熔煉坩堝對熔燎坩堝的要求

對熔煉坩塌的要求存原則同對所自冶金爐的要求一樣。其中坩堝的砌襯與內(nèi)襯的耐火性最為重要。鍋熱反應時，溫度可接近達到鐵的沸點（2730℃）。這樣高的溫度大多數(shù)超過了耐火材料的熔點。加之考慮大量鋁熱反應時對內(nèi)襯上的鋼水壓力，一般超過了最好的耐火材料的軟化點。但它與普通冶金爐不同，包括反應時間與傾注時間在內(nèi)，處于上述壓力下的時間最大為兩分鐘。因此，如細心地掌握投入的焊劑重量，坩堝內(nèi)襯一般能耐受這種情況，直到焊接完成為止。除溫度影響外，還有在反應期間及打開出鋼口后，熔渣與鐵的沖刷作用。對于熔煉坩堝的要求條件可以歸納如下：

1、最高的耐火性能。

2、最高的耐受壓力的軟化點。

3、對于鋼液與熔渣液要能完全保持中和作用。

4、可以更換內(nèi)村管。

5、內(nèi)襯的導熱能力要低。

6、對機械應力的敏感性要低。

通常采用的封閉式鎂合金熔煉坩堝的結構與普通的敞開式坩堝有較大的區(qū)別。為了通入保護氣體，坩堝必須具有封閉的結構（非密閉會有保護氣體泄漏）。下圖所示為坩堝的結構示意圖。

坩堝蓋具有非常重要的功能。一方面，在它上面有加料口、清理口和熔池熱電偶的入口，另一方面，它阻隔了金屬鎂液與周圍的空氣。坩堝蓋的密封作用可防止空氣進入熔化狀態(tài)的鎂液中，加上在坩堝內(nèi)部通入保護性氣體，從而避免了鎂的氧化和燃燒，減少了金屬鎂的損失。

鎂合金的熔爐大多采用雙層坩堝結構。坩堝內(nèi)層為耐熱低合金鋼板，外層為高鎳鉻不銹鋼板。兩層鋼板最好是緊密結合的復合材料結構。這樣，與鎂液接觸的內(nèi)—層坩堝不含Ni等降低耐腐蝕性的元素，避免了對鎂液的污染；另一方面，外層坩堝具有高溫抗氧化性，雖然與空氣接觸，但不會產(chǎn)生氧化皮的脫落，沒有劇烈的氧化，從而具有較長的壽命。

雙層坩堝的另一突出優(yōu)點是保證了安全性。即使內(nèi)層坩堝產(chǎn)生裂紋等破壞現(xiàn)象而發(fā)生鎂液泄漏時，由于有外層坩堝的阻擋作用，也不會發(fā)生鎂液的燃燒。但是不足之處是傳熱效率會降低。

鎂熔體不會像鋁熔體一樣與鐵發(fā)生反應，因此可以用鐵坩堝熔化鎂合金并盛裝熔體。通常采用低碳鋼坩堝來熔煉鎂合金和澆注鑄件，特別是在制備大型鎂合金鑄件時，大多采用低碳鋼坩堝，

熔煉鎂合金的坩堝容量一般在50~350kg范圍內(nèi)。小型坩堝常常采用w<0.12%的低碳鋼焊接件制作；鎳和銅嚴重影響鎂合金的耐蝕性，因此鋼坩堝中這兩種元素的（質量分數(shù)）應分別控制在0. 10%以下。熔煉鎂合金之前，按下圖要求準備坩堝。

舊坩堝可繼續(xù)使用的最小壁厚要求見下圖。

在鎂合金的熔煉過程中，特別是采用熔劑熔煉工藝時，通常會在坩堝底部形成熱導率較低的殘渣。如果不定期清除這些殘渣，則會導致坩堝局部過熱，并且坩堝表面會生成過量的氧化皮。坩堝壁上沉積過量的氧化物也會導致坩堝局部過熱。因此，記錄每個坩堝熔化爐料的次數(shù)應當作為一項日常安全措施。坩堝必須定期用水浸泡，去除所有的結垢。通常無熔劑熔煉方法的結垢比較少。

典型的坩堝結構見圖1。

真空感應熔煉的熔煉工藝包 括坩堝的選擇與制備，爐料準備，熔化和精煉以及澆注等。

坩堝的選擇與制備

坩堝的壽命和坩堝與液態(tài)金屬相互作用直接影響設備的生產(chǎn)率和金屬成品的質量。通常小爐選用預制坩堝;較大熔煉爐(>250kg)采用打結法制備坩堝較為經(jīng)濟。用得最廣泛地是不同純度的氧化鋁和氧化鎂為基的耐火材料，選用何種耐火材料取決于被熔合金的化學性質。對熔點較低而又不與碳反應的金屬，如鈾與銅，可選用石墨坩堝;對含化學活性多的合金則可選用氧化鈣或氧化釔穩(wěn)定化的氧化鋯耐火材料。20世紀80年代真空感應爐的坩堝材料有了重要發(fā)展，用水冷銅片鑲制坩堝可徹底免除坩堝與金屬液間反應，從而可用真空感應爐熔煉鈦、鋯等活性金屬;用預制氧化鈣坩堝可大大提高熔煉金屬的質量。

爐料準備

真空感應熔煉用的原材料需經(jīng)仔細化驗和選擇，如對在真空中不易去除的磷與硫的含量加以限制;經(jīng)過熔煉雖然可以脫除原料中含有的氧與氮等氣體，但寧肯花稍高的價格買低雜質含量的原料，從而節(jié)省真空感應凈化所需時間;同理，在使用返回料時必須清除氧化皮、油、脂及其他易揮發(fā)污物。

熔化與精煉

在第一批裝料中含有全部非活性合金元素，同時希望有一定量的碳，這樣在料熔化時碳可以充分脫氧，又起攪拌作用;相反在煉制超低碳合金時則配有過量氧以便在熔化期充分脫碳。熔化期要避免激烈沸騰造成金屬液強烈噴濺損失，必要時在熔化期通入一定壓力的氬氣以抑止金屬液沸騰。在精煉期應注意熔池得到充分攪拌以利于金屬液成分均勻和各種冶金反應的進行;精煉期溫度應選擇適當，溫度高有利于提高反應速度，但溫度過高會由于金屬液與坩堝材料反應加速，從而導致金屬液含氧量增高等不利影響;精煉期真空度應達到抽氣設備實際的最高值，通常在1.33～0.13 N/m(之間，以發(fā)揮真空冶煉的優(yōu)勢，只有在煉制需要加入易揮發(fā)合金元素時才通入氬氣阻止揮發(fā)損失;一般活性合金組元在金屬液充分脫氧后加入，然后調(diào)整熔池溫度準備澆注。

澆注

澆注工藝直接影響產(chǎn)品質量。首先是精確控制澆注溫度，選擇澆注溫度應使金屬液具有良好流動性，但不要使金屬液過熱導致燒傷模壁及冷凝產(chǎn)生的二次夾雜增多等缺點。其次采取措施防止浮渣等進入鑄模，使用帶擋渣板的導流槽能得到良好效果;80年代研制出的各種泡沫陶瓷過濾器，對高溫合金起到明顯減小夾雜的凈化效果。為了填充鑄錠縮孔，可使用發(fā)熱保溫帽、絕熱保溫帽、電弧加熱和感應加熱等辦法。