專利名稱：一種鎂合金熔煉及反重力澆注的混氣裝置的制作方法
技術領域：
一種鎂合金熔煉及反重力澆注的混氣裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種鎂合金熔煉及反重力澆注的混氣裝置，適用于鎂合金熔煉 及反重力澆注過程中的防燃防氧化保護。
背景技術：
[0002]鎂合金優(yōu)點突出，但鎂比較活潑，鎂熔體易與周圍介質(zhì)如氧、氮、水汽等發(fā)生 反應，鎂熔體與空氣發(fā)生反應時形成的氧化膜致密度小，不能阻止氧化膜下方的熔體繼 續(xù)氧化，氧化產(chǎn)生的熱量會加劇鎂液的燃燒。鎂液的易燃特性使鎂合金熔煉及熱加工成 型受到限制，在鎂合金熔煉及澆注過程中必須有效地對熔體進行防燃防氧化保護，目前 常用的兩種方式為熔劑保護和氣體保護。[0003]熔劑保護是傳統(tǒng)的保護方式，需要在生產(chǎn)過程中不斷的施放氯鹽化合物，這種 方法簡單易行，但產(chǎn)品中易出現(xiàn)熔劑夾雜，導致材料力學性能及耐蝕性能下降，而且產(chǎn) 物Cl2，HCl, HF具有化學腐蝕性，對設備造成破環(huán)，生成的氣體還會惡化生產(chǎn)環(huán)境，在 國外已經(jīng)停止使用。[0004]氣體保護技術在鎂合金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，常用空氣及SF6混合作為保護氣，通入到熔體表面，在混合氣體中，通入干燥的 CO2氣體，可以改善和加強SF6的保護效果?；旌蠚怏w對SF6含量有嚴格要求，SF6體積 分數(shù)過小，則表面膜不致密，而SF6的體積分數(shù)過大，則表面膜變厚發(fā)脆，易發(fā)生裂紋， 反而使保護作用減弱，而且SF6濃度氣氛過高時對設備還具有嚴重的腐蝕作用，通常SF6 的濃度應控制在0.1% (體積分數(shù))之間。盡管SF6具有較好的保護作用，但是其 溫室效應是CO2的M000倍，世界上許多國家都開始限制了對其的使用，在積極尋找SF6 的替代物同時，也要在生產(chǎn)過程中盡量減少SF6的排放。[0005]上世紀九十年代以前，我國一直采用熔劑保護進行鎂合金熔煉過程保護，由 于氣體保護下生產(chǎn)的鎂合金產(chǎn)品質(zhì)量高，阻燃效果好，近年來，氣體保護技術在逐 步推廣。已有一些關于氣體保護的方法及裝置的專利，概括一下可以分以下兩類， 第一類利用簡單的機械裝置如減壓閥、轉子流量計控制混合氣體通入，如中國專利 200610040525.3,題為鎂合金熔煉的氣體保護方法及氣體混合裝置，保護氣路設有壓 力控制裝置及調(diào)節(jié)器，混合了空氣、SF6&C02三種氣體，在500度以上時通入保護 氣，使用簡單，具有低廉的硬件成本優(yōu)勢，但這種裝置控制精度不高，影響其保護效 果。第二類是在混合氣體出口處進行設計，增加氣體混合后的均勻程度。如中國專利 200810162091.3，題為鎂合金澆注熔煉的保護氣氛裝置，在混氣支路出口處安裝了螺旋 結構。中國專利200810063778.1，題為用于鎂合金高效氣體混合裝置，在混合氣罐內(nèi)通 過改進進氣接頭形狀及安裝梳妝網(wǎng)。[0006]上述的幾種保護方法及裝置基本滿足了使用要求，但是在鎂合金保護過程中仍 存在以下問題[0007](1)混合氣體過飽和通入的問題。在鎂合金熔煉過程中，適量的保護氣能保證熔3體在一定時間內(nèi)不發(fā)生氧化燃燒現(xiàn)象，持續(xù)通入保護氣體會造成SF6的浪費并加劇其環(huán)境 的的負面影響。[0008](2)空氣、SF6、CO2三種氣體配比不能達到最佳保護效果。鎂合金熔煉溫度在 750°C左右，從500°C開始，隨著熔化爐溫度提高，只有提高SF6、CO2的體積百分比才能 達到良好的保護效果。傳統(tǒng)保護裝置采用人工定量調(diào)節(jié)SF6、CO2等混合氣體配比，該方 法控制下的保護氣體不能主動根據(jù)熔爐溫度自動調(diào)節(jié)保護氣體配比，需要操作人員隨時 根據(jù)保護效果調(diào)節(jié)保護氣體配比，操作繁瑣，極易影響鑄造生產(chǎn)質(zhì)量和安全。[0009](3)現(xiàn)有的保護裝置不能應用于鎂合金反重力澆注過程。反重力鑄造如低壓鑄 造，差壓鑄造等，是一種生產(chǎn)鎂合金復雜薄壁鑄件的精密鑄造方法，廣泛應用于汽車制 造及航空航天領域。反重力鑄造是在密閉的坩堝或罐體內(nèi)內(nèi)建立氣壓，將壓縮空氣作用 于金屬液表面，利用氣體壓力使合金液沿升液管進入到鑄型內(nèi)。反重力鑄造方法結合氣 體保護技術可以實現(xiàn)對鎂合金的連續(xù)澆注生產(chǎn)，但是由于在澆注過程中坩堝內(nèi)存在較大 的氣體壓力，所以傳統(tǒng)保護裝置無法使保護性氣體正常通入到坩堝內(nèi)部實現(xiàn)對熔體的保 護。發(fā)明內(nèi)容[0010]要解決的技術問題[0011]為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本實用新型提出一種鎂合金熔煉及反重力澆注 的混氣裝置，根據(jù)不同的爐膛溫度調(diào)整空氣、SF6及CO2的配比及通斷時間[0012]技術方案[0013]一種鎂合金熔煉及反重力澆注的混氣裝置，其特征在于包括空氣支路、SF6支 路、CO2支路、混合氣罐6、直動減壓閥27、低壓保護支路，泄漏保護支路和備用保護支 路；所述空氣支路為空氣的入口連接過濾減壓閥1后順序連接空氣壓力開關2、空氣先導 減壓閥3、空氣單向閥4和空氣質(zhì)量流量控制器5;所述SF6支路為SF6的入口連接SF6S 力開關11后順序連接SF6先導減壓閥12、SF6單向閥13和SF6質(zhì)量流量控制器14;所述 CO2支路為CO2的入口連接加熱器19后順序連接CO2壓力開關20、CO2先導減壓閥21、 CO2單向閥22和CO2質(zhì)量流量控制器23;空氣質(zhì)量流量控制器5、SF6質(zhì)量流量控制器 14和CO2質(zhì)量流量控制器23的出口連接混合氣罐6的入口，混合氣罐6的出口分別連接 低壓保護支路，泄漏保護支路和備用保護支路；所述低壓保護支路為低壓電磁閥7的入 口連接混合氣罐6的出口后順序連接低壓調(diào)速閥8和低壓單向閥9 ；所述泄漏保護支路為 泄漏電磁閥15的入口連接混合氣罐6的出口后順序連接泄漏調(diào)速閥16和泄漏單向閥17 ； 所述直動減壓閥27入口連接空氣支路過濾減壓閥1的出口，直動減壓閥27的出口分別連 接空氣先導減壓閥3、SF6先導減壓閥12和CO2先導減壓閥21的的頂部進氣口。[0014]在混合氣罐6的出口連接備用電磁閥M的入口后順序連接備用調(diào)速閥25和備用 單向閥26。[0015]所述的空氣質(zhì)量流量控制器5、SF6質(zhì)量流量控制器14和CO2質(zhì)量流量控制器 23的通信口通過接線端子排30與數(shù)據(jù)控制器四的一個通信口聯(lián)接，數(shù)據(jù)控制器四的另 一個通信口聯(lián)接數(shù)據(jù)輸入端觀。[0016]有益效果[0017]本實用新型提出的鎂合金熔煉及反重力澆注的混氣裝置，用來實現(xiàn)鎂合金熔煉 及反重力鑄造過程的防燃防氧化保護。本裝置控制下的保護氣體能根據(jù)熔爐溫度自動調(diào) 節(jié)保護氣體配比，隨時根據(jù)保護效果調(diào)節(jié)保護氣體配比，實現(xiàn)保護性氣體正常通入到坩 堝內(nèi)部實現(xiàn)對熔體的保護。[0018]
[0019]圖1 為混氣系統(tǒng)氣路原理圖[0020]1-過濾減壓閥，2-空氣壓力開關，3-空氣先導減壓閥，4-空氣單向閥，5-空氣 質(zhì)量流量控制器，6-混合氣罐，7-低壓電磁閥，8-低壓調(diào)速閥，9-低壓單向閥，IO-SF6 氣瓶，Il-SF6壓力開關，12-SF6先導減壓閥，13-8&單向閥，14_SF6質(zhì)量流量控制器， 15-泄漏電磁閥，16-泄漏調(diào)速閥，17-泄漏單向閥，18C02氣瓶，19-加熱器，20_C02 壓力開關，21-C02先導減壓閥，22-(02單向閥，23-C02質(zhì)量流量控制器，24-備用電磁 閥，25-備用調(diào)速閥，26-備用單向閥，27-直動減壓閥，28-數(shù)據(jù)輸入端，29-數(shù)據(jù)控制 器，30-接線端子排。[0021]圖2 實施例控制系統(tǒng)結構圖28觸摸屏四可編程控制器30端子排[0022]具體實施方式
[0023]現(xiàn)結合實施例、附圖對本實用新型作進一步描述[0024]本實用新型的混合氣體系統(tǒng)包括電控系統(tǒng)與氣路系統(tǒng)，氣路系統(tǒng)為空氣的入口 連接過濾減壓閥1后順序連接空氣壓力開關2、空氣先導減壓閥3、空氣單向閥4和空氣 質(zhì)量流量控制器5 ； SF6支路為SF6的入口連接SF6壓力開關11后順序連接SF6先導減壓 閥12、SF6單向閥13和SF6質(zhì)量流量控制器14; CO2支路為CO2的入口連接加熱器19后 順序連接CO2壓力開關20、CO2先導減壓閥21、CO2單向閥22和CO2質(zhì)量流量控制器 23；空氣質(zhì)量流量控制器5、SF6質(zhì)量流量控制器14和CO2質(zhì)量流量控制器23的出口連 接混合氣罐6的入口；混合氣罐6的出口其一連接低壓電磁閥7、低壓調(diào)速閥8和低壓單 向閥9;其二連接泄漏電磁閥15、泄漏調(diào)速閥16和泄漏單向閥17;其三連接備用電磁閥 M備用調(diào)速閥25和備用單向閥沈。直動減壓閥27分別控制空氣先導減壓閥3、SF6先 導減壓閥12和CO2先導減壓閥21。[0025]空氣質(zhì)量流量控制器5、SF6質(zhì)量流量控制器14和CO2質(zhì)量流量控制器23的通 信口聯(lián)接電控系統(tǒng)，通過接線端子排30聯(lián)接數(shù)據(jù)控制器四的一個通信口聯(lián)接，數(shù)據(jù)控制 器四的另一個通信口聯(lián)接數(shù)據(jù)輸入端觀。數(shù)據(jù)控制器四采用可編程控制器(PLC)，數(shù) 據(jù)輸入端觀采用觸摸屏進行數(shù)據(jù)輸入。[0026]系統(tǒng)氣路工作過程[0027]氣路系統(tǒng)工作時，SF6、CO2和空氣三種氣體同時從各自氣源出發(fā)，空氣經(jīng)過濾 減壓閥1、壓力開關2、先導減壓閥3、單向閥4、質(zhì)量流量控制器5、進入混合氣罐6， SF6經(jīng)過壓力開關11、先導減壓閥12、單向閥13、質(zhì)量流量控制器14、進入混合氣罐6， CO2經(jīng)過加熱器19、壓力開關20、先導減壓閥21、單向閥22、質(zhì)量流量控制器23、進入 混合氣罐6，三種氣體在混合氣罐6內(nèi)充分混合。氣體混合后經(jīng)由三條輸出支路通入到熔 體表面，作為鎂合金反重力鑄造保護裝置，將輸出支路分別為低壓保護支路，泄漏保護 支路及備用保護支路，在熔煉及反重力澆注過程中，混合氣體在低壓保護支路經(jīng)過電磁 閥7、調(diào)速閥8、單向閥9通入熔體表面；當鎂液泄漏時，混合氣體在泄漏保護支路經(jīng)過電磁閥16、調(diào)速閥17、單向閥18通入熔體表面；在備用保護支路經(jīng)過電磁閥M、調(diào)速 閥25、單向閥沈通入熔體表面。[0028] 在反重力鑄造過程中要保證保護性氣體正常通入到坩堝內(nèi)，必須保證混合氣體 的出口壓力大于坩堝內(nèi)的氣壓。將各支路氣體的減壓閥使用同一壓力減壓，通過直動調(diào) 壓旋鈕沈，可以同時調(diào)高先導減壓閥3，先導減壓閥12，先導減壓閥21的出口壓力。這 種連接能保證各支路氣體在減壓閥出口處壓力相等，這樣在氣瓶及氣源的使用過程中可 以避免因為不同氣源壓力下降引起的氣體流量比例變化。輸入及輸出支路安裝單向閥， 單向閥是保證氣流只能沿一個方向流動而不能反向流動的方向控制閥，在各輸入支路安 裝單向閥4、13、22能夠防止混氣緩沖罐內(nèi)的混合氣體倒流回氣瓶，在輸出支路安裝單 向閥9、17、沈保證坩堝內(nèi)的混合氣體不倒流回緩沖罐。三條供氣支路的通斷可通過電 磁閥控制，每路電磁閥出口處都安裝了調(diào)速閥，可以調(diào)節(jié)旋鈕控制流量大小?？梢詫⑿?漏保護支路流量開度調(diào)至最大，以便燃燒時迅速阻燃。
權利要求1.一種鎂合金熔煉及反重力澆注的混氣裝置，其特征在于包括空氣支路、SF6支路、 CO2支路、混合氣罐(6)、直動減壓閥07)、低壓保護支路，泄漏保護支路和備用保護支 路；所述空氣支路為空氣的入口連接過濾減壓閥(1)后順序連接空氣壓力開關O)、空氣 先導減壓閥(3)、空氣單向閥(4)和空氣質(zhì)量流量控制器(5)；所述SF6支路為SF6的入 口連接SF6S力開關(11)后順序連接SF6先導減壓閥(12)、SF6單向閥(13)和SF6質(zhì)量 流量控制器(14)；所述CO2支路為CO2的入口連接加熱器(19)后順序連接CO2壓力開 關00)、CO2先導減壓閥01)、CO2單向閥02)和CO2質(zhì)量流量控制器03)；空氣質(zhì) 量流量控制器(5)、SF6質(zhì)量流量控制器(14)和CO2質(zhì)量流量控制器的出口連接混 合氣罐(6)的入口，混合氣罐(6)的出口分別連接低壓保護支路，泄漏保護支路和備用保 護支路；所述低壓保護支路為低壓電磁閥(7)的入口連接混合氣罐(6)的出口后順序連接 低壓調(diào)速閥(8)和低壓單向閥(9)；所述泄漏保護支路為泄漏電磁閥(1 的入口連接混 合氣罐(6)的出口后順序連接泄漏調(diào)速閥(16)和泄漏單向閥(17)；所述直動減壓閥(XT) 入口連接空氣支路過濾減壓閥(1)的出口，直動減壓閥(XT)的出口分別連接空氣先導減 壓閥(3)、SF6先導減壓閥(12)和CO2先導減壓閥的的頂部進氣口。
2.根據(jù)權利要求1所述的混氣裝置，其特征在于在混合氣罐(6)的出口連接備用電 磁閥04)的入口后順序連接備用調(diào)速閥05)和備用單向閥06)。
3.根據(jù)權利要求2所述的混氣裝置，其特征在于所述的空氣質(zhì)量流量控制器(5)、 SF6質(zhì)量流量控制器(14)和CO2質(zhì)量流量控制器03)的通信口通過接線端子排(30)與 數(shù)據(jù)控制器09)的一個通信口聯(lián)接，數(shù)據(jù)控制器09)的另一個通信口聯(lián)接數(shù)據(jù)輸入端 (28)。
專利摘要本實用新型涉及一種鎂合金熔煉及反重力澆注的混氣裝置，技術特征在于空氣支路、SF6支路、CO2支路通過混合氣罐6連接低壓保護支路，泄漏保護支路和備用保護支路；直動減壓閥控制空氣先導減壓閥、SF6先導減壓閥和CO2先導減壓閥；空氣質(zhì)量流量控制器、SF6質(zhì)量流量控制器和CO2質(zhì)量流量控制器通過接線端子排與數(shù)據(jù)控制器聯(lián)接，數(shù)據(jù)控制器聯(lián)接數(shù)據(jù)輸入端。實現(xiàn)鎂合金熔煉及反重力鑄造過程的防燃防氧化保護。本裝置控制下的保護氣體能根據(jù)熔爐溫度自動調(diào)節(jié)保護氣體配比，隨時根據(jù)保護效果調(diào)節(jié)保護氣體配比，實現(xiàn)保護性氣體正常通入到坩堝內(nèi)部實現(xiàn)對熔體的保護。
文檔編號B22D23/00GK201809422SQ20102023682
公開日2011年4月27日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權日2010年6月24日
發(fā)明者李強, 李新雷, 蔡增輝, 郝啟堂 申請人:西北工業(yè)大學