CN102251125B - 铝液净化氮-氯混气系统及铝液净化方法 - Google Patents

铝液净化氮-氯混气系统及铝液净化方法 Download PDF

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本发明涉及一种铝液净化氮-氯混气系统及铝液净化方法，该系统包括氯气回路和氮气回路，所述氯气回路为接通氯气气源的管道依次经阀门Ⅰ、压力传感器Ⅰ、氯气减压阀、压力表Ⅰ、通断控制器Ⅰ和能够进行流量调节的流量计Ⅰ接至混气接头；所述氮气回路为接通氮气气源的管道依次经阀门Ⅱ、压力传感器Ⅱ、氮气减压阀、压力表Ⅱ、通断控制器Ⅱ和能够进行流量调节的流量计Ⅱ接通到所述混气接头；所述混气接头把两股气体混合后进入对铝液进行净化的除气设备。本发明还涉及一种铝液净化方法。通过以上方案，实现并提供一种安全、定量、具有过程监控泄露的氮-氯混气系统。稳定了铝液净化质量，降低了生产成本。

Description

铝液净化氮-氯混气系统及铝液净化方法
技术领域
本发明涉及一种铝活塞用铝液净化设备上的氮-氯混气系统，尤其是一种使用氯气环境中的安全、定量、过程监控泄露的氮-氯混气系统。本发明还涉及一种铝液净化方法。
背景技术
目前，铝液净化大都采用精炼剂或惰性气体气泡排除法的净化方式，其存在的主要问题是：采用精炼剂（氯盐）净化法烟雾大、环境差，腐蚀设备、影响工人身体健康，尤为关键的是铝液烧损大，浪费严重。采用惰性气体（氩气）气泡排除法的净化时其成本较高。这两种方式易实现，工艺简单，但生产效率低，处理时间较长，难以适应铝液低成本、高质量稳定要求的大规模生产。
同时，铝活塞用铝液还有别于其它合金铝液，其大部分为共晶或过共晶型铝硅合金铝液，由于该类铝液普遍采用磷变质，该变质方法对精炼处理要求较高，需采用氯盐或氯气（氯气也是很好的精炼气体：通过氯气和氯发生化学反应生成AlCl3，AlCl3高温汽化为气泡把铝液中的氢和氧化夹杂带出）同时氯气在铝液中最关键的是能有效消除铝液中的钙元素[Ca+Cl2→CaCl2 ，生成的CaCl2汽化为气体溢出]，钙在铝液中能抑制甚至消除磷的变质效果，在磷变质铝液中属于有害元素）精炼后其变质效果才明显。上述传统的铝液净化方式氯盐净化法虽能促进变质效果，但存在上述使用中的不足。采用气泡法净化除气效果虽好，但达不到促进变质效果的目的。增加氯气因大多数厂家解决不了氯气使用的安全性问题，故大多数仍沿用采用氯盐的铝活塞用铝液净化方式。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种安全、定量、过程监控泄露的氮-氯混气系统。
本发明的另一目的是提供一种铝液净化方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种铝液净化氮-氯混气系统，它包括氯气回路和氮气回路，所述氯气回路为接通氯气气源的管道依次经阀门Ⅰ、压力传感器Ⅰ、氯气减压阀、压力表Ⅰ、通断控制器Ⅰ和能够进行流量调节的流量计Ⅰ接至混气接头；所述氮气回路为接通氮气气源的管道依次经阀门Ⅱ、压力传感器Ⅱ、氮气减压阀、压力表Ⅱ、通断控制器Ⅱ和能够进行流量调节的流量计Ⅱ接通到所述混气接头；所述混气接头把两股气体混合后进入对铝液进行净化的除气设备。
所述氯气回路上在阀门Ⅰ和氯气减压阀之间还设有氯气过滤器，以便过滤掉氯气中的颗粒性杂质，预防这些小杂质对管路密封的影响。
该系统还包括安全回路，所述安全回路包括带有通断控制器Ⅲ的管道，管道的一端连通氯气回路上通断控制器Ⅰ和流量计Ⅰ之间的管道，另一端连通氮气回路上压力表Ⅱ与通断控制器Ⅱ之间的管道。以确保氯气回路通断控制器后残存的氯气被安全回路中过来的氮气吹净。
该系统设置在混气箱内，所述混气箱内还设有氯气泄漏报警系统，所述氯气泄漏报警系统包括一设在混气箱内的氯气泄漏报警探头，该氯气泄漏报警探头连接输出装置。
通过本发明的氯气混气系统，充分系统的考虑解决了使用的安全性，并采用5～10%的氯气（氯气量超10%对保温炉盛铝液的坩埚有一定腐蚀腐蚀）和氮气（780℃以内除气原理同氩气，但成本明显要低。氮气超过780℃氮气不稳定，由惰性变为活性气体，易于合金中其它元素发生反应降低其精炼效果）混合除气，即保证了促进铝液变质效果和净化铝液的目的，又解决了氯盐净化污染大、氩气精炼费用高的问题。
通过以上方案，实现并提供一种安全、定量、具有过程监控泄露的氮-氯混气系统。稳定了铝液净化质量，降低了生产成本。
一种铝液净化方法，采用浓度比为5～10%的氯气和余量的氮气混合气体对铝液进行净化，净化温度为720～760℃（净化温度低于720℃铝液粘度增大，增大了气泡上浮过程中吸附氧化夹杂和氢的阻力，降低精炼效果。当温度超过780℃氮气变得不稳定，由惰性变为活性气体，易于合金中其它元素发生反应降低其精炼效果，同时温度超过780℃铝液的氧化倾向增大，氢的溶解度也变大，净化效果变差）。
本发明中铝液净化方法的净化原理：
铝是一种活泼金属，尤其在熔融情况下极易氧化即在铝液中形成氧化夹杂物（Al2O3），同时由于空气中存在的水分、使用工具及原材料中的水、油污等易与铝发生反应在铝液中形成氢（AL+H2O→AL2O3+H），当铝液凝固后氧化夹杂物（Al2O3）和氢在铸件中形成夹渣和针孔，铸件中存在夹渣和针孔对其性能危害很大。因此，铝液必须经净化处理以去除氧化夹杂物（Al2O3）和氢。净化原理均为吸附精炼法，不论通入惰性气体还是放入氯盐，目的都是在铝液中形成气泡，依靠气泡在铝液中上浮过程吸附铝液中弥散的Al2O3氧化夹杂和氢，带到液面的熔渣中被排除。
本发明在原有铝液旋转净化的基础上，从改善环境、降低成本、安全及促进变质效果的角度出发设计了该氮-氯混气系统，采用定量5～10%的氯气（氯气量超10%对保温炉盛铝液的坩埚等有一定腐蚀）和氮气混合净化。打破了原有依靠氯盐（如六氯乙烷、四氯化碳等）或氩气除气（氩气压力0.3~0.5MPa，流量1~2m3/h）的方式。
附图说明
图1是本专利铝液净化氮-氯混气系统流程示意图。
其中：1、阀门Ⅰ，2、氯气过滤器，3、压力传感器Ⅰ，4、氯气减压阀，5、压力表Ⅰ，6、通断控制器Ⅰ，7、流量计Ⅰ，8、混气接头，9、阀门Ⅱ，10、压力传感器Ⅱ，11、氮气减压阀，12、压力表Ⅱ，13、通断控制器Ⅱ，14、流量计Ⅱ，15、通断控制器Ⅲ，16、氯气泄漏报警探头，17、混气箱。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
如图1所示，本发明是一个氮气和氯气混合的系统，接入两路（氮气和氯气）气源，经该系统按比例混合后输出到除气设备进行铝液的净化处理。该铝液净化氮-氯混气系统包括：氯气回路、氮气回路、安全回路和防氯气泄漏报警系统四部分。
氯气回路为接通氯气气源的管道依次经阀门Ⅰ1、氯气过滤器2、压力传感器Ⅰ3、氯气减压阀4、压力表Ⅰ5、通断控制器Ⅰ6和能够进行流量调节的流量计Ⅰ7接至混气接头8；
所述氮气回路为接通氮气气源的管道依次经阀门Ⅱ9、压力传感器Ⅱ10、氮气减压阀11、压力表Ⅱ12、通断控制器Ⅱ13和能够进行流量调节的流量计Ⅱ14接通到所述混气接头8；所述混气接头8把两股气体混合后进入对铝液进行净化的除气设备。
在氯气回路上设置氯气过滤器2以便过滤掉氯气中的颗粒性杂质，预防这些小杂质对管路密封的影响。
该系统还包括安全回路，所述安全回路包括带有通断控制器Ⅲ15的管道，管道的一端连通氯气回路上通断控制器Ⅰ6和流量计Ⅰ7之间的管道，另一端连通氮气回路上压力表Ⅱ12与通断控制器Ⅱ13之间的管道。以确保氯气回路通断控制器后残存的氯气被安全回路中过来的氮气吹净。
该系统设置在混气箱17内，所述混气箱17内还设有氯气泄漏报警系统，所述氯气泄漏报警系统包括一设在混气箱17内的氯气泄漏报警探头16，该氯气泄漏报警探头16连接输出装置。
工作原理：
氯气回路经过一个阀门1，然后接过滤器2，过滤掉颗粒性的杂质。过滤器2后有压力监测3检测氯气压力，压力过高和过低均有信号输出，以便超出工艺范围时报警，监测范围（0.1～0.6Mpa）。再经过减压阀4减压（减压后有指针压力表5显示压力）。当气路开通后（由通断控制器6控制）氯气经过一个流量计7（型号：LZB-4）。流量计显示流量并可手动流量调节（使流量控制在工艺范围）定量后经混气接头8进入到除气设备。
氮气回路进入系统经过阀门9，再经压力传感器10进行压力检测，压力过低时有信号输出，监测范围（0.1～0.7Mpa）。再经过减压阀11减压，减压后有指针压力表12显示监控压力。当气路开通后（通断控制器13控制）经过一个流量计14（型号：PF2A311-A）显示并按工艺调节流量后经混气接头8进入到除气设备。图中箭头表示气体流向的方向。
为确保系统安全，在氮气回路和氯气回路之间增加了一个安全回路，系统设置除气快结束时，氯气先结束，然后安全回路通过通断控制器15打开，把氯气回路中的残存氯气吹干净。
为防止氯气泄漏，在该混气箱17中还设有氯气泄漏报警探头16，当柜内氯气浓度达到3～5ppm时，有报警信号输出进行报警。
通过以上方案，实现并提供一种安全、定量、具有过程监控泄露的氮-氯混气系统。稳定了铝液净化质量，降低了生产成本。
一种铝液净化方法，采用浓度比为5～10%的氯气和余量的氮气混合气体对铝液进行净化，净化温度为720～760℃，净化压力跟常规技术一样，均需要一定的压力（大于常规压力）。其它净化步骤与常规技术中的气体净化方法相同，不予赘述。
使用本专利的氮气和氯气混合的系统所制得的混气，具体使用要求如下：
铝液净化温度：720～760℃。
N2压力0.3~0.5MPa，流量1~1.5m3/h。
Cl2压力0.3~0.5MPa，流量0.08~0.12m3/h。
铝液净化工作流程：（以总除气时间12分钟计）
转子下（开始通小股N2）→下到位开始旋转（按比例通N2+ Cl2）→工作11分钟后Cl2停，通大流量N2→除气时间到旋转停转子上（通小股N2至转子到上位停）。
该方法经使用与原净化效果相比：密度当量指标降低0.2～0.4（密度当量是衡量铝液净化效果的一个指标，活塞合金此值要求≤1，原净化方式密度当量值一般在0.4～0.8，现净化方式密度当量值一般在0.2～0.5）。

Claims (4)

1.一种铝液净化氮-氯混气系统，其特征在于，它包括氯气回路和氮气回路，所述氯气回路为接通氯气气源的管道依次经阀门Ⅰ、压力传感器Ⅰ、氯气减压阀、压力表Ⅰ、通断控制器Ⅰ和能够进行流量调节的流量计Ⅰ接至混气接头；所述氮气回路为接通氮气气源的管道依次经阀门Ⅱ、压力传感器Ⅱ、氮气减压阀、压力表Ⅱ、通断控制器Ⅱ和能够进行流量调节的流量计Ⅱ接通到所述混气接头；所述混气接头把两股气体混合后进入对铝液进行净化的除气设备；该系统还包括安全回路，所述安全回路包括带有通断控制器Ⅲ的管道，管道的一端连通氯气回路上通断控制器Ⅰ和流量计Ⅰ之间的管道，另一端连通氮气回路上压力表Ⅱ与通断控制器Ⅱ之间的管道。
2.根据权利要求1所述的铝液净化氮-氯混气系统，其特征在于，所述氯气回路上在阀门Ⅰ和氯气减压阀之间还设有氯气过滤器。
3.根据权利要求1至2任一项所述的铝液净化氮-氯混气系统，其特征在于，该系统设置在混气箱内，所述混气箱内还设有氯气泄漏报警系统，所述氯气泄漏报警系统包括一设在混气箱内的氯气泄漏报警探头，该氯气泄漏报警探头连接输出装置。
4.一种铝液净化方法，其特征在于，采用浓度比为5～10%的氯气和余量的氮气混合气体对铝液进行净化，是使用权利要求1所述的铝液净化氮-氯混气系统所制得的混气，参数为：铝液净化温度：720～760℃；N2压力0.3～0.5MPa，流量1～1.5m3/h；Cl2压力0.3～0.5MPa，流量0.08～0.12m3/h。
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