鎂合金作為21世紀最具潛力的一種結構材料，受到業界的高度關注，但其在冶煉、精煉以及合金化過程中的一系列關鍵問題嚴重制約了鎂行業的健康快速發展。基于此，西安科技大學材料科學與工程學院王曉剛教授團隊在理論計算與數值模擬的基礎上，開展了多層次多種規模的系列試驗，研發成功了大型連續式電內熱法豎式爐煉鎂及合金化新技術。半工業化試驗取得了良好的效果，技術指標先進可靠，有望形成大型綠色高效短流程煉鎂及合金化新技術與新裝備，從而解決傳統鎂冶煉及合金化的根本性問題，為提升金屬鎂的冶煉及其合金化技術提供技術支撐。
鎂及其合金以其優良的性能成為當今世界最受關注的新型綠色工程材料之一。中國鎂產業具有良好的資源條件，已成為我國具有競爭力的可持續發展優勢產業之一。隨著結構輕量化技術及環保問題的需求，進一步刺激了鎂及其合金工業的發展。但在鎂及其合金的冶煉、精煉以及合金化過程中，存在污染嚴重、資源消耗大、產品純度低、晶粒粗大以及深加工困難等一系列的問題，極大地限制了鎂產業的發展。因此要將我國鎂產業由生產大國提升為制造強國，必須解決產業鏈中的一系列關鍵問題。
鎂冶煉的關鍵問題
我國原鎂生產的98%以上采用皮江法，它是以煅燒白云石為原料，硅鐵為還原劑，在1200℃左右進行真空熱還原產生鎂蒸氣，并冷凝結晶成粗鎂。近10余年，這種“真空還原罐間歇式”提取鎂的方法，經過不斷創新實踐，實現了工藝和裝備方面諸多卓有成效的突破，但距離高效、高質量、綠色冶金的差距還很大，仍有許多關鍵問題未能解決。主要表現在：環境污染嚴重，直接和間接排放33TCO2/TMg；還原周期過長，每個還原罐從裝料到提取粗鎂用時在8~10h；單罐生產能力低，平均單個還原罐的產量為20.5~22.8kg；能耗大，平均噸鎂耗能4.5t標煤左右；熱效率低，還原爐中，用于加熱原料球團和提供反應熱的能量，僅分別還原爐總能耗的3.66%和19.83%，而無效熱損耗高達76.51%；還原罐體壽命短，長期處在高溫含氧的環境中的還原罐使用壽命短(僅60天)，不但影響生產，且成本加大；勞動強度大、作業環境差，皮江法煉鎂需要人工扒渣和裝料，幾乎沒有機械化、自動化操作；粗鎂純度有待提高，所得粗鎂的主要雜質是一些蒸氣壓較高的金屬雜質以及少量來自爐料的非金屬雜質，如MgO、CaO、SiO2和Fe2O3等。盡管粗鎂純度在98%以上，但在工業應用前，仍需精煉工序。
因此，提升鎂的競爭力，首先需從根本上改變鎂冶煉的現狀，對“真空還原罐間歇式”還原工藝及其裝備進行革命性的變革。
解決方案——具有獨立自主產權的“連續式電內熱法豎式大型煉鎂爐”裝備
針對“真空還原罐間歇式”煉鎂的實際情況，項目組成員經過多年不斷的研究-計算-模擬-設計-實驗-創制，形成了一套具有獨立自主產權的“連續式電內熱法豎式大型煉鎂爐”的解決方案和設備，并進行了多次半工業化規模性試驗，得到了較好的效果。
第一階段為理論計算和模擬：建立在溫度場疊加原理、動態表面負荷、短距離快速傳熱和熱能高效利用原理之上，首次提出了多熱源-內熱式-電熱法豎式爐快速煉鎂方法，通過溫度場的計算模擬表明，電內熱法可使爐內溫度場三維均勻，大幅度提高能量利用率，明顯縮短還原時間。
第二階段進行了不同反應器設計及試驗：在前期計算模擬的基礎上，進行了不同規格的反應器設計和試驗。
第三、四階段的試驗進行了半連續性電內熱法豎式爐試驗、電內熱法大型連續性豎式煉鎂爐設計及裝備設計。
“連續式電內熱法豎式大型煉鎂爐”解決了鎂冶煉的關鍵問題，主要表現在爐式還原代替罐式還原，裝料量可根據供電容量。該工藝理論上可無限大，結晶器可足夠長，將單罐鎂產量由20kg左右提高至單爐產量500kg以上，單爐產量大，實現了集約化生產。
其中，改外圍加熱為內部加熱，實現了熱源與原料的直接接觸，增強了熱傳導效果，熱利用率提高至60%以上，還原時間縮短為3h~5h，能耗明顯降低。新工藝及裝備，將鎂冶煉的能耗由12900~13500kWh/TMg 降至 8000~10000kWh/TMg；改臥式還原系統為豎式還原結構，在重力作用下，實現半連續—連續式進出料，大幅提高生產效率，降低勞動強度；用清潔的電能源加熱，摒棄污染嚴重的煤、氣加熱，控制了粉塵、煙塵及CO2、CO、SO2等溫室氣體和有害氣體的排放，實現清潔生產。
還原出粗鎂的組織致密、純度高、損耗小，為后續精煉奠定了基礎。為在距離擋火板50cm和75cm處，致密的冷凝產物層，且疏松層較薄，其純度均在99.32~99.91wt.%以上，遠高于罐式間歇式還原的粗鎂純度(98wt.%)。
實施效果顯著
通過這些工作的開展，攻克傳統皮江法煉鎂能源消耗大、裝備水平差、自動化程度低、勞動強度大、生產和產品質量不穩定、環境污染嚴重、資源浪費大等共性技術難題。
半工業化試驗取得了先進的經濟技術指標：大幅度提高冶煉爐熱效率，還原時間縮短為5～6小時；能耗降低30%以上；電耗 8000~10000kWh/TMg；實現半連續-連續性熱進料、熱出渣、間歇式出鎂的生產作業形式；鎂還原率達到85%~93%，料鎂比≤6.0，還原渣中MgO殘余量平均在2%~5%之間，鎂純度在99.32~99.91wt.%以上；解決了煤、重油、煤氣和天然氣加熱生產所帶來的大量煙塵污染和溫室氣體排放問題，改善生態環境，實現還原工段的清潔生產。本技術冶煉粗鎂成本約12000元/噸，經濟效益好。
大型連續式電內熱法煉鎂發展規劃
預計2016年6月底前，建成單爐裝料量6噸年產1500噸鎂的生產示范線，完成技術-裝備-工藝-控制的全面定型。
2017年前，和國內相關企業合作，建成單爐裝料12~18噸年產3萬噸鎂的大型示范生產線，該示范線將集新工藝、新技術與新裝備一起，達到世界領先水平。
2018年在全國推廣，創產值100億元以上。
該煉鎂與合金化新技術與新裝備集冶煉-精煉-合金化于一體，具有短流程、高效、節能、降耗、清潔生產等優勢，有望徹底改變傳統煉鎂與合金化作業模式，真正使鎂產業成為為高新技術產業，實現煉鎂技術升級換代，盡快促使我國由鎂“大國”到“強國”的轉變。