熔炼坩埚封闭式坩埚

通常采用的封闭式镁合金熔炼坩埚的结构与普通的敞开式坩埚有较大的区别。为了通入保护气体，坩埚必须具有封闭的结构（非密闭会有保护气体泄漏）。下图所示为坩埚的结构示意图。

坩埚盖具有非常重要的功能。一方面，在它上面有加料口、清理口和熔池热电偶的入口，另一方面，它阻隔了金属镁液与周围的空气。坩埚盖的密封作用可防止空气进入熔化状态的镁液中，加上在坩埚内部通入保护性气体，从而避免了镁的氧化和燃烧，减少了金属镁的损失。

镁合金的熔炉大多采用双层坩埚结构。坩埚内层为耐热低合金钢板，外层为高镍铬不锈钢板。两层钢板最好是紧密结合的复合材料结构。这样，与镁液接触的内—层坩埚不含Ni等降低耐腐蚀性的元素，避免了对镁液的污染；另一方面，外层坩埚具有高温抗氧化性，虽然与空气接触，但不会产生氧化皮的脱落，没有剧烈的氧化，从而具有较长的寿命。

双层坩埚的另一突出优点是保证了安全性。即使内层坩埚产生裂纹等破坏现象而发生镁液泄漏时，由于有外层坩埚的阻挡作用，也不会发生镁液的燃烧。但是不足之处是传热效率会降低。

镁熔体不会像铝熔体一样与铁发生反应，因此可以用铁坩埚熔化镁合金并盛装熔体。通常采用低碳钢坩埚来熔炼镁合金和浇注铸件，特别是在制备大型镁合金铸件时，大多采用低碳钢坩埚，

熔炼镁合金的坩埚容量一般在50~350kg范围内。小型坩埚常常采用w<0.12%的低碳钢焊接件制作；镍和铜严重影响镁合金的耐蚀性，因此钢坩埚中这两种元素的（质量分数）应分别控制在0. 10%以下。熔炼镁合金之前，按下图要求准备坩埚。

旧坩埚可继续使用的最小壁厚要求见下图。

在镁合金的熔炼过程中，特别是采用熔剂熔炼工艺时，通常会在坩埚底部形成热导率较低的残渣。如果不定期清除这些残渣，则会导致坩埚局部过热，并且坩埚表面会生成过量的氧化皮。坩埚壁上沉积过量的氧化物也会导致坩埚局部过热。因此，记录每个坩埚熔化炉料的次数应当作为一项日常安全措施。坩埚必须定期用水浸泡，去除所有的结垢。通常无熔剂熔炼方法的结垢比较少。

对熔炼坩塌的要求存原则同对所自冶金炉的要求一样。其中坩埚的砌衬与内衬的耐火性最为重要。锅热反应时，温度可接近达到铁的沸点（2730℃）。这样高的温度大多数超过了耐火材料的熔点。加之考虑大量铝热反应时对内衬上的钢水压力，一般超过了最好的耐火材料的软化点。但它与普通冶金炉不同，包括反应时间与倾注时间在内，处于上述压力下的时间最大为两分钟。因此，如细心地掌握投入的焊剂重量，坩埚内衬一般能耐受这种情况，直到焊接完成为止。除温度影响外，还有在反应期间及打开出钢口后，熔渣与铁的冲刷作用。对于熔炼坩埚的要求条件可以归纳如下：

1、最高的耐火性能。

2、最高的耐受压力的软化点。

3、对于钢液与熔渣液要能完全保持中和作用。

4、可以更换内村管。

5、内衬的导热能力要低。

6、对机械应力的敏感性要低。

典型的坩埚结构见图1。

真空感应熔炼的熔炼工艺包 括坩埚的选择与制备，炉料准备，熔化和精炼以及浇注等。

坩埚的选择与制备

坩埚的寿命和坩埚与液态金属相互作用直接影响设备的生产率和金属成品的质量。通常小炉选用预制坩埚;较大熔炼炉(>250kg)采用打结法制备坩埚较为经济。用得最广泛地是不同纯度的氧化铝和氧化镁为基的耐火材料，选用何种耐火材料取决于被熔合金的化学性质。对熔点较低而又不与碳反应的金属，如铀与铜，可选用石墨坩埚;对含化学活性多的合金则可选用氧化钙或氧化钇稳定化的氧化锆耐火材料。20世纪80年代真空感应炉的坩埚材料有了重要发展，用水冷铜片镶制坩埚可彻底免除坩埚与金属液间反应，从而可用真空感应炉熔炼钛、锆等活性金属;用预制氧化钙坩埚可大大提高熔炼金属的质量。

炉料准备

真空感应熔炼用的原材料需经仔细化验和选择，如对在真空中不易去除的磷与硫的含量加以限制;经过熔炼虽然可以脱除原料中含有的氧与氮等气体，但宁肯花稍高的价格买低杂质含量的原料，从而节省真空感应净化所需时间;同理，在使用返回料时必须清除氧化皮、油、脂及其他易挥发污物。

熔化与精炼

在第一批装料中含有全部非活性合金元素，同时希望有一定量的碳，这样在料熔化时碳可以充分脱氧，又起搅拌作用;相反在炼制超低碳合金时则配有过量氧以便在熔化期充分脱碳。熔化期要避免激烈沸腾造成金属液强烈喷溅损失，必要时在熔化期通入一定压力的氩气以抑止金属液沸腾。在精炼期应注意熔池得到充分搅拌以利于金属液成分均匀和各种冶金反应的进行;精炼期温度应选择适当，温度高有利于提高反应速度，但温度过高会由于金属液与坩埚材料反应加速，从而导致金属液含氧量增高等不利影响;精炼期真空度应达到抽气设备实际的最高值，通常在1.33～0.13 N/m(之间，以发挥真空冶炼的优势，只有在炼制需要加入易挥发合金元素时才通入氩气阻止挥发损失;一般活性合金组元在金属液充分脱氧后加入，然后调整熔池温度准备浇注。

浇注

浇注工艺直接影响产品质量。首先是精确控制浇注温度，选择浇注温度应使金属液具有良好流动性，但不要使金属液过热导致烧伤模壁及冷凝产生的二次夹杂增多等缺点。其次采取措施防止浮渣等进入铸模，使用带挡渣板的导流槽能得到良好效果;80年代研制出的各种泡沫陶瓷过滤器，对高温合金起到明显减小夹杂的净化效果。为了填充铸锭缩孔，可使用发热保温帽、绝热保温帽、电弧加热和感应加热等办法。