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镁合金熔炼防燃防氧化技术发展现状

文档作者：孔侠歆李博文档来源：鹤壁职业技术学院		点击数：	更新时间： 2021年03月05日
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第42卷第12期
2013年12月
化工技术与开发
Technology &amp;amp; Development of Chemical Industry
Vo1．42 No．12
Dec．2013
镁合金熔炼防燃防氧化技术发展现状
孔侠歆，李博
(鹤壁职业技术学院，河南鹤壁458030)
摘要：介绍了近年来国内外镁合金熔炼防燃防氧化技术的发展现状。着重介绍了s 以及HFC一134a、FKS、HFE一
7100、c I等新型保护性气体。
关键词：镁合金；防燃防氧化；s
中图分类号：TF822 文献标识码：A
进入21世纪后，随着能源危机的加剧，如何保
护环境，合理开发利用资源，实现可持续发展，已经
成为全世界各国共同关注、研究的课题。而被称为
新世纪的“绿色材料”的镁合金，密度小(1．8g·em- )，
具有较高的比强度、比弹性模量，且散热性好，消震
性好，相比铝合金承受冲击载荷的能力强，耐有机物
腐蚀和耐碱腐蚀性好，质轻且易于回收利用，成为了
取代传统材料的明星材料，越来越多地被应用于汽
车工业、电子工业、国防工业等重要工业部门。
如何更好地提升镁合金的产品质量，降低生产
成本，同时兼顾环境保护，就成了一个摆在各个企业
面前的问题。
熔炼是镁合金产品生产过程中的一个重要环
节，金属镁性质活泼且具有很强的还原性，在熔炼过
程中，镁熔体非常容易发生剧烈的氧化反应，若散热
不当，甚至会引起剧烈爆炸。除此之外，镁和周围介
质中的N 、H O等也容易发生反应，影响镁合金产
品的品质。所以在熔炼时，熔体镁表面要进行保护，
隔绝氧气，防止镁液与外界空气之间传质。
镁与氮气反应生成粉状化合物：
3Mg+N2 Mg3N2
镁与水反应生成氢气并释放大量的热：
Mg+H2O~ MgO+H2+Q
Mg+2H2O— Mg(OH)2+H2+Q
常见的保护措施有熔剂保护法、气体保护法及
添加合金化元素保护法。
1 熔剂保护法
熔剂保护法是以易熔的盐覆盖在镁熔体上来和
外部环境隔绝。熔剂保护法是金属镁冶炼工艺最成
熟的保护方法，在20世纪7O年代之前，已经被广大
生产厂家所采用。
镁合金熔炼用熔剂主要是由MgC12、KC1、CaF 、
BaC1 等盐类混合而成的。这些盐类的化学稳定性
好，熔化后覆盖在镁熔体表面，形成了致密、连续、稳
定的熔盐覆盖层，很好地隔绝了外部环境。同时这
些盐类熔化后具有很好的浸润性和吸附性，可以有
效地对镁熔体进行除杂，各种物性均很好地满足了
镁合金熔炼对熔剂的需求。
但是熔剂也具有一些明显的缺陷。以国内常用
的RJ系列熔剂为例，熔剂在高温下会被不断消耗，
这就需要不断向熔炉中添加熔剂；熔剂清除不净易
形成夹杂物，降低镁合金产品的质量。
近年来研制出的新型无公害熔剂JDMF覆盖熔
剂表面张力适当，且加人了发泡剂，使用过程中熔剂
可以在释放惰性气体同时产生气泡，更好地覆盖在
熔体表面。且此熔剂能够长时间静置(3h)而不下
沉破碎，一方面减少了覆盖剂的使用量，另一方面
保证了镁液的纯净度。另外一种新型熔剂JDMJ，不
仅有覆盖镁熔体的作用，兼具精炼作用。2种熔剂
的覆盖效果和环境保护效果都远远高于传统熔剂。
JDMF、JDMJ的配方如表1所示。
作者简介：孑L侠歆(1987．)，女，汉族，河南鹤壁人，鹤壁职业技术学院助教
收稿日期：2013—10-14
第1 2期 孔侠歆等：镁合金熔炼防燃防氧化技术发展现状 29
表1 JDMF、JDMJ配方组成
2 气体保护法
传统熔剂保护法熔炼镁合金虽然经济简单，但
是由于这种工艺自身的各种缺陷，熔剂保护法在新
的经济形势下已经越来越不适应其它行业对镁合金
的质量需求。气体保护法则凸显了其高效、优质熔
炼镁合金的优势。国内外更多倾向于使用气体保护
法。
熔剂保护法是在镁熔体表面覆盖一层熔剂，而
气体保护法则是在镁熔体表面覆盖一层保护气体，
保护气体是可以隔绝外界气体的气体薄膜，或者是
可以和镁反应生成一层致密的连续的薄膜覆盖在镁
液表面。气体保护机理如图1所示。
图1 气体保护机理
工业上一直以来常用的保护性气体有sF 、
CO2、Ar、N2、SO2等。
2．1 Ar、N2、CO2、SO2作保护气体
其中氩气在熔炼过程中不能与镁液反应生成
致密的保护膜，只是一层氩气薄膜覆盖在表面起到
隔绝空气的作用。这就使得单纯的氩气保护不能有
效预防熔炼过程中由于蒸发而使镁产生的氧化。氮
气与镁反应生成疏松的粉末状氮化镁膜，在高温下，
该膜由于不能有效阻止镁的蒸发而失效。二氧化碳
与镁液反应生成的保护膜随着温度的升高而变硬
变脆，易产生裂缝，从而失效致使镁液氧化。二氧化
硫虽具有较好的保护效果，可在镁表面形成MgO与
MgS的混合物保护膜，但由于二氧化硫具有毒性、腐
蚀性，损伤人体、损坏设备，已被逐渐放弃不用。
3Mg+SO2~--2MgO+MgS
2Mg+SO2~ 2MgO+S
MgS+4SO2+4MgO+402= 5MgS04
2．2 S 作保护气体
早在1934年，s 已经开始被科研人员所注意，
到20世纪70年代，s 作为保护气体被Couling，
Leontis等人研发成为成熟技术后，以s 混合气体
为代表的气体保护技术一直是镁合金生产普遍采用
的阻燃保护方法。最常采用的依然是s 气体保护
的方法进行熔炼。sF6与CO 的混合气体或sF6与
空气的混合气体对镁熔体都能起到优异的保护作
用。
镁与六氟化硫在高温时能发生以下反应：
2Mg+02~--2MgO
Mg+SF6+O2= 2MgFu+SO2F2
2MgO+SF6= 2MgF2+SO2F2
在熔炼过程中S 与镁熔体反应，快速地在熔
体表面形成具有金属光泽的致密连续的保护膜，阻
止氧气对镁液的氧化，同时生产出的镁合金不会存
在熔剂熔炼法出现的熔剂夹杂。该氧化薄膜的形成
先是镁与氧气反应生成了疏松的氧化物MgO覆盖
熔体表面，其次Mg与sF 又反应生成了MgF2填充
于MgO分子的孔隙之间，MgO与igFz最后形成了
致密的保护膜。由于MgO中只要添加少量的MgF
就可以形成致密的保护膜，所以s 在保护气体中
的体积分数也是非常微量的。
实验证明，对于铸造镁合金的熔炼过程，s 的
体积分数达到0．01％ 时就可以生成以MgO为主并
掺杂MgF 的致密连续保护膜。但在实际生产过程
中，s 的使用量在0．04％～0．3％ 之间。镁随着温度
的升高氧化倾向越严重，sF6的使用量也随之上升。
详细比例如表2所示。
表2 压铸用保护气体组成
虽然sF 的保护效果优异，但sF 价格偏高，并
不经济。同时，sF 还具有极高的温室效应，对环境
造成的负担非常大。据联合国气候变化协调组织报
化工技术与开发 第42卷
告，24t的CO 与lkg的s 造成的温室效应是等同
的。在不久的将来，s 被禁用也是有可能的。这
就更需要寻找一种经济、绿色、有效的气体来取代
SF6。
2-3其他气体作保护气体
1998年起，国际镁协就开始与挪威科技大学合
作，开展新的替代保护气体计划。以下是几种最有
希望成为s 替代保护性气体的新型保护性气体。
新型保护性气体1，1，l，2．四氟乙烷，简称HFC．
134a或R 134a。HFC．134a是一种新型有机制冷
剂，无毒、无味、无色、热稳定性好、化学性质稳定，除
作制冷剂外，也可作阻燃剂、发泡剂。挪威、澳大利
亚等多家研究机构研究表明，HFC．134a具有与s
相近的保护作用，而且这种气体的温室效应相对于
s 是较低的，其产生的温室效应仅为s 的1／17，
价格不到s 的1／3。HFC一134a使用方便，且生产
技术日趋成熟成本逐步降低。在室温状态下HFC一
134a无毒，不易燃烧，低压容易贮存，对镁合金熔体
的保护HFC一134a比S 具有更多优势。
以CF3CF2C(O)CF(CF，) 氟化酮为主要成
分的新型保护气体，物质英文简称FKS。经实验证
明，在熔炼炉内部环境稳定且熔体表面无搅拌的情
况下，氟化酮的体积分数仅为0．006％～0．008％就可
以起到很好的保护作用。且氟化酮的温室效应潜值
与CO 相当，远远低于sF6。
美国3M公司研发生产的HFE一7100，以甲氧基一
九氟代丁烷(C F OCH )为主要成分，其中甲氧基一
九氟代丁烷含量为99．5％，常温下是一种无色无味
透明液体物质。
另外，三氟碘甲烷(cF I)具有良好的环境性能
与安全性能，同HFE一7100、HFC．134a一样，都是新
型的制冷剂、阻燃剂，具有很好的防燃防氧化作用，
均有望应用于镁合金熔炼过程的阻燃。
素的阻燃效果随着温度的升高会逐步降低，当温度
升至1023K时，Be的阻燃效果会大大降低，而镁合
金的一般熔炼温度都会高于1023K。日本科研人员
研究出向镁液中添加ca元素使熔体表面覆盖氧化
镁与氧化钙混合物薄膜的新技术，但由于Ca会使
镁合金晶粒粗大，严重降低镁合金产品的质量，故该
技术并不实用。
4 小结
我国虽然拥有大量的镁资源。但生产出来的镁
合金产品的品质仍不高，镁合金相关的技术十分落
后。而镁合金熔炼过程的防燃防氧化技术则是金属
镁冶炼工业中的一个瓶颈问题。如何选择对环境压
力小、成本低、经济效益好的防燃防氧化技术也成为
了我国镁工业一个不得不面临的问题。这就需要金
属镁工作者在这一领域进一步探索研究。
参考文献：
【1】穆彦青，靳玉春，黄志伟，等．镁合金无熔剂熔炼防燃
净化技术研究进展[J]．金属铸锻焊技术，2011(6)：21．
25．
[2】许并社，李明照．镁冶炼与镁合金熔炼工艺【M】．北京：
化学工业出版社，2010．
[31陈广告．AZ91镁合金无熔剂熔炼工艺研究[D】．太原：中
北大学，2009．
[4】曾一文．替代s 的低温室效应镁合金熔炼保护气氛研
究[D]．上海：上海大学，2005．
[5】朱超，李培杰，李振华．新型保护气体在镁合金熔炼中
的应用[J]．特种铸造及有色合金，2010，30(3)：28．
[6】庞松，吴国华，孙明，等．镁合金熔炼保护气体研究现
状与展望『J]．铸造，2011(3)：259．264．
【7]王小军，陈虎魁，刘建睿．C2H F 气体保护下镁及镁合
金的熔炼研究[J】．铸造技术，2005(4)：288—291．
【8】杨波，张伟强．镁合金熔体防氧化燃烧技术的进展[J]．
铸造，2004(1 1)：882 885．
【9] 陈晓，熊守美．在sF 和N 混合气氛的密封炉中熔
炼AZ91D镁合金[J]．特种铸造及有色合金，2008(S1)：
3 添加合金化元素阻燃 [1。】24付3-彭24怀6．
， 王渠东，蒋海燕，等．镁合金熔炼技术研究进
鉴于熔剂保护阻燃法、气体保护阻燃法的缺陷，
早在20世纪50年代就有学者提出了直接向镁液中
添加合金元素，使镁液在熔炼过程中直接形成保护
膜的办法。比较常见的方法是向镁熔体内添加Be
元素。Be会富集在镁熔体表面，与氧气反应生成氧
化铍填充于氧化镁薄层的缝隙中，使熔体表面形成
连续致密的氧化镁、氧化铍混合物薄膜。但Be元
展[J]．铸造技术，2005(6)：488492．
[11】吴国华，孙明，王玮，等．镁合金纯净化研究新进展fJ1．
中国有色金属学报，2010，20(6)：1021．1031．
[12】申泽骥，李宝东．铸造镁合金熔炼技术进展[J]．中国
铸造装备与技术，2001(6)：14．
【13】段远源，史琳．三氟碘甲烷(CF3I)的热物理性质[J]．
清华大学学报：自然科学版，2ooo(~：60—63．
(下转第34页)
化工技术与开发 第42卷
“悬浮气化”。为了提高气化炉的气化强度和碳的转
化率，悬浮气化都选取高温高压的气化参数，气化温
度多在1200～1500~(：，此时煤中的灰分已处在熔融
状态(即液态渣)。悬浮在气化剂和气化产物中的液
态渣滴在其固化前允许与带有炉衬的水冷壁炉体接
触，可以形成渣膜在气力作用下流入水冷固化池。
不允许在未敷设炉衬冷却段壁面上接触而发生结渣
现象，结渣现象会干扰和破坏气化温度的控制，影响
气化工艺过程。
另外，悬浮气化时从气化反应动力学的角度看，
其气化反应速度在高温区主要是由外扩散过程控
制。而粉煤与气化剂之间的相对速度在悬浮状态下
极低，因此反应速度的制约，必然限制了气化炉整体
的气化强度。
气流床气化技术在我国属于新型气化工艺，正
处于起步阶段，距离广泛普及还有很长的一段路。
针对气化炉的具体实际应用，气化炉向着高温、高
压、高生产能力的方向发展。在应用方面，气化炉工
艺将根据其产气的实际应用情况而发展为具体的类
型，其具体发展有待观察。
李志坚口 在《新形势化学工业潜力分析会》中
指出，目前国内大约有30台在运，约l5台在建，主
要用于生产合成氨、甲醇和制氢。最大规模达到单
炉2000 t·d 投煤量，已有3～5年的工业化示范工
作硎。
参考文献：
【1] J．S．Gary，C．M．Russell，Gasification technologies：the
Path to clean，affordable energy in the 21 century[J】．Fuel
Processing Technology．201 1(1)：79—97．
【2】李伟锋．多喷嘴对置式煤气化技术[J】．氮肥技术，
2008(6)：1-5．
【3】李志坚．煤气化及化肥行业工艺技术发展动态[J]．化学
工业，2009(71：1-5．
【4】王中刚，韩喜民．水煤浆水冷壁气化炉项目总结[J1．化
肥工业，2012(1)：57-60．
Present Situation and Development of Air—bed Gasification Technology in China
CHU Xiao．1iang ，MIA0 Yange,
FU Yu．1ing ，ZHANG Yu—bin ，MIA0 Yu—wang
(1．Yantai Longyuan Power Technology Co．Ltd．，Yantai 264006，China；2．Yangmei Group Zibo Qilu First Fertilizer Company
Limited，Zibo 255400，China)
Abstract：In recent years，coal gasification technology had made a great development in chemical industry andrebury which to reduce
nitrogen oxides．As the core techn ology ofthe second generation ofcoal gasification techn ology ,air-bed gasification techn ology
had unique~amres and obvious advantage．Several air-bed gasification techn ologies was reviewed，its characteristics and the operation
of the conditions，etc．were ana1)rzed．At the sanle time，diferent air-bed gasification technologies were contrast．Finally,related
suggestions about the later development of aifiow bed were put forward．
Key words：gasification technology ；air-bed gasification；industry
(上接第30页)
Development of Flame—Proof and Oxidation Protection Technology of M agnesium Alloys
KONG Xia-xin，LIBo
(Department of Chemical and Materials Engineering，Hebi Vocational and Technical College，Hebi 458030，China)
Abstract：The flame-proof and oxidation protection of magnesium alloy in domestic and international were introduced．Th e technology
development status ofwere summarized．SF6 and other new protective gases like HFC-134a，FKS，HFE一7100，CF31 were mainly
introduced．
Key words：magn esium alloy；flame-proof and oxidation protecting techn ology ；SF6

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