CN115074562A - 一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法，包括以下步骤：将镁锭或镁合金锭放置于熔炼炉内，升温，向炉内通入含有全氟己酮气体、干燥空气以及工业级二氧化碳组成的混合气体进行保护。本发明还公开了该保护方法所用的供气装置。本发明提供的保护方法通过在熔炼过程中有效阻止镁或镁合金液同大气接触，从而受到保护，且该保护方法中所用的混合气体低碳环保。

Description

一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法及装置
技术领域
本发明涉及金属加工技术领域，具体涉及一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法及装置。
背景技术
目前国内镁合金熔炼工序需要使用SF6进行气体覆盖保护熔融镁液的表面，以隔绝空气的方式防止镁液面的氧化和燃烧。虽然SF6(六氟化硫)本身对人体无毒、无害，但它却是一种温室效应气体，其单分子的温室效应是二氧化碳的2.49-3.2万倍，是《京都议定书》中被禁止排放的六种温室气体之一。另，根据IPCC提出的诸多温室气体的GWP(全球变暖潜能)指标，六氟化硫的GWP值最大，500年的GWP值为32400，且由于六氟化硫高度的化学稳定性，其在大气中存留时间可长达3200年。
六氟化硫的保护机理为：首先在镁液表面，Mg与O反应生成MgO,进一步Mg与SF6反应生成MgF2之后MgF2与MgO结合形成薄膜。这一层薄膜是有金属色泽的、致密的、连续的，以此来阻止镁合金液的进一步氧化而获得了保护能力。但它只能维持几分钟，故混合气体要不间断地供应；熔炼一吨镁，约释放0.646千克SF6到大气中，以碳当量22000系数核算，得知熔炼一吨镁锭，其产生14.2吨二氧化碳当量的碳排放。六氟化硫排放产生的巨大全球变暖危害是目前镁合金熔炼产业亟需研发替代型环保气体的主要推动力。因此，急需一种低碳环保型保护气体来替代六氟化硫，用以保护熔炼过程中镁及镁合金液表面以防止其氧化燃烧。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法和装置，该保护方法在熔炼镁及镁合金时通入全氟己酮、干燥空气以及工业级二氧化碳组成的混合气体来进行保护，可有效防止熔液表面进行燃烧，达到保护的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法，包括以下步骤：
将镁锭或镁合金锭放置于熔炼炉内，升温，向炉内通入含有全氟己酮气体、干燥空气以及工业级二氧化碳组成的混合气体进行保护。
作为上述技术方案的优选，所述升温是升温至炉内温度达到300℃。
作为上述技术方案的优选，所述混合气体以体积含量计，包括全氟己酮气体0.15-0.5％，干燥空气2-9％，其余为工业级二氧化碳。
作为上述技术方案的优选，所述混合气体中工业级二氧化碳的体积含量大于91.5％。
作为上述技术方案的优选，所述混合气体的流量根据炉体大小进行调节，当熔炼炉内剩余空间变化时，混合气体流量根据实际体积进行相应的线性计算和调整，流量与炉内剩余空间体积的关系式为：流量L/min＝A*炉内剩余空间体积，其中系数A取值范围26-40L/min/m3，例如熔炼炉镁液顶部空间约0.75立方米时，混合气体流量20-30L/min；熔炼炉内镁液上空间1立方米时，所述混合气体流量的工艺参数为26-40L/min；同时当熔炼炉需要打开炉门进行捞渣作业时，混合气体流量相应增加30-60％的流量。
作为上述技术方案的优选，上述保护方法所用的装置，包括依次连通的全氟己酮钢瓶、第一恒温器、第二恒温器、镁及镁合金熔炼炉；所述第二恒温器还连通有干燥空气制备器、工业级二氧化碳制备器；所述镁及镁合金熔炼炉的上表面均匀设置有多个供气孔，多个供气孔内均设置有供气管。
作为上述技术方案的优选，所述第二恒温器内设置有搅拌风扇。
作为上述技术方案的优选，所述全氟己酮钢瓶上的干燥压缩空气管道上、全氟己酮钢瓶与第一恒温器的连接管道上、第一恒温器与第二恒温器的连接管道上、第二恒温器与镁及镁合金熔炼炉的连接管道上、干燥空气制备器与第二恒温器的连接管道上、工业级二氧化碳制备器与第二恒温器的连接管道上分别设置有第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器、第四流量控制器、第五流量控制器、第六流量控制器。
作为上述技术方案的优选，所述供气孔的数量为5-10个。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法以及该保护过程中所用到的供气装置。所述保护方法是在镁及镁合金熔炼时向熔炼炉内通入全氟己酮气体、工业级二氧化碳以及干燥空气组成的混合气，本发明采用全氟己酮气体替代传统的六氟化硫气体，更为环保。相对于六氟化硫气体，全氟己酮气体更为低碳环保，温室效应GWP指标小于5，在熔炼一吨镁合金、镁锭时产生的二氧化碳排放当量不足六氟化硫的万分之一。本发明有效调节混合气体的组成，熔炼过程中该混合气体均匀分散在镁及镁合金液表面，阻止镁或镁合金液同大气接触，从而受到保护。
本发明提供的供气装置可实现1200L/min的一定体积比例的混合气体供应，同时该系统具备从大气中提炼工业级二氧化碳的功能以及供应干燥空气的功能，最终实现全氟己酮、工业级二氧化碳、干燥空气三种气体不同体积比例的稳定供应要求。
附图说明
图1为镁及镁合金熔炼过程中的保护装置示意图；
图1中，1、全氟己酮钢瓶；2、第一恒温器；3、第二恒温器；4、镁及镁合金熔炼炉；5、干燥空气制备器；6、工业级二氧化碳制备器；7、供气孔；8、供气管；9、搅拌风扇；10、第一流量控制器；11、第二流量控制器；12、第三流量控制器；13、第四流量控制器；14、第五流量控制器；15、第六流量控制器。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种镁及镁合金熔炼过程中的保护装置，包括依次连通的全氟己酮钢瓶1、第一恒温器2、第二恒温器3、镁及镁合金熔炼炉4；所述第二恒温器3还连通有干燥空气制备器5、工业级二氧化碳制备器6；所述镁及镁合金熔炼炉4的上表面均匀设置有多个供气孔7，供气孔7的数量为5-10个，多个供气孔7内均设置有供气管8，所述第二恒温器3内设置有搅拌风扇9；所述全氟己酮钢瓶1上的干燥压缩空气管道上、全氟己酮钢瓶1与第一恒温器2的连接管道上、第一恒温器2与第二恒温器3的连接管道上、第二恒温器3与镁及镁合金熔炼炉4的连接管道上、干燥空气制备器5与第二恒温器3的连接管道上、工业级二氧化碳制备器6与第二恒温器3的连接管道上均设置有第一流量控制器10、第二流量控制器11、第三流量控制器12、第四流量控制器13、第五流量控制器14、第六流量控制器15。
在使用时，干燥压缩空气以0.2-0.6MPa压强通过第一流量控制器进入全氟己酮钢瓶顶部剩余空间，钢瓶内液态全氟己酮被压射到第二流量控制器，第一恒温器内的压力传感器根据第一恒温器压力大小控制第二流量控制器的流量以稳定内部压力；第一恒温器容器内温度保持在60-100℃内的某一设定值(该具体温度数值根据第一恒温器内部压力的变化而变化)，液态全氟己酮在第一恒温器内汽化为全氟己酮气体；全氟己酮气体通过第三流量控制器进入第二恒温器，其全氟己酮气体体积占比控制在0.15-0.5％内的某一设定值(该具体体积占比设定值根据实际生产状况和现场设备差异进行适当调整)；干燥空气制备器将制备出的干燥空气通过第五流量控制器进入第二恒温器内，其干燥空气体积占比控制在2-9％内的某一设定值(该具体体积占比设定值根据实际生产状况和现场设备差异进行适当调整)；工业级二氧化碳制备器将制备出的二氧化碳通过第六流量控制器进入恒温器2内，其二氧化碳体积占比控制在91.5-97.85％内的某一设定值(该具体体积占比设定值根据实际生产状况和现场设备差异进行适当调整)；第二恒温器内温度保持在60-100℃内的某一设定值(该具体温度数值根据第二恒温器内部压力的变化而变更)，全氟己酮在第二恒温器内呈气态；因三种气体密度差异较大，第二恒温器内设置一台搅拌风扇，使混合气体实现充分均匀分布；第二恒温器内的混合气体通过第四流量控制器输送到工厂各镁及镁合金熔炼炉内。
上述装置可实现1200/L的一定体积比例的混合气体供应，保证至少30台镁合金压铸机熔炼炉的稳定生产运行，同时该装置具备从大气中提炼工业级二氧化碳的功能以及供应干燥空气的功能，最终实现全氟己酮、工业级二氧化碳、干燥空气三种气体不同体积比例的稳定供应技术要求。
上述装置中的各流量控住器与设置在不同部位的压力传感器进行智能联动，保证各气体体积占比的稳定输出。该装置中的第一恒温器、第二恒温器的加热方式可以通过多种方法实现，例如水浴温度加热调节、电阻丝加热、燃气加热等。
实施例2
在镁及镁合金熔炼炉的上表面设置有5-20个供气孔，多个供气孔内均设置有供气管，将镁锭放置于熔炼炉内，升温至炉内温度达到300℃时，使用实施例1所述的装置通过多个供气管向炉内通入含有全氟己酮气体、干燥空气以及工业级二氧化碳组成的混合气体进行保护，混合气体以体积含量计，包括全氟己酮气体0.15-0.5％，干燥空气2-9％，其余为工业级二氧化碳；当炉内温度到达680-710℃后，静置10分钟后，即可进行压铸生产；在压铸生产过程中，镁锭从熔炼炉的入料口不断进行补充，从而实现连续熔炼和压铸；熔炼炉内有供液泵可实现稳定的压铸，压铸过程无需打开熔炼炉门，仅打捞浮渣时需要打开炉门。
上述保护方法中，所述混合气体的流量根据炉体大小进行调节，当熔炼炉内剩余空间变化时，混合气体流量根据实际体积进行相应的线性计算和调整，流量与炉内剩余空间体积的关系式为：流量(L/min)＝A(L/min/m3)*炉内剩余空间体积(m3)，其中系数A取值范围26-40L/min/m3，例如熔炼炉镁液顶部空间约0.75立方米时，混合气体流量20-30L/min；熔炼炉内镁液上空间1立方米时，所述混合气体流量的工艺参数为26-40L/min；同时当熔炼炉需要打开炉门进行捞渣作业时，混合气体流量相应增加30-60％的流量。
根据生产需要，本发明验证了多种混合气体工艺方案，如表1所示；其中混合气体的保护效果验证标准：打开熔炼炉炉门后，熔炼炉内部剩余空间中无蓝色火焰产生，同时10秒内镁液表面浮渣无燃烧现象产生可判定为合格。
表1
Figure BDA0003779040270000051
Figure BDA0003779040270000061
从上述表1测试结果可以看出，打开熔炼炉炉门后，熔炼炉内部剩余空间中无蓝色火焰产生，同时10秒内镁液表面浮渣无燃烧现象产生，均达到使用要求。
此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镁锭或镁合金锭放置于熔炼炉内，升温，向炉内通入含有全氟己酮气体、干燥空气以及工业级二氧化碳组成的混合气体进行保护。
2.根据权利要求1所述的一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法，其特征在于，所述升温是升温至炉内温度达到300℃。
3.根据权利要求1所述的一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法，其特征在于，所述混合气体以体积含量计，包括全氟己酮气体0.15-0.5％，干燥空气2-9％，其余为工业级二氧化碳。
4.根据权利要求3所述的一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法，其特征在于，所述混合气体中工业级二氧化碳的体积含量大于91.5％。
5.根据权利要求1所述的一种镁及镁合金熔炼过程中的保护方法，其特征在于，所述混合气体的流量根据炉体大小进行调节，当熔炼炉内剩余空间变化时，混合气体流量根据实际体积进行相应的线性计算和调整,混合气体流量与炉内剩余空间体积的线性关系公式为：流量L/min＝A*炉内剩余空间体积，其中系数A取值范围26-40L/min/m3，同时当熔炼炉需要打开炉门进行捞渣作业时，混合气体流量相应增加30-60％的流量。
6.根据权利要求1至5任一所述的保护方法所用的装置，其特征在于，包括依次连通的全氟己酮钢瓶、第一恒温器、第二恒温器、镁及镁合金熔炼炉；所述第二恒温器还连通有干燥空气制备器、工业级二氧化碳制备器；所述镁及镁合金熔炼炉的上表面均匀设置有多个供气孔，多个供气孔内均设置有供气管。
7.根据权利要求6所述的保护方法所用的装置，其特征在于，所述第二恒温器内设置有搅拌风扇。
8.根据权利要求6所述的保护方法所用的装置，其特征在于，所述全氟己酮钢瓶上的干燥压缩空气管道上、全氟己酮钢瓶与第一恒温器的连接管道上、第一恒温器与第二恒温器的连接管道上、第二恒温器与镁及镁合金熔炼炉的连接管道上、干燥空气制备器与第二恒温器的连接管道上、工业级二氧化碳制备器与第二恒温器的连接管道上分别设置有第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器、第四流量控制器、第五流量控制器、第六流量控制器。
9.根据权利要求6所述的保护方法所用的装置，其特征在于，所述供气孔的数量为5-10个。
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