一、镁合金熔炼炉的 特点

 

由于镁合金的熔炼过程中不 但要防止氧化，还要具备避免燃 烧、爆炸等安全措施，镁合金的 熔炼必须在保护气氛下进行，因 此镁合金压铸需要配备特殊的熔 炉，熔炼也是镁合金压铸中的关 键环节。

 

 

二、镁合金熔炼定量 炉的关键装置与技术

 

1. 气体保护装置

 

1970年以前，镁合金的熔炼 主要是采用熔剂进行保护，主 要成分为一些含氟的盐类，这种 方法虽然能够起到良好的阻燃作 用，但是容易产生夹渣，导致产 品力学性能和耐蚀性下降，而且 熔剂与镁液反应产生腐蚀性气 体，对坩埚和压铸设备造成严重 的腐蚀，影响设备寿命，恶化工 作环境。 近代的镁合金熔炼主要采用 气体保护技术，其中保护气体 S F 6的应用，对于镁合金工业的 发展有着重要的意义，目前世界 上多数镁合金压铸厂都采用气体 保护熔炼方法。

 

保护气体的阻燃机理主要是 气体与镁液反应，在熔体表面生 成不同防护作用的表面膜，这些 膜致密度大，能够阻止反应继续 进行，也能够阻止镁液的蒸发。 另外，这些气体密度大于空气， 在一定程度上隔绝镁与氧的反 应，如图3所示。

 

 

（ 1）混气装置 在实际生产 中， S F 6常和其他气体混合在一 起通入到熔炉，常用的混合方式 有： Air/SF6、 SF6/N2， Air/CO2/ S F 6，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。

 

S F 6是一种无色、无味、无 毒气体，比空气重4倍，具有化 学惰性结构，在常温下极稳定， 通常将S F 6气体加高压后变成液 态，储存于专用的高压钢瓶中。 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S F6 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 SF 6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S F 6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。 因此，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。图4为Rauch公司镁合金熔炉 保护气混气、供气示意。

 

S F 6和N 2通过减压阀和一个 流量控制阀，即混合在一起，混 合气通过一个流量计分别独立地 供应泵室和熔室，泵室和熔室的 气体流量可以分别独立调节，还 可以通过PLC对泵室的流量在各 个阶段进行控制，如在注料阶段 可加大气体流量，从而更经济、 安全地保证气体供应。保护气体 在进入熔炉时采用多管道多出口 分配，尽量接近液面且分配均 匀。现实生产中，这种供气已较 为成熟，且S F6耗量也较低。附 表为Rauch公司的几种熔炉的保 护气耗量参数。

 

（ 2）当前气体保护装置存 在的不足 SF6在镁合金压铸生产 中应用较为普遍，但也存在着一 些问题，比如安全、环保等方 面，如何解决这些问题，也是镁 合金产业面临着的一个课题。 保护气体可能与设备发生反 应，如S F6与坩埚反应形成孔状 FeF3和Fe2O3, SF6浓度过高会使坩 埚起皮增加，起皮会进一步与镁 液发生剧烈反应。

 

3Mg+Fe2O3=3MgO+2Fe

 

3Mg+2FeF3=3MgF2+2Fe

 

此外，反应还可能生成S O 2 和S O2F2，它们会与水蒸气发生 反应，然后被起皮吸收，进一步 腐蚀坩埚。温度升高和S F6浓度 增加会使腐蚀加剧，因而应避免 纯净的SF6气体通入坩埚。

 

S F 6气体虽然无毒，但密度 大，如果在车间沉积过多，有可 能引起缺氧，产生窒息，因此车 间现场必须注意通风。

 

S F 6具有很强的吸收长波能 力，而且在空气中的滞留时间 长，其温室效应为C O 2的23900 倍。 1997年，世界上160个国家 在日本召开会议，达成包括S F6 的6种温室气体， 2010年排放量 比1990年减少5.2%。 SO2气体的 使用由于其特性（毒性气体）而 受到限制，国外在使用S F6已开 发出一种回收设备，但由于成本 昂贵，推广受到了一定限制。因 此，开发一种替代S F6的保护气 体也是镁合金产业亟待解决的问 题。

 

 

2. 熔化装置

 

( 1）炉室 先进的镁合金熔 炼炉都采用双室结构（见图5）， 即熔炼室与保温室分开，这样设 置可避免保温区金属液温度的大 幅波动，同时上下挡板的位置可 避免熔渣进入压室，影响铸件品 质，设计熔炉时，要使镁液表面 与体积比最小，坩埚和盖子之间 要很好地配合与密封。

 

（ 2）炉体 镁合金熔炉的 炉体一般采用双层材料（见图 6），内层为耐腐蚀的不锈钢材 料，一般选用不含Ni的不锈钢， 因为即使少量的N i进入镁合金 中，也会造成镁原料抗腐蚀能力 大幅下降，外层为耐热钢材，最 好通过焊接结合在一起。

 

 

 

3. 定量浇注系统

 

由于镁合金的熔炼是在密闭 的条件下进行，对于热室压铸机 来说，料壶和打料系统也浸在镁 液中，可以实现供料及打料的自 动化；对于冷室压铸机来说，则 需要定量浇注系统从熔炉中向压 铸机压室浇注。目前，已经开发 应用的镁合金定量浇注系统有叶 轮式、气压式、活塞式等几种。

 

4. 镁合金熔炼炉的其他装置

 

为了便于镁合金熔炉和压铸 机连接并便于生产，还需要一些其 他装置，如用于冷室压铸机熔炉的 三维定位装置，可以实现熔炉的旋 转、平移、升降，以方便与压铸机 的配套与日常维护、保养。

 

对于镁合金热室压铸机，料 壶、冲头环等热作件也是重要的 一点，镁合金热室压铸温度一般 在630~650℃，温度远高于锌合 金。热作件工作在高温的镁合金 液中，不但要具有良好的高温强 度，而且要有耐镁合金液的腐蚀 性能。由于工作条件非常恶劣， 因此对所用材料有特殊的要求。 镁合金本身化学性质活泼，对热 作件材料有腐蚀作用，在生产中 又有保护气体的腐蚀，另外其工 作温度高，压射速度快等，对热 作件材料的高温性能有更高的要 求。压铸镁合金熔炉热作件材料 的研究成为影响压铸镁合金发展 的重要因素之一。

 

另外镁锭在加入熔炉以前， 一定要预热到150℃以上，以去 除镁锭中的水气，以免加入熔炉 时引起爆炸的危险，镁锭预热以 后加入还可以避免引起镁液温度 大的波动，增加熔化炉的熔化效 率。因此，镁合金熔炉要配置保 温炉式自动预热装置，还可以连 接自动喂料装置，将预热后的镁 锭自动加入熔炉中。

 

 

随着镁合金压铸在国内外的 迅速发展，镁合金熔炼定量炉也 越来越引起重视。我国的镁熔炉 经历了从使用覆盖剂到引进先进 的国外气体保护定量炉的转变， 进口熔炼炉价格较高，维修备件 也有一定的周期且费用较高。镁 合金压铸行业的快速发展推动了 熔炼炉的技术更新，目前国内已 有一些厂家生产出气体保护镁熔 炼定量炉，但在可靠性方面还有 待改善。因此，开发出一种性能 可靠的、安全的、适合我国国情 的镁合金熔炼定量炉是镁合金产 业面对的一项重要任务。

 

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