CN108060317B - 一种金属镁及镁合金精炼方法 - Google Patents

一种金属镁及镁合金精炼方法 Download PDF

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Abstract

一种镁合金精炼方法，包括提供一种坩埚及一种过滤板，所述过滤板的直径小于坩埚的内径，过滤板上设有若干过滤孔。首先将精炼剂和粗镁依次放入所述坩埚中加热熔化得到金属镁熔液；其次进一步加热坩埚，在金属熔液中依次加入中间合金和覆盖剂，进行搅拌精炼后得到镁合金熔液；然后向坩埚内水平置入前述过滤板，使得过滤板沿圆筒段沉降至台阶处，以便将直径大于过滤孔的杂质聚集到埚底部；最后将坩埚中位于过滤板上方的镁合金熔液取出完成精炼，该方法安全可靠，成本较低，并且可大幅提高镁合金的纯度。

Description

一种金属镁及镁合金精炼方法
技术领域
本发明涉及金属冶炼领域，具体涉及一种金属镁及镁合金的精炼方法。
背景技术
镁合金由于具有密度小、比强度和比刚度高，良好的减震性能、散热性能、阻尼性能、电磁屏蔽能力和充型流动性以及易于回收再利用等一系列优点而在汽车、通讯设备和电子行业中具有广泛的应用前景。
金属镁是生产镁合金的原料，金属镁的工业生产主要采用硅热法，其工艺过程如下：将炼镁原料白云石进行煅烧，获得的煅白连同硅铁、萤石按比例混合，进行细磨、压球，压好的球团放入还原罐中，接着对还原罐密封抽真空并将其加热到1200℃以上，使硅铁在真空高温条件下还原煅白产生镁蒸气，冷凝镁蒸汽获得粗镁，粗镁进一步熔炼提纯获得精镁。镁合金通常由金属镁经过熔炼合金化得到，镁合金熔炼过程中，熔体中夹杂物会使镁合金凝固后组织疏松，影响镁合金的力学性能、塑性变形能力和耐蚀性能，降低成材率。因此，镁合金熔炼过程中需采取有效措施控制熔体品质以提高产品质量。
目前，工业上熔炼镁及镁合金时主要采用熔剂精炼法来实现净化，其工艺原理：熔剂先在镁精炼炉的精炼坩埚炉熔化后，按步骤将粗镁和辅料直接加入精炼坩埚熔成液态，再加入精炼熔剂进行搅拌精炼造渣，充分搅拌后静置一段时间后将镁液表面浮渣和底部沉渣扒去，再转液浇铸成品。精炼过程中还需要添加灭火熔剂以防止镁燃烧，采用熔剂精炼时使用的熔剂量比较大，浮渣和底部沉渣难于完全去除，浇铸成型的镁合金锭易产生熔剂夹杂，从而影响成品质量，因此，镁行业内不断尝试新的用熔剂精炼法改进技术方案。
中国专利CN103820657B揭示的镁合金熔体复合净化方法，将镁合金原材料置入有气体保护的熔炉中熔化，把精炼熔剂加入镁合金熔体中进行净化处理；在对镁合金熔体进行静置、扒渣去皮后浇注到浇道口处放置有泡沫陶瓷过滤器的模具中完成浇铸，可以实现熔体净化。但是，该方法需要大量保护气体，生产成本较高，而且镁合金浇铸通常间歇性作业，被泡沫陶瓷过滤器滤剩的熔渣很快凝固，附于过滤器上，堵塞过滤器的滤孔，导致过滤器失效。
鉴于此，有必要开发一种高效的精炼方法来提高金属镁或镁合金的纯度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效净化镁合金熔液以达到提高镁合金成品质量的镁合金精炼方法。
为达到上述目的，本发明提供一种镁合金精炼方法，包括：
提供一种坩埚，所述坩埚包括圆筒段、位于圆筒段下方的逐步收拢的埚底部以及位于埚底部与圆筒段之间的台阶；
提供一种过滤板，所述过滤板的直径小于圆筒段的内径大于台阶的内径，所述过滤板上设有若干过滤孔；
首先将精炼剂和粗镁依次放入所述坩埚中加热熔化得到金属镁熔液；
其次进一步加热坩埚，在金属熔液中依次加入中间合金和覆盖剂，进行搅拌精炼后得到镁合金熔液；
然后向坩埚内水平置入前述过滤板，使得过滤板沿圆筒段沉降至台阶处，以便将直径大于过滤孔的杂质聚集到埚底部；
最后将坩埚中位于过滤板上方的镁合金熔液取出。
进一步地，所述过滤板包括设有若干通孔的基板、以及嵌入所述通孔内的过滤片，所述过滤片由陶瓷材料制成。
进一步地，所述通孔在基板的两侧分别具有第一开口及第二开口，所述第一开口的面积大于第二开口，第一开口位于基板的上表面或者下表面，所述过滤板还包括覆盖于第一开口上的网板，所述过滤片的侧壁与通孔的内壁贴合并通过网板的竖向压盖固定于基板上，所述网板与基板固定安装为一体。
进一步地，所述基板与网板之间通过卡扣件可拆卸地安装为一体，所述卡扣件为U字形。
进一步地，所述基板与网板通过竖直设置在两者之前的转轴铰性连接为一体。
进一步地，所述通孔及过滤片在水平方向上的横截面为方形。
本发明要解决的技术问题还在于能够提供一种能够有效净化金属镁熔液以达到提高镁锭纯度的金属镁精炼方法。
为达到上述目的，本发明提供一种金属镁精炼方法，包括：
提供一种坩埚，所述坩埚包括中空的柱状圆筒段、位于圆筒段下方的逐步收拢的埚底部以及位于埚底部与圆筒段之间的台阶；
提供一种过滤板，所述过滤板上设有由陶瓷材料制成的若干过滤孔，所述过滤板的直径小于圆筒段的内径大于台阶的内径；
首先将精炼剂和粗镁依次放入所述坩埚中进行搅拌加热，熔化得到金属镁熔液；
其次向坩埚内水平放入前述过滤板，使得过滤板沿圆筒段沉降至台阶处，以便将金属镁熔液中直径大于过滤孔的杂质聚集到埚底部；
最后将坩埚中位于过滤板上方的金属镁熔液取出。
进一步地，所述过滤板包括设有若干通孔的基板、以及嵌入所述通孔内的过滤片，所述过滤片由前述陶瓷材料制成。
进一步地，所述通孔在基板的两侧分别具有第一开口及第二开口，所述第一开口的面积大于第二开口，第一开口位于基板的上表面或者下表面，所述过滤板还包括覆盖于第一开口上的网板，所述过滤片的侧壁与通孔的内壁贴合并通过网板的竖向压盖固定于基板上，所述网板与基板固定安装为一体。
进一步地，所述通孔及过滤片在水平方向上的横截面为方形。
与现有技术相比，本发明所揭露的金属镁及镁合金的精炼方法，采用向熔液里放入过滤板，让过滤板在重力作用下沉降，以将熔渣推至坩埚底部实现金属熔体的净化，在大幅度提高金属镁及镁合金的品质同时也降低了生产成本。
附图说明
图1为符合本发明的坩埚第一实施例的剖视图。
图2为图1所示过滤板第一实施例的俯视图。
图3为图2所示过滤板的侧视结构示意图。
图4为图2所示过滤板的仰视图。
图5为图1所示坩埚工作状态时的示意图。
图6为图2至图4所示卡扣件的结构示意图。
图7为符合本发明的坩埚第二实施例的剖视图。
具体实施方式
本发明所揭示的坩埚用于将固态的金属粗镁冶炼成精镁或者镁合金，并且在熔炼过程中过滤掉较大颗粒的杂质以便提金属镁或者镁合金的纯度。显然，类似结构的坩埚还可以用于熔炼其他金属或者合金材料，但为方便描述与理解，后文仅举例说明如何利用坩埚精炼镁合金，其他类似金属的精炼不做赘述。
下面结合附图作进一步具体描述如，如图1和图5所示为符合本发明第一实施例的坩埚1000，其包括由埚壁10围成的中空柱状的圆筒段11和位于圆筒段11下部的缩颈段13，所述缩颈段13的内径小于圆筒段11，缩颈段13的下端具有一个埚底部12并且缩颈段13的上端与圆筒段11之间形成一个台阶101，所述圆筒段11内设有一个直径大于台阶101内径的过滤板2。过滤板2在镁合金熔液中沉降时，将较大直径的颗粒直接过滤、阻挡在过滤板2的下方，使得镁合金熔液被分为上部的清洁熔体区100和下部的混渣熔体区200，采用清洁熔体区100的镁合金熔液浇注可以获得高纯的镁锭或者镁合金产品，以实现精炼目的，所述过滤板2优选为陶瓷材料制成，但是如果整个过滤板2均由陶瓷材料制成的话，制造成本较高也加工难度较大，因此可以采用在过滤板2上局部设有由陶瓷材料制成的过滤孔(未标号)的方式来降低成本。
本领域技术人员容易想到的是，在其他实施例中，所述台阶101也可通过在圆筒段11内固定设置一个环状支持圈(未图示)或者从坩壁10的内侧局部突出设置几个支撑部(未图示)来替代，但是优选地，以所述台阶101能将过滤板2水平托住为宜。另，请直接参考图7，图7揭示了符合本发明第二实施例的坩埚1000’，在第二实施例中，由于圆筒段11’下部的凹陷状埚底部12’本身就具有支撑过滤板2的功效，因此在坩埚1000’中，台阶101也可以省略掉，藉此进一步降低了制造加工成本。
下面结合如图2至图4所示，揭露一种低成本的过滤板2的结构。所述过滤板2包括设有具有若干通孔213的基板21、以及嵌入所述通孔213内的过滤片22。所述过滤片22由具有细小过滤孔的陶瓷材料制成，所述过滤孔可透过熔融状态的镁合金熔体，而熔渣及大颗粒则无法通入。过滤片22具有倾斜设置的侧壁(未标号)，所述通孔213在基板21的两侧分别具有第一开口(未标号)及第二开口(未标号)，其中所述第一开口的面积大于第二开口，藉此形成通孔213的锥形内壁。所述过滤板2还包括覆盖于第一开口上的网板23，所述过滤片22的侧壁与通孔的内壁贴合并通过网板23的竖向压盖固定于基板21上，网板23与基板21固定安装为一体。
优选地，所述过滤片22的厚度与基板21的厚度大致相同，为了防止过滤片22在通孔213中晃动产生缝隙，过滤片22的厚度与基板21的厚度相同时过滤效果最好。另外，为了让过滤板2能在镁合金熔液中沉降下去，所述过滤板2的平均密度必须大于镁合金液的密度，否则要靠外力挤压，这不利于降低工艺成本。即是说基板21的材质选择必须满足以下条件：基板的熔点远高于镁合金的熔点，并且加上陶瓷材料制成的过滤片22后还要让过滤板2能从镁合金熔液中沉降。
所述通孔213及过滤片22在水平方向上的横截面为方形，这样有利于加工制造，当然该横截面也可以制成圆形或者其他形状，只是加工难度会增加。在第一实施例中，所述通孔213的第一开口位于基板21的上表面211，因此网板23自上而下地盖住过滤片22，以防止过滤片22从通孔213中逃脱。在其他实施例中，面积较大的第一开口也可以设置在基板21的下表面212，此时，只需将网板23安装于基板21下方，使网板23自下而上地盖住过滤片22即可实现固定住过滤片22的目的，并不影响过滤板2的使用效果。
如图6所示，所述基板21与网板23之间通过卡扣件24可拆卸地安装为一体，所述卡扣件24为U字形，卡扣件24均匀地分布于过滤板2的周围并将网板23与基板21紧紧地卡在一起，在圆筒段11的内部，由于过滤板2的直径接近圆筒段11的内径，因此没有多余的空间让卡扣件24脱离过滤板2，同时由于过滤板2具有一定的厚度，因此也不容易在圆筒段11内发生翻覆现象，具有较好的可靠度。同时，均匀设置在基板21周边上的拉取部214用于固定安装吊绳(未图示)，过滤板2在吊绳的牵引下保持平衡，并且在重力作用下自上而下的沉降同时过滤镁合金熔液中的颗粒使之集中到坩埚1000的底部，通过吊绳搬运过滤板2至圆筒段11外，可以实现过滤片22的快速更换和清洗疏通。在其他实施例中，所述网板23与基板21也可以通过采用转轴(未图示)铰性连接的方式固定安装为一体，此时，绕转轴将网板23从基板21的表面转开，过滤片22可从基板21上取出更换清理，绕转轴将网板23转回覆盖基板21的表面后，安装于基板21上的过滤片22将被网板23固定。
基于上述坩埚1000以及过滤板2，本发明揭示一种镁合金的精炼方法，该方法包括如下步骤：
提供一种坩埚1000，所述坩埚1000包括由埚壁10围成的圆筒段11、位于圆筒段11下方的逐步收拢的埚底部12以及位于埚底部12与圆筒段11之间的台阶101；
提供一种过滤板2，所述过滤板2的直径小于圆筒段11的内径并且大于台阶101的内径，所述过滤板2上设有若干过滤孔(未标号)；
首先将精炼剂和粗镁依次放入所述坩埚中加热熔化得到金属镁熔液；
其次进一步加热坩埚1000，在金属熔液中依次加入中间合金和覆盖剂，进行搅拌精炼后得到镁合金熔液；
然后向坩埚内水平置入前述过滤板2，使得过滤板2沿圆筒段11沉降至台阶101处，以便将直径大于过滤孔的杂质聚集到埚底部12，此时镁合金熔液被分为过滤板2上部的清洁熔体区100和过滤板2下部的混渣熔体区200；
最后将坩埚1000中位于过滤板上方的清洁熔体区100内的镁合金熔液取出进行保温存储或者直接浇注成型等工序。
在上述镁合金的精炼方法中，过滤板2可以是陶瓷材料制成的整片结构，也可以是由基板21与过滤片22及网板23组合的结构。
同时，本发明也揭示一种金属镁的精炼方法，仅需在上述步骤中，得到粗镁炼制的金属镁熔液后不再加入中间合金和覆盖剂即可，粗镁经过过滤板2的过滤后，可以浇注成高纯度的镁锭，另外，坩埚1000’也同样可以用于上述精炼方法，具体步骤不在赘述。
在上述精炼方法中，所述精炼剂及覆盖剂分别由氯化镁、氯化钾、氯化钠、氟化钙、氟化镁、氧化镁及水不溶物杂质组成，其中氯化镁、氯化钾、氯化钠、氟化钙、氟化镁、氧化镁及水不溶物杂质的质量百分比含量依次为30～49％、22～33％、10～28％、3～10％、1～4％、0.5～3％、2～10％，所述精炼熔剂添加量为熔体质量的0.5～5％。从经济角度综合考虑，上述搅拌时间为10～25分钟为宜，过滤板2达到台阶101位置后，建议静置5～25分钟后再取出利用为最佳。
与现有技术相比，本发明所揭露的金属镁及镁合金的精炼方法，采用向镁合金熔体里放入过滤板2，让过滤板2在重力作用下沉降，以将熔渣推至埚底部12的方式实现金属熔液的净化，在大幅度提高金属镁及镁合金的品质同时也降低了生产成本。

Claims (10)

1.一种镁合金精炼方法，包括：
提供一种坩埚，所述坩埚包括圆筒段、位于圆筒段下方的逐步收拢的埚底部以及位于埚底部与圆筒段之间的台阶；
提供一种过滤板，所述过滤板的直径小于圆筒段的内径大于台阶的内径，所述过滤板上设有若干过滤孔；
首先将精炼剂和粗镁依次放入所述坩埚中加热熔化得到金属镁熔液；
其次进一步加热坩埚，在金属熔液中依次加入中间合金和覆盖剂，进行搅拌精炼后得到镁合金熔液，其中所述过滤板的平均密度大于镁合金液的密度；
然后向坩埚内水平置入前述过滤板，使得过滤板沿圆筒段沉降至台阶处，以便将直径大于过滤孔的杂质聚集到埚底部；
最后将坩埚中位于过滤板上方的镁合金熔液取出。
2.如权利要求1所述的镁合金精炼方法，其特征在于：所述过滤板包括设有若干通孔的基板、以及嵌入所述通孔内的过滤片，所述过滤片由陶瓷材料制成。
3.如权利要求2所述的镁合金精炼方法，其特征在于：所述通孔在基板的两侧分别具有第一开口及第二开口，所述第一开口的面积大于第二开口，第一开口位于基板的上表面或者下表面，所述过滤板还包括覆盖于第一开口上的网板，所述过滤片的侧壁与通孔的内壁贴合并通过网板的竖向压盖固定于基板上，所述网板与基板固定安装为一体。
4.如权利要求3所述的镁合金精炼方法，其特征在于：所述基板与网板之间通过卡扣件可拆卸地安装为一体，所述卡扣件为U字形。
5.如权利要求3所述的镁合金精炼方法，其特征在于：所述基板与网板通过竖直设置在两者之前的转轴铰性连接为一体。
6.如权利要求2所述的镁合金精炼方法，其特征在于：所述通孔及过滤片在水平方向上的横截面为方形。
7.一种金属镁精炼方法，包括：
提供一种坩埚，所述坩埚包括中空的柱状圆筒段、位于圆筒段下方的逐步收拢的埚底部以及位于埚底部与圆筒段之间的台阶；
提供一种过滤板，所述过滤板上设有由陶瓷材料制成的若干过滤孔，所述过滤板的直径小于圆筒段的内径大于台阶的内径；
首先将精炼剂和粗镁依次放入所述坩埚中进行搅拌加热，熔化得到金属镁熔液，其中所述过滤板的平均密度大于镁合金液的密度；
其次向坩埚内水平放入前述过滤板，使得过滤板沿圆筒段沉降至台阶处，以便将金属镁熔液中直径大于过滤孔的杂质聚集到埚底部；
最后将坩埚中位于过滤板上方的金属镁熔液取出。
8.如权利要求7所述的金属镁精炼方法，其特征在于：所述过滤板包括设有若干通孔的基板、以及嵌入所述通孔内的过滤片，所述过滤片由前述陶瓷材料制成。
9.如权利要求8所述的金属镁精炼方法，其特征在于：所述通孔在基板的两侧分别具有第一开口及第二开口，所述第一开口的面积大于第二开口，第一开口位于基板的上表面或者下表面，所述过滤板还包括覆盖于第一开口上的网板，所述过滤片的侧壁与通孔的内壁贴合并通过网板的竖向压盖固定于基板上，所述网板与基板固定安装为一体。
10.如权利要求8所述的金属镁精炼方法，其特征在于：所述通孔及过滤片在水平方向上的横截面为方形。
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