CN117583563A - 镁合金多液流顺序合金化净密铸锭方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了镁合金多液流顺序合金化净密铸锭方法及其装置，属于镁合金熔炼技术领域。该装置包括炉体，多个熔合组件，熔合组件包括坩埚和加热组件，坩埚的顶部与合金液导入管、热态保护气体导入管、合金液导出管、通气阀连通；坩埚底部设有出渣口；坩埚外侧设有加热组件；除渣组件，其设于坩埚底部，除渣组件包括渣液分离器、滤渣板，渣液分离器与合金液导出管连通；热态保护组件包括气体加热器、热态气体布风装置和进气口；净密铸锭组件、其包括中间舱、结晶器、降温装置和引锭器。采用本发明的镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，可以在不显著改变现有装置构型与成本投入的前提下，有效保障全过程合金铸锭品质。

Description

镁合金多液流顺序合金化净密铸锭方法及其装置

技术领域

本发明涉及镁合金熔炼技术领域，更具体的涉及镁合金多液流顺序合金化净密铸锭方法及其装置。

背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料，其在交通运输装备轻量化领域应用潜力巨大。镁合金在轻量化应用方面意义巨大，半连续铸锭是上述变形镁合金承力结构制件加工成形的主要原材料形式，通过对半连续铸锭合理塑性成形加工，如挤压、轧制、锻造而形成的长大挤压型材、轧制板材及体积成形制件，可较好地支持轻量化装备的制造过程实现。

净密铸锭，即要保证镁合金凝固成形过程中洁净性与致密性，是镁合金作为工业规模化应用的基础技术保证，稳定高效地实现净密铸锭对镁合金半连续铸锭环节意义重大，可以合理预期，与此关联的后续热处理强化、塑性成形(如挤压、轧制、锻造等)品质会稳定提升，促进镁合金下游应用。

现有工业镁合金铸锭技术一般采用半连续铸造方法，然而由于对镁合金内禀性能的认知不足，例如镁合金铸造全过程一般对铸造环境极为敏感，易形成相关环境作用产物劣化铸锭性能等，导致一般镁合金铸锭良率较低且不稳定，由此导致生产成本居高不下，不利于镁合金品质化设计与应用推广。

一般的铸锭系统多采用“单液流混合浇铸”，即将纯镁及所有的合金物料放入唯一的坩埚中熔化均匀后，然后通过移液管吸注或者坩埚倾倒将合金化熔体置入凝固装置凝固成形(参照图1中的左图)。上述方案对于只包含独立组元的合金系统较为适用，一般通过熔剂辅助纯净化并与合金化过程同时进行，容易将未除净杂质或过量添加的熔剂引入浇铸过程进而残留在最终合金制品影响性能发挥。

并且对于有反应组元特别是生成大于熔体平均密度的第二相存在，可能沉降坩埚底部，或熔剂吸附沉降的氧化夹杂混合形成底渣，导致反应组元无法有效进入凝固铸锭中，最终所得铸锭的成分和组元与设计不符，无法实现精准合金化效应。

发明内容

针对以上问题，本发明基于镁及镁合金材料高温熔体易氧化等内禀特性，提出了一种工业镁合金净密铸锭方法及其装置，在不显著改变现有装置构型与成本投入的前提下，可有效保障全过程合金铸锭品质，特别是对镁合金熔体氧化物夹杂的去除及合金化的精准设计方面提升明显，实现了镁合金铸锭的高品质化设计与应用。

本发明的第一个目的是提供一种镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，包括炉体，还包括：

多个熔合组件，所述熔合组件包括坩埚和加热组件，所述坩埚的顶部分别连通有与合金液导入管的一端、热态保护气体导入管的一端、合金液导出管的一端、通气阀的一端；所述坩埚底部设有出渣口；所述坩埚外侧设有所述加热组件；

除渣组件，其设于坩埚底部，所述除渣组件包括渣液分离器、滤渣板，所述渣液分离器与所述合金液导出管的一端连通；所述滤渣板与所述合金液导出管的侧壁连接；

热态保护组件，包括气体加热器、热态气体布风装置和进气口；所述进气口设于所述气体加热器底部，且与所述气体加热器连通，所述气体加热器与所述热态保护气体导入管的另一端连通；所述热态气体布风装置与所述热态保护气体导入管连通；

净密铸锭组件，包括中间舱、结晶器、降温装置和引锭器，所述合金液导出管的另一端与所述中间舱连通，设于所述热态气体布风装置环绕设置在所述中间舱上，所述中间舱底部与所述结晶器连通，所述结晶器上设有降温装置，所述引锭器设于所述结晶器底部。

在本发明的一个实施例中，所述渣液分离器包括上圆形组件和下圆形组件；

所述上圆形组件包括内圆形结构支撑板、上底板、多个外分流肋板、多个内分流肋板、过滤网；所述内圆形结构支撑板与所述上底板固定连接，所述上底板的中心处设有出液口，所述上圆形组件通过所述出液口与所述合金液导出管的一端连通，多个所述内分流肋板和多个所述外分流肋板以出液口为中心从内到外环状设于所述上底板，多个所述内分流肋板之间及多个所述外分流肋板之间插接所述过滤网；

所述下圆形组件包括外圆形结构支撑板、槽板、下底板；所述外圆形结构支撑板与所述下底板固定连接，所述下底板上设有多个入液口，所述槽板与所述下底板固定连接；

所述内圆形结构支撑板配合所述外圆形结构支撑板进行扣接。

在本发明的一个实施例中，所述滤渣板通过连接杆与所述合金液导出管的侧壁连接；所述滤渣板上设有滤渣孔、入液孔和转动封盖，所述转动封盖与所述滤渣板转动连接，通过所述转动封盖的转动实现对所述入液孔的封堵与开孔。

在本发明的一个实施例中，所述结晶器内设有石墨成形通道；

所述降温装置包括水冷管路和喷淋装置，所述水冷管路设于所述石墨成形通道内壁，所述喷淋装置设于结晶器石墨成形通道下端环形邻侧。

在本发明的一个实施例中，所述坩埚包括坩埚锅体和钢制炉盖，所述坩埚锅体由外到内依次包括钢制锅体、钢制吊装框架、导热缓冲垫、高纯高密度石墨坩埚舱室。

在本发明的一个实施例中，所述合金液导入管、所述合金液导出管、所述热态保护气体导入管上均设有保温层。

本发明的第二个目的是提供一种镁合金多液流顺序合金化净密铸锭方法，基于上述净密铸锭装置，包括以下步骤：

装料前，合金液导入管、合金液导出管通过电加热升温使得管壁温度高于合金熔点50℃以上；

冷态惰性气体由进气口进入气体加热器，加热气体温度至600-800℃，通过热态气体导入管进入坩埚内形成热态惰性气体保护氛围；热态气体布风装置用于保护中间舱与结晶器内的镁合金熔体液面不受氧化污染与低温环境影响；

将多个待熔化的镁合金原料分别置于多个所述坩埚内在热态惰性气体保护氛围下进行熔炼形成部分合金化熔体后，将渣液分离器、滤渣板与合金液导出管连接下降至坩埚底部进行部分合金化熔体除渣，得到多个纯净的部分合金化熔体；

将多个纯净的部分合金化熔体分别通过多个合金液导出管流入最终合金化坩埚的合金液导入管，然后进入到坩埚内进行混合，将渣液分离器、滤渣板与合金液导出管连接下降至坩埚底部对进行部分合金化熔体除渣，得到最终镁合金熔体；

最终镁合金熔体通过合金液导出管依次输送到中间舱；然后流入结晶器，在所述降温装置的作用下进行冷却，凝固成形后通过引锭器拉出，拉出过程对铸锭进行二次冷却。

在本发明的一个实施例中，镁合金原料为纯度＞99.98％的高纯镁，纯度＞99.99％的高纯锌，纯度＞99.99％的高纯铝。

在本发明的一个实施例中，惰性气体为纯度为99.999％以上的氩气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明基于镁及镁合金的内禀功能特性，针对工业镁合金设计了“低氧化夹杂全过程品质化技术”，实现了净密铸锭成形，可显著提升下游热处理强化、塑性成形制造及表面防护过程中基材服役性能。

本发明首先将部分独立组元组合混合熔化，并通过过程除杂保证得到纯净的部分合金化溶液，然后将各个部分纯净化后的合金化溶液按照设计反应顺序完成浇铸，在浇铸过程生成设计的反应组元并均匀分散在顺序浇铸的混合熔体中，保证最终制备纯净的、合金组元精准可控的、组织均匀致密的镁合金原材料。

本发明设置了除渣装置，待物料完全熔化形成部分合金化熔体后，将渣液分离器与滤渣板随同合金液导出管连接一同下降至坩埚底部，一方面通过滤渣板清滤大尺寸熔渣，具体通过均匀分布的滤渣孔进行过滤，另一方面利用渣液分离器进行二次过滤，具体的，外分流肋板与内分流肋板环状均匀分布，通过同层分流肋板间隔区域插接的过滤网实现二次滤渣；本发明通过除渣装置可以及时有效的去除熔炼过程中物料带入的原生氧化物、过程氧化物夹渣及其他杂质。

附图说明

图1为单液流混合浇铸(左)与多液流顺序浇铸(右)对比示意图；

图2为工业镁合金净密铸锭系统示意图；

图3为渣液分离器的结构示意图；

图4为下圆形组件的立体结构示意图；

图5为下圆形组件的截面结构示意图；

图6为上圆形组件的立体结构示意图；

图7为上圆形组件的截面结构示意图；

图8为滤渣板的结构示意图；

图9为熔合除渣舱工作原理示意图；

图10为结晶器的实物图(a)、喷淋口的实物图(b)、结晶器的结构示意图(c)和拉出引锭器的结构示意图(d)。

图11为不同纯净度AZ80镁合金的腐蚀速率对比图，其中，(a)图为不同纯度铸态AZ80A析氢曲线；(b)图为不同纯度铸态AZ80A腐蚀速率与腐蚀腐蚀形貌。

附图标记：1合金液导入管，2保温层，3合金液导出管，4热态气体导入管，5通气阀，6钢制炉盖，7钢制锅体，8钢制吊装框架，9导热缓冲垫层，10高纯高密度石墨坩埚，11电阻丝绕组，12合金化熔体，13连接杆，14渣液分离器，14-1外圆形结构支撑板，14-2入液口槽板，14-3槽板，14-4内圆形结构支撑板，14-5外分流肋板，14-6内分流肋板，14-7过滤网，14-8出液口，15-滤渣板，15-1连接点，15-2转动封盖，15-3固定销轴，15-4入液孔，15-5滤渣孔，16出渣口，17气体加热器，18进气口，19中间舱，20热态气体布风装置，21水冷管路，22结晶器，23石墨成形通道，24喷淋装置，25铸锭，26引锭器，27喷淋口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“工业镁合金”是适用于现有镁合金工业技术生产加工或经过简单技术改良可实现连续化生产和稳定原材料供应的镁合金原材料简称，其一般具有制造成本可控、品质稳定以及市场应用流通广泛的特点，是镁合金实现工业应用的最直接的原材料保障。“净密制备”是通过合金制备过程中遗传控杂与过程控杂，充分保证合金的纯洁性与致密性，避免非设计组元(杂质元素、氧化物、夹渣、疏松、缩孔等)对合金机械性能及化学稳定性能的劣化影响。

为了保证最终所得铸锭免受不同来源物料杂质的影响，包括金属/非金属杂质及原生/过程氧化夹杂等，本发明提供了一种镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，实现最终铸锭的纯净化均匀致密成形。通过本发明设计的镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，合金元素添加避免了以往由于固态中间合金添加带来的熔化/扩散缓慢的问题，而是与镁基熔体合理稀释形成部分合金化熔液后，多股合金化液流顺序汇入镁基熔体中快速扩散实现均匀合金化设计，如图1的右图所示。一种镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，如图2-图9所示，包括以下装置：

多个熔合除渣舱装置用于放置不同的待熔化物料，该熔合除渣舱装置由熔合装置、除渣装置组成；参照图2。

所述熔合装置包括坩埚和加热组件，具体的，所述坩埚的结构由外到内依次由钢制锅体7、钢制吊装框架8、导热缓冲垫层9以及高纯高密度石墨坩埚10组成，所述坩埚上设有多功能钢制炉盖6。其中所述多功能钢制炉盖6上合理排布安装有合金液导入管1的一端、合金液导出管3的一端、热态气体导入管4的一端以及通气阀5的一端，所述合金液导入管1、所述合金液导出管3、所述热态气体导入管4外部皆裹覆有保温层2，所述合金液导入管1、所述合金液导出管3、均通过电加热升温使得管壁温度高于合金熔点50℃以上以保证合金熔体的良好流动性。通过上述结构可以实现所述高纯高密度石墨坩埚10内壁材料与外壁钢制材料的合理配合，所述导热缓冲垫层9可避免由于高纯高密度石墨坩埚10和钢制锅体7热膨胀系数差异而产生内应力开裂漏液危险，同时钢制吊装框架8可方便坩埚吊装。所述合金液导入管1、所述合金液导出管3、所述热态气体导入管4外裹覆保温层可有效减缓液/气流体在传导过程中失温。所述加热组件采用电阻丝绕组11进行加热，所述电阻丝绕组环绕设置在所述坩埚上。

镁合金镁合金熔体内杂质的来源是多方面的，为及时有效地去除熔炼过程中物料带入的原生氧化物、过程氧化物夹渣及其他杂质，本发明提供了一种除渣装置以保证除渣效果，请参阅图3和图8，除渣装置包括渣液分离器14和滤渣板15，其中滤渣板15通过连接杆13与合金液导出管3连接，渣液分离器14连接在合金液导出管3的入液口处。所述坩埚底部设有出渣口16，最终滤除的底渣通过所述出渣口16排出。

所述渣液分离器包括上圆形组件和下圆形组件；上圆形组件与下圆形组件扣接组成；

请参阅图6和图7，所述上圆形组件包括内圆形结构支撑板14-4、上底板、多个外分流肋板14-5、多个内分流肋板14-6、过滤网14-7；所述内圆形结构支撑板14-4与所述上底板固定连接，所述上底板的中心处设有出液口14-8，所述上圆形组件通过所述出液口14-8与所述合金液导出管3的入液口连通，多个所述内分流肋板14-6和多个所述外分流肋板14-5以所述出液口14-8为中心从内到外环状设于所述上底板，多个所述内分流肋板14-6之间及多个所述外分流肋14-5之间插接所述过滤网14-7；

请参阅图4和图5，所述下圆形组件包括外圆形结构支撑板14-1、槽板14-3、下底板；所述外圆形结构支撑板14-1与所述下底板固定连接，所述下底板上设有多个入液口14-2，所述槽板14-3与所述下底板固定连接；

所述内圆形结构支撑板14-4配合所述外圆形结构支撑板14-1进行扣接；

所述滤渣板15上均匀分布有滤渣孔15-5，如图8中的图A所示，所述滤渣孔的横截面为梯形结构，梯形中的上底和下底分别为所述滤渣孔15-5的上表面和下表面，所述滤渣孔15-5的下表面面向所述坩埚底部。所述滤渣板15上设有若干周向等分均布、与所述连接杆13连接的连接点15-1，所述连接杆13与所述连接点15-1固定连接；所述滤渣板上设有入液孔15-4，且所述入液孔15-4上设于配合使用的转动封盖15-2，所述转动封盖15-2与所述滤渣板15转动连接，可采用固定销轴15-3对转动封盖15-2和所述滤渣板15进行连接。

采用上述熔合装置、除渣装置的操作方法是：首先需要制备部分合金化熔体，对其中一个所述熔合除渣舱打开所述多功能钢制炉盖6，在坩埚内部按照设计含量放入待熔化物料，然后关闭所述多功能钢制炉盖6，按照升温程序直至物料熔化。整个过程中热态保护系统一直开启保护，在舱室内形成热态惰性气体保护气氛。待物料完全熔化形成部分合金化熔体后，将所述渣液分离器14与所述滤渣板15随同所述合金液导出管3连接一同下降至坩埚底部，如此一方面可实现所述滤渣板15通过均布的滤渣孔15-5清滤大尺寸熔渣，另一方面可将所述渣液分离器14就位，通过环状均布的外分流肋板14-5与内分流肋板14-6，同层分流肋板间隔区域插接的所述过滤网14-7实现二次滤渣。同样的，其他部分合金化熔体在各自的熔合除渣舱中完成上述过程，然后各个熔合除渣舱中的部分合金化熔体按顺序导出熔体至最终合金化舱室，实现“顺序合金化”的技术设计。

请参阅图9，将部分合金化熔体1，2，……，n分别在独立的熔合系统完成熔合备用，按设计顺序通过所述除渣装置和所述合金液导出管3依次汇流进入最终的熔合系统完成顺序合金化，然后将最终合金化熔液导流至净密铸锭系统完成合金铸锭，或者导流至其他合金液工作入口(如连铸连轧入液口或者压铸机入液口等)。需要说明的是，本发明中的独立熔合系统为平行关系，无位置要求，多个纯净的部分合金化熔体按照顺序依次进行汇流，调节顺序根据不同合金的特性进行具体调整。

一般惰性气体保护系统是冷态气体，通过扫吹熔体近液面区域排除氧化气氛实现一定的保护作用，但由于冷态气体对近液面温度场会产生扰动影响冷凝顺序与结晶过程，因此本发明采用预加热方式保证惰性气体的热态保护。

请参阅图2，热态保护组件包括气体加热器17、热态气体布风装置20和进气口18；所述进气口18设于所述气体加热17器底部，且与所述气体加热器17连通，所述气体加热器17与所述热态保护气体导入管4连通；热态保护系统主要通过气体加热器17加热气体温度至600-800℃，然后分别通过热态气体导入管4进入坩埚舱室、热态气体布风装置20保护中间舱19与结晶器22液面不受氧化污染。冷态惰性气体由进气口18进入。所述热态气体布风装置20为管道，环形设置于所述中间舱上，所述热态气体布风装置20与所述热态保护气体导入管4连通；所述热态气体布风装置20中的热态气体出口在所述中间舱19液面的上方。

净密铸锭组件、其包括中间舱19、结晶器22、降温装置24和引锭器26，所述合金液导出管与所述中间舱19连通，所述中间舱19底部与所述结晶器22连通，所述结晶器22上设有所述降温装置24，所述引锭器26设于所述结晶器22底部。具体的，所述降温装置24包括水冷管路21和喷淋装置，所述水冷管路21设于所述石墨成形通道23内壁，所述喷淋装置为喷淋口27，所述喷淋口27周向排布于所述石墨成型通道23下端的环形邻侧。如图10所示；

顺序合金化后的镁合金通过所述合金液导出管3输入到所述中间舱，在热态保护气氛下通过合金舱液流减速流入至所述结晶器22内，所述结晶器22内邻近的所述石墨成形通道23内壁盘绕所述水冷管路21实现冷却速率可控可调，最终凝固成形的铸锭25被引锭器26拉出，在拉出的过程中，通过所述喷淋口27喷淋水冷实现进一步的快速降温冷却。

基于上述镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，本发明提供了一种镁合金多液流顺序合金化净密铸锭方法，包括以下步骤：

(1)装料前，所述合金液导入管1、所述合金液导出管3通过电加热升温使得管壁温度高于合金熔点50℃以上；

冷态惰性气体由所述进气口18进入所述气体加热器17，加热气体温度至600-800℃，通过热态气体导入管进入所述坩埚内形成热态惰性气体保护氛围；所述热态气体布风装置20用于保护所述中间舱19与所述结晶器22内的镁合金熔体液面不受氧化污染与低温环境影响；需要说明的是，本发明所用的惰性气体是纯度为99.999％以上的氩气。可以理解的是，也可以使用其他气体保护气氛。

(2)将多个待熔化的镁合金原料分别置于多个所述坩埚内在热态惰性气体保护氛围下进行熔化形成部分合金化熔体12后，将渣液分离器14、滤渣板15与合金液导出管3连接下降至坩埚底部进行部分合金化熔体除渣，得到多个纯净的部分合金化熔体；镁合金原料为纯度＞99.98％的高纯镁，纯度＞99.99％的高纯锌，纯度＞99.99％的高纯铝；选择高纯度原料，进一步减少杂质。

(3)将多个纯净的部分合金化熔体分别通过多个合金液导出管3，依次流入到最终合金化坩埚的合金液导入管1中，然后进入最终合金化坩埚的所述坩埚内进行混合，将渣液分离器14、滤渣板15与合金液导出管3连接下降至坩埚底部进行部分合金化熔体除渣，得到最终镁合金熔体；

(4)最终镁合金熔体通过合金液导出管3依次输送到中间舱19；然后流入结晶器22，结晶器12中则为镁熔体，在所述水冷管路21的作用下进行冷却，凝固成形后通过引锭器26拉出，拉出过程通过所述喷淋口27对铸锭进行二次冷却，制备得到高纯度镁合金。

以下结合具体实施例进行进一步说明。

以下具体实施例中，若无特殊说明，所有原料均可来源于市售。

实施例1

AZ80A镁合金的主要制备工艺流程为：配料→固态原料熔化→熔体过滤除杂→多液流融合→浇铸→镁合金铸锭检验→包装入库。

本实施例所用的AZ80A镁合金原料为纯度＞99.98％的高纯镁，纯度＞99.99％的高纯锌，纯度＞99.99％的高纯铝；本实施例所用冷态惰性气体为纯度为99.99％的高纯氩气；

由以下质量分数的原料组成：高纯铝的配比为8.3％，高纯锌的配比为0.3％，高纯镁的配比为余量。结合本发明所述方法，采用上述装置，具体包括如下步骤：

(1)装料前，将合金液导入管、合金液导出管通过电加热升温使得管壁温度高于合金熔点50℃以上；

冷态惰性气体由进气口进入气体加热器，加热气体温度至合金起始熔化温度的以上50℃，本实施例气体温度加热至700-800℃，通过热态气体导入管进入坩埚内形成热态惰性气体保护氛围；整个试验过程中热态保护组件一直开启保护，在舱室内形成热态惰性气体保护气氛；热态气体布风装置用于保护中间舱与结晶器液面不受氧化污染；

(2)将待熔化的镁合金原料(镁、锌、铝)分别置于多个所述坩埚内在热态惰性气体保护氛围下进行熔炼形成部分合金化熔体后，熔炼温度一般高于单质金属或中间合金熔点的50℃，例如，金属纯镁的熔点约为650℃，熔炼温度将设置为700℃。金属纯铝的熔炼温度将设置为710℃，金属纯锌的熔炼温度将设置为470℃。熔炼时间的设定原则是保证凝固态金属完全转变为熔体，本实施例中所设置的熔炼时间均设置为60分钟。将渣液分离器、滤渣板与合金液导出管连接下降至坩埚底部对进行部分合金化熔体除渣，得到较为纯净的镁合金熔体，在保证安全及过滤除渣效率的前提下，下降速度不宜过快，目的是为了避免熔体溅出；

(3)多液流熔合后的镁合金熔体通过合金液导出管依次输送到中间舱，熔体首先会通过同层分流肋板间隔区域插接的过滤网实现二次滤渣，然后流入结晶器，结晶器为无盖无底的圆柱桶状结构，如图10所示，其内径为86毫米，镁合金熔体在所述降温装置的作用下进行冷却，凝固成形后通过引锭器拉出，镁合金铸锭被拉出结晶器的部分将通过底部设置的喷淋装置实现进一步的冷却。

对比例1

低纯AZ80A镁合金的主要制备工艺流程为：配料→合金化→精炼与捞渣→单液流混合浇铸→铸锭检验→包装入库。

步骤1、配料

采用纯度＞99.98％的高纯镁，纯度＞99.99％的高纯锌，纯度＞99.99％的高纯铝；按照目标合金的质量分数比例进行配料，高纯铝的配比为8.3wt.％，高纯锌的配比为0.3wt.％，高纯镁的配比为余量。

步骤2、合金化

在同一个坩锅内，将纯镁(99.98％)原料加热至完全熔化后，向镁熔体中依次添加纯铝(99.99％)、3N纯锌(99.99％)原料。与实施例不同的是，此处是先进行合金化处理，随后再进行精炼除渣工艺。

步骤3、精炼与捞渣

向混合金属熔体投入精炼剂，精炼剂的总用量需要根据生产计划提前计算，为熔炼合金投料总重的2.5％。待精炼剂与熔体反应约40分钟后，即可进行捞渣处理。捞渣处理是将坩锅底部的黑色精炼渣去除，达到熔体除杂的效果。精炼剂为2号熔剂。2号熔剂可通过市售途径常规购买可得，本发明在此不做特别的限定。本发明所用2号熔剂购自鹤壁市太行科技有限公司。

步骤4、浇铸

镁合金熔体经过多次精炼与捞渣处理后，即可进行单液流混合浇铸。通过倾倒浇铸或导液管转移的方式，将精炼后的镁合金熔体转移至结晶器，在所述降温装置的作用下进行冷却，凝固成形后通过引锭器拉出，通过所述降温装置进行冷却。通常精炼次数一般为1-2次，直至达到目标设计成分即可。

表1不同纯度铸态AZ80A化学成分对比(wt.％)

AZ80A	Al	Zn	Mn	Fe	Si	Ni	Cu
								Lowpurity(LP)	8.35	0.30	0.32	0.0046	0.0150	<0.0010	<0.0010
Highpurity(HP)	8.34	0.23	0.34	0.0038	0.0030	<0.0010	<0.0010

基于多液流顺序合金化净密铸锭系统，制备了不同纯度铸态AZ80A成分与杂质含量如表1所示，可见通过选用较高纯度原料(原镁纯度>99.98％，原铝纯度>99.99％，纯锌纯度>99.99％)与更为洁净的器壁材料(高纯高密度石墨)，Fe、Si关键杂质含量都有明显减低，其中Si杂质含量由150ppm降低至30ppm，Fe杂质含量由46ppm降低至38ppm。

Fe、Si杂质含量降低最直接的有益效果是显著提升合金耐蚀性能。对两种镁合金进行了析氢和失重腐蚀性能对比，测试环境为3.5％NaCl溶液，温度保持在25℃恒温状态，测试时间是168h，测试结果如图11所示，图11对比了上述不同纯度铸态AZ80A合金的腐蚀速率，由图11的a图可见，低纯度铸态AZ80A合金相比高纯度组不仅析氢量大，且析氢量波动性很大，例如在浸没试验168h时，低纯度组析氢量低值约为4ml/cm²，而析氢量高值可达16ml/cm²，极差约12ml/cm²。通过多液流顺序合金化净密铸锭系统有效降低Fe、Si杂质含量后，高纯度组在浸没试验168h时后析氢量皆低于3ml/cm²，且波动性显著收窄，极差降至约1ml/cm²。根据析氢数据与失重数据测算的腐蚀速率如图11的b图所示，可见腐蚀速率(析氢数据测算)由低纯度组的2.8±1.8mm/a降低至高纯度组的0.7±0.1mm/a，耐蚀抗力提升，波动性显著收窄，具备了性能优良且稳定的高品质镁合金性能特征。

低纯度组腐蚀形貌表现为腐蚀坑较大且数量较多，而高纯度组则表面腐蚀坑点较少且单个体积显著小于低纯度组，这与上述不同纯度组对应的腐蚀速率差异一致。上述结果证明，通过多液流顺序合金化净密铸锭系统可实现较高纯净度的镁合金的制备，实现了耐蚀性能优良且稳定的高品质镁合金性能特征。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，包括炉体，其特征在于，还包括：

多个熔合组件，所述熔合组件包括坩埚和加热组件，所述坩埚的顶部分别连通有合金液导入管(1)的一端、热态保护气体导入管(4)的一端、合金液导出管(3)和通气阀(5)的一端；所述坩埚底部设有出渣口(16)；所述坩埚外侧设有所述加热组件；

除渣组件，其设于坩埚底部，所述除渣组件包括渣液分离器(14)、滤渣板(15)，所述渣液分离器(14)与所述合金液导出管(3)的一端连通；所述滤渣板(15)与所述合金液导出管(3)的侧壁连接；

热态保护组件，包括气体加热器(17)、热态气体布风装置(20)和进气口(18)；所述进气口(18)设于所述气体加热器(17)底部，且与所述气体加热器(17)连通，所述气体加热器(17)与所述热态保护气体导入管(4)的另一端连通；所述热态气体布风装置与所述热态保护气体导入管(4)连通；

净密铸锭组件，包括中间舱(19)、结晶器(22)、降温装置(24)和引锭器(26)，所述合金液导出管(3)的另一端与所述中间舱(19)连通，设于所述热态气体布风装置(20)环绕设置在所述中间舱(19)上，所述中间舱(19)底部与所述结晶器(22)连通，所述结晶器(22)上设有降温装置(24)，所述引锭器(26)设于所述结晶器(22)底部。

2.根据权利要求1所述的镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，其特征在于，所述渣液分离器(14)包括上圆形组件和下圆形组件；

所述上圆形组件包括内圆形结构支撑板(14-4)、上底板、多个外分流肋板(14-5)、多个内分流肋板(14-6)、过滤网(14-7)；所述内圆形结构支撑板(14-4)与所述上底板固定连接，所述上底板的中心处设有出液口(14-8)，所述上圆形组件通过所述出液口(14-8)与所述合金液导出管(3)的一端连通，多个所述内分流肋板(14-6)和多个所述外分流肋板(14-5)以出液口(14-8)为中心从内到外环状设于所述上底板，多个所述内分流肋板(14-6)之间及多个所述外分流肋板(14-5)之间插接所述过滤网(14-7)；

所述下圆形组件包括外圆形结构支撑板(14-1)、槽板(14-3)、下底板；所述外圆形结构支撑板(14-1)与所述下底板固定连接，所述下底板上设有多个入液口(14-2)，所述槽板(14-3)与所述下底板固定连接；

所述内圆形结构支撑板(14-4)配合所述外圆形结构支撑板(14-1)进行扣接。

3.根据权利要求1所述的镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，其特征在于，所述滤渣板(15)通过连接杆(13)与所述合金液导出管(3)的侧壁连接；所述滤渣板(15)上设有滤渣孔(15-5)、入液孔(15-4)和转动封盖(15-2)，所述转动封盖(15-2)与所述滤渣板(15)转动连接，通过所述转动封盖(15-2)的转动实现对所述入液孔(15-4)的封堵与开孔。

4.根据权利要求1所述的镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，其特征在于，所述结晶器(22)内设有石墨成形通道(23)；

所述降温装置包括水冷管路(21)和喷淋装置(24)，所述水冷管路(21)设于所述石墨成形通道(23)内壁，所述喷淋装置(24)设于结晶器(22)石墨成形通道(23)下端环形邻侧。

5.根据权利要求1所述的镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，其特征在于，所述坩埚包括坩埚锅体和钢制炉盖(6)，所述坩埚锅体由外到内依次包括钢制锅体(7)、钢制吊装框架(8)、导热缓冲垫(9)、高纯高密度石墨坩埚(10)舱室。

6.根据权利要求1所述的镁合金多液流顺序合金化净密铸锭装置，其特征在于，所述合金液导入管(1)、所述合金液导出管(3)、所述热态保护气体导入管(4)上均设有保温层(2)。

7.一种镁合金多液流顺序合金化净密铸锭方法，其特征在于，基于权利要求1-6任一项所述的净密铸锭装置，包括以下步骤：

装料前，合金液导入管(1)、合金液导出管(3)通过电加热升温使得管壁温度高于合金熔点50℃以上；

冷态惰性气体由进气口(18)进入气体加热器(17)，加热气体温度至600-800℃，通过热态气体导入管(4)进入坩埚内形成热态惰性气体保护氛围；热态气体布风装置(20)用于保护中间舱(19)与结晶器(22)内的镁合金熔体液面不受氧化污染与低温环境影响；

将多个待熔化的镁合金原料分别置于多个所述坩埚内在热态惰性气体保护氛围下进行熔炼形成部分合金化熔体后，将渣液分离器(14)、滤渣板(15)与合金液导出管(3)连接下降至坩埚底部进行部分合金化熔体除渣，得到多个纯净的部分合金化熔体；

将多个纯净的部分合金化熔体分别通过多个合金液导出管(3)流入最终合金化坩埚的合金液导入管(1)，然后进入到坩埚内进行混合，将渣液分离器(14)、滤渣板(15)与合金液导出管(3)连接下降至坩埚底部对进行部分合金化熔体除渣，得到最终镁合金熔体；

最终镁合金熔体通过合金液导出管(3)依次输送到中间舱(19)；然后流入结晶器(22)，在所述降温装置(24)的作用下进行冷却，凝固成形后通过引锭器(26)拉出，拉出过程对铸锭进行二次冷却。

8.根据权利要求7所述的一种镁合金多液流顺序合金化净密铸锭方法，其特征在于，镁合金原料为纯度＞99.98％的高纯镁，纯度＞99.99％的高纯锌，纯度＞99.99％的高纯铝。

9.根据权利要求7所述的一种镁合金多液流顺序合金化净密铸锭方法，其特征在于，惰性气体为纯度为99.999％以上的氩气。