熔煉坩堝封閉式坩堝

通常采用的封閉式鎂合金熔煉坩堝的結(jié)構(gòu)與普通的敞開式坩堝有較大的區(qū)別。為了通入保護(hù)氣體，坩堝必須具有封閉的結(jié)構(gòu)（非密閉會(huì)有保護(hù)氣體泄漏）。下圖所示為坩堝的結(jié)構(gòu)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?zé)犭娕嫉娜肟冢硪环矫?，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(jìn)入熔化狀態(tài)的鎂液中，加上在坩堝內(nèi)部通入保護(hù)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(jié)構(gòu)。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(jié)合的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。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(duì)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(huì)產(chǎn)生氧化皮的脫落，沒有劇烈的氧化，從而具有較長(zhǎng)的壽命。

雙層坩堝的另一突出優(yōu)點(diǎn)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(shí)，由于有外層坩堝的阻擋作用，也不會(huì)發(fā)生鎂液的燃燒。但是不足之處是傳熱效率會(huì)降低。

鎂熔體不會(huì)像鋁熔體一樣與鐵發(fā)生反應(yīng)，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(shí)，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(yán)重影響鎂合金的耐蝕性，因此鋼坩堝中這兩種元素的（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）應(yīng)分別控制在0. 10%以下。熔煉鎂合金之前，按下圖要求準(zhǔn)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(shí)，通常會(huì)在坩堝底部形成熱導(dǎo)率較低的殘?jiān)Ｈ绻欢ㄆ谇宄@些殘?jiān)?，則會(huì)導(dǎo)致坩堝局部過熱，并且坩堝表面會(huì)生成過量的氧化皮。坩堝壁上沉積過量的氧化物也會(huì)導(dǎo)致坩堝局部過熱。因此，記錄每個(gè)坩堝熔化爐料的次數(shù)應(yīng)當(dāng)作為一項(xiàng)日常安全措施。坩堝必須定期用水浸泡，去除所有的結(jié)垢。通常無熔劑熔煉方法的結(jié)垢比較少。

對(duì)熔煉坩塌的要求存原則同對(duì)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(yīng)時(shí)，溫度可接近達(dá)到鐵的沸點(diǎn)（2730℃）。這樣高的溫度大多數(shù)超過了耐火材料的熔點(diǎn)。加之考慮大量鋁熱反應(yīng)時(shí)對(duì)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(diǎn)。但它與普通冶金爐不同，包括反應(yīng)時(shí)間與傾注時(shí)間在內(nèi)，處于上述壓力下的時(shí)間最大為兩分鐘。因此，如細(xì)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(yīng)期間及打開出鋼口后，熔渣與鐵的沖刷作用。對(duì)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(diǎn)。

3、對(duì)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(dǎo)熱能力要低。

6、對(duì)機(jī)械應(yīng)力的敏感性要低。

典型的坩堝結(jié)構(gòu)見圖1。

真空感應(yīng)熔煉的熔煉工藝包 括坩堝的選擇與制備，爐料準(zhǔn)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(shè)備的生產(chǎn)率和金屬成品的質(zhì)量。通常小爐選用預(yù)制坩堝;較大熔煉爐(>250kg)采用打結(jié)法制備坩堝較為經(jīng)濟(jì)。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(xué)性質(zhì)。對(duì)熔點(diǎn)較低而又不與碳反應(yīng)的金屬，如鈾與銅，可選用石墨坩堝;對(duì)含化學(xué)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(jì)80年代真空感應(yīng)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(yīng)，從而可用真空感應(yīng)爐熔煉鈦、鋯等活性金屬;用預(yù)制氧化鈣坩堝可大大提高熔煉金屬的質(zhì)量。

爐料準(zhǔn)備

真空感應(yīng)熔煉用的原材料需經(jīng)仔細(xì)化驗(yàn)和選擇，如對(duì)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(jià)格買低雜質(zhì)含量的原料，從而節(jié)省真空感應(yīng)凈化所需時(shí)間;同理，在使用返回料時(shí)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(shí)希望有一定量的碳，這樣在料熔化時(shí)碳可以充分脫氧，又起攪拌作用;相反在煉制超低碳合金時(shí)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(qiáng)烈噴濺損失，必要時(shí)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(yīng)注意熔池得到充分?jǐn)嚢枰岳诮饘僖撼煞志鶆蚝透鞣N冶金反應(yīng)的進(jìn)行;精煉期溫度應(yīng)選擇適當(dāng)，溫度高有利于提高反應(yīng)速度，但溫度過高會(huì)由于金屬液與坩堝材料反應(yīng)加速，從而導(dǎo)致金屬液含氧量增高等不利影響;精煉期真空度應(yīng)達(dá)到抽氣設(shè)備實(shí)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(shì)，只有在煉制需要加入易揮發(fā)合金元素時(shí)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(zhǔn)備澆注。

澆注

澆注工藝直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。首先是精確控制澆注溫度，選擇澆注溫度應(yīng)使金屬液具有良好流動(dòng)性，但不要使金屬液過熱導(dǎo)致燒傷模壁及冷凝產(chǎn)生的二次夾雜增多等缺點(diǎn)。其次采取措施防止浮渣等進(jìn)入鑄模，使用帶擋渣板的導(dǎo)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(duì)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(yīng)加熱等辦法。