電弧熔爐生產(chǎn)電熔氧化鎂的工藝流程主要包括：原料配料、電弧熔融、破碎、選別、粉碎、篩別、磁選、分類(lèi)包裝等。

01原料我國(guó)有豐富的優(yōu)質(zhì)菱鎂礦石，氧化鎂含量高，又易于開(kāi)采，因此，被廣泛用作電熔氧化鎂的原料。采用菱鎂石作原料，碳酸鎂分解產(chǎn)生CO2氣體，由于有大量氣體從爐內(nèi)排出影響著電熔過(guò)程的進(jìn)行：

MgCO3→MgO+CO2↑

對(duì)電熔氧化鎂的結(jié)晶帶的形成均有不利影響，由于大量塵料飛損，使物料損耗和能量消耗增高，也惡化了車(chē)間生產(chǎn)環(huán)境。但由于優(yōu)質(zhì)菱鎂礦石容易獲得，價(jià)格很低廉，所以，仍是我國(guó)電熔氧化鎂用得最多最廣泛的原料。

02配料①菱鎂礦：菱鎂礦石中氧化鎂的含量高低和化學(xué)成分直接影響到電熔凝氧化鎂的質(zhì)量，同時(shí)在電熔過(guò)程中也直接影響到電熔凝氧化鎂得到的品級(jí)比例，因此，為了保證電熔凝氧化鎂的質(zhì)量和品級(jí)比例，必須對(duì)各種礦石進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浔群筮M(jìn)行熔煉。

②水鎂石：我國(guó)的遼寧省水鎂石的礦源非常豐富，水鎂石中氧化鎂含量高于菱鎂礦石。它也是一種制造電熔凝氧化鎂的原料。

③輕燒氧化鎂：以輕燒氧化鎂作為電熔氧化鎂原料，可以使生產(chǎn)環(huán)境得到改善，可以降低運(yùn)輸費(fèi)用。由于電熔時(shí)排出氣體少，成分也較均勻，對(duì)提高電熔氧化鎂質(zhì)量有利。

我國(guó)有一些電熔凝氧化鎂以輕燒氧化鎂制成球料入爐電熔。輕燒氧化鎂的氧化鎂含量達(dá)到98%，以此料能生產(chǎn)出白色大結(jié)晶電熔氧化鎂。但由于成球費(fèi)用高，影響生產(chǎn)成本。目前，有的廠家采用反射爐輕燒氧化鎂，以一定的粒度加入熔爐電熔，電熔氧化鎂的質(zhì)量比用菱鎂礦石好，成本又比用球料作原料時(shí)便宜，因而得到了一定的推廣。馬鞍山電熔鎂砂

④燒結(jié)鎂砂：為了某些電熔凝氧化鎂的特殊要求，有時(shí)必須在電熔過(guò)程中采用燒結(jié)鎂砂作為電熔原料，如采用海水鎂砂作為電熔原料，一般首先利用處理海水和石灰乳作用生產(chǎn)氫氧化鎂，將氫氧化鎂煅燒成輕燒氧化鎂。用其他方法也可以制得輕燒氧化鎂(詳見(jiàn)工業(yè)氧化鎂的制取方法)，采用輕燒氧化鎂作為原料生產(chǎn)電熔凝氧化鎂。極少量的雜質(zhì)氣體(相)也屬于晶體的雜質(zhì)，可明顯影響晶粒的長(zhǎng)大。因?yàn)殡s質(zhì)相的作用在于增加晶界運(yùn)動(dòng)所需的能量。當(dāng)晶界與第二相相遇時(shí)，晶體能量降低，其降低量與第二相橫截面積成正比，所以必須提高晶界能，晶界才能離開(kāi)第二相繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。并且當(dāng)晶界與第二相相遇時(shí)，與第二相橫截面積相等的晶界必須變形，第二相數(shù)量愈多，晶粒長(zhǎng)大的極限尺寸愈小。

另一方面為了降低電熔凝氧化鎂的顯氣孔率，也應(yīng)盡量減少原料氧化鎂的氣體排出，因此，采用燒結(jié)鎂砂電熔有其顯著優(yōu)點(diǎn)。

03電弧熔融這些特性是同原子和分子的量子力學(xué)本性如離子半徑的尺寸，離子的電位數(shù)值，離子的電子外層結(jié)構(gòu)等相關(guān)聯(lián)。而氧化鎂的離子尺寸、質(zhì)量和電荷、陽(yáng)離子和陰離子之間的結(jié)合特性和強(qiáng)度、離子的極化作用、結(jié)晶構(gòu)造等決定它是一高熔點(diǎn)化合物。

氧化鎂的熔點(diǎn)和結(jié)構(gòu)參數(shù)：陽(yáng)離子半徑0.074mm;陰離子半徑0.53mm;結(jié)構(gòu)類(lèi)型NaCl;配位數(shù)6;有效配位數(shù)8.5;密度3.65g/cm3;熔點(diǎn)2800℃。

電熔凝氧化鎂制造的最重要過(guò)程是由各種鎂質(zhì)原料，通過(guò)各種形式的加熱方法產(chǎn)生高溫使鎂質(zhì)材料(MgO)熔化，變成氧化鎂熔體。要使氧化鎂熔融，必須消耗大量的熱能，以克服離子間的引力。通過(guò)強(qiáng)大電弧產(chǎn)生高溫而熔化氧化鎂的方法叫做電弧熔融法。這個(gè)融化過(guò)程一般包括熱的傳導(dǎo)、脫水、脫碳、熔化、析晶、晶體長(zhǎng)大等一系列物理化學(xué)變化的過(guò)程。

①脫水過(guò)程：用水鎂石作原料有一脫水過(guò)程。水鎂石的主要成分是氫氧化鎂Mg(OH)2。其脫水過(guò)程是：

Mg(OH)2→MgO+H2O

②脫碳過(guò)程:用菱鎂礦作為原料時(shí)有一個(gè)脫碳過(guò)程，脫碳過(guò)程包括兩個(gè)方面。一方面是菱鎂礦石的熱分解，菱鎂礦石的主要成分是碳酸鎂(MgCO3):

MgCO3→MgO+CO2

另一方面，由于在電熔過(guò)程中往往在原料氧化鎂中加入石墨粉末添加物(助劑)，在電熔爐起動(dòng)過(guò)程中需在三電極(石墨電極)的下端用石墨粉末鋪成三角形或星形導(dǎo)線路，在通電過(guò)程中受熱燒損或完全燃燒除去石墨。

C+O2→CO2↑

③熔化過(guò)程:熔化過(guò)程即氧化鎂中鎂離子和氧離子在強(qiáng)電弧產(chǎn)生的熱能作用下，克服單晶體中的晶格能的束縛，變成能自由運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。也就是說(shuō)，氧化鎂加熱到一定溫度(熔點(diǎn))就會(huì)由固體變成液體，叫熔化。在這一過(guò)程中需消耗大量的電能。據(jù)電熔凝氧化鎂生產(chǎn)者對(duì)用水鎂石作原料生產(chǎn)電熔凝氧化鎂的熱平衡的衡算，熱消耗的比例如下：氧化鎂晶體生成熱消耗值34.9%，渣皮消耗熱值15.3%，散砂生成熱耗值3.0%，冷卻水耗熱值8.4%，冷卻爐殼的水耗熱值7.9%，爐子表面散熱值6.4%，煙氣帶走熱值28.8%。電能損失值3.2%，從這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，在電熔氧化鎂的過(guò)程中，克服氧化鎂晶格能的耗熱量更大。

④析晶和晶體長(zhǎng)大:雖然有許多關(guān)于氧化鎂系統(tǒng)的結(jié)晶理論，但到目前為止，還沒(méi)有概括出能夠準(zhǔn)確描述電熔氧化鎂高溫熔融體在實(shí)際結(jié)晶過(guò)程的一般結(jié)論。

與氧化鎂的熔融過(guò)程相反，液態(tài)氧化鎂中的鎂離子和氧離子，在停止電弧加熱后隨著溫度的降低，動(dòng)能減弱。當(dāng)溫度降到結(jié)晶溫度時(shí)，

當(dāng)排列不規(guī)則且劇烈運(yùn)動(dòng)著的鎂離子和氧離子之間的吸引力達(dá)到或大于自由離子運(yùn)動(dòng)所需能量時(shí)，陰陽(yáng)離子就相結(jié)合，出現(xiàn)一些像固體狀態(tài)時(shí)陰陽(yáng)離子有規(guī)則地排列的微粒。如果溫度繼續(xù)下降，離子的活動(dòng)能力變得更弱，離子在微粒周?chē)奂?，微粒不斷長(zhǎng)大。粒子一邊長(zhǎng)大，一邊放出熱量，直至完全凝固，這一過(guò)程叫做結(jié)晶。這些初生成的微粒叫晶核，結(jié)晶過(guò)程可以看作是晶核不斷生成和晶核不斷長(zhǎng)大成晶體的過(guò)程。

實(shí)際上，液態(tài)氧化鎂冷卻到結(jié)晶溫度時(shí)，并不立刻結(jié)晶，有滯后現(xiàn)象，要溫度更低一些時(shí)才結(jié)晶。這中間有一個(gè)溫度差(T理想—T實(shí)際=△T)，用△T表示?！鱐叫做過(guò)冷度。結(jié)晶時(shí)若冷卻速度過(guò)快，則過(guò)冷度愈大，液體中生成的晶核愈多，晶粒長(zhǎng)大的速度也愈快，但結(jié)晶顆粒還是愈細(xì)。如果在液態(tài)氧化鎂中存在雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)的晶粒結(jié)構(gòu)與氧化鎂的晶粒結(jié)構(gòu)相似，這些質(zhì)點(diǎn)可以成為晶核，在結(jié)晶過(guò)程中，結(jié)晶離子在這些雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)上長(zhǎng)大，這樣的質(zhì)點(diǎn)愈多，電熔凝氧化鎂的晶體愈細(xì)。

在熔融體的結(jié)晶過(guò)程中，結(jié)晶分為體積結(jié)晶和定向結(jié)晶兩個(gè)方面。體積細(xì)晶的特征是，熔爐容積內(nèi)的結(jié)晶同時(shí)產(chǎn)生并隨之在數(shù)量上和晶體尺寸上增大。定向結(jié)晶是指在熔爐內(nèi)熔體表面產(chǎn)生結(jié)晶面，并且此結(jié)晶面向中心移動(dòng)。在電熔氧化鎂的熔煉過(guò)程中，結(jié)晶不應(yīng)該屬于體積結(jié)晶，因?yàn)樵谌垠w內(nèi)在結(jié)晶不能同時(shí)達(dá)到同樣的過(guò)冷度。氧化鎂熔體的整個(gè)體積內(nèi)結(jié)晶過(guò)程是同熔體的連續(xù)過(guò)冷度相聯(lián)系的。結(jié)核的出現(xiàn)，晶體的成長(zhǎng)長(zhǎng)大，晶體缺陷的修正是逐漸向容積中心移動(dòng)的，這個(gè)結(jié)晶應(yīng)屬定向結(jié)晶，但又不是理論上的定向結(jié)晶，其結(jié)晶過(guò)程不能完全以定向結(jié)晶理論來(lái)描述。

冷卻著的熔體進(jìn)行的物理過(guò)程如下：在初期，時(shí)間從零t1，熔體的外周，熔體放出潛熱，因而結(jié)晶速度為零，接著時(shí)間從t1到t2,在熔器邊周產(chǎn)生晶核，晶體快速長(zhǎng)大，晶面缺陷進(jìn)行修正。時(shí)間從t2到t3，結(jié)晶面向中心移動(dòng)，并形成柱狀結(jié)晶殼。時(shí)間從t1到t4，結(jié)晶面向中心移動(dòng)減慢形成縮孔。這個(gè)過(guò)程最長(zhǎng)，結(jié)晶速度更低，在熔體中心，在剩余玻璃相中結(jié)晶體長(zhǎng)大，晶體很大。結(jié)晶過(guò)程存在著兩個(gè)階段，時(shí)間從t1到t2和t4到t5。對(duì)于前者，結(jié)晶速度很大，結(jié)晶顆粒很細(xì)。對(duì)于后者，結(jié)晶速度很小，晶體顆粒很大。在兩個(gè)階段的過(guò)渡階段中，形成不同數(shù)量的長(zhǎng)柱狀晶體，顆粒大小介于兩階段之間。

在電熔氧化鎂生產(chǎn)過(guò)程中，冷卻結(jié)晶時(shí)控制熔體的過(guò)冷度可得到人們需要的各種結(jié)晶體，需要小晶形時(shí)，采取快速冷卻的方法;需得到大結(jié)晶時(shí)，采取保溫延長(zhǎng)冷卻時(shí)間的方法?