CN111136248B - 一种镁熔体浇管保护气体智能控制方法及智能供应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种镁熔体浇管保护气体智能控制方法及智能供应系统。所述方法为在熔炼系统中并列设置两路供气系统，所述两路供气系统包括第一气源、第一气路，以及第二气源、第二气路；所述PLC智能控制系统控制熔炼系统的熔炼、浇铸以及熔体泵和供气系统的工作过程；其中，（1）在熔炼时，熔体泵待工位，所述供气系统向浇管内充入氩气为第二气源，同时关闭含氟气体为第一气源；（2）在浇铸时，熔体泵工作，关闭第一气路和第二气路；（3）在熔炼和浇铸完成后，熔体泵结束工作，打开第一气路向浇管内充入第一气路，同时关闭第二气路。本发明既防止镁熔体发生氧化和燃烧，又避免含氟气体作为保护气体引入的MgF2和MgO杂质进入铸件，从而提高铸件力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金制备技术领域，具体涉及一种镁熔体浇管保护气体智能控制方法及智能供应系统。
背景技术
镁合金作为最轻的工程金属材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。与传统材料相比，其性能优势主要表现在轻质性、高阻尼性、抗电磁干扰性和易回收性等，已被广泛应用于航空航天、电子通讯、轨道交通等领域。镁合金常温下塑性不佳，工程上多采用铸造成型，当前90%以上的镁合金零件均为铸造件，铸造生产必然需要进行熔体制备。此外，从全寿命周期角度而言，镁及其合金原料铸锭（含塑性加工所需半连续铸锭）生产及废镁重熔再生都必然涉及熔炼操作，而浇管保护气体的供应是熔体制备至关重要的工艺环节。镁在熔融状态下极易发生氧化燃烧，主要原因是表面氧化膜疏松，不能隔绝氧化性气氛，而且不能阻止镁的挥发，因此需要使用SF6等反应性气体与镁熔体反应生成致密表面膜，以隔离空气和抑制镁挥发。
对于镁熔体在浇管内的保护气体供应，目前常用的方法是向浇管内充入与炉内相同的保护气体，充入保护气体的浓度和流量往往根据生产经验确定，一般是固定不变的。这就导致以下问题：在泵及浇管工作时，镁熔体流经浇管时，浇管内的SF6等反应性气体会与镁熔体反应，在表面生成由MgF2和MgO组成的致密表面膜，表面膜会随熔体流出，进入铸件，大大降低铸件力学性能。进一步，也有研究表明在浇管中通入氩气。采用氩气为介质，虽然能够排除氧气，但不能阻止镁的挥发，长时间运行时存在一定的安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种镁熔体浇管保护气体智能控制方法及智能供应系统，有效控制反应性气体与镁熔体反应，既防止镁熔体发生氧化和燃烧，又避免含氟气体作为保护气体引入的MgF2和MgO杂质进入铸件，从而提高铸件力学性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种镁熔体浇管保护气体智能控制方法，在熔炼系统中并列设置两路供气系统，所述两路供气系统通过PLC智能控制系统分别向浇管口输送含氟气体或氩气；
所述两路供气系统包括第一气源、第一气路，以及第二气源、第二气路；
所述PLC智能控制系统控制熔炼系统的熔炼、浇铸以及熔体泵和供气系统的工作过程；其中，（1）在熔炼时，熔体泵待工位，所述供气系统向浇管内充入含氟气体为第一气源，同时关闭氩气为第二气源；（2）熔炼完成后，PLC智能控制系统控制停止通入含氟气体，同时打开熔体泵将镁熔体泵入所述浇管内进行浇铸，打开氩气源的阀门使所述供气系统向浇管内充入氩气；在浇铸时，熔体泵工作，关闭第一气路和第二气路；（3）在熔炼和浇铸完成后，熔体泵结束工作，打开第一气路向浇管内充入第一气源，同时关闭第二气路。
进一步，所述含氟气体为SF6或R-134A，载流气体为N2或CO2。
所述第一和第二气路的供气流量为10~25L/min。
进一步，本发明还提供实现上述方法的镁熔体浇管保护气体智能供应系统，包括PLC智能控制系统、第一气路和第二气路；各气路分别包括气源、减压阀、流量计和管路；所述第一气路和第二气路的管路出口端与三通阀连接，所述三通阀的第三出口与熔炼系统的浇管口连通；
所述PLC智能控制系统控制熔炼系统的熔炼、浇铸以及熔体泵和供气系统的工作过程；其中，（1）在熔炼时，熔体泵待工位，所述供气系统向浇管内充入含氟气体为第一气源，同时关闭氩气为第二气源；（2）熔炼完成后，PLC智能控制系统控制停止通入含氟气体，同时打开熔体泵将镁熔体泵入所述浇管内进行浇铸，打开氩气源的阀门使所述供气系统向浇管内充入氩气；在浇铸时，熔体泵工作，关闭第一气路和第二气路；（3）在熔炼和浇铸完成后，熔体泵结束工作，打开第一气路向浇管内充入第一气源，同时关闭第二气路。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明创造性地采用氩气与含F保护气体分时充入浇管，既能够有效避免含F气体与镁熔体反应生成由MgF2和MgO组成的致密表面膜，在达到熔炼保护的同时，既防止氧化和燃烧，又保证熔体品质，显著提高镁合金铸件的力学性能。
2、本发明镁熔体浇管保护气体智能控制方法，仅在现有镁合金铸造系统上作局部改进，即可实现对镁合金铸造过程中的保护气体输送的智能控制，提高了铸造镁合金的质量，也节约了含氟气体的使用，对环境保护具有重要意义。
3、本发明降低了浇管液体类浇铸系统时减少反复液位变化带来的镁熔体与空气接触的可能性，减小积渣率，减少了每台班对于易损件的维护时间，增强了易损件使用寿命。
4、本发明镁熔体浇管保护气体智能控制系统PLC，设计合理、结构简单、成本较低。
附图说明
图1为本发明一种镁熔体浇管保护气体智能供应系统结构原理图。
图中：1-气源，2-减压阀，3-压力表，4-流量计，5-三通阀，6-浇管，7-熔体泵，8-熔炼系统，9-气管，图中省略智能控制系统PLC。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供一种镁熔体浇管保护气体智能控制方法，在熔炼系统中并列设置两路供气系统，所述两路供气系统通过PLC智能控制系统分别向浇管口输送含氟气体或氩气；
所述两路供气系统包括第一气源、第一气路，以及第二气源、第二气路；
所述PLC智能控制系统控制熔炼系统的熔炼、浇铸以及熔体泵和供气系统的工作过程；其中，（1）在熔炼时，熔体泵待工位，所述供气系统向浇管内充入含氟气体为第一气源，同时关闭氩气为第二气源；（2）熔炼完成后，PLC智能控制系统控制停止通入含氟气体，同时打开熔体泵将镁熔体泵入所述浇管内进行浇铸，打开氩气源的阀门使所述供气系统向浇管内充入氩气；在浇铸时，熔体泵工作，关闭第一气路和第二气路；（3）在熔炼和浇铸完成后，熔体泵结束工作，打开第一气路向浇管内充入第一气源，同时关闭第二气路。
参见图1，按上述方法设计的一种镁熔体浇管保护气体智能供应系统，包括PLC智能控制系统（图中省略）、第一气路和第二气路，各气路分别包括气源1、减压阀2、压力表3、流量计4和管路；所述第一气路和第二气路的管路出口端与三通阀5连接，所述三通阀5的第三出口通过气管9与熔炼系统的浇管6口连通。
所述PLC智能控制系统控制熔炼系统8的熔炼、浇铸以及熔体泵7和供气系统的工作过程；其中，（1）在熔炼时，熔体泵7处于待工位，所述供气系统向浇管6内充入含氟气体为第一气源，同时关闭氩气为第二气源；（2）熔炼完成后，PLC智能控制系统控制停止通入含氟气体，同时打开熔体泵7将镁熔体泵入所述浇管6内进行浇铸，打开氩气源的阀门使所述供气系统向浇管6内充入氩气。在浇铸时，熔体泵7工作，关闭第一气路和第二气路。（3）在熔炼和浇铸完成后，熔体泵7结束工作，打开第一气路向浇管6内充入第一气源，同时关闭第二气路。
其中，所述PLC智能控制系统可选用SIMATIC S7-200 SMART、SIMATIC S7-1200或SIMATIC S7-300。所述含氟气体为SF6或R-134A，载流气体为N2或CO2。由于过多的保护气体会导致保护气体和浇管口位置的金属液体反应行程过多，生成的氧化膜反而堵塞浇管；过少又会氧化严重，也会堵塞浇管，因此，供气系统向浇管内充入含氟气体或氩气时的气体流量为10~25L/min。
具体实施中，采用本发明镁熔体浇管保护气体智能供应系统，通过PLC智能控制系统控制熔炼系统的熔炼、浇铸以及熔体泵和供气系统的工作过程。具体包括如下步骤：
1、关闭所有的阀门和气源。按生产要求做好熔前准备工作，检查气瓶中气体是否足够、检查气路管道是否通畅、检查压力表、流量计是否正常工作。
2、在熔炼池内熔炼镁合金，将熔炼炉预热至400℃左右，PLC智能控制系统打开含氟气体源的阀门使所述供气系统向浇管和熔炼池内充入含氟气体，含氟气体的通入流量为10~25L/min。一般500kg的坩埚中，含氟气体的通入流量为16L/min。不同的坩埚和不同的温度下通入的气体流量不同，需要根据实际情况来确定。随着温度上升，通入的气体流量也会增加。若镁合金液面时常有火苗出现，可以适当增大气体总流量。
3、熔炼完成后，PLC智能控制系统控制停止通入含氟气体，同时打开熔体泵将镁熔体泵入所述浇铸通道内进行浇铸，打开氩气源的阀门使所述供气系统向浇管内充入氩气。其中，通入的含氟气体和氩气均为干燥气体。浇注方式是悬停液体在浇管口，每次增加熔体泵变频器的频率作为浇注增量，这时由于浇注后熔炼池内的液体会降低，同样的悬停频率会导致每次悬停的液位不同，故需根据每次浇注变化，依据配套的数控程序控制保护气体的供应量。
每次浇注完毕或者关闭浇注时，液体会迅速的回落到悬停位或者熔炼池内，这时液位快速下降会导致空气倒吸，导致浇管内氧化，故由配套的PLC智能控制系统控制保护气体的供应量。不同的温度下要求的保护气体流量也不同，根据浇管口的温度计算应该供给气体流量，温度越高，保护气体量越高。
本发明基于采用不同的保护气体（含氟气体和氩气），通过在不同阶段通入不同的保护气体，既保护了镁熔体又避免引入杂质，大大提高了铸件力学性能。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种镁熔体浇管保护气体智能控制方法，其特征在于，在熔炼系统中并列设置两路供气系统，所述两路供气系统通过PLC智能控制系统分别向浇管口输送含氟气体或氩气；
所述两路供气系统包括第一气源、第一气路，以及第二气源、第二气路；
所述PLC智能控制系统控制熔炼系统的熔炼、浇铸以及熔体泵和供气系统的工作过程；其中，（1）在熔炼时，熔体泵待工位，所述供气系统向浇管内充入含氟气体为第一气源，同时关闭氩气为第二气源；（2）熔炼完成后，PLC智能控制系统控制停止通入含氟气体，同时打开熔体泵将镁熔体泵入所述浇管内进行浇铸，打开氩气源的阀门使所述供气系统向浇管内充入氩气；在浇铸时，熔体泵工作，关闭第一气路和第二气路；（3）在熔炼和浇铸完成后，熔体泵结束工作，打开第一气路向浇管内充入第一气源，同时关闭第二气路。
2.根据权利要求1所述镁熔体浇管保护气体智能控制方法，其特征在于，所述含氟气体为SF6或R-134A，载流气体为N2或CO2。
3.一种镁熔体浇管保护气体智能供应系统，其特征在于，包括PLC智能控制系统、第一气路和第二气路，各气路分别包括气源、减压阀、流量计和管路；所述第一气路和第二气路的管路出口端与三通阀连接，所述三通阀的第三出口与熔炼系统的浇管口连通；
所述PLC智能控制系统控制熔炼系统的熔炼、浇铸以及熔体泵和供气系统的工作过程；其中，（1）在熔炼时，熔体泵待工位，所述供气系统向浇管内充入含氟气体为第一气源，同时关闭氩气为第二气源；（2）熔炼完成后，PLC智能控制系统控制停止通入含氟气体，同时打开熔体泵将镁熔体泵入所述浇管内进行浇铸，打开氩气源的阀门使所述供气系统向浇管内充入氩气；在浇铸时，熔体泵工作，关闭第一气路和第二气路；（3）在熔炼和浇铸完成后，熔体泵结束工作，打开第一气路向浇管内充入第一气源，同时关闭第二气路。
4.根据权利要求3所述镁熔体浇管保护气体智能供应系统，其特征在于，所述含氟气体为SF6或R-134A，载流气体为N2或CO2。
5.根据权利要求3所述镁熔体浇管保护气体智能供应系统，其特征在于，所述第一和第二气路的供气流量为10~25L/min。
6.根据权利要求3所述镁熔体浇管保护气体智能供应系统，其特征在于，所述PLC智能控制系统为SIMATIC S7-200 SMART、SIMATIC S7-1200或SIMATIC S7-300。
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