CN1524973A - 粗镁精炼、合金化及连续铸造熔炼镁合金的方法 - Google Patents

Abstract

粗镁精炼、合金化及连续铸造熔炼镁合金方法，属于镁合金冶金领域；以温度控制精度要求不高的燃煤炉或煤气炉为精炼炉，熔化粗镁同时加入主要合金元素(第二次合金化)，并对合金熔体进行精炼(第一次精炼)；接着通过由精炼炉向合金化炉(为温度控制严格的电炉)转移镁合金熔体过程中截取镁合金熔体，使得镁合金熔体进一步净化；在合金化炉中对镁合金熔体进一步精炼(第二次精炼)，并加入所要求配入的贵重或易烧损沉淀的合金元素(第二次合金化)，静置一段时间，连续浇铸成镁合金锭，或是与压铸连接直接生产镁合金压铸件；也可以铸成变形合金的坯锭或连铸成镁合金型材；本发明工艺得到的镁合金具有较高的质量，生产成本低，并且改善了环境。

Description

粗镁精炼、合金化及连续铸造熔炼镁合金的方法

技术领域：

属于镁合金冶金制取领域，涉及到粗镁精炼、合金化和连续铸造生产镁合金的方法。

背景技术：

目前由粗镁生产镁合金方法是首先把电解法或金属热还原法制取粗镁精炼，铸成重熔纯镁锭，然后再重熔、合金化再铸造工艺。金属的重复熔化浪费了能源，而且有较大的金属烧损：如果采用冶炼设备不当镁合金质量还难以保证。进入二十世纪90年代以来，由于汽车用镁和笔记本电脑、手机和手提式数码摄像机等用镁的高速增长，使镁合金用量增长迅猛。因此，对于镁合金工厂来说生产的终端产品已经主要不在是重熔纯镁锭，直接生产镁合金的比例增加的很快，在有的工厂里已经成了主导终端产品；加之有的企业附设了压铸或镁合金型材加工工序，进而可能直接生产镁合金铸件和镁合金型材。这一技术发展特征要求有一个新的镁合金冶金工艺取代现有工艺。粗镁精炼、合金化和连续铸造生产镁合金的方法就是体现了这一技术发展特征的方法，它突现了节能、提高金属实收率、降低成本、提高产品质量和改善环境的优点。

发明内容：

本发明首先是把粗镁精炼炉与合金化炉串联在一起，中间用镁合金熔体泵连接，其次是将熔炼和合金化的冶金过程重叠复合在一起，使之连续、交叉；降低了生产成本，提高了产品质量。在粗镁精炼依始就把按照合金成分要求的一定数量的粗镁和主要中间合金、合金化金属加到一起(第一次合金化)。并加入含有无水氯化镁、氯化钾、氯化钙、氯化钡、氟化钙等化合物组成的熔剂和精炼剂，对镁合金进行第一次精炼。在750～780℃温度下精炼1.5～2.5小时，捞去浮渣和沉渣。吹氮之后再向精炼炉低部吹入氩气，补充精炼(吹洗)2～4分钟。这样即有效地去除了镁合金熔液中的非金属夹杂物，又去除了气体杂质，并且在熔体表面形成了惰性气体层，隔绝了氧气，有效的防止了镁合金熔体氧化、燃烧，新的氧化物杂质的产生。再一次加入一些中间合金的母料，精炼15～30分钟，扒除熔体表面的熔渣，静置30～60分钟，使熔渣充分沉降、析出。调整镁合金熔体泵吸嘴的位置，截取精炼镁合金，将第一次精炼的镁合金转移导入合金化炉中，使精炼除渣后残留在镁合金熔体中的浮渣和底渣留在精炼炉坩埚中。通过这样的镁合金熔体的导出转移，进一步减少了镁合金中夹带杂质的含量，使镁合金熔体得以净化，改善了镁合金熔体的质量。由于在粗镁精炼依始就合金化(如果是金属热还原法的固体结晶粗镁，在粗镁熔化的环节就合金化)，该过程可称第一次合金化。相应的提高了镁合金熔体的初始氧化燃烧温度，提高了镁合金熔体的耐氧化性能，减少了镁合金熔炼时的氧化和燃烧。精炼炉可根据需耗能高的特点选择温度控制精度相应宽一些的燃煤炉或煤气炉等冶金炉。

由镁合金熔体泵输送过来的经第一次精炼、合金化的镁合金熔体在合金化炉中进一步精炼，可称第二次精炼；加入按合金要求的贵重或易烧损、沉淀的合金元素进行第二次合金化。合金化炉要有较严格的温度控制装置、搅拌设备，并且要加盖密封。可以是电阻坩埚炉，也可以是中频感应电炉。加入含有无水氯化镁、氯化钾、氯化钙、氯化钡、氟化钙等化合物组成的熔剂和精炼剂，如310^#熔剂230^#熔剂。并进一步的加入较贵重的中间合金(如铝铍合金)后静置降温30～60分钟。第二次精炼、合金化的控制温度为700～650℃。根据冶炼镁合金的品种不同选择不同的铸造工艺条件，但主要的技术措施是要在保证镁合金的流动性充填铸型的条件下，尽可能的采用较低的浇铸温度，以降低镁合金熔体在浇铸过程中的氧化速度。浇铸中应尽量减少镁合金熔体外露于空气中的机会，当暴露于空气中时应迅速在其周围建立起防护气氛，如撒硫磺和硼酸的混合物覆盖剂，或是喷吹如CO₂和N₂混合气体等防护性气体。

冶炼后镁合金熔体经过光谱直读法快速分析合格后可根据生产者的需求制作成镁合金锭、镁合金铸件、镁合金型材坯锭或是连铸坯锭。

实际测试数据表明本工艺生产的镁合金锭杂质元素Fe、Cu、Ni含量低，氧含量低，而且氯含量不超过0.005％。镁合金锭内没有缩孔、气孔、熔剂夹杂、氧化铍夹杂、裂缝等，表面无氧化堆积、裂缝、和结晶冷隔。

这种粗镁精炼、合金化到连续铸造的连续化生产，生产环节热态连结，既节能又大幅减少金属熔炼中烧损，有利于降低成本，与现有工艺比缩短了冶金流程，减少了铸造次数，相对减少使用硫磺、硼酸、SF₆和氯盐数量，有利于改善环境。

具体实施方式：

以生产AM50HP合金为例，粗镁精炼、合金化和连续铸造工艺过程如下：

(1)粗镁熔化：a 粗镁1500Kg(按94％收率折算为1410Kg纯镁锭)；

             b Al-Mn中间合金(Mn％＝12.01％)57.45Kg；

             c 铝锭22.86Kg；

             d 熔剂用量5Kg粗镁熔化的精炼炉为燃煤炉，6小时合金熔化。

(2)一次精炼：采用熔剂精炼法，该方法是用镁合金熔体，利用熔剂和熔体的充分接触来润湿夹杂物，并将其聚合于熔剂中，随同熔剂沉降、析出于坩埚底部。为了达此目的，熔剂应当具有良好的润湿、吸附夹杂物的能力。为防止产生新的夹杂，在精炼除渣后，用氩气补充精炼(吹洗)2～4分钟，将氩气喷吹头插入熔体底部，通氩气量以液面有平缓的沸腾为宜。吹氩结束后，再次扒除液面熔渣。精炼后静置30～60分钟，使熔渣充分沉降、析出。精炼的具体参数为：

             a 精炼温度：700～780℃，精炼时间：2小时

             c 除渣情况：浮渣12Kg，沉渣8Kg

             d 熔剂用量：89Kg，精炼熔剂用量：5Kg

             e 先通氮气，后通氩气吹洗

             f 中间合金母料加入温度：700～750℃

             g 加料后精炼温度：700～750℃，精炼时间15～30分钟精炼后取样进行光谱直读法分析，镁合金熔体的化学成分如下表：

(3)镁合金熔体转移：在700℃静置80分钟，由燃煤精炼炉转移到中频感应炉(合金化炉)，镁合金熔体截取比95％。

(4)二次精炼、合金化：

精炼的具体参数为：

             a 精炼温度：690℃

             b 310^#熔剂用量：4Kg，230^#熔剂用量：6Kg

加入铝铍合金后，静置降温30分钟，二次精炼完成。

(5)浇铸：本次浇铸温度为650～660℃，浇铸中撒硫磺和硼酸的混合物或是喷吹防护性气体，如CO₂与N₂的混合气体，覆盖镁合金熔体液面。

                  AM50HP 合金熔炼过程中的成分分析表

分析项目名称	Mg％	Al％	Zn％max	Mn％min	Si％max	Ni％max	Fe％max	Cu％max	其他％max
										ASTMB94-AM50HP	余	4.5-5.3	0.1	0.27	0.10	0.001	0.004	0.005	0.01
镁合金熔体AM50HP	余	5.20	0.003	0.44	0.02	0.0007	0.0039	——	—
										镁合金锭AM50HP	余	5.01	0.007	0.36	0.02	0.0007	0.0008	0.003	Be0.0005-0.0009

经多次镁合金熔炼实测数据，本发明工艺熔炼镁合金的煤耗比原有工艺节约30％，电耗节约20％。金属镁在全熔炼过程中的实收率提高5％。生产成本在同等价格条件下下降了约8％。

Claims (3)

1.粗镁精炼，合金化及连续铸造熔炼镁合金的方法，采用精炼炉、合金化炉串接的设备结构，特征在于将粗镁精炼、合金化原工艺两个独立的工序环节重叠复合在一起，使之连续、交叉；这样就可使粗镁在精炼依始就合金化(第一次合金化)，改原有粗镁精炼为镁合金第一次精炼；之后镁合金熔体被转移导入到合金化炉中后又一次精炼(第二次精炼)同时再次合金化(第二次合金化)；在合金熔炼全过程中使合金熔体的耐氧化性能都得以提高。

2.权利要求1所说的第一次精炼后镁合金熔体被转移导入到合金化炉中后又一次精炼、合金化(第二次精炼、合金化)，其特征在于在转移导入过程中调整镁合金熔体的转移设备——镁合金熔体泵吸嘴位置，截取镁合金熔体，进一步去除了精炼浮渣和沉渣，减少了合金中的夹带的杂质含量，改善了镁合金熔体的冶金质量。

3.粗镁精炼，合金化及连续铸造熔炼镁合金的方法，采用精炼炉、合金化炉串接的设备结构，其特征在于精炼炉可用温度控制精度要求不高又需要耗能大，低成本燃料的燃煤炉或煤气炉，而合金化炉因需耗能较小则采用温度控制精度要求高，带有搅拌装置又能按工艺要求保温、静置的电阻炉或中频感应电炉。