專利名稱：鎂合金熔體保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬熔體保護裝置，尤其涉及一種專用于鎂合金熔體的保護裝置，屬于金屬材料及冶金技術領域。
背景技術：
眾所周知，鎂是一種非常活潑的金屬，與氧的親和力很大，其表面層的致密系數小于1 (0. 74g/cm3)，以致鎂合金熔煉過程中容易氧化，且表面生成的氧化膜比較疏松，因此， 熔體保護是鎂合金熔煉過程中的關鍵環節。鎂合金的熔體保護主要有兩種方法，即熔劑保護和氣體保護。其中，熔劑保護是利用低熔點的化合物在較低的溫度下熔化成液態，在鎂合金液面鋪開，阻止鎂液與空氣接觸從而起到保護作用。目前國內外常使用的保護熔劑是商品化的RJ系列熔劑，如中國發明專利申請號為200610109367. 2，公開號為CN100398680C的專利提供了一種耐熱鎂合金熔劑， 其組分主要為氯鹽和氟鹽。但使用保護熔劑熔煉通常會帶來以下問題(1)氯鹽和氟鹽高溫下易揮發產生有毒氣體，如HCl，HF等；( 由于熔劑的密度較大，部分熔劑會隨同鎂液混入鑄型造成“熔劑夾渣”;(3)熔劑揮發產生的氣體有可能滲入合金液中，成為材料使用過程中的腐蝕源，加速材料腐蝕，降低使用壽命。因此，目前國外應用較多的熔體保護方法主要是氣體保護。氣體保護法是在鎂合金液的表面覆蓋一層惰性氣體或者能與鎂反應生成致密氧化膜的氣體，從而隔絕空氣中的氧，傳統的保護氣體主要由SF6, S02，C02，Ar和N2等組成，如中國發明專利申請號為200910200322. X，公開號為CN102094130A的專利提供了一種鎂合金熔煉保護氣體，其組分主要為CHClF2和CO2，但使用該種氣體保護也存在污染環境和腐蝕設備等問題。隨著環保要求的日益提高，保護氣體組成已發生重大變化，逐漸轉變為空氣、 惰性氣體、N2、CO2、SO2、FC、HFC系列，甚至某些經過汽化的HFE7100、HFE7200或Novec612TM 等醚、酮類多元混合氣體。不過，這種多元氣體定量混配需要復雜的混氣裝置和密封裝置才能實現，而現有的鎂合金熔體保護裝置一般只針對氣體保護，如中國發明專利申請號為 200410022620. 1，公開號為CN1584074A提供的鎂合金熔煉保護氣體裝置，通常由兩種氣體各自從進口進入混合腔，經自由混合后完成輸出，其存在選取氣體單一、可操作性不強、成本過高、輸出不穩定和浪費嚴重等問題，且無法使用特種液體或氣液復合保護。
發明內容
本發明針對上述現有技術中的不足，提供一種專用于鎂合金熔體保護的裝置，其集氣體保護、液體保護和氣液復合保護功能于一體，大幅提高鎂合金熔體保護效果并降低熔煉成本與操作難度。為實現以上目的，本發明通過如下技術方案解決其技術問題—種鎂合金熔體保護裝置，其包括定量多路給進系統、前級處理系統、自紊流發生系統、氣態維生系統和定量多路節流脈沖輸出系統，定量多路給進系統設置并連接于前級
3處理系統上端，自紊流發生系統的上部與前級處理系統相通，自紊流發生系統的下部與氣態維生系統的上部相連，氣態維生系統的下部連接到最下端的定量多路節流脈沖輸出系統上。本發明所述鎂合金熔體保護裝置的定量多路給進系統包括儲氣罐、空氣壓縮機、 液罐、蠕動泵、控制面板、轉子流量計和壓力控制閥，儲氣罐和空氣壓縮機通過控制面板并聯到前級處理系統上，液罐通過蠕動泵與前級處理系統相連，轉子流量計和壓力控制閥固定在控制面板上；所述前級處理系統包括洗滌腔、干燥腔、液體凈化腔和汽化腔，洗滌腔的上部通過定量多路給進系統的控制面板與儲氣罐和空氣壓縮機相通，洗滌腔的下部連接到干燥腔上，液體凈化腔的一端與定量多路給進系統的蠕動泵相連，另一端連接到汽化腔上， 干燥腔和汽化腔并聯在自紊流發生系統上；所述自紊流發生系統包括自紊流腔、分壓監測器和電磁閥，自紊流腔除與前級處理系統的干燥腔和汽化腔相連外，還與分壓監測器并聯在電磁閥上，電磁閥又連接到氣態維生系統上；所述自紊流腔包括輸入管路、輸出管路、通氣孔、隔板和氣瓶，輸入管路的一端與前級處理系統的干燥腔和汽化腔相連，另一端懸在氣瓶內，輸出管路的一端接到氣態維生系統上，另一端懸在氣瓶內；所述氣態維生系統包括氣態維生裝置，其由金屬板材焊接而成，內部設置有電加熱器件與保溫材料；所述定量多路節流脈沖輸出系統包括輸出腔、輸出控制器、熱電偶、脈沖電磁閥、坩堝和鑄型，輸出腔一端與自紊流發生系統的電磁閥相連，另一端通過管路與輸出控制器并聯在脈沖電磁閥上，該輸出腔同時與鑄型相連，熱電偶連接到輸出控制器上用以監測坩堝中鎂合金熔體的表面溫度，輸出控制器15由溫度監測模塊與控制模塊組成。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果所述鎂合金熔體保護裝置結構緊湊合理，其前級處理系統的汽化腔能夠完成液體的汽化，自紊流發生系統的自紊流腔能夠實現多組分氣體的均勻混合，分壓監測器能夠完成對混合氣體組分的監測，因而本發明能夠實現集氣體保護、液體保護、氣液復合保護等多功能于一體，具有均勻混合以及脈沖節流輸出等特點。整個系統使用安全、操作方便、工作效率高，在不影響鎂合金熔體表面狀態的前提下，能夠有效減少保護氣體和液體使用量，并能夠同時向多部熔爐以及鑄型提供保護。
圖1是本發明的總體結構示意圖。圖2 (a)和(b)是本發明的自紊流腔體裝置示意圖。在上述附圖中，1-儲氣罐，2-空氣壓縮機，3-液罐，4-蠕動泵，5-控制面板，6_洗滌腔，7-干燥腔，8-自紊流腔，9-液體凈化腔，10-汽化腔，11-分壓監測器，12-電磁閥， 13-氣態維生系統，14-輸出氣罐，15-輸出控制器，16-熱電偶，17-脈沖電磁閥，18-坩堝， 19-鑄型，20-輸入管路，21-輸出管路，22-通氣孔，23-隔板，24-氣瓶。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提下給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不僅限于下述的實施例。
圖1所示鎂合金熔體保護裝置包括定量多路給進系統、前級處理系統、自紊流發生系統、氣態維生系統和定量多路節流脈沖輸出系統，其中，定量多路給進系統設置并連接于前級處理系統上端，自紊流發生系統的上部與前級處理系統相通，自紊流發生系統的下部與氣態維生系統的上部相連，氣態維生系統的下部連接到最下端的定量多路節流脈沖輸出系統上。如圖1所示，所述定量多路給進系統用于完成氣體和(或)液體的供給，其包括儲氣罐1、空氣壓縮機2、液罐3、蠕動泵4、控制面板5、轉子流量計和壓力控制閥。其中，儲氣罐1和空氣壓縮機2通過控制面板5并聯到前級處理系統上，而液罐3通過蠕動泵4與前級處理系統相連，轉子流量計和壓力控制閥固定在控制面板5上，該蠕動泵4通過轉子流量計單獨控制。如圖1所示，所述前級處理系統包括洗滌腔6、干燥腔7、液體凈化腔9和汽化腔 10。其中，洗滌腔6的上部通過定量多路給進系統的控制面板5與儲氣罐1和空氣壓縮機 2相通，該洗滌腔6的下部連接到干燥腔7上；液體凈化腔9的一端與定量多路給進系統的蠕動泵4相連，受轉子流量計的獨立控制，另一端連接到汽化腔10上；同時，干燥腔7和汽化腔10并聯在自紊流發生系統上端。所述洗滌腔6與液體凈化腔9完成輸入氣、液的除雜處理，汽化腔10完成液體的汽化。如圖1所示，所述自紊流發生系統包括自紊流腔8、分壓監測器11和電磁閥12。其中，自紊流腔8除與前級處理系統的干燥腔7和汽化腔10相連外，還與分壓監測器11并聯在電磁閥12上，而電磁閥12又連接到氣態維生系統上。所述自紊流發生系統能夠實現多組分氣體的均勻混合，分壓監測器11完成對混合氣體組分的監測，并通過電磁閥12調節輸
出ο如圖2所示，所述自紊流腔8包括輸入管路20、輸出管路21、通氣孔22、隔板23、 氣瓶24。其中，輸入管路20的一端與前級處理系統的干燥腔7和汽化腔10相連，另一端懸在氣瓶M內，輸出管路21的一端接到氣態維生系統上，另一端也懸在氣瓶M內，帶有若干通氣孔22的隔板23將氣瓶M的內部分隔成多個空腔。所述自紊流腔8有非常重要的功能，一方面，它與干燥腔7和汽化腔10緊密相連，能夠靠氣體自身的流動與擴散實現多元氣體的均勻混合；另一方面，它通過與其連接的分壓監測器11和電磁閥12完成對混合氣體各組分的補充調節，有助于實現對多元保護氣體各組分的精確控制，從而對熔體提供更有效的保護。所述自紊流腔8由金屬材料制造，通過焊接加工，呈多腔結構，并保持良好的密閉性與導熱性。該自紊流腔8可以有多種結構形式，如圖2(a)和(b)分別所示，輸入管路20 和輸出管路21可以分別懸置于氣瓶M的上部和下部，隔板23將氣瓶M的內部自上而下地分隔成多個空腔(如圖2(a))，輸入管路20和輸出管路21也可以分別懸置于氣瓶M上部的左側和右側，隔板23將氣瓶M的內部自左而右地分隔成多個空腔(如圖2 (b))。如圖1所示，所述氣態維生系統用于保證原液態組分始終呈氣態，其包括氣態維生裝置13，該氣態維生裝置13由金屬板材焊接而成，內部設置有電加熱器件與保溫材料。如圖1所示，所述定量多路節流脈沖輸出系統包括輸出腔14、輸出控制器15、熱電偶16、脈沖電磁閥17、坩堝18和鑄型19。其中，輸出腔14 一端與自紊流發生系統的電磁閥 12相連，另一端通過管路與輸出控制器15并聯在脈沖電磁閥17上，該輸出腔14同時也與鑄型19相連；置于鎂合金熔體表面的熱電偶16連接到輸出控制器15上，用以監測坩堝18
5中鎂合金熔體表面的溫度。所述輸出腔14用于暫存混合均勻的保護氣體，輸出控制器15通過置于鎂合金熔體表面的熱電偶16監測熔體表面溫度，通過控制脈沖電磁閥17最終完成保護氣體的輸出。該輸出腔14由金屬材料焊接而成，具有良好的密閉性與導熱性；輸出控制器15由溫度監測模塊與控制模塊組成，溫度監測模塊能夠完成多通道獨立式溫度數據的巡檢、記錄及發送，控制模塊能夠接收上述數據，并調用內嵌程序，通過脈沖電磁閥17完成保護氣體輸出的自動控制。以AZ91鎂合金熔煉過程為例，工作時先將定量多路給進系統的洗滌腔6和氣態維生裝置13的開關打開，直至達到工作狀態；依次打開儲氣罐1和(或)液罐3的閥門，以及空氣壓縮機2和蠕動泵4的開關，通過控制面板5上的轉子流量計和(或)壓力控制閥進行混合氣體的定量輸入；多元混合氣體進入前級處理系統的洗滌腔6，在其中完成洗滌工藝， 然后經過干燥腔7與依次通過液體凈化腔9和汽化腔10的氣態液體共同進入自紊流腔8， 由分壓監測器11對各組分配比及分壓進行監測，并通過電磁閥12進行自動調節輸出；自紊流腔8中的混合氣體隨后進入定量多路節流脈沖輸出系統的輸出腔14，最終完成輸出，實現對鎂合金熔體的保護；具體自動控制過程為輸出控制器15通過熱電偶16測定熔體表面溫度，調用內嵌程序進行計算并完成自動控制，通過脈沖電磁閥17完成對數臺熔爐及鑄型進行保護氣體的間歇性供應。本發明所述鎂合金熔體保護裝置的有益效果是1.定量多路給進系統可實現氣體保護、液體保護或氣液復合保護，且各組分能夠均勻混合；2.氣態維生裝置13可保證用于熔體保護的液態組分始終呈氣態，均勻作用于熔體表面，改善熔體保護效果，提高液體原料使用效率；3.本發明能有效減少保護氣體和液體使用量，降低熔體受污染程度；4.本發明可同時向多部熔爐及鑄型提供保護，成本低、工作效率高。本發明可以使用常規保護氣體，也可以使用特種保護液體，或者二者同時使用，可有效阻止鎂熔體的氧化和燃燒，減少保護氣體和液體使用量，可同時向多部熔爐及鑄型提供保護，節約生產成本，大幅度提高了鎂合金的品質。
權利要求
1.一種鎂合金熔體保護裝置，其特征是，所述保護裝置包括定量多路給進系統、前級處理系統、自紊流發生系統、氣態維生系統和定量多路節流脈沖輸出系統，定量多路給進系統設置并連接于前級處理系統上端，自紊流發生系統的上部與前級處理系統相通，自紊流發生系統的下部與氣態維生系統的上部相連，氣態維生系統的下部連接到最下端的定量多路節流脈沖輸出系統上。
2.根據權利要求1所述的鎂合金熔體保護裝置，其特征是，所述定量多路給進系統包括儲氣罐(1)、空氣壓縮機( 、液罐C3)、蠕動泵(4)、控制面板( 、轉子流量計和壓力控制閥，儲氣罐(1)和空氣壓縮機(2)通過控制面板(5)并聯到前級處理系統上，液罐(3)通過蠕動泵(4)與前級處理系統相連，轉子流量計和壓力控制閥固定在控制面板( 上。
3.根據權利要求1所述的鎂合金熔體保護裝置，其特征是，所述前級處理系統包括洗滌腔(6)、干燥腔(7)、液體凈化腔(9)和汽化腔(10)，洗滌腔(6)的上部通過定量多路給進系統的控制面板(5)與儲氣罐⑴和空氣壓縮機(2)相通，洗滌腔(6)的下部連接到干燥腔(7)上，液體凈化腔(9)的一端與定量多路給進系統的蠕動泵(4)相連，另一端連接到汽化腔(10)上，干燥腔(7)和汽化腔(10)并聯在自紊流發生系統上。
4.根據權利要求1所述的鎂合金熔體保護裝置，其特征是，所述自紊流發生系統包括自紊流腔(8)、分壓監測器(11)和電磁閥(12)，自紊流腔(8)除與前級處理系統的干燥腔 (7)和汽化腔(10)相連外，還與分壓監測器(11)并聯在電磁閥(12)上，電磁閥(12)又連接到氣態維生系統上。
5.根據權利要求4所述的鎂合金熔體保護裝置，其特征是，所述自紊流腔(8)包括輸入管路(20)、輸出管路(21)、通氣孔(22)、隔板(23)和氣瓶(M)，輸入管路(20)的一端與前級處理系統的干燥腔(7)和汽化腔(10)相連，另一端懸在氣瓶04)內，輸出管路的一端接到氣態維生系統上，另一端懸在氣瓶04)內。
6.根據權利要求1所述的鎂合金熔體保護裝置，其特征是，所述氣態維生系統包括氣態維生裝置(13)，其由金屬板材焊接而成，內部設置有電加熱器件與保溫材料。
7.根據權利要求1所述的鎂合金熔體保護裝置，其特征是，所述定量多路節流脈沖輸出系統包括輸出腔(14)、輸出控制器(15)、熱電偶(16)、脈沖電磁閥(17)、坩堝(18)和鑄型(19)，輸出腔(14) 一端與自紊流發生系統的電磁閥(1 相連，另一端通過管路與輸出控制器(15)并聯在脈沖電磁閥(17)上，該輸出腔(14)同時與鑄型(19)相連，熱電偶(16) 連接到輸出控制器(1 上用以監測坩堝(18)中鎂合金熔體的表面溫度。
8.根據權利要求7所述的鎂合金熔體保護裝置，其特征是，所述輸出控制器(1 由溫度監測模塊與控制模塊組成。
全文摘要
一種鎂合金熔體保護裝置，其包括定量多路給進系統、前級處理系統、自紊流發生系統、氣態維生系統和定量多路節流脈沖輸出系統，定量多路給進系統設置并連接于前級處理系統上端，自紊流發生系統的上部與前級處理系統相通，自紊流發生系統的下部與氣態維生系統的上部相連，氣態維生系統的下部連接到最下端的定量多路節流脈沖輸出系統上。本發明可以使用常規保護氣體，也可以使用特種保護液體，或者二者同時使用，可有效阻止鎂熔體的氧化和燃燒，減少保護氣體和液體使用量，可同時向多部熔爐及鑄型提供保護，節約生產成本，大幅度提高了鎂合金的品質。
文檔編號B22D21/04GK102389964SQ20111035644
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者丁文江, 劉文才, 吳國華, 龐松 申請人:上海交通大學