CN111850326B - 一种用于铝熔体净化的氮-氯气体混合系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于铝熔体净化的氮‑氯气体混合系统和方法，该铝熔体为铝合金熔体或铝基复合材料熔体，该系统包括：氯气源、氮气源、内置氯气检测报警装置的配气柜、置于配气柜内且内置压力检测装置的混气筒、铝熔炉、内置喷淋泵的吸收池以及包含控制模块和无线通信模块的控制装置，且混气筒经氯气管道、氮气管道和出气管道分别与氯气源、氮气源和铝熔炉连通，吸收池经一端通入其内、一端与出气管道相连的残气吹扫气管道与混气筒连通，配气柜包括单向换气扇和抽风机形成的强制换气装置和由喷淋装置且经喷淋管道与喷淋泵连接的漏气喷淋装置，通过控制装置根据设定进行远程控制实现氮‑氯气体混合和安全防护，提高混合气体对铝熔体净化效率。

Description

一种用于铝熔体净化的氮-氯气体混合系统和方法
技术领域
本发明属于铝熔体精炼领域，尤其涉及一种用于铝熔体净化的氮-氯气体混合系统和方法。
背景技术
用于铸造生产过程的铝合金熔体或铝基复合材料熔体需要精炼净化。向铝熔体中通入氮气可以获得无氢气泡，气泡上浮时可以吸附夹杂物，并可将铝熔体中的氢吸入气泡中，从而达到去气和除渣的目的。氯气能与铝熔体中的氢发生强烈的化学反应，生成不溶于铝熔体的HCl和AlCl3气体，对铝熔体的精炼净化效果比单一使用氮气要好得多。但氯气有毒性，对人体有害且对设备和环境有腐蚀作用。
发明内容
有鉴于现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于铝熔体净化的氮-氯气体混合系统，可实现安全高效地使用氮气和氯气同时对铝熔体进行净化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种用于铝熔体净化的氮-氯气体混合系统，包括：
氯气源、氮气源、内置氯气检测报警装置的配气柜、置于所述配气柜内且内置压力检测装置的混气筒、铝熔炉、内置喷淋泵的吸收池以及包含控制模块和无线通信模块的控制装置，其中：
所述混气筒经氯气管道、氮气管道和出气管道分别与所述氯气源、氮气源和铝熔炉连通；
所述吸收池经一端通入其内、一端与所述出气管道相连的残气吹扫气管道与所述混气筒连通；
所述配气柜包括位于其底部单向输入空气的单向换气扇和位于顶部且经柜内换气管道与所述残气吹扫气管道连接的抽风机的强制换气装置，还包括位于所述混气筒外侧的喷淋装置经喷淋管道与所述喷淋泵连接的漏气喷淋装置；
所述控制装置内，所述无线通信模块被设置为可接收所述配气混气系统内发出的无线信号并对其进行控制；所述控制模块被设置为根据设定可控制包括所述配气混气系统在所述混气筒内配气和混气后输出至所述铝熔炉、所述混气筒内残气吹扫和所述强制换气装置与所述漏气喷淋装置进行应急处置。
根据本发明的一些实施方式，所述铝熔体为铝合金熔体或铝基复合材料熔体，所述吸收池内含有NaOH溶液或Na2CO3溶液的碱性溶液。
根据本发明的一些实施方式，所述氯气管道沿氯气流向依次设有氯气压力表、氯气电磁阀和氯气流量计，所述氮气管道沿氯气流向依次设有氮气压力表、氮气电磁阀和氮气流量计，所述出气管道设有混合气体出口电磁阀，且经所述控制模块根据预先设定控制所述氯气源和氮气源的开度和流量，至所述混气筒内的压力达到预定值进行配气和混气，再输送至所述
根据本发明的一些实施方式，所述残气吹扫气管道上设有残气吹扫气旁通电磁阀，且所述残气吹扫气管道与所述出气管道相连一端位于所述混合气体出口电磁阀之前，经所述控制装置控制所述混气筒内的残气吹扫至所述吸收池内。
根据本发明的一些实施方式，所述柜内换气管道设有柜内换气电磁阀，当通过所述压力检测装置仅检测到压力异常报警时，所述控制装置通过控制所述单向换气扇向所述配气柜内输入空气的同时，控制所述抽风机将所述配气柜内的气体吹扫至所述吸收池内。
根据本发明的一些实施方式，所述喷淋管道设有喷淋电磁阀，当所述氯气检测报警装置报警时，所述控制装置控制所述混气筒内的残气吹扫至所述吸收池内，同时控制所述吸收池内碱性溶液喷淋至所述配气柜内，待喷淋结束后通过控制所述抽风机将所述配气柜内的气体吹扫至所述吸收池内。
根据本发明的一些实施方式，所述混气筒为细长圆柱状筒体，且筒体直径和长度的比值不小于1/2。
根据本发明的一些实施方式，所述控制装置内，所述无线通信模块被设置为可接收所述氯气流量计、氮气流量计、氯气检测报警装置、压力异常报警装置发出的无线信号，并可对所述氯气电磁阀、氮气电磁阀、单向换气扇、柜内换气电磁阀、抽风机、混合气体出口电磁阀、残气吹扫气旁通电磁阀和喷淋电磁阀进行开关控制；
所述控制模块被设置为根据设定启动所述配气混气系统在所述混气筒内进行配气和混气后，将混合气体输出至所述铝熔炉；当一次铝熔体净化作业结束后可控制所述混气筒内残气吹扫；当所述压力检测装置报警时可控制所述混气筒内残气吹扫的同时，启动所述配气柜内所述强制换气装置；当所述氯气检测报警装置报警时可控制所述混气筒内残气吹扫的同时，启动所述配气柜内所述强制换气装置和所述漏气喷淋装置。
本发明还提供用于通过上述任一所述的氮-氯气体混合系统进行用于铝熔体净化的氮-氯气体混合方法，包括如下步骤：
(1)将氮气和氯气送入所述配气柜中的混气筒内，按照设定进行混合后送入铝熔炉中；
(2)一次铝熔体净化结束后，用氮气对所述混气筒内进行残气吹扫，并将残气送入吸收池内吸收后排入大气；
(3)当经所述压力检测装置检测到所述混气筒内压力异常时，停止配气混气送气，在进行步骤(2)中残气吹扫的同时，启动所述抽风机和所述单向换气扇对所述配气柜进行强制换气，换出的气体送至所述吸收池内吸收后排入大气；
当经所述氯气检测报警装置检测到所述配气柜内有氯气泄露时，停止配气混气送气，在进行(2)中残气吹扫的同时，经所述喷淋泵将所述吸收池内的碱性溶液输送至所述配气柜内进行喷淋，待喷淋结束后再进行强制换气。
根据本发明所述氮-氯气体混合方法的一些实施方式，上述各步骤由计算机控制完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的氮-氯气体混合系统通过将氯气和氮气在混气筒内混合后输送至铝熔体，提高混合气体在铝熔体净化的效率。同时通过多种应急处理装置，可将有毒气体氯气使用中可能的风险和危险尽可能地减小，大大提高该混气系统的安全性。
附图说明
图1示出了本发明一个较佳实施例中的氮气-氯气配气系统的结构示意图；其中：1、氯气源，2、氮气源，3、氯气压力表，4、氮气压力表，5、氯气电磁阀，6、氯气流量计，7、氮气电磁阀，8、氮气流量计，9、单向换气扇，10、喷淋装置，11、喷淋电磁阀，12、喷淋泵，13、配气柜，14、氯气检测报警装置，15、压力检测装置，16、混气筒，17、混合气体出口电磁阀，18、铝熔炉，19、残气吹扫气旁通电磁阀，20、柜内换气电磁阀，21、抽风机，22、吸收池，24、控制模块，25、无线通信模块，26、氯气管道，27、氮气管道，28、柜内换气管道，29、残气吹扫气管道，30、出气管道，31、喷淋管道；
图2示出了本发明一个较佳实施例中的混气筒的进出气示意图；
图3示出了本发明一个较佳实施例中的残气吹扫流程图；
图4示出了本发明一个较佳实施例中的压力检测装置报警时的应急处理流程图；
图5示出了本发明一个较佳实施例中的氯气检测装置报警时的应急处理流程图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
参见图1，为本发明较佳实施例中的氮-氯气体混合系统的结构示意图，氯气源1通过氯气管道26经氯气压力表3后进入配气柜13，在配气柜13中经过氯气电磁阀5和氯气流量计6后通入混气筒16内；氮气源2通过氮气管道27经氮气压力表4后进入配气柜13，在配气柜13中经过氮气电磁阀7和氮气流量计8后通入混气筒16内。
配气混气的流程如图3所示，首先打开氯气电磁阀5、氮气电磁阀7，待混气筒16内压力达到设定范围后，打开混合气体出口电磁阀17，氯气和氮气在如图2所示的混气筒16进行混合，混合筒16内设置有压力检测装置15。混合筒16为细长筒状，其筒体直径和长度的比值不小于1/2。氯气和氮气从筒的一端上下对冲地进入，充分利用气流的初始动能，圆柱状筒体使得混合没有死角，细长的筒体使得气体从筒内一端向另一端的运动给气体对流混合时间，气体在筒内流经筒体充分混合后，从筒体的另一端的混合气体出口输出，经过混合气体的出气管道30和混合气体出口电磁阀17被送入铝熔炉18中。
当一次铝熔体净化作业结束后，需要对混气筒16进行残气吹扫，残气吹扫流程如图3所示，关闭氯气电磁阀5和混合气体出口电磁阀17，同时打开残气吹扫气管道29上的残气吹扫气旁通电磁阀19，利用惰性气体氮气将混气筒16内的有毒气体氯气排出至含有碱性NaOH溶液或Na2CO3溶液的吸收池22内，使得氯气被吸收后的无害残气最终排入大气。
当压力检测装置15工作时检测到混气筒16内压力异常下降，而氯气检测报警装置14并未报警时，此时有可能是氮气发生泄露，系统进行一级应急处理。一级应急处理的流程如图4所示。停止配气混气，对混合筒16内的残气进行吹扫，同时对配气柜13进行强制换气：启动抽风机21和单向换气扇9，同时打开柜内换气管道29上的柜内换气电磁阀20，单向换气扇9让外界的空气进入配气柜13中，而配气柜13中的气体不能通过单向换气扇9逸出，抽风机21将配气柜13中的气体抽出通过柜内换气电磁阀20与残气吹扫气一起送入吸收池22内。通过上述一级应急处理，将配气柜13内的气体置换为外界的正常空气，以便相关人员打开配气柜13进行人工检修。
当氯气检测报警装置14报警时，此时无论压力检测装置15是否报警，都启动二级应急处理。二级应急处理的流程如图5所示。在对混气筒16进行残气吹扫的同时，启动设置于吸收池22内的喷淋泵12，并打开喷淋管道31上的喷淋电磁阀11，将吸收池22内的碱性NaOH溶液或Na2CO3溶液通过设置在配气柜13中的喷淋装置10对配气柜13内进行喷淋。待喷淋结束后，再对配气柜15内进行强制换气，以便进行下一步的人工检修。
以上流程都可通过控制装置自动完成，通过无线通信模块25接收氯气流量计6和氮气流量计8发送的流量信息以及压力检测装置15和氯气检测报警装置14的信号，并通过控制模块24对各个电磁阀、抽风机21、单向换气扇9和喷淋泵12等进行远程控制。
在一些实施方式中，提供了用于铝熔体净化的氮-氯气体混合系统，该系统包括配气混气单元、残气吹扫单元、漏气应急处置单元及中控单元，其中：
配气混气单元包括通入配气柜中的氯气管道和氮气管道，氯气管道上设置有氯气电磁阀和氯气流量计，氮气管道上设置有氮气电磁阀和氮气流量计，氯气管道和氮气管道与混气筒相连，混气筒通过出气管道与铝熔炉相连，在出气管道上设置有混合气体出口电磁阀；
残气吹扫单元包括与出气管道相连的设置在混合气体出口电磁阀之前的残气吹扫气管道以及残气吹扫气旁通阀，残气吹扫气管道通入储有碱性溶液的吸收池中；
漏气应急处置单元包括设置在配气柜内的氯气检测报警装置和设置在混气筒内的压力检测装置以及强制换气子单元和喷淋子单元，其中：强制换气子单元包括设置在配气柜上的单向换气扇以及与残气吹扫气管道相连的柜内换气管道、柜内换气电磁阀和设置在柜内换气管道上的抽风机；喷淋子单元包括设置在配气柜内的喷淋装置和与喷淋装置相连的通入吸收池的喷淋管道、喷淋电磁阀和喷淋泵；
中控单元包括控制模块和无线通信模块，无线通信模块被设置为可接收氯气流量计、氮气流量计、氯气检测报警装置、压力异常报警装置发出的无线信号，并可对氯气电磁阀、氮气电磁阀、单向换气扇、柜内换气电磁阀、抽风机、混合气体出口电磁阀、残气吹扫气旁通电磁阀、喷淋泵、喷淋电磁阀进行控制；控制模块被设置为根据设定启动配气混气单元在混气筒内进行配气和混气后，将混合气体输出至铝熔炉；当一次铝熔体净化作业结束后，控制模块启动残气吹扫单元对混气筒内的残气进行吹扫；另当氯气检测报警装置或者压力检测装置报警时，控制模块在启动残气吹扫单元的同时启动漏气应急处置单元。
在上述氮-氯气体混合系统的一些实施方式中，当控制模块启动配气混气单元时，控制模块根据预先设定控制氯气电磁阀和氮气电磁阀的开度和流量，使得混气筒内的压力达到预定值。
在上述氮-氯气体混合系统的一些实施方式中，当控制模块启动残气吹扫单元时，控制模块关闭氯气电磁阀和混合气体出口电磁阀，打开残气吹扫气旁通电磁阀，利用氮气将混合筒内的残留氯气吹扫至吸收池中，通过吸收池后排入大气。
在上述氮-氯气体混合系统的一些实施方式中，当仅压力检测装置检测到压力异常报警，则控制模块在启动残气吹扫单元的同时，仅启动漏气应急处置单元的强制换气子单元，启动抽风机和单向换气扇，打开柜内换气电磁阀，将配气柜外的空气换入柜内，将柜内的气体送至吸收池后排入大气。
在上述氮-氯气体混合系统的一些实施方式中，当氯气检测报警装置报警，则控制模块在启动残气吹扫单元的同时，首先启动喷淋子单元，启动喷淋泵和打开喷淋电磁阀，待喷淋结束后再启动强制换气子单元。
在一些实施方式中，还提供了用于铝熔体净化的氮-氯气体混合方法通过上述氮-氯气体混合单元实现，该方法包括如下步骤：
(1)将氮气和氯气送入配气柜中的混气筒按设定进行混合后送入铝熔炉中；
(2)一次铝熔体净化结束后用氮气对混气筒内进行残气吹扫，将残气送入吸收池内吸收后排入大气；
(3)当仅检测到混气筒内压力异常时，停止配气混气送气，在进行步骤(2)中的同时，启动设置在配气柜内的抽风机和单向换气扇对配气柜进行强制换气，换出的气体送至吸收池内吸收后排入大气；
(4)当检测到配气柜内有氯气泄露时，停止配气混气送气，在进行(2)中的同时，抽取吸收池内的碱性溶液对配气柜内进行喷淋；待喷淋结束后再进行步骤(3)。
在上述氮-氯气体混合方法的一些实施方式中，碱性溶液为NaOH溶液或者Na2CO3溶液。
在上述氮-氯气体混合方法的一些实施方式中，各步骤由计算机控制完成。
在上述氮-氯气体混合方法的一些实施方式中，混气筒的直径和长度的比值大于等于1/2。
在上述氮-氯气体混合方法的一些实施方式中，铝熔体为铝合金熔体或铝基复合材料熔体。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于铝熔体净化的氮-氯气体混合方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）提供一种用于铝熔体净化的氮-氯气体混合系统，包括：
氯气源、氮气源、内置氯气检测报警装置的配气柜、置于所述配气柜内且内置压力检测装置的混气筒、铝熔炉、内置喷淋泵的吸收池以及包含控制模块和无线通信模块的控制装置，其中：
所述混气筒经氯气管道、氮气管道和出气管道分别与所述氯气源、氮气源和铝熔炉连通；
所述吸收池经一端通入其内、一端与所述出气管道相连的残气吹扫气管道与所述混气筒连通；
所述配气柜包括位于其底部可单向输入空气的单向换气扇和位于顶部且经柜内换气管道与所述残气吹扫气管道连接的抽风机组成强制换气装置，还包括位于所述混气筒外侧的喷淋装置且经喷淋管道与所述喷淋泵连接组成漏气喷淋装置；
所述控制装置内，所述无线通信模块被设置为可接收配气混气系统内发出的无线信号并对其进行控制；所述控制模块被设置为根据设定可控制包括所述配气混气系统在所述混气筒内配气和混气后输出至所述铝熔炉、所述混气筒内残气吹扫和所述强制换气装置与所述漏气喷淋装置进行应急处置；
所述柜内换气管道设有柜内换气电磁阀，当所述压力检测装置仅检测到压力异常报警时，所述控制装置控制所述单向换气扇向所述配气柜内输入空气的同时，控制所述抽风机将所述配气柜内的气体吹扫至所述吸收池内；
所述喷淋管道设有喷淋电磁阀，当所述氯气检测报警装置报警时，所述控制装置控制所述混气筒内的残气吹扫至所述吸收池内，同时控制所述吸收池内碱性溶液喷淋至所述配气柜内，待喷淋结束后控制所述抽风机将所述配气柜内的气体吹扫至所述吸收池内；
所述混气筒为细长圆柱状筒体，且筒体直径和长度的比值不小于1/2；
（2）将氮气和氯气送入所述配气柜中的混气筒内，按照设定进行混合后送入铝熔炉中；
（3）一次铝熔体净化结束后，用氮气对所述混气筒内进行残气吹扫，并将残气送入吸收池内吸收后排入大气；
（4）当所述压力检测装置仅检测到所述混气筒内压力异常时，启动一级处理程序：停止配气混气送气，在进行步骤（3）中残气吹扫的同时，启动所述抽风机和所述单向换气扇对所述配气柜进行强制换气，换出的气体送至所述吸收池内吸收后排入大气；当所述氯气检测报警装置检测到所述配气柜内有氯气泄露时，则无论启动所述压力检测装置是否报警，都二级处理程序：停止配气混气送气，在进行（3）中残气吹扫的同时，通过所述喷淋泵将所述吸收池内的碱性溶液输送至所述配气柜内进行喷淋，待喷淋结束后再进行强制换气；
所述铝熔体为铝合金熔体或铝基复合材料熔体，所述吸收池内含有NaOH溶液或Na2CO3溶液的碱性溶液。
2.根据权利要求1所述的用于铝熔体净化的氮-氯气体混合方法，其特征在于，各步骤由计算机控制完成。
3.根据权利要求1所述的用于铝熔体净化的氮-氯气体混合方法，其特征在于，所述氯气管道沿氯气流向依次设有氯气压力表、氯气电磁阀和氯气流量计，所述氮气管道沿氯气流向依次设有氮气压力表、氮气电磁阀和氮气流量计，所述出气管道设有混合气体出口电磁阀，且经所述控制模块根据预先设定控制所述氯气源和氮气源的开度和流量，至所述混气筒内的压力达到预定值后进行配气和混气，并输送混合气体至所述铝熔炉内。
4.根据权利要求1所述的用于铝熔体净化的氮-氯气体混合方法，其特征在于，所述残气吹扫气管道设有残气吹扫气旁通电磁阀，且所述残气吹扫气管道与所述出气管道相连一端位于所述混合气体出口电磁阀之前，经所述控制装置控制所述混气筒内的残气吹扫至所述吸收池内。
5.根据权利要求3所述的用于铝熔体净化的氮-氯气体混合方法，其特征在于，所述控制装置内，所述无线通信模块被设置为可接收所述氯气流量计、氮气流量计、氯气检测报警装置、压力检测装置发出的无线信号，并可对所述氯气电磁阀、氮气电磁阀、单向换气扇、柜内换气电磁阀、抽风机、混合气体出口电磁阀、残气吹扫气旁通电磁阀和喷淋电磁阀进行开关控制；
所述控制模块被设置为根据设定启动所述配气混气系统在所述混气筒内进行配气和混气后，将混合气体输出至所述铝熔炉；当一次铝熔体净化作业结束后可控制所述混气筒内残气吹扫；当所述压力检测装置报警时可控制所述混气筒内残气吹扫的同时启动所述配气柜内所述强制换气装置；当所述氯气检测报警装置报警时可控制所述混气筒内残气吹扫的同时启动所述配气柜内所述强制换气装置和所述漏气喷淋装置。
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