镁合金诞生记（一） 我是在这里出生滴哦~

镁合金除在以上这些领域得到一定程度应用外，其新的应用范围还有待进一步探索。如目前正处于反展中的镁基储氢材料、镁充电电池等，可以预见，随着对镁及其合金材料研究的深入，镁及其合金材料的应用领域和范围还会得到更大的延伸。...





我在这里出生——熔炼炉

镁合金熔炼的主要设备包括预热炉、熔炼炉和保护气体混合装置等(见图1)。其中熔炼炉的加热方式有电阻加热、燃气加热和燃油加热等，相对来讲，电阻加热比较安全，炉型有单室炉、双室炉和三室炉。这三种炉型的特点分别为：

(1)单室炉熔炼和保温在同一炉内进行;

(2)双室炉是熔炉、保温炉各自独立工作，通过能加热且温度可控制的U形管输送金属液，由于加料时引起的温度波动和炉渣只存在于熔化炉中，因此可以保证镁合金熔液的纯净;

(3)三室炉中熔化室的温度较低，一般为650℃左右，因而有利于CO2气体保护，中间起到集杂作用，供液室提供压铸用较高温度的镁合金熔液。

通常采用间接加热式坩埚炉来熔炼铸造镁合金，其结构与熔炼铝合金用坩埚炉类似。由于镁合金的理化性质不同于铝合金，因而坩埚材料和炉衬耐火材料不同，并且需要对炉子结构进行适当修改。

1-铸铁支撑环;2-低碳钢坩锅 3-排气管; 4-黏土耐火砖;

5-出渣门;6-浇铸的耐火材料;7-燃烧通道

图2所示为典型的戽出型燃料加热静态坩埚炉(镁合金熔炼用)的横截面，采用铸勺从坩埚内舀取金属液并手工浇注制备小型铸件。这种坩埚通过凸缘从顶部支起坩埚使坩埚底部留出空隙。这不仅有利与坩埚传热，而且为清理熔炼过程中坩埚表面形成的氧化皮提供了足够的空间。此外，炉腔底部朝出渣门倾斜。由于火苗的冲击，燃料炉坩埚壁局部会出现逐渐减薄现象，因而需要定期检查坩埚壁厚，否则可能发生熔体渗漏事故。

一旦钢坩埚表面形成了氧化皮，氧化铁与镁熔体之间可能发生镁热反应，放出大量热量，产生3273K以上的高温，有可能发生爆炸。因此必须保证炉底没有氧化皮碎屑，并且在坩埚底部放置一个能盛装熔体的漏箱盘以防坩埚渗漏。特别是在某些难以确定是否形成了氧化皮的部位，可以在钢坩埚加热面上包覆一层Ni-Cr合金来减少氧化皮形成，这样做并不会减低炉子的热效率。此外，镁合金熔体也易与一些耐火材料发生剧烈的反应，因此有必要合理选择燃烧炉衬用耐火材料。生产实践表明，高铝耐火材料和高密度“超高温”铝硅耐火砖(57%Si43%Al)的使用效果很好。

设计燃料炉时，出渣门要便于开启。电阻加热型坩埚炉通常采用低熔点材料如锌薄板将出渣门封住。发生熔体泄漏时，锌虽然不能阻止镁合金熔体渗漏，但是可以抑制“烟囱”效应。“烟囱”效应往往会加速坩埚氧化。接近或高于熔点时，熔体会发生燃烧，在熔体表面撒熔剂或使用1%SF6混合气体下的无熔剂工艺可以抑制燃烧。当前，对铸造行业的环境控制日益严格，淘汰老式SO2顶戽出型燃料加热炉已成为发展趋势。

熔炼炉的种类和规格很大程度上取决与铸造生产的规模。小型铸造车间分批生产多种不同合金，通常采用升出式坩埚炉。大规模生产镁合金，特别是有严格限制的铸造合金时，可以采用大型熔化装置，合金熔剂添加到一系列坩埚炉中，在坩埚炉内进行熔体处理，包含合金熔炼、稳定化和存储。通常熔体通过倾倒从一个坩埚转移到另一个坩埚，然后从最后的坩埚中直接浇注或手工浇注到铸型中。在熔体转移过程中，必须尽可能地避免熔体湍流，以防止氧化，否则会增加最终铸件中氧化皮和夹杂物。直接燃烧型反射焰炉由于存在过度氧化问题，已经被淘汰了;间接加热型坩埚熔炼方法热效率较低，很少采用;与燃料炉相比，无芯感应电炉初始成本比较高，但运行成本较低，占用空间小。 陕镁V言

　(1)反射炉

反射炉是熔炼有色金属常用的设备，其结构与铝合金所用的大同小异。反射炉的热源，不外乎固体燃料(煤和焦)、流体燃料(液体和气体)以及电热。在熔炼镁合金时多采用流体燃料。目前我国以发生炉煤气或天然气为主要燃料。

熔炼镁合金用的反射炉按其用途分为熔炼炉和静置炉。反射炉的炉顶为弧形，热量由炉顶和炉墙反射到炉料，因此炉料的加热是以传导和辐射的方式由上向下传递的，同时使火焰及废气缓缓流过液面，使炉料与热流直接接触。反射炉的燃烧速度较快，适于大规模生产，但热效率较低。

反射炉的炉底一般采用镁砖、镁砂来砌筑。近来，已有用铸铁作为炉底的，而不使用含SiO2的耐火材料，因为SiO2很容易与金属及熔剂之中的MgCl2发生反应，而使炉衬受到损失，并且增加了合金中杂质硅的含量。

　(2)坩埚炉

在镁合金的熔炼中，也广泛使用坩埚炉。因为坩埚炉的烧损比反射炉大为降低，劳动环境比反射炉好。

坩埚炉按其加热方式可分为电阻坩埚炉和煤气坩埚炉。

电阻坩埚炉的构造如图3。把电阻材料装于坩埚四周之炉壁上，电阻材料为丝状或带状。

煤气坩埚炉的燃料主要是发生炉煤气。煤气借喷咀喷入炉膛，喷射沿着切线的方向，以保证燃烧位置适当。否则，喷咀直接喷射到坩埚壁上，易引起金属局部过热，甚至使坩埚烧坏。
1—保温砖;2—耐火异型砖;3—电阻丝;4—铁制坩埚;5—炉盖;

6—炉壳;7—电源接线端

　(3)无铁芯工频感应电炉

在熔炼镁合金时，无铁芯工频感应电炉已开始使用。熔炼镁合金的感应电炉不能采用熔沟式的，因为比重大的熔剂及熔渣沉积炉底使熔沟堵塞。感应电炉所用的坩埚可用10～25mm厚的钢板焊成，也可直接铸成壁厚为40～60mm的厚壁坩埚。由于铸造坩埚易产生缺陷，同时体积较大，故一般多采用焊接坩埚。

无铁芯工频感应电炉由炉架、炉体、密封炉盖、通风系统、液压系统、冷却系统、电磁输送或低压转注系统所组成。由多台感应电炉组成的坩埚群，不仅生产能力高，且由于在熔化过程中炉料和火焰不直接接触，可减少熔剂用量，改善劳动条件，提高金属质量。用这种熔炼设备，采取可靠的净化措施，并在铸造时采用密封转注，可获得质量较好的铸锭。

坩埚　　镁熔体不会像铝熔体一样与铁发生反应，因此可以用铁坩埚熔化镁合金并盛装熔体。通常采用低碳钢坩埚来熔炼镁合金和浇注铸件，特别是在制备大型镁合金铸件时，大多采用低碳钢坩埚。

用于熔炼镁的坩埚容量一般在35～350Kg范围内。小型坩埚通常采用含碳量低于0.12mass.%的低碳钢焊接件制作。镍和铜严重影响镁合金的抗蚀性因此钢坩埚中这两种元素的含量应分别控制在0.10mass.%以下。

在镁合金的熔炼过程中，特别是采用熔剂熔炼工艺时，通常会在坩埚底部形成热导率较低的残渣。如果不定期清除这些残渣，则会导致坩埚局部过热，并且坩埚表面会生成过量的氧化皮。坩埚壁上沉积过量的氧化物也会导致坩埚局部过热。因此，记录每个坩埚熔化炉料的次数应当作为一项日常安全措施。坩埚必须定期用水浸泡，除去所有的结垢。通常无熔剂熔炼方法的结垢比较少。

镁合金熔炼混气装置　　镁合金的化学性质比较活泼，开始熔化时，容易氧化和燃烧，需要采取保护措施防止熔融金属表面氧化。镁合金熔体不同于铝合金，铝合金熔体表面会形成一层连续致密的氧化膜，阻止熔体进一步氧化，而镁合金熔体表面会形成疏松的氧化膜，氧气可以穿透表面氧化膜而导致氧化膜下面的金属氧化甚至燃烧。此外，熔融的镁合金极易和水发生剧烈反应生成氢气，并有可能导致爆炸。因此对镁合金熔体采用熔剂或保护气氛隔绝氧气或水气是十分必要的。

在实际生产中SF6常和其他气体混合在一起通入到熔炼炉，常用的混合方式有空气/ SF6、SF6/N2、空气/CO2/SF6，混气装置的作用就是将这些气体精确地按一定比例混合后送入熔炉。试验表明，0.01%的SF6浓度即可有效保护镁液，但实际采用的浓度要大，这主要是因为SF6会与镁液反应和泄漏损失，随着输入浓度含量的增加，液面上方SF6浓度也增加，但与输入浓度相比，消耗量呈增大趋势。所以镁合金熔炉装置必须有效密封，这样SF6控制到一定浓度才成为可能。一般SF6浓度不宜超过1%，这时不仅抗氧化效果下降，而且气氛对设备具有严重腐蚀作用。所以保护气体的供应优化是系统设计和操作时的重要任务。混气装置应能精确配比和混合气体成分，保护气体的浓度和数量必须适应熔液表面条件，达到耗气量少，同时做到环保、安全、经济。

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