一、镁合金的迅猛增长下的废料解决问题

镁的需求在众多行业中持续攀升，尤其是在压铸领域，其年消费量正以15%至30%的比率迅速增加。与此同时，对于压铸镁合金水口和渣包的回收及再利用问题，已逐渐演变成一个亟待解决的难题。

目前，对压铸合金中重金属杂质的含量设定了严格的规范，尤其是针对铁、镍和铜等元素。AZ91D系列合金凭借其卓越的压铸性能以及优异的机械和物理特性，已成为应用最广泛的镁合金之一。而对于具有特定用途的合金，AM合金展现了出色的延展性和断裂韧性，而AS合金则具备了良好的高温抗蠕变性能。表一列举了当前压铸镁合金的主要合金成分。

依据镁合金压铸行业的数据分析，单是镁合金压铸水口料这一部分，其重量就占据了产品总重的六成以上。鉴于镁合金的特殊性质，大多数水口料不能直接投入熔炉进行重熔，否则会导致产品机械性能和铸造性能的下降，同时还会引发材料损耗增加以及炉渣生成等不利后果。国内大多数企业对于水口料的处理通常有两种途径：一是将其作为废料出售，二是寻找差价（即根据市场行情，每吨废料可额外获得5000至8000元人民币的收益）并与镁生产企业进行吨镁锭的交换。然而，这两种处理方法都不可避免地给压铸企业带来了不小的经济损失，不仅提高了现有压铸产品的成本，还引发了废镁大量储存等一系列问题。原材料供应商大多位于我国北部的偏远地区，与压铸企业相隔甚远，因此，要将镁合金废料从各个分散的地点运往原料生产企业进行重熔处理，并重新铸造成新的镁锭，这一运输环节本身便构成了镁合金废料重熔过程中的一个主要成本因素。

为了降低企业产品的成本，必须构建一个涵盖回收和再利用废镁的全面体系，这一体系应包括镁合金资源的开采、加工成形、应用，以及产品失效报废后的余料和切屑回收。随着镁合金行业的迅猛增长，各地区的镁合金生产企业纷纷需构建独立的废镁回收体系，对压铸环节产生的废品、边角料以及损坏的镁合金部件进行重新熔炼，以产出符合标准的再生锭，同时确保这些再生锭的成本与品质能够与直接从镁矿提炼的产品相媲美。

二、镁合金废料筛选及分类

镁合金的熔化潜热显著低于铝合金，所需能量亦较少，因此镁及其合金具备良好的回收性，目前所使用的镁合金普遍具备回收条件。一方面，回收对象包括失效或报废的镁合金部件；另一方面，还包括生产过程中产生的废料和切屑。为了便于镁合金零件的回收再利用，我们建议在压铸模的非主要大面上刻上“mg”标识，这样有助于人们直观地区分镁合金和其他合金，便于回收利用过程中的筛选工作。同时，这样的标识还能帮助我们将该产品与传统的铝合金等材质明确区分开来。

目前就镁合金废料可以分为如下几个级别(表二)：

ABC等级的废料可以轻易实现提炼，且提炼费用相对低廉。若D级废料未经过热压成块处理，直接提炼则会在重熔过程中导致大部分物质被损耗。对于镁切削材料，收集后可出售给需要镁粉或镁削的花炮厂等企业。至于E级废料，通常不推荐进行回炉提炼，但可以作为一种成分添加到其他冶金产品中。在冶炼有色金属与黑色金属的过程中，依据工艺要求与化学成分的考量，必须引入合金成分。例如，在黑色金属的冶炼作业中，为了提升冶炼温度和降低熔体中的硫含量，需添加镁元素；而在有色金属铝的精炼环节，为确保其化学成分的稳定性，同样需要添加一定量的镁元素。部分铝合金牌号中，镁的添加量甚至可达到1.2%左右。因此，这些经过分选的不同等级的废镁部件，特别是那些难以再次提纯的E级废料，可以出售给有色金属或黑色金属的冶炼企业，用作产品中的添加剂以及工艺过程中的辅助材料。

因此，镁合金的再利用过程中并无障碍，具体实施步骤包括：对镁合金产品进行清晰标识；高效执行镁合金的挑选与回收任务；此外，回收的镁元素还可用于金属冶炼过程，并充当辅助材料。

三、镁合金回收系统的解决方案

高低压铸造产生的镁合金废料、挤压过程中产生的余料以及轧制切割下来的边角料，由于壁厚不一、形状各异深圳废铝合金回收，且普遍混有外部杂质（诸如油污、水分、灰尘等），这些特性对废镁的回收和再利用产生了负面影响。现阶段，一些企业采用常规的电阻炉重熔方法来处理这些废镁合金，这样做不仅会导致原材料和合金在熔炼过程中损耗增加，而且还会提升材料的使用成本，进而降低原材料的整体性能。

经过长时间的深入研究和多次实验验证，深圳市鼎正鑫科技有限公司成功研发出一种全新的镁合金回收技术。这项技术不仅显著提升了废旧镁合金的回收率和品质，而且还能将回收熔炼的效率提升至原来的30%至50%。新工艺的回收步骤包括：对报废镁进行预热处理，随后进行中频熔化，接着进行成分检验，完成转液操作，再进行保温静置，之后进行自动浇注，冷却成形，最后实现自动出锭。此外，该工艺流程还可根据客户的具体需求进行定制化设计，例如，可以将回收并熔化后的镁液通过可移动式保温炉直接导入到压铸机的边炉中，以此缩短镁锭重熔所需的时间，进而实现节能效果。

采用新型技术的镁合金再生系统，按照每年可产出1200吨再生锭的规模来设计，其车间布局的平面图（见图一）、横截面图（见图二）如下所示：

镁合金回收新工艺的装备介绍：

对采用新工艺方法对镁合金进行重熔的经济效益进行了详细分析（见表三），其中数据基于2011年6月的镁价，约为每吨2.1万元人民币。

依据前述数据统计，废镁的回收再利用在成本节约方面表现尤为突出。以每年处理1200吨镁合金废料的企业为例，其节省的开支至少可达（大约）；计算方式为：1200吨/年×（7000-3150）元/吨，结果为462万元/年，这意味着每年公司能够获得大约462万元的额外收益。

2 镁合金回收系统设备组成

2.1 镁破碎机一台

2.2  600Kg液压倾转式中频频熔化炉及控制系统一套。

2.3  600Kg电阻静置保温炉及控制系统一套。

2.4  定量泵及浇铸管系统一套。

2.5  搅拌机一台。

2.6  铸锭机一台。

2.7  电、气体控制系统一套。

2.8  工作平台

2.9   其它

3     镁合金回收系统特性描述

3.1  镁合金废料破碎机

对于体积较大或形状不规则的镁合金废弃材料，必须进行破碎处理，这样做可以提升废料在重熔过程中的熔化速度。

3．2液压倾转式工频熔化炉系统

液压倾转式熔化炉的主要功能是加热回收材料至约700摄氏度，使其转变为镁液。随后，在熔融的镁液中融入合金成分和精炼剂，并利用搅拌机进行搅拌，以去除镁液中的杂质和气体，最终得到符合标准纯度的镁合金液。精炼后的镁液需静置15至20分钟，以便杂质和微量的铁元素沉淀至坩埚底部，然后进行浇铸。

该液压倾转式中频熔化炉系统由炉体、感应加热元件以及电气控制系统等关键部件构成，具体结构可参照图四所示。

液压倾转式中频熔化炉系统特点

 熔化速度快，最快速度为每炉40分钟;

 输入功率可根据工艺要求连续调节，并可在任意点进行

 熔炉配备炉盖及保护气，镁熔化过程安全可靠。

可以使用无熔剂精炼技术，采用SF6和N2混合气体进行保护，这样不仅现场环境得到改善，而且工人的劳动强度也相应降低。

 具有熔化工艺设定功能，电炉温度可按设定温度工艺运行。

 电炉为液压倾炉，具有定点浇铸，浇铸平稳之特点。

 低水压保护、过电流保护功能。

 熔化过程中液面无驼峰，烧损小。

3.3 静置保温炉

保温静置浇铸炉的主要功能在于对熔化炉中的镁合金熔体进行保温和静置，同时实施气体保护以避免氧化反应的发生。此外，它还能促使镁液中的有害杂质或化合物沉淀并分离出来，确保最终获得的镁合金液纯度符合预定标准。此外，该设备还具备辅助自动定量浇铸泵实现自动浇铸作业的能力。保温中转炉系统由引进的辐射加热管、双金属复合材料制成的钢板坩埚以及电气控制装置等关键部件构成，其系统结构图可参考图五。

3．4   搅拌机系统

搅拌机在坩埚中进行低速搅拌操作，其目的是确保镁与合金元素能够充分融合，实现成分的均匀分布，并去除杂质和气体。此外，它还能促使加入的粗镁迅速熔化，并且使坩埚内镁液的温度保持均匀，避免出现偏析现象。

3．5    定量泵及浇铸管

在工作过程中，定量泵负责将金属液输送，借助锥阀的调节，确保液体平稳地流入铸锭模具。当镁液达到水平液位检测装置时，供液操作便会自动停止。此外，在镁液的传输环节深圳废铝合金回收，定量浇铸管采用了创新的循环管路设计，并配备了加热设备，确保了在整个输送过程中镁液不会发生氧化，从而有效避免了管道堵塞的情况。

3．6 铸锭机系统

镁合金铸锭机的主要功能在于对高温镁液进行成型，这一过程包括高温球铁模的定量成型、气保防氧化处理以及冷却等环节，且这些步骤需持续不断地进行，最终产出符合标准规格的成型锭。

3．7    电、气控制系统

镁，作为一种活泼的金属，其与空气接触时反应极为剧烈。为此，在坩埚内，温度被设定在350℃，并自动通入HPC134a与N2的混合气体进行保护，旨在避免镁液与炉内空气直接接触，从而防止其表面氧化和燃烧。

新型保护气体已全面替代了传统的SO2或SF6气体用于保护。以往，熔炼过程中采用的是硫磺粉和SO2气体作为覆盖剂，虽然这种做法在一定程度上提供了保护，但隔离空气的效果并不理想。此外，熔炼中的氧化燃烧会导致镁的损失，并产生熔剂夹渣。同时，覆盖剂与熔镁体之间的反应还会生成具有腐蚀性的烟气，这不仅损害了熔炼设备，还加剧了工作环境的恶化。SF6气体在镁熔炼中扮演着高效保护的角色，然而，它同样是一种极具危害性的温室气体。这种气体有可能加剧全球气候变暖的趋势。具体来说，一个容量为52公斤的SF6气体瓶排放量，等同于排放了1243吨的二氧化碳，对大气环境产生严重影响。因此，若能减少一个标准SF6瓶的排放，便等同于每年减少了240辆私家车排放的二氧化碳量，或是相当于种植了大约85公顷的森林。SF6的全球变暖潜力高达23,900，其在大气中的滞留时长约为3,200年。而新型保护气体的应用显著降低了由SF6引发的温室效应。

镁熔液气体保护与电控设备被安置于主控制柜内，借助该设备，可对各类混合气体的配比与流速进行预设调整。一旦气体压力降至压力传感器的设定低限，控制系统中的报警系统便会启动，发出警报。气体耗尽后，设备能够自动切换至备用气体供应系统。（附电控柜外观图示）

3．8 工作平台

该平台的主要功能是连接熔化炉、静置保温炉等设备，旨在使操作简便并确保工作安全。此平台由带有花纹的钢板以及钢制支撑结构构成。

对镁合金回收系统的生产能力进行评估，以每年1200吨的镁合金产量作为基准配置。

相关配套环节及产能计算见下表；

结    论：

依据前述瓶颈设备的产能设计所进行的计算分析，镁合金生产线的生产能力完全能够满足每年达到1200吨的产量需求。

在生产环节中，必须重视镁合金生产过程中工艺流程的协调问题，比如浇注时间、除渣、搅拌等环节，力求减少上述瓶颈设备的闲置时间，否则将会对生产能力造成不利影响。

5   新工艺镁合金回收系统与现有传统回收系统的差别

结语

在21世纪的今天，人类已经普遍认识到，镁合金在未来的结构材料领域中将扮演关键角色。我国作为镁资源丰富的国家，同时也是未来镁合金消费的大国，广泛使用镁合金部件已成为无可争议的趋势。为了促进镁合金的进一步发展，迫切需要解决镁合金废料的回收问题。镁合金废料新工艺的采用将有助于降低镁合金压铸企业的生产成本，这将进一步促进镁合金压铸产品在多个行业的广泛应用。

本文作者：崔波  深圳市鼎正鑫科技有限公司