CN102389964A

CN102389964A - 镁合金熔体保护装置

Info

Publication number: CN102389964A
Application number: CN2011103564464A
Authority: CN
Inventors: 庞松; 吴国华; 刘文才; 丁文江
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: CN102389964B

Abstract

一种镁合金熔体保护装置，其包括定量多路给进系统、前级处理系统、自紊流发生系统、气态维生系统和定量多路节流脉冲输出系统，定量多路给进系统设置并连接于前级处理系统上端，自紊流发生系统的上部与前级处理系统相通，自紊流发生系统的下部与气态维生系统的上部相连，气态维生系统的下部连接到最下端的定量多路节流脉冲输出系统上。本发明可以使用常规保护气体，也可以使用特种保护液体，或者二者同时使用，可有效阻止镁熔体的氧化和燃烧，减少保护气体和液体使用量，可同时向多部熔炉及铸型提供保护，节约生产成本，大幅度提高了镁合金的品质。

Description

镁合金熔体保护装置

技术领域

本发明涉及一种金属熔体保护装置，尤其涉及一种专用于镁合金熔体的保护装置，属于金属材料及冶金技术领域。

背景技术

众所周知，镁是一种非常活泼的金属，与氧的亲和力很大，其表面层的致密系数小于1(0.74g/cm³)，以致镁合金熔炼过程中容易氧化，且表面生成的氧化膜比较疏松，因此，熔体保护是镁合金熔炼过程中的关键环节。

镁合金的熔体保护主要有两种方法，即熔剂保护和气体保护。其中，熔剂保护是利用低熔点的化合物在较低的温度下熔化成液态，在镁合金液面铺开，阻止镁液与空气接触从而起到保护作用。目前国内外常使用的保护熔剂是商品化的RJ系列熔剂，如中国发明专利申请号为200610109367.2，公开号为CN100398680C的专利提供了一种耐热镁合金熔剂，其组分主要为氯盐和氟盐。但使用保护熔剂熔炼通常会带来以下问题：(1)氯盐和氟盐高温下易挥发产生有毒气体，如HCl，HF等；(2)由于熔剂的密度较大，部分熔剂会随同镁液混入铸型造成“熔剂夹渣”；(3)熔剂挥发产生的气体有可能渗入合金液中，成为材料使用过程中的腐蚀源，加速材料腐蚀，降低使用寿命。因此，目前国外应用较多的熔体保护方法主要是气体保护。

气体保护法是在镁合金液的表面覆盖一层惰性气体或者能与镁反应生成致密氧化膜的气体，从而隔绝空气中的氧，传统的保护气体主要由SF₆，SO₂，CO₂，Ar和N₂等组成，如中国发明专利申请号为200910200322.X，公开号为CN102094130A的专利提供了一种镁合金熔炼保护气体，其组分主要为CHClF₂和CO₂，但使用该种气体保护也存在污染环境和腐蚀设备等问题。随着环保要求的日益提高，保护气体组成已发生重大变化，逐渐转变为空气、惰性气体、N₂、CO₂、SO₂、FC、HFC系列，甚至某些经过汽化的HFE7100、HFE7200或Novec612TM等醚、酮类多元混合气体。不过，这种多元气体定量混配需要复杂的混气装置和密封装置才能实现，而现有的镁合金熔体保护装置一般只针对气体保护，如中国发明专利申请号为200410022620.1，公开号为CN1584074A提供的镁合金熔炼保护气体装置，通常由两种气体各自从进口进入混合腔，经自由混合后完成输出，其存在选取气体单一、可操作性不强、成本过高、输出不稳定和浪费严重等问题，且无法使用特种液体或气液复合保护。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提供一种专用于镁合金熔体保护的装置，其集气体保护、液体保护和气液复合保护功能于一体，大幅提高镁合金熔体保护效果并降低熔炼成本与操作难度。

为实现以上目的，本发明通过如下技术方案解决其技术问题：

一种镁合金熔体保护装置，其包括定量多路给进系统、前级处理系统、自紊流发生系统、气态维生系统和定量多路节流脉冲输出系统，定量多路给进系统设置并连接于前级处理系统上端，自紊流发生系统的上部与前级处理系统相通，自紊流发生系统的下部与气态维生系统的上部相连，气态维生系统的下部连接到最下端的定量多路节流脉冲输出系统上。

本发明所述镁合金熔体保护装置的定量多路给进系统包括储气罐、空气压缩机、液罐、蠕动泵、控制面板、转子流量计和压力控制阀，储气罐和空气压缩机通过控制面板并联到前级处理系统上，液罐通过蠕动泵与前级处理系统相连，转子流量计和压力控制阀固定在控制面板上；所述前级处理系统包括洗涤腔、干燥腔、液体净化腔和汽化腔，洗涤腔的上部通过定量多路给进系统的控制面板与储气罐和空气压缩机相通，洗涤腔的下部连接到干燥腔上，液体净化腔的一端与定量多路给进系统的蠕动泵相连，另一端连接到汽化腔上，干燥腔和汽化腔并联在自紊流发生系统上；所述自紊流发生系统包括自紊流腔、分压监测器和电磁阀，自紊流腔除与前级处理系统的干燥腔和汽化腔相连外，还与分压监测器并联在电磁阀上，电磁阀又连接到气态维生系统上；所述自紊流腔包括输入管路、输出管路、通气孔、隔板和气瓶，输入管路的一端与前级处理系统的干燥腔和汽化腔相连，另一端悬在气瓶内，输出管路的一端接到气态维生系统上，另一端悬在气瓶内；所述气态维生系统包括气态维生装置，其由金属板材焊接而成，内部设置有电加热器件与保温材料；所述定量多路节流脉冲输出系统包括输出腔、输出控制器、热电偶、脉冲电磁阀、坩埚和铸型，输出腔一端与自紊流发生系统的电磁阀相连，另一端通过管路与输出控制器并联在脉冲电磁阀上，该输出腔同时与铸型相连，热电偶连接到输出控制器上用以监测坩埚中镁合金熔体的表面温度，输出控制器15由温度监测模块与控制模块组成。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

所述镁合金熔体保护装置结构紧凑合理，其前级处理系统的汽化腔能够完成液体的汽化，自紊流发生系统的自紊流腔能够实现多组分气体的均匀混合，分压监测器能够完成对混合气体组分的监测，因而本发明能够实现集气体保护、液体保护、气液复合保护等多功能于一体，具有均匀混合以及脉冲节流输出等特点。整个系统使用安全、操作方便、工作效率高，在不影响镁合金熔体表面状态的前提下，能够有效减少保护气体和液体使用量，并能够同时向多部熔炉以及铸型提供保护。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2(a)和(b)是本发明的自紊流腔体装置示意图。

在上述附图中，1-储气罐，2-空气压缩机，3-液罐，4-蠕动泵，5-控制面板，6-洗涤腔，7-干燥腔，8-自紊流腔，9-液体净化腔，10-汽化腔，11-分压监测器，12-电磁阀，13-气态维生系统，14-输出气罐，15-输出控制器，16-热电偶，17-脉冲电磁阀，18-坩埚，19-铸型，20-输入管路，21-输出管路，22-通气孔，23-隔板，24-气瓶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提下给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。

图1所示镁合金熔体保护装置包括：定量多路给进系统、前级处理系统、自紊流发生系统、气态维生系统和定量多路节流脉冲输出系统，其中，定量多路给进系统设置并连接于前级处理系统上端，自紊流发生系统的上部与前级处理系统相通，自紊流发生系统的下部与气态维生系统的上部相连，气态维生系统的下部连接到最下端的定量多路节流脉冲输出系统上。

如图1所示，所述定量多路给进系统用于完成气体和(或)液体的供给，其包括储气罐1、空气压缩机2、液罐3、蠕动泵4、控制面板5、转子流量计和压力控制阀。其中，储气罐1和空气压缩机2通过控制面板5并联到前级处理系统上，而液罐3通过蠕动泵4与前级处理系统相连，转子流量计和压力控制阀固定在控制面板5上，该蠕动泵4通过转子流量计单独控制。

如图1所示，所述前级处理系统包括洗涤腔6、干燥腔7、液体净化腔9和汽化腔10。其中，洗涤腔6的上部通过定量多路给进系统的控制面板5与储气罐1和空气压缩机2相通，该洗涤腔6的下部连接到干燥腔7上；液体净化腔9的一端与定量多路给进系统的蠕动泵4相连，受转子流量计的独立控制，另一端连接到汽化腔10上；同时，干燥腔7和汽化腔10并联在自紊流发生系统上端。所述洗涤腔6与液体净化腔9完成输入气、液的除杂处理，汽化腔10完成液体的汽化。

如图1所示，所述自紊流发生系统包括自紊流腔8、分压监测器11和电磁阀12。其中，自紊流腔8除与前级处理系统的干燥腔7和汽化腔10相连外，还与分压监测器11并联在电磁阀12上，而电磁阀12又连接到气态维生系统上。所述自紊流发生系统能够实现多组分气体的均匀混合，分压监测器11完成对混合气体组分的监测，并通过电磁阀12调节输出。

如图2所示，所述自紊流腔8包括输入管路20、输出管路21、通气孔22、隔板23、气瓶24。其中，输入管路20的一端与前级处理系统的干燥腔7和汽化腔10相连，另一端悬在气瓶24内，输出管路21的一端接到气态维生系统上，另一端也悬在气瓶24内，带有若干通气孔22的隔板23将气瓶24的内部分隔成多个空腔。所述自紊流腔8有非常重要的功能，一方面，它与干燥腔7和汽化腔10紧密相连，能够靠气体自身的流动与扩散实现多元气体的均匀混合；另一方面，它通过与其连接的分压监测器11和电磁阀12完成对混合气体各组分的补充调节，有助于实现对多元保护气体各组分的精确控制，从而对熔体提供更有效的保护。所述自紊流腔8由金属材料制造，通过焊接加工，呈多腔结构，并保持良好的密闭性与导热性。该自紊流腔8可以有多种结构形式，如图2(a)和(b)分别所示，输入管路20和输出管路21可以分别悬置于气瓶24的上部和下部，隔板23将气瓶24的内部自上而下地分隔成多个空腔(如图2(a))，输入管路20和输出管路21也可以分别悬置于气瓶24上部的左侧和右侧，隔板23将气瓶24的内部自左而右地分隔成多个空腔(如图2(b))。

如图1所示，所述气态维生系统用于保证原液态组分始终呈气态，其包括气态维生装置13，该气态维生装置13由金属板材焊接而成，内部设置有电加热器件与保温材料。

如图1所示，所述定量多路节流脉冲输出系统包括输出腔14、输出控制器15、热电偶16、脉冲电磁阀17、坩埚18和铸型19。其中，输出腔14一端与自紊流发生系统的电磁阀12相连，另一端通过管路与输出控制器15并联在脉冲电磁阀17上，该输出腔14同时也与铸型19相连；置于镁合金熔体表面的热电偶16连接到输出控制器15上，用以监测坩埚18中镁合金熔体表面的温度。所述输出腔14用于暂存混合均匀的保护气体，输出控制器15通过置于镁合金熔体表面的热电偶16监测熔体表面温度，通过控制脉冲电磁阀17最终完成保护气体的输出。该输出腔14由金属材料焊接而成，具有良好的密闭性与导热性；输出控制器15由温度监测模块与控制模块组成，温度监测模块能够完成多通道独立式温度数据的巡检、记录及发送，控制模块能够接收上述数据，并调用内嵌程序，通过脉冲电磁阀17完成保护气体输出的自动控制。

以AZ91镁合金熔炼过程为例，工作时先将定量多路给进系统的洗涤腔6和气态维生装置13的开关打开，直至达到工作状态；依次打开储气罐1和(或)液罐3的阀门，以及空气压缩机2和蠕动泵4的开关，通过控制面板5上的转子流量计和(或)压力控制阀进行混合气体的定量输入；多元混合气体进入前级处理系统的洗涤腔6，在其中完成洗涤工艺，然后经过干燥腔7与依次通过液体净化腔9和汽化腔10的气态液体共同进入自紊流腔8，由分压监测器11对各组分配比及分压进行监测，并通过电磁阀12进行自动调节输出；自紊流腔8中的混合气体随后进入定量多路节流脉冲输出系统的输出腔14，最终完成输出，实现对镁合金熔体的保护；具体自动控制过程为：输出控制器15通过热电偶16测定熔体表面温度，调用内嵌程序进行计算并完成自动控制，通过脉冲电磁阀17完成对数台熔炉及铸型进行保护气体的间歇性供应。

本发明所述镁合金熔体保护装置的有益效果是：

1.定量多路给进系统可实现气体保护、液体保护或气液复合保护，且各组分能够均匀混合；

2.气态维生装置13可保证用于熔体保护的液态组分始终呈气态，均匀作用于熔体表面，改善熔体保护效果，提高液体原料使用效率；

3.本发明能有效减少保护气体和液体使用量，降低熔体受污染程度；

4.本发明可同时向多部熔炉及铸型提供保护，成本低、工作效率高。

本发明可以使用常规保护气体，也可以使用特种保护液体，或者二者同时使用，可有效阻止镁熔体的氧化和燃烧，减少保护气体和液体使用量，可同时向多部熔炉及铸型提供保护，节约生产成本，大幅度提高了镁合金的品质。

Claims

1.一种镁合金熔体保护装置，其特征是，所述保护装置包括定量多路给进系统、前级处理系统、自紊流发生系统、气态维生系统和定量多路节流脉冲输出系统，定量多路给进系统设置并连接于前级处理系统上端，自紊流发生系统的上部与前级处理系统相通，自紊流发生系统的下部与气态维生系统的上部相连，气态维生系统的下部连接到最下端的定量多路节流脉冲输出系统上。

2.根据权利要求1所述的镁合金熔体保护装置，其特征是，所述定量多路给进系统包括储气罐(1)、空气压缩机(2)、液罐(3)、蠕动泵(4)、控制面板(5)、转子流量计和压力控制阀，储气罐(1)和空气压缩机(2)通过控制面板(5)并联到前级处理系统上，液罐(3)通过蠕动泵(4)与前级处理系统相连，转子流量计和压力控制阀固定在控制面板(5)上。

3.根据权利要求1所述的镁合金熔体保护装置，其特征是，所述前级处理系统包括洗涤腔(6)、干燥腔(7)、液体净化腔(9)和汽化腔(10)，洗涤腔(6)的上部通过定量多路给进系统的控制面板(5)与储气罐(1)和空气压缩机(2)相通，洗涤腔(6)的下部连接到干燥腔(7)上，液体净化腔(9)的一端与定量多路给进系统的蠕动泵(4)相连，另一端连接到汽化腔(10)上，干燥腔(7)和汽化腔(10)并联在自紊流发生系统上。

4.根据权利要求1所述的镁合金熔体保护装置，其特征是，所述自紊流发生系统包括自紊流腔(8)、分压监测器(11)和电磁阀(12)，自紊流腔(8)除与前级处理系统的干燥腔(7)和汽化腔(10)相连外，还与分压监测器(11)并联在电磁阀(12)上，电磁阀(12)又连接到气态维生系统上。

5.根据权利要求4所述的镁合金熔体保护装置，其特征是，所述自紊流腔(8)包括输入管路(20)、输出管路(21)、通气孔(22)、隔板(23)和气瓶(24)，输入管路(20)的一端与前级处理系统的干燥腔(7)和汽化腔(10)相连，另一端悬在气瓶(24)内，输出管路(21)的一端接到气态维生系统上，另一端悬在气瓶(24)内。

6.根据权利要求1所述的镁合金熔体保护装置，其特征是，所述气态维生系统包括气态维生装置(13)，其由金属板材焊接而成，内部设置有电加热器件与保温材料。

7.根据权利要求1所述的镁合金熔体保护装置，其特征是，所述定量多路节流脉冲输出系统包括输出腔(14)、输出控制器(15)、热电偶(16)、脉冲电磁阀(17)、坩埚(18)和铸型(19)，输出腔(14)一端与自紊流发生系统的电磁阀(12)相连，另一端通过管路与输出控制器(15)并联在脉冲电磁阀(17)上，该输出腔(14)同时与铸型(19)相连，热电偶(16)连接到输出控制器(15)上用以监测坩埚(18)中镁合金熔体的表面温度。

8.根据权利要求7所述的镁合金熔体保护装置，其特征是，所述输出控制器(15)由温度监测模块与控制模块组成。