胡祥永，魯志武，徐素峰，董必義

（太原重工特種鑄造分公司，太原 030024）

金屬鎂是比較新型的工業(yè)用材，密度僅為鋁的2/3。其合金由于有優(yōu)良的性能，如質(zhì)量輕便、比強(qiáng)度、比剛度高、價格低廉等，越來越受到市場的青睞，不僅在航天、航空等尖端領(lǐng)域得以應(yīng)用，而且在民用工業(yè)中也異軍突起，例如，汽車、家用電器、手機(jī)外殼和運(yùn)動器械等領(lǐng)域。隨著鎂合金工業(yè)的發(fā)展，純鎂的需求也越來越大，因而促進(jìn)了煉鎂工業(yè)的迅猛發(fā)展。目前，國內(nèi)生產(chǎn)金屬鎂主要采用皮江法，皮江法屬于熱還原法，它是將含鎂的礦石（白云石）煅燒后與還原劑（硅鐵）及添加劑（CaF2）壓制成團(tuán)狀放置在密閉的耐熱材料罐體（還原罐）中，加熱至大約1200℃高溫（罐體內(nèi)需要抽真空，真空度5 Pa左右）進(jìn)行還原反應(yīng)，獲得粗鎂，而后將粗鎂進(jìn)行精煉，獲得純鎂。

皮江法煉制鎂主要使用工具是還原罐，還原罐約占金屬鎂生產(chǎn)總成本的15%，因此提高還原罐的使用壽命或降低罐體的生產(chǎn)成本，一直是金屬鎂生產(chǎn)廠家追求的目標(biāo)。還原罐失效的主要原因是由于罐體在高溫下使用產(chǎn)生變形甚至引起開裂，致使無法裝料而最終報(bào)廢。近些年，國內(nèi)外的一些企業(yè)及科研院所對此做了大量研究，主要可概括為二個方面：一是從制作還原罐體的材料著手，開發(fā)、研制價格低廉、耐熱溫度高、抗蠕變強(qiáng)度高、熱變形小的新型耐熱材料，以提高使用壽命，降低生產(chǎn)成本；二是從改進(jìn)原罐體的結(jié)構(gòu)著手，通過改變罐體的形狀、尺寸等提高罐體的使用壽命 （目前常規(guī)還原罐的使用壽命約在50d～60d左右）或降低罐體的生產(chǎn)成本。

我們在提高還原罐壽命、降低罐體生產(chǎn)成本方面也做了較多工作，2007年根據(jù)中國有色工程設(shè)計(jì)院的建議開發(fā)和傳統(tǒng)的圓柱體罐的外形相異的七角形還原罐，目的是減輕重量，增加剛性，提高高溫抗蠕變能力，提高使用壽命，并且為機(jī)械化除渣創(chuàng)造條件。

經(jīng)過近一年多的試制和生產(chǎn)驗(yàn)證，七角還原罐重量輕，抗高溫蠕變較好，使用壽命相對較長，達(dá)到了開發(fā)的目標(biāo)。

1 工藝方案的確定

1.1 新型七角還原罐的結(jié)構(gòu)

新型七角金屬鎂還原罐，外形為七角形見圖1，由三部分組成：罐體、加強(qiáng)箍、封頭。各部分單獨(dú)鑄造生產(chǎn)，而后組焊而成。部件加強(qiáng)箍、封頭可采用砂型鑄造或精密鑄造。罐體為整個還原罐的主要部件。由于外形設(shè)計(jì)成七個角，就相當(dāng)于增加了七條縱向加強(qiáng)筋；在長度方向焊了五個箍，相當(dāng)于增加了五條橫向筋，使其剛性大大增強(qiáng)，改善了高溫時的剛性，減少了高溫蠕變。離心鑄造生產(chǎn)效率高、組織致密、缺陷少。但是以往離心鑄造都是生產(chǎn)一些簡單回轉(zhuǎn)體形狀的鑄件，而這種還原罐體外形為七角形，利用離心鑄造目前尚未有成功經(jīng)驗(yàn)可借鑒，而砂鑄又滿足不了使用要求，采用離心鑄造困難較大。

圖1 外形為七角形金屬鎂還原罐

1.2 采用的設(shè)備

使用單輪驅(qū)動四輪式托輪離心機(jī) （最高轉(zhuǎn)速1200r/min），七角型還原罐型筒，1t底注澆包，中間包等。

1.3 工裝設(shè)計(jì)及制造

型筒是生產(chǎn)還原罐的關(guān)鍵工裝，型筒內(nèi)腔為七角形，長度達(dá)2800mm左右，加工時需保證加工件的同軸度及光潔度，一次加工成型十分困難，從保證產(chǎn)品質(zhì)量和便于加工的角度綜合考慮，最后改為組合型筒，解決了加工問題。

1.4 涂料的涂覆

離心鑄造生產(chǎn)時，為了避免型筒內(nèi)腔直接與高溫鋼液接觸，保護(hù)型筒不被高溫?fù)p壞，同時也利于鑄件脫模，在離心生產(chǎn)時，型筒內(nèi)腔表面要涂覆一層保護(hù)涂料，我們是涂覆一層覆膜砂，厚度約1mm～2mm左右。由于型筒內(nèi)腔為七角形，在涂料涂覆后出現(xiàn)涂料厚薄極不均勻，有的地方還未完全涂上，通過對離心鑄造時質(zhì)點(diǎn)的受力分析及現(xiàn)場多次對涂料的涂撒，找到了涂料涂覆的規(guī)律，保證了涂料的完全覆蓋并且厚薄均勻。

1.5 工藝參數(shù)的選擇

如前所述，離心鑄造以往以生產(chǎn)簡單回轉(zhuǎn)體為主，多數(shù)壁厚均勻，即便存在變截面，但尺寸相差不大，而新型金屬鎂七角還原罐體，壁厚極不均勻，并且壁差最大相差15mm之多（最大壁厚δmax=35mm～40mm，最小壁厚δmin=20mm～26mm）。如果工藝參數(shù)選取不合理，會造成產(chǎn)品出現(xiàn)裂紋、夾雜等缺陷，經(jīng)過理論分析和多次試驗(yàn)，最終選定了合適的工藝參數(shù)（轉(zhuǎn)速、涂料厚度及重量、澆注溫度等）。

2 試制及生產(chǎn)驗(yàn)證

在確定了工藝方案和加工好工裝后，開始試制生產(chǎn)。在試制過程中不斷改進(jìn)相應(yīng)工藝參數(shù)，最終試生產(chǎn)了9支新型七角還原罐，提供給金屬鎂生產(chǎn)廠進(jìn)行試用驗(yàn)證，使用效果良好，使用壽命為55 d左右。相關(guān)工藝參數(shù)及生產(chǎn)驗(yàn)證見表1；新型七角還原罐與傳統(tǒng)圓柱體還原罐的相關(guān)參數(shù)對比見表2。

表1 新型七角還原罐試制工藝方案及生產(chǎn)驗(yàn)證

表2 兩種還原罐相關(guān)參數(shù)的對比

3 結(jié) 論

通過新型七角還原罐的試制及在生產(chǎn)中的驗(yàn)證得出以下結(jié)論。

1）利用臥式離心機(jī)選擇合適的工藝參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、涂料重量、涂掛方法以及澆注溫度等，對生產(chǎn)出合格的新型七角金屬鎂還原罐是十分重要的；

2）在同等使用條件下，新型七角金屬鎂還原罐與傳統(tǒng)的圓柱還原罐的使用壽命相近，但重量卻比傳統(tǒng)的圓柱還原罐輕20%左右，由于重量下降20%～25%，具有價格上的競爭優(yōu)勢；但還需要在進(jìn)一步提高使用壽命上下功夫；

3）模具（型筒）已進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將大大降低成本。