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(中铝洛阳铜业有限公司铝镁板带厂)
摘 要 分析了镁合金熔液爆炸的特点和机理，提出了在镁合金熔铸（压铸）时的安全预防措施。
关键词 镁合金；铸造；压铸；安全
Discussion on the Safety in Normal Casting（Die Casting）of Magnesium Alloy
Wang hai-bo
(Luoyang Copper(group) Co.,Ltd.，Luoyang 471039，China)
Abstract The property and mechanism of explosion of magnesium alloy melt are analyzed，and some preventive measures to avoid explosion for normal casting（die casting）are presented.
Keywords magnesium alloy；normal casting；die Casting；safety
由于镁合金具有比强度高、导热导电性、电磁屏蔽性、阻尼减震性及环境相容性等优点，被誉为“21世纪绿色工程材料”，在汽车工业、电子通讯、国防军工等领域有广阔的开发应用前景。我国是镁资源大国，产量占世界镁产量的48％，是世界上最大的镁材生产国和出口国，但镁合金应用开发严重滞后。为此，我国已于2001年启动了“十五”国家科技攻关计划重大项目“镁合金开发应用及产业化”，力图通过政府引导，大力加强镁合金的应用开发，培育具有国际竞争力的镁合金及相关高新技术产业群，从而将镁资源优势转化为经济优势。镁业的发展已经进入了一个新的时期，新一轮投资热已经开始。
但是，由于镁合金的特殊化学性质，镁极易氧化，如果在熔炼铸造过程中采取措施不当，当反应激烈时有燃烧和爆炸的危险，存在着较大的安全隐患，近几年，在熔炼铸造或压铸过程中发生爆炸的事故频频见诸报端。因此，发展镁材生产必须首先解决生产重的安全问题。
1. 镁合金熔铸（压铸）的特点
镁合金熔铸（压铸）的安全问题主要来自高温的镁合金熔液，因此要保证生产的安全，需要首先了解镁合金熔炼的特点和熔铸（压铸）的主要设备。
1.1. 镁合金熔炼的特点
镁合金熔点不高，热容量和比重较小，化学活性活性高，在熔态下极易氧化。在空气中加热，如果熔融状态下无溶剂保护时过热，则可猛烈燃烧。由于镁的比热和导热性较小，因而氧化处附近的熔体容易局部过热，会促进镁的氧化燃烧。由于固态和液态金属的氧化行为，受氧化物（表面膜）的性质支配，镁的氧化物的体积小于生成这些氧化物所消耗的体积，因此其氧化物不足以包覆金属表面，形成的氧化膜多疏松多孔，无保护作用，氧可通过氧化膜的缝隙与金属继续作用，极易使反应持续进行，由于镁氧化时释放出大量的热，从而使镁熔液温度急剧上升，产生飞溅，又促进了熔液与空气的接触，加剧了反应的进行，最终导致爆炸的发生。镁合金除了强烈氧化外，遇水则会急剧的分解水而引起爆炸。
镁在熔融状态时，易燃，易爆、并在燃烧过程中放出大量的热，其温度可达2800-3000℃。镁合金碎屑极易燃烧（用火柴就可以点燃）尤其带粉尘的碎屑遇到火星就可以引起燃烧或爆炸。潮湿的镁尘及碎屑能够自燃。 镁及其合金随成分及状态不同，其燃点为400-530℃，沸点为1108℃，镁的氧化生产热为146卡/克原子，按理论计算，100克镁的燃烧（即氧化）生产热即为600卡，因此，发生爆炸时，威力可想而知。（1卡＝4.2焦耳；1卡表示1克水升高1℃所需的热能）
通常在镁合金熔炼过程中能与之发生化学作用的气体有O2、H2O、CO2、N2、SO2、H2、Cl2、CO、NO、CH4、NH3、H2S、PH3等，其中与H2O、SO2、CO2接触的机率最大。为减少烧损、生产安全及保证金属质量，在整个熔铸过程中，因此，镁合金在熔铸过程中必须始终在溶剂或保护性气氛下进行，避免与炉气和空气中的氧、氮气及水气等接触。同时由于镁合金的氧化夹渣、熔剂夹渣和气体溶解度远比铝合金多，因此需要采用净化处理，通常采用熔剂精炼法或气体精炼法，即要加入溶剂或通入气体。
熔剂的作用是在溶体表面造成一化学抑制层，或绝缘层来防止溶体氧化，并去除溶体中的固态和气态的非金属夹渣物，分为两个类型：流动性的和粘稠的，也就是覆盖（保护）用的和精炼用的熔剂。一般是比镁的氧化亲和性更强的物质，如碱金属和碱土金属的氯化盐和氟化盐，也包括氯化镁和某些惰性氧化物，主要有MgCl2、NaCl、KCl、BaCl2、NaF2等，另外，由于镁液遇到硼酐（B2O3）时，生成MgO·B2O3较致密有保护作用，故有的溶剂中也含有硼酐。用于精炼的气体主要有Ar、Cl2、CCl4等。镁液与SO2气体相遇时，即发生放热反应，反应产物组成的膜是致密的，对熔态的镁有保护作用，因而铸造过程中常用SO2或SF6等作保护气体。
1.2. 镁合金熔铸过程中的工艺装备
镁合金的溶炼工艺装备主要有火焰反射炉和坩埚炉两大类，坩埚又分为电坩埚炉和燃料坩埚炉两类，电坩埚炉又分工频干锅炉和电阻坩埚炉两种。
反射炉，热源为多为流体燃料，如发生炉煤气或天然气。炉顶为弧形，热量由炉顶和炉墙反射到炉料，因此炉料的加热是以传导和辐射的方式由上向下传递的，同时使火焰及废气缓缓流过液面，使炉料和热流直接接触。反射炉燃烧速度快，适合于大规模生产，但热效率较低。
坩埚炉，烧损较反射炉大为降低，劳动环境较反射炉好，加热方式为电阻加热或煤气加热。
无铁芯工频感应电炉，由炉架、炉体、密封炉盖、通风系统、冷却系统、电磁输送或低压转注系统所组成，由多台感应电炉组成的坩埚群，生产能力高，而且熔化过程中炉料和火焰不直接接触，可减少溶剂用量，改善劳动条件，提高产品质量，用这种熔炼设备，并采取可靠的净化措施，在铸造时采取密封转注，可获得质量较好的铸锭。
铸造方法有铁模铸造、水冷模铸造、半连续铸造，前两者较落后，质量效率都较低，已经很少使用。
转炉的方法有：静压力落差法，适合于两个炉床不在同一水平面上的反射炉，转炉时，打开流口钎子，金属便自动流出；虹吸倒炉法；离心泵倒炉法；电磁泵倒炉法。
近两年，压铸加工由于其工艺流程短、易控制等优点在我国发展较快。其熔炼过程是在一个密封的系统内进行的。
（待续）
中铝洛阳铜业有限公司铝镁板带厂生产科
王海波
2008年4月8日重新修订
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