我国生产蠕墨铸铁主要采用镧稀土硅铁合金作蠕化剂，而生产球墨铸铁则采用铈稀土镁合金作球化剂。随着对球铁质量要求的提高和薄壁、大断面球铁铸件的发展，作球化剂的重稀土镁合金的需求量也相应增加。本文根据镁金属物理特性，对重稀土镁合金的生产工艺作了一些试验，尤其对冶炼中镁采取不同的加入方式对回收率的影响，进行了较深入的探讨。

1 试验部分 1.1 设备

主体设备选用GW-0.15型中频无铁心感应电炉，炉衬采用120^#石墨坩埚。

1.2 原料

主要以重稀土硅铁合金为原料，同时加入镁锭、硅铁、废铁熔配而成。

1.3 工艺流程的确定

稀土硅铁镁合金的炼制方法，一般分一步法和二步法，前者直接在电弧炉或矿热炉中生产含镁合金，不另外配镁，后者是在炼制出稀土硅铁合金的基础上，另行配镁分两步完成。根据试验要求，选择合金为FeSi Mg₁₀Re₈的牌号。目前，含Mg＞6%的合金，用一步法炼制是很难实现的，故采用二步法，在中频无铁蕊感应电炉中熔配完成。根据中频感应电炉的工作原理，其热源不是由电流直接做功取得，而是靠负载产生感生电动势。电动势有效值应为：

(1-1)

式中：f——频率；ϕ——磁通。

感生电动势在负载中产生感生电流，感生电流使负载开始加热，完成由电能转变为热能的过程：

(1-2)

式中：I——感生电流有效值；

R——负载电阻；

t——时间。

为增大热量，提高电流效率，熔配过程中，应选择能产生较大感应电流的载体石墨坩埚为炉衬，炉料配制也应尽量满足坩埚的有效容积。由于镁燃点低蒸气压高，工艺过程中为了考察镁的收率，分别以加镁法和压镁法不同的加入形式进行熔配，制取重稀土硅铁镁合金。工艺流程见附图。

1.4 技术操作条件

中频电炉生产的基本工艺的技术操作条件是：启动电流使炉体出现暗红色之后开始加料，熔炼温度为1350℃，熔炼时间为80min，中频电压控制在450V左右，频率650 Hz，炉料粒度为20~40mm。详见附图、表 2。

2 试验结果及讨论

据9炉次试验的平均结果表明(见表 3)，镁的不同加入方法，会对镁的收率产生影响，同时也得出其它元素的收率情况。在冶炼过程中，熔炼与温度有密切的关系。

a.  熔炼与温度。对于料中具有高熔点(1320℃)的重稀土硅铁合金，要熔配，就必须有一定的温度，而熔炼的温度来源于磁场。从式1—2可知，热量是跟有效电流的平方、载体电阻值及熔炼时间成正比关系。炉料中，合金导磁率低，在熔炼中产生的热量是很微弱的。钢铁的电阻值小，导磁性好，在磁场的作用下，能产生较大的感应电流。但在熔炼中只起调配作用，加入量小，在熔炼时，产生的热量远远不能满足熔炼要求。选择具有较大负载的导磁体——石墨坩埚，在磁场作用下能自身产生热量，弥补了熔炼时炉料的不足之处。因此，如何选择坩埚及其放置感应圈中的位置，充分利用炉体的有效容积，对熔炼与温度的产生和利用，有着密切的关系。

b.  镁加入形式与收率的比较。一步法在工业生产中稀土镁合金达到平衡时，镁在合金相-渣相-气相的分配比分别为：20%~25%-30%~35%-40%~50%。可见，镁的还原率较高，还原的镁大部分进入气相，造成镁收率低。针对这种状况，试验考察了不同的加镁形式对镁的收率影响，综1结果表明，增高炉内对镁的料层来吸附逸出的镁，让其部分转化为氧化镁，增大渣中氧化镁的活度值，虽然可提高镁的收率，但结果并不理想，直收率只有65.96%。改变加镁形式，在炉口加盖的情况下，镁的直收率只有67.32% (见综2)。而用压镁法炼制，气相中镁逸出量少，燃烧率低，氧化镁夹杂含量少，镁的收率高，一般在85%以上。比加镁法的收率能提高15%~20%左右，是熔配中最为理想的加入方法。

c.  操作与安全。合金熔配过程中，因熔炼温度高，镁锭燃点低故易溅出，尤其用压镁法炼制时，镁的比重小，很容易漂浮在合金液面剧烈燃烧，给加镁工作带来困难。为此，压镁法操作时要有专用工具，搅拌速度不宜过快，防止镁上浮燃烧。

d.  影响金属收率的因素。整个冶炼过程，冶炼原料多为精料，在高温熔配过程中应防止元素被氧化。试验表明，除镁在熔炼中易氧化外，其它元素在敞开炉口的炉膛内熔炼，也会生成氧化物，进入渣相。对于价格昂贵的稀土元素，还有部分的氧化损耗，必然会影响稀土的收率。根据结果中3组数据的比较，Si在合金中含量越高，渣相中形成的硅酸钙越少，渣量越少，除镁外的其他元素的收率越高。因此，渣金比值大小也是影响元素收率的因素。本试验只重点考察了镁收率。

3 应用结果

上海压缩机厂把研制旳重稀土镁合金与轻稀土镁合金按3 : 1混合，用于重1 600kg、最大壁厚60mm五缸体滑板，直接铸造高韧性球铁(QT42-10), 经试验完全达到并超过GB1348-78中球墨铸铁技术条件规定，抗衰退性能比其它球化剂略胜一筹。

4 结语

a.  重稀土硅铁镁合金生产工艺具有流程短、工艺稳定、操作简单、渣量少的特点。

b.  用压镁法熔配，镁的收率高，是最为理想的加入形式。但操作时要有专用工具，注意安全。

c.  用稀土镁合金作球化剂，能提高铸件的机械性能，使白口倾向和壁厚敏感性减少，同时能减少氧化夹渣和消除干扰元素的影响，具有良好的球化作用。

d.  本试验只重点考察了镁的收率，其它元素受某些因素影响，产生收率偏低的现象，今后可适当地加入复盖剂和添加炉盖来提高收率，以进一步完善工艺。