国原铝产量为113.35万吨，较去年同期上升10.6％。今年1-7月产量总计7,735,300吨，较去年同期增长13.8％。全年我国原铝的产量为1310.5万吨。
2009年中国原铝产量是一个新的挑战。高达600万t／a以上的闲置产能何时启动决定了2009年的总体产量。如果经济能如普遍预期的那样在2009年下半年复苏，预计中国原铝产量将下降至1260万t，比2008年减少7.4%。
