熔化炉的工作原理及优点

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：2）双室炉是熔化炉、保温炉各自独立工作，通过能加热且温度可控制的U形管输送金属液。由于加料时引起的温度波动和炉渣只存在于熔化炉中，因此可以保证镁合金溶液的纯净度。3）三室炉中熔化室的温度较低，一般为650℃左右，因而有利于CO2气体保护，中间室起到集杂作用，供液室提供压铸用较高温度的镁合金溶液。如图2-15所示为某公司生产的双室熔化炉，并有气体置换泵+虹吸式自动供料装置，专为冷室压铸机配套使用。

普通重力铸造一般采用坩埚炉熔炼镁合金，其加热方式可以是电阻加热炉、油炉或燃气炉。由于镁合金的理化性质不同于铝合金，因而坩埚材料和炉衬耐火材料不同，并且需要对炉子结构进行适当修改。

镁合金的化学性质比较活泼，开始熔化时，容易氧化和燃烧，需要采取保护措施防止熔融金属表面氧化。镁合金熔体不同于铝合金，铝合金熔体表面会形成一层连续致密的氧化膜，阻止熔体进一步氧化，而镁合金熔体表面会形成疏松的氧化膜，氧气可以穿透表面氧化膜而导致氧化膜下面的金属氧化甚至燃烧。此外，熔融的镁合金极易和水发生剧烈反应生成氢气，并有可能导致爆炸。因此对镁合金熔体采用熔剂或保护气氛隔绝氧气或水蒸气是十分必要的。

如图2-13所示为典型的戽出型燃料加热静态坩埚炉（镁合金熔炼用）的横截面，采用铸勺从敞开式坩埚内舀取金属液并手工浇注制备小型铸件。这种坩埚通过凸缘从顶部支起坩埚使坩埚底部留出空隙。这不仅有利于坩埚传热，而且为清理熔炼过程中坩埚外表面形成的氧化皮提供了足够的空间。此外，炉腔底部朝出渣门倾斜。由于火苗的冲击，燃料炉坩埚壁局部会出现逐渐减薄现象，因而需要定期检查坩埚壁厚，否则可能发生熔体渗漏事故。

图2-13 戽出型燃料加热静态坩埚炉横截面

1—铸铁支撑环 2—低碳钢坩埚 3—排气管 4—粘土耐火砖 5—除渣门 6—浇注的耐火材料 7—燃烧通道

一旦钢坩埚表面形成了氧化皮，氧化铁与镁熔体之间就可能发生镁热反应，放出大量热量，产生3000℃以上的高温，有可能发生爆炸。因此必须保证炉底没有氧化皮碎屑，并且在坩埚底部放置一个能盛装熔体的漏箱盘以防坩埚渗漏。特别是在某些难以确定是否形成了氧化皮的部位，可以在钢坩埚加热面上包覆一层Ni-Cr合金来减少氧化皮的形成，这样做并不会降低炉子的热效率。此外，镁合金熔体也易与一些耐火材料发生剧烈的反应，因此有必要合理选择燃烧炉炉衬用耐火材料。生产实践表明，高铝耐火材料和高密度“超高温”铝硅耐火砖（w_Si=57%，w_Al=43%）的使用效果很好。

设计燃料炉时，出渣门要便于开启。电阻加热型坩埚炉通常采用低熔点材料（如锌薄板）将出渣门封住。发生熔体渗漏时，锌虽然不能阻止镁合金熔体渗漏，但是可以抑制“烟囱”效应。“烟囱”效应往往会加速坩埚氧化。接近或高于熔点时，熔体会发生燃烧，在熔体表面撒熔剂或使用1%SF₆混合气体下的无熔剂工艺可以抑制燃烧。当前，对铸造行业的环境控制日益严格，淘汰老式SO₂顶戽出型燃料加热炉已成为如今的发展趋势。

目前，工业生产中镁合金熔炼的主要设备包括预热炉、熔炼炉和保护气体混合装置等（见图2-14）。炉型有单室炉、双室炉和三室炉。这三种炉型的特点如下：

1）单炉室是熔炼和保温在同一炉内进行。

2）双室炉是熔化炉、保温炉各自独立工作，通过能加热且温度可控制的U形管输送金属液。由于加料时引起的温度波动和炉渣只存在于熔化炉中，因此可以保证镁合金溶液的纯净度。

3）三室炉中熔化室的温度较低，一般为650℃左右，因而有利于CO₂气体保护，中间室起到集杂作用，供液室提供压铸用较高温度的镁合金溶液。

图2-14 镁合金熔炼设备示意图

目前大多数镁合金产品是采用压铸方法生产的，因此，与压铸机配套的镁合金熔炼炉应满足压铸机间歇式、快速供料、定量供给的要求。如图2-15所示为某公司生产的双室熔化炉，并有气体置换泵+虹吸式自动供料装置，专为冷室压铸机配套使用。如图2-16所示为Rauch公司生产的与压铸机配套的镁合金熔化炉，带有螺旋泵式自动供料装置。

熔化炉的工作原理及优点

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