專利名稱：：保護(hù)氣體的供給方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及防止鎂或鎂合金(以下在本發(fā)明中一并統(tǒng)稱為鎂)的熔融液表面的氧化、燃燒為目的而使用的保護(hù)氣體的供給方法。
背景技術(shù)：
：本申請(qǐng)人在特開(kāi)2004-276116號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2005-171374號(hào)公報(bào)中提出了由氟酮和二氧化碳組成的氣體作為上述的保護(hù)氣體。在該在先申請(qǐng)發(fā)明中，優(yōu)越點(diǎn)在于氟酮的全球變暖潛能值比以往一直使用的六氟化硫低，因此，期待著其實(shí)用化。然而，氟酮與六氟化硫相比較價(jià)格還比較高，因此，不得不降低其在保護(hù)氣體中的濃度來(lái)使用。因此，在含有氟酮的保護(hù)氣體下，會(huì)產(chǎn)生鎂熔融液的氧化燃燒防止效果降低的情形。專利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2004-276116號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開(kāi)2005-171374號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明的課題在于，向鎂熔化爐供給含有氟酮的保護(hù)氣體而防止鎂熔融液的氧化、燃燒時(shí)，使保護(hù)氣體中含有必要且充分量的氟酮，從而得到充分的氧化燃燒防止效果，而且能夠抑制成本的增加。為了解決上述課題，權(quán)利要求1的課題在于提供一種保護(hù)氣體的供給方法，該方法為向熔化爐供給含有氟酮的保護(hù)氣體，從而防止熔化爐內(nèi)鎂熔融液的氧化、燃燒的方法，其特征在于，求出熔化爐內(nèi)氣氛中的水分濃度，使保護(hù)氣體中的氟酮濃度為該水分濃度的1/50~1/5。權(quán)利要求2的發(fā)明為權(quán)利要求1所述的保護(hù)氣體的供給方法，其特征在于，保護(hù)氣體中添加有氧氣以外的氣體，計(jì)測(cè)熔化爐內(nèi)氣氛中的氧氣濃度，根據(jù)該氧氣濃度和熔化爐外大氣中的水分量計(jì)算出熔化爐內(nèi)的水分濃度。權(quán)利要求3的發(fā)明為權(quán)利要求1所述的保護(hù)氣體的供給方法，其特征在于，保護(hù)氣體中添加有惰性氣體，計(jì)測(cè)熔化爐內(nèi)氣氛中的惰性氣體濃度，根據(jù)該惰性氣體濃度和熔化爐外大氣中的水分量計(jì)算出熔化爐內(nèi)的水分濃度。權(quán)利要求4的發(fā)明為權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的保護(hù)氣體的供給方法，其特征在于，氟酮濃度為50~14000ppm(體積)以上。根據(jù)本發(fā)明，能夠使保護(hù)氣體中的氟酮濃度必要且充分量，沒(méi)有過(guò)剩地使用氟酮，抑制了不必要的成本增加，而且確實(shí)能夠得到鎂熔融液的氧化燃燒防止效果。圖1為表示本發(fā)明中使用的鎂熔化爐例子的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖；圖2為表示例1結(jié)果的圖表；圖3為表示例3結(jié)果的圖表。符號(hào)的說(shuō)明1熔化爐2蚶堝3鎂熔融液4蓋5保護(hù)氣體噴嘴具體實(shí)施例方式由氟酮帶來(lái)的鎂熔融液的氧化燃燒防止效果在于，通過(guò)氟酮和鎂在熔融液表面反應(yīng)生成的薄膜狀的保護(hù)膜覆蓋熔融液表面，熔融液從氧氣中被遮斷，從而防止熔融液的燃燒、蒸發(fā)。如果氧氣存在，則發(fā)生以下劇烈的氧化反應(yīng)。Mg+l/202—MgO-143.7kcal/molMgO而且，如果在鎂的燃燒中存在水，則鎂和水反應(yīng)生成熱量和氬氣，生成的氫氣和空氣中的氧氣反應(yīng)會(huì)引起爆炸。因此，若水分的混入增多，則通過(guò)與水分的反應(yīng)變得容易燃燒，所以需要提高由保護(hù)膜帶來(lái)的阻燃效果。Mg+H20—MgO+H2-75kcal/molMgOMg+2H20—Mg(OH)2+H2-82kcal/molMg(OH)2如上所述，從熔化爐外混入熔化爐內(nèi)鎂熔融液表面的氣氛的空氣增多，上述氣氛內(nèi)水分量增多時(shí)，則熔融液的燃燒可能性增大。因此，需要增加上述氣氛中的氟酮量，以提高氟酮帶來(lái)的氧化燃燒防止效果。進(jìn)行評(píng)價(jià)。浮渣是指鎂等熔融金屬的表面通過(guò)與空氣接觸而被氧化、氮化生成的金屬氧化物、金屬氮化物等的混合物。如果由保護(hù)氣體形成上述保護(hù)膜，則熔融液從空氣中遮斷，不生成浮渣。因此，在本發(fā)明中觀察浮渣的生成量，以其生成量判斷氧化燃燒防止效果。如上所述，為了充分得到通過(guò)由含有氟酮的保護(hù)氣體帶來(lái)的氧化燃燒防止效果，需要考慮侵入熔化爐內(nèi)大氣中的水分量，確定保護(hù)氣體中的氟酮濃度。作為向熔化爐供給保護(hù)氣體的方法，存在預(yù)先向高壓儲(chǔ)氣罐通過(guò)二氧化碳等稀釋填充、供給氟酮的同時(shí)，為達(dá)到必要的濃度進(jìn)一步通過(guò)二氧化碳等進(jìn)行稀釋的方法，和從僅填充了氟酮的容器中供給氟酮的同時(shí)，用其他的氣體稀釋供給的方法。然而，本發(fā)明可以是任何一種供給方法，以下的說(shuō)明中所示的混合氣體表示熔化爐內(nèi)氣體的狀態(tài)。作為本發(fā)明中的含有氟酮的保護(hù)氣體，除了氟酮以外還添加二氧化碳、氬氣和氮?dú)獾确茄趸詺怏w作為稀釋氣體，進(jìn)而，該非氧化性氣體和少量空氣的混合氣體有時(shí)會(huì)作為稀釋氣體被添加。作為稀釋氣體優(yōu)選二氧化碳，二氧化碳在稀釋氣體中占有的比例優(yōu)選以體積比計(jì)為25%~100%。作為在本發(fā)明中使用的氟酮，可以從全氟酮、氳化氟酮以及其混合物中選擇一種以上使用。在全氟酮中，碳原子數(shù)優(yōu)選為5~9個(gè)，具體地優(yōu)選從由CF3CF2C(0)CF(CF3)2、(CF3)2CFC(0)CF(CF3)2、CF3(CF2)2C(0)CF(CF3)2、CF3(CF2)3C(0)CF(CF3)2、CF3(CF2)5C(0)CF3、CF3CF2C(0)CF2CF2CF3、CF3C(0)CF(CF3)2以及全氟環(huán)己酮組成的組中選擇的一種以上。即，在這些酮中可以使用一種，也可以混合兩種以上<吏用。作為氫化氟酮，碳原子數(shù)優(yōu)選為4~7個(gè)，具體地優(yōu)選從由HCF2CF2C(0)CF(CF3)2、CF3C(0)CH2C(0)CF3、C2H5C(0)CF(CF3)2、CF2CF2C(0)CH3、(CF3)2CFC(0)CH3、CF3CF2C(0)CHF2、CF3CF2C(0)CH2F、CF3CF2C(0)CH2CF3、CF3CF2C(0)CH2CH3、CF3CF2C(0)CH2CHF2、CF3CF2C(0)CH2CHF2、CF3CF2C(0)CH2CH2F、CF3CF2C(0)CHFCH3、CF3CF2C(0)CHFCHF2、CF3CF2C(0)CHFCH2F、CF3CF2C(0)CF2CH3、CF3CF2C(0)CF2CHF2、CF3CF2C(0)CF2CH2F、(CF3)2CFC(0)CHF2、(CF3)2CFC(0)CH2F、CF3CF(CH2F)C(0)CHF2、CF3CF(CH2F)C(0)CH2F以及CF3CF(CH2F)C(0)CF3組成的組中選擇的一種以上。即，在這些酮中可以使用一種，也可以混合兩種以上使用。其中特別優(yōu)選使用五氟乙基-七氟丙基酮，即C3F7(CO)C2F5(如CF3CF2C(0)CF(CF3)2、CF3CF2C(0)CF2CF2CF3)。氟酮的分子量?jī)?yōu)選250以上，更優(yōu)選300以上。l分子氟酮所包含的羰基數(shù)優(yōu)選為1個(gè)。本發(fā)明中需要求出熔化爐內(nèi)氣氛中的水分濃度。該水分濃度的確定方法有兩種。第一種方法是適用于在含有氟酮的保護(hù)氣體中包含氧氣以外的氣體例如二氧化碳、氬氣、氮?dú)獾鹊那闆r的方法，其是通過(guò)設(shè)置計(jì)測(cè)熔化爐內(nèi)氣氛中的氧氣濃度的氧氣傳感器，從該氧氣傳感器計(jì)測(cè)的氧氣濃度計(jì)算出水分濃度的方法。此時(shí)，熔化爐內(nèi)氧氣的存在意味著大氣從熔化爐外侵入到內(nèi)部，其氧氣濃度表示大氣侵入的程度。大氣中的氧氣濃度為20.9體積％,因此如果熔化爐內(nèi)的氧氣濃度為10.5體積％,則認(rèn)為熔化爐內(nèi)氣氛的一半被大氣置換。即，測(cè)定的氧氣濃度(體積％)除以20.9體積％的值為進(jìn)入熔化爐的大氣的混入率。另一方面，大氣單位體積中的水分濃度由此時(shí)的相對(duì)濕度和溫度基于換算表等求出。然后，通過(guò)對(duì)上述混入率乘以大氣單位體積中的水分濃度，計(jì)算出熔化爐內(nèi)氣氛中的水分濃度。用數(shù)學(xué)式表示，則為下式(1):熔化爐內(nèi)水分濃度(體積ppm)=a+20.9xb.......(1)a:熔化爐內(nèi)氧氣濃度(體積％)，即鎂熔融液良好地處于氧化燃燒防止?fàn)顟B(tài)的氧氣濃度。b:大氣單位體積中的水分濃度(體積ppm)。第二種方法是適用于在含有氟酮的保護(hù)氣體中添加含有氬氣、二氧化碳等空氣的主要成分氧氣、氮?dú)庖酝獾臍怏w的情況的方法，其是通過(guò)設(shè)置計(jì)測(cè)熔化爐內(nèi)氣氛中氬氣、二氧化碳等惰性氣體濃度的傳感器，從該傳感器計(jì)測(cè)的惰性氣體濃度計(jì)算出水分濃度的方法。此時(shí)，如果熔化爐內(nèi)氣氛中的惰性氣體濃度不足100體積％,則意味著大氣從熔化爐外侵入到內(nèi)部，從而惰性氣體被空氣稀釋，其惰性氣體濃度表示大氣的侵入程度，成為大氣的混入率。而且，大氣單位體積中的水分濃度與第一種方法一樣，由此時(shí)的相對(duì)濕度和溫度基于換算表等求出。然后，通過(guò)對(duì)上述混入率乘以大氣單位體積中的水分濃度，計(jì)算出熔化爐內(nèi)氣氛中的水分濃度。如果用數(shù)學(xué)式表示，則為下式(2):熔化爐內(nèi)水分濃度(體積ppm)=(100-c)+100xb.......(2)c:熔化爐內(nèi)惰性氣體濃度(體積％),即鎂熔融液良好地處于氧化燃燒防止?fàn)顟B(tài)的惰性氣體濃度。b:大氣單位體積中的水分濃度(體積ppm)。如上所述，假定計(jì)算出熔化爐內(nèi)氣氛中的水分濃度，則將該水分濃度的1/50~1/5作為保護(hù)氣體中的氟酮濃度。根據(jù)后述的實(shí)驗(yàn)，如果使氟酮濃度至少為水分濃度的1/50,則浮渣的生成少，能夠確認(rèn)得到鎂熔融液的氧化燃燒防止效果。而且，如果氟酮濃度超過(guò)水分濃度的1/5,則在得到相應(yīng)效果的基礎(chǔ)上變?yōu)檫^(guò)剩，會(huì)引起成本的增加。另外，向熔化爐的大氣的混入少，從而熔化爐內(nèi)的水分濃度變得相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，能夠預(yù)想在計(jì)算結(jié)果上氟酮濃度會(huì)變?yōu)?0ppm以下，但是此時(shí)也需要使氟酮濃度為50ppm以上，不足50ppm時(shí)就不能充分得到氧化燃燒防止效果。下面，說(shuō)明具體例。(例1)使用了圖1所示的熔化爐。圖1中，符號(hào)1表示熔化爐，該熔化爐1內(nèi)配置有坩堝2,能夠被加熱。坩堝2內(nèi)構(gòu)成為加熱生成的鎂熔融液3被裝滿。另外，貫通熔化爐1的蓋4設(shè)置有保護(hù)氣體噴嘴5,從保護(hù)氣體噴嘴5向坩堝2內(nèi)的鎂熔融液3供給含有氟酮的保護(hù)氣體。該例中，坩堝2使用內(nèi)徑150mm的坩堝，放入鎂合金(AZ91D),在熔化爐1內(nèi)進(jìn)行加熱熔化。噴嘴5和熔融液3表面的距離設(shè)為150mm。從加熱開(kāi)始至規(guī)定的熔融液溫度(650°C)的保護(hù)氣體的供給條件為，氟酮濃度100600ppm，稀釋氣體二氧化碳，保護(hù)氣體的流量4L/分鐘。熔融液溫度到達(dá)650。C后，在供給保護(hù)氣體的狀態(tài)下，向熔化爐內(nèi)導(dǎo)入外部氣體，使熔化爐內(nèi)的水分濃度上升。另外，水分濃度通過(guò)測(cè)定熔化爐內(nèi)的氧氣濃度，推算侵入的空氣量而計(jì)算出。調(diào)整外部氣體的導(dǎo)入量，使熔化爐內(nèi)達(dá)到規(guī)定的水分濃度，同時(shí)靜置20分鐘，目視觀察熔化爐內(nèi)，比較熔融液表面的浮渣量。浮渣量"多"是表示發(fā)生了氧化物等浮渣逐漸生長(zhǎng)的現(xiàn)象。浮渣量"少"是表示保護(hù)膜覆蓋表面，沒(méi)有著火等。比較評(píng)價(jià)在天氣條件不同的數(shù)日進(jìn)行，此時(shí)的氣溫為20~30°C,濕度為35~63%。在表1、圖2表示了其結(jié)果。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>根據(jù)表l、圖2可以確認(rèn)，通過(guò)使氟酮濃度為水分量的1/50以上，能夠抑制浮渣的產(chǎn)生，得到阻燃效果。圖2中表示的直線是氟酮濃度與水分濃度之比為l/50的線。因此可知，如果使氟酮濃度為水分量的1/50以上，則在鎂熔融液表面上的浮渣的產(chǎn)生少，得到了氧化燃燒防止效果。另外，為了確認(rèn)氟酮濃度的上限值，向敞開(kāi)的熔化爐供給氟酮，評(píng)價(jià)了阻燃效果。外部氣體的水分量7%的條件下，氟酮濃度為1.4%時(shí)，沒(méi)有檢測(cè)出氟化氫(HF)，如果超過(guò)1.4%,氟化氫緩慢地產(chǎn)生。產(chǎn)生氟化氫是氟過(guò)剩，是其過(guò)剩部分加熱分解而生成。因此，判斷出優(yōu)選使氟酮濃度為水分量的1/5以下。該例中的求出熔化爐內(nèi)水分濃度的計(jì)算以14260ppm的情況為例表示在下面。氣溫31。C、相對(duì)濕度61。/。的環(huán)境中，空氣中所包含的水分濃度為27115體積ppm。此時(shí)爐內(nèi)的氧氣濃度為11體積％時(shí)，空氣中包含20.9體積％的氧氣，因此混入率為11/20.9=0.526。因此，可以認(rèn)為熔化爐內(nèi)存在27115x0.526=14260體積ppm的水分。(例2)接著，對(duì)例1中配置在熔化爐的噴嘴的最優(yōu)化進(jìn)行了研究。將氟酮用二氧化碳稀釋為200ppm的保護(hù)氣體以10升/分鐘向圖1的熔化爐內(nèi)供給。熔化爐的炫融液面積為0.4m2,熔融液溫度為630°C。此時(shí)，變化噴嘴根數(shù)以及熔融液面和噴嘴前端的距離，目視比較浮渣產(chǎn)生量，其結(jié)果表示在表2中。<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>噴嘴為l根時(shí)，在熔融液面上產(chǎn)生保護(hù)氣體沒(méi)有供給的部分，推斷在該部分浮渣產(chǎn)生得多。而且，距離50mm時(shí)，僅在從噴嘴噴出的保護(hù)氣體直射的部分浮渣的產(chǎn)生少，但偏離其范圍，則浮渣產(chǎn)生得多。距離250mm時(shí)，包括直射部分的整體上浮淦產(chǎn)生得多。通常，從噴嘴的前端處至熔融液表面的距離為100~200mm,判斷出優(yōu)選熔融液表面積每0.2m2等間隔地設(shè)置1根噴嘴。(例3)在例1所示的蚶堝中放入鎂合金(AZ91D)加熱熔化。從加熱開(kāi)始至熔融溫度(650°C)的保護(hù)氣體的供給條件為，二氧化碳中混入氟酮，使氟酮濃度為140ppm,使流量為4升/分鐘。熔化溫度達(dá)到65(TC后，將部分二氧化碳變更為氮?dú)?，濃度變更后，放?0分鐘，目視確認(rèn)熔融液表面浮渣的狀況。其結(jié)果表示在表3中。另外，噴嘴為l根，從噴嘴前端至熔融液表面的距離設(shè)為150mm。co2濃度(％)1255099.986N2濃度(％)98.98674.98649.9860氟酮濃度(％)0.0140.0140.0140.014浮漆量多少極少極少而且，用空氣代替氮?dú)庀♂尯筮M(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了從爐蓋4的敞開(kāi)至著火的時(shí)間。使氟酮的濃度為50、100、150、200ppm進(jìn)行了測(cè)定。其結(jié)果表示在表4、圖3中。另外，二氧化碳濃度100%表示稀釋氣體僅為二氧化碳。co2濃度(％)12575100氟酮濃度50一一—8(ppm)100一—12150822282001232837其結(jié)果是，二氧化碳濃度為1°/。時(shí)，爐蓋4剛敞開(kāi)后就確認(rèn)了著火。二氧化碳濃度越高能夠使著火時(shí)間越長(zhǎng)，判斷出向稀釋氣體添加二氧化碳是有效的。著火時(shí)間沒(méi)有過(guò)長(zhǎng)，實(shí)際使用上如能夠維持8秒以上就可以，此時(shí)，稀釋的二氧化碳濃度需要在25%以上。作為保護(hù)氣體優(yōu)選的氟酮濃度需要在50ppm以上。權(quán)利要求1、一種保護(hù)氣體的供給方法，該方法為向熔化爐內(nèi)供給含有氟酮的保護(hù)氣體來(lái)防止熔化爐內(nèi)鎂熔融液氧化、燃燒的方法，其特征在于，求出熔化爐內(nèi)氣氛中的水分濃度，使保護(hù)氣體中的氟酮濃度為該水分濃度的1/50～1/5。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)氣體的供給方法，其特征在于，保護(hù)氣體中添加有氧氣以外的氣體，計(jì)測(cè)熔化爐內(nèi)氣氛中的氧氣濃度，根據(jù)該氧氣濃度和熔化爐外大氣中的水分量計(jì)算出熔化爐內(nèi)的水分濃度。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)氣體的供給方法，其特征在于，保護(hù)氣體中添加有惰性氣體，計(jì)測(cè)熔化爐內(nèi)氣氛中的惰性氣體濃度，根據(jù)該惰性氣體濃度和熔化爐外大氣中的水分量計(jì)算出熔化爐內(nèi)的水分濃度。4、根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的保護(hù)氣體的供給方法，其特征在于，氟酮濃度為50~14000體積ppm以上。全文摘要向鎂熔化爐供給含有氟酮的保護(hù)氣體，防止鎂熔融液的氧化、燃燒時(shí)，通過(guò)使保護(hù)氣體中含有必要且充分量的氟酮，從而得到充分的氧化燃燒防止效果，而且能夠抑制成本的增加。求出熔化爐(1)內(nèi)氣氛中的水分濃度，使保護(hù)氣體中的氟酮濃度為該水分濃度的1/50～1/5。水分濃度的計(jì)算是計(jì)測(cè)熔化爐內(nèi)氣氛中的氧氣濃度，根據(jù)該氧氣濃度和熔化爐(1)外的大氣中的水分量來(lái)計(jì)算，或是計(jì)測(cè)熔化爐內(nèi)氣氛中的惰性氣體濃度，根據(jù)該惰性氣體濃度和熔化爐外大氣中的水分量來(lái)計(jì)算。文檔編號(hào)C22B26/00GK101173327SQ200710166410公開(kāi)日2008年5月7日申請(qǐng)日期2007年10月31日優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日發(fā)明者太田英俊,讃井宏,野村祐司申請(qǐng)人:大陽(yáng)日酸株式會(huì)社