專利名稱：鎂的熔融方法及熔融裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔融鎂或鎂合金而得到金屬熔融液的熔融方法及熔融 裝置，能夠檢測鎂或鎂合金的金屬熔融液表面上的燃燒，并能夠迅速熄滅燃 燒。
本申請基于2005年1月20日申請的日本專利申請2005-012580號主張 優(yōu)先權(quán)，在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
一直以來，在熔融爐熔融鎂或鎂合金(下面，在本申請說明書中，將鎂 和鎂合金合并記載為鎂。)得到金屬熔融液時，為了防止在金屬熔融'液表面 的鎂的燃燒，用保護(hù)氣體(cover gas)覆蓋金屬熔融液表面附近。
該保護(hù)氣體使用由氮?dú)獾榷栊詺怏w稀釋六氟化硫、二氧化硫等阻燃劑的 氣體。
然后，由該保護(hù)氣體中的阻燃劑和熔融鎂的反應(yīng)，在金屬熔融液表面形 成保護(hù)膜，利用該保護(hù)膜，熔融鎂和空氣中的氧氣之間的接觸被隔斷，從而 能夠防止鎂金屬熔融液的燃燒。
如果鎂金屬熔融液燃燒，則會損傷熔融爐，金屬熔融液本身也會減少， 不僅引起經(jīng)濟(jì)上的損失，由于伴隨火災(zāi)危險性，因此也有安全上的問題。
到目前為止，鎂金屬熔融液的燃燒是通過檢測伴隨燃燒產(chǎn)生的氧化鎂的 白煙和金屬熔融液溫度的上升，或者例如特開2001-234253號公才艮所揭示的 通過4全測溶融爐內(nèi)的溫度上升而獲知。
但是，對白煙、金屬熔融液溫度的上升、熔融爐內(nèi)溫度上升的才企測難以 在燃燒開始后的短時間內(nèi)確認(rèn)鎂的燃燒，也缺乏可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的課題在于熔融鎂時，能夠迅速且可靠地檢測出鎂金 屬熔融液的燃燒，根據(jù)該檢測結(jié)果，能夠迅速熄滅鎂的燃燒，并發(fā)出警告。
為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種鎂的熔融方法，其特征在于，向熔 融鎂而得到金屬熔融液的熔融爐供給包含二氧化碳和阻燃劑的保護(hù)氣體，從
而用該保護(hù)氣體覆蓋金屬熔融液表面的同時熔融鎂；進(jìn)而，測定熔融爐內(nèi)的 氣體或從熔融爐排出的氣體中的一氧化碳濃度，由該一氧化碳濃度才全測出熔 融爐內(nèi)有沒有發(fā)生鎂的燃燒。
在上述鎂的熔融方法中，確認(rèn)到存在鎂的燃燒時，優(yōu)選增加所述保護(hù)氣 體的流量，或提高保護(hù)氣體中的所述阻燃劑的濃度，從而防止鎂的燃燒。
在上述鎂的熔融方法中，所述阻燃劑優(yōu)選1， 1， 1， 2， 2， 4， 5, 5， 5-九氟-4-(三氟曱基)-3-戊酮。
并且，為解決上述課題，本發(fā)明提供一種鎂熔融裝置，其特征在于，該 裝置包括熔融爐，用于熔融鎂而得到金屬熔融液；保護(hù)氣體供給部，用于 向該熔融爐內(nèi)供給包含二氧化碳和阻燃劑的保護(hù)氣體； 一氧化碳濃度計(jì)，用 于測定上述熔融爐內(nèi)或從熔融爐排出的氣體中的一氧化;灰濃度；控制部，用 于根據(jù)該一氧化碳濃度計(jì)測定的一氧化碳濃度，調(diào)節(jié)阻燃劑向熔融爐的供給 量。
進(jìn)而，為解決上述課題，本發(fā)明提供一種鎂熔融裝置，其特征在于，該 裝置包括熔融爐，用于熔融鎂而得到金屬熔融液；保護(hù)氣體供給部，用于 向該熔融爐供給包含二氧化碳和阻燃劑的保護(hù)氣體； 一氧化碳濃度計(jì)，用于 測定上述熔融爐內(nèi)或從熔融爐排出的氣體中的一氧化碳濃度；控制部，用于 根據(jù)該一氧化碳濃度計(jì)測定的 一氧化碳濃度，調(diào)節(jié)保護(hù)氣體向熔融爐的供給 量。
在上述鎂熔融裝置中，優(yōu)選所述控制部進(jìn)一步具有根據(jù)一氧化石友濃度判 斷鎂的燃燒，在確認(rèn)到鎂燃燒時，發(fā)出表示鎂燃燒的信號的功能，并且進(jìn)一
步包括顯示部，所述顯示部從該控制部接受上述信號而顯示鎂燃燒。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果在保護(hù)氣體中含有二氧化碳，鎂金屬熔融液燃燒時，
保護(hù)氣體中的一氧化碳濃度會立即急劇上升。通過計(jì)測該一氧化碳濃度，能 夠迅速且可靠地檢測判斷出有沒有燃燒。因此，即使鎂金屬熔融液燃燒，也 能夠做到早期熄滅。
并且，以前時常過量供給保護(hù)氣體的流量或保護(hù)氣體中的阻燃劑量來防 止燃燒，因此存在成本增多的缺點(diǎn)。在本發(fā)明中，檢測出燃燒后立即增加保 護(hù)氣體流量或阻燃劑量進(jìn)行熄滅，因此不需要時常供給過量的保護(hù)氣體或阻 燃劑，能夠削減成本。
進(jìn)而，也能夠?qū)崿F(xiàn)熄滅操作的自動化，保護(hù)氣體流量、阻燃劑供給量的 自動控制。


圖1為表示本發(fā)明的熔融裝置的例子的簡要結(jié)構(gòu)圖2為表示本發(fā)明的熔融裝置的其他例子的簡要結(jié)構(gòu)圖3為表示實(shí)驗(yàn)例中的一氧化碳濃度隨時間變化的圖表。
符號說明
1 :溶融爐
2 坩堝
3 加熱用加熱器
4 傳感器
5 —氧化碳濃度計(jì)
6 控制部
9 流量調(diào)節(jié)閥 11、 14 開關(guān)閥
7、 8、 10、 15 管 13 顯示部 M 金屬炫融液
具體實(shí)施例方式
圖l表示本發(fā)明的鎂熔融裝置的一個例子。圖1中符號l表示熔融爐。
該熔融爐1用耐熱磚等制成，內(nèi)部配置有用于熔融鎂的石墨等制成的坩堝2。 該蚶堝2內(nèi)的4美由加熱用加熱器3加熱并熔融，成為金屬熔融液。
該熔融爐1內(nèi)的坩堝2的上方配置有計(jì)測熔融爐1內(nèi)氣體中的一氧化石友 濃度的傳感器4,該傳感器4的信號輸入到一氧化碳濃度計(jì)5。
從一氧化碳濃度計(jì)5輸出的一氧化碳濃度信號輸入到控制部6，在這里 進(jìn)行比例積分微分(PID)控制等控制處理，輸出控制信號。并且， 一氧化 碳濃度超過預(yù)先設(shè)定的上限值時，控制部6接受來自一氧化碳濃度計(jì)5的一 氧化碳濃度信號，將警報發(fā)送到警告燈、警告蜂鳴器等顯示部13。
并且，在熔融爐1內(nèi)通過管7供給保護(hù)氣體，該保護(hù)氣體至少覆蓋熔融 爐1內(nèi)的坩堝2的金屬熔融液表面附近。
該保護(hù)氣體是含有阻燃劑和稀釋氣體的氣體。阻燃劑可采用與熔融鎂進(jìn) 行反應(yīng)而在金屬熔融液表面形成保護(hù)膜的氣體狀物質(zhì)，如六氟化碌u、 二氧化 硫、氟利昂113a、 1， 1, 1, 2， 2， 4， 5, 5, 5-九氟-4- (三氟曱基)-3-戊 酮等有機(jī)氟化合物。其中，優(yōu)選地球變暖潛能值(Global Warming Potential) 低的1， 1， 1， 2, 2， 4， 5, 5， 5-九氟-4-(三氟曱基)-3-戊酮 (CF3CF2C(0)CF(CF3)2 )。
稀釋氣體使用二氧化碳、二氧化碳和空氣的混合物等至少含有二氧化碳 的氣體，稀釋氣體中的二氧化碳含量按體積比計(jì)為0.1%以上，優(yōu)選1%以上。
阻燃劑從阻燃劑供給源(未圖示)通過管8送到流量調(diào)節(jié)閥9，在這里 根據(jù)來自控制部6的控制信號，調(diào)節(jié)其流量送到管7。
并且，稀釋氣體從稀釋氣體供給源(未圖示)通過管IO送到開關(guān)閥11, 從這里進(jìn)一步送到管7。稀釋氣體在管7中與上述阻燃劑混合成為保護(hù)氣體， 送入炫融爐1內(nèi)。
也就是說，保護(hù)氣體供給部由管7、 8、 10、流量調(diào)節(jié)閥9及開關(guān)閥11構(gòu)成。
接著，對熔融裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行說明。
對蚶堝2中的鎂進(jìn)行加熱熔融形成金屬熔融液。從管8供給阻燃劑，從 管IO供給稀釋氣體，從管7向熔融爐1中時常供給至少包含二氧化碳和阻 燃劑的保護(hù)氣體。
保護(hù)氣體中阻燃劑的濃度根據(jù)阻燃劑的種類、熔融鎂的液面面積及熔融 條件等而不同。但是，阻燃劑為1， 1， 1， 2， 2, 4， 5， 5， 5-九氟-4-(三 氟曱基)-3-戊酮時，保護(hù)氣體中的阻燃劑的濃度通常是100 400ppm (體積 比，以下同樣)。通過設(shè)定為該濃度范圍，能夠防止平常的鎂的燃燒。
將保護(hù)氣體時常供給到熔融爐1內(nèi)的同時，由傳感器4及一氧化碳濃度 計(jì)5計(jì)測熔融爐1內(nèi)氣體中的一氧化碳濃度，并將該濃度信號送到控制部6。
熔融爐1內(nèi)的鎂金屬熔融液沒有燃燒時，熔融爐1內(nèi)的氣體中的一氧化 碳濃度基本上保持較低的一定值，例如10ppm以下的值。
如果坩堝2中的鎂金屬熔融液燃燒，則熔融爐1內(nèi)的氣體中的一氧化碳 濃度會瞬時上升，例如急劇上升到15 20ppm。該一氧化碳濃度的上升，如 下述化學(xué)式所示，是因?yàn)楸Ｗo(hù)氣體中的二氧化碳中的氧作為鎂的燃燒所必要 的氧被強(qiáng)制性地與鎂結(jié)合所致。
Mg+C02 — MgO+CO
控制部6捕捉該急劇的一氧化碳濃度的變化，判斷出發(fā)生了金屬熔融液 的燃燒，向顯示部13發(fā)送警報的同時，對流量調(diào)節(jié)閥9發(fā)送增加阻燃劑流 量的信號。
顯示部13接受該警報，例如會閃爍警告燈，或發(fā)出警告音。
進(jìn)而，流量調(diào)節(jié)閥9收到該信號后進(jìn)一步開大閥而增加阻燃劑流量，將
大量阻燃劑送到管7中。從而，熔融爐1內(nèi)送進(jìn)含500 20000ppm這樣高濃
度的阻燃劑的保護(hù)氣體，對鎂的燃燒進(jìn)行熄滅。
熄滅是通過一氧化碳濃度計(jì)5計(jì)測的一氧化碳濃度的降低來確認(rèn)。例
如，其濃度降到10ppm以下時，就判斷為熄滅?？刂撇?如果判斷一氧化
碳濃度降低而熄滅，則停止向顯示部13發(fā)出的警報。
并且，控制部6將減少阻燃劑流量的信號發(fā)送到流量調(diào)節(jié)閥9。流量調(diào) 節(jié)閥9開小閥而減少阻燃劑流量，從管7向熔融爐1內(nèi)供給含有正常濃度阻 燃劑的保護(hù)氣體。
這樣，本具體例的熔融裝置中，通過計(jì)測熔融爐1內(nèi)的氣體中的一氧化 碳濃度，能夠迅速且可靠地檢測出有沒有鎂金屬熔融液的燃燒，在確認(rèn)到引 起了燃燒時，能夠立即增加保護(hù)氣體中的阻燃劑量而進(jìn)行熄滅。
并且，在熄滅之后，能夠自動將保護(hù)氣體中的阻燃劑量減少為正常值。 因此，如果發(fā)生鎂的燃燒，能夠自動進(jìn)行其熄滅操作，在熄滅之后能夠自動 恢復(fù)到平常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
圖2表示本發(fā)明的熔融裝置的其他例子，對于與圖1中所示的部分相同 的構(gòu)成部分付與同樣的符號，因此省略其說明。
在本具體例中， 一氧化碳濃度計(jì)5是帶輸出的一氧化碳濃度計(jì)。帶輸出 的一氧化碳濃度計(jì)5計(jì)測熔融爐1內(nèi)的氣體中的一氧化^友濃度。其值超過預(yù) 先設(shè)定的上限值，例如15ppm時，將表示超過上限值的信號輸出到開關(guān)閥 14的同時，向顯示部13發(fā)出警報。并且，降到上限值以內(nèi)時，將表示降到 上限值以內(nèi)的信號輸出到開關(guān)閥14的同時，向顯示部13發(fā)出停止警報的指 令。該帶輸出的一氧化碳濃度計(jì)5兼有上述具體例中的控制部6的功能。
開關(guān)閥14從一氧化碳濃度計(jì)5接受表示超過上限值的信號時會開啟閥， 接受表示降到上限值以內(nèi)的信號時會關(guān)閉閥。開關(guān)岡14控制從管8出來的 阻燃劑的流動通過或隔斷，平常會隔斷阻燃劑的流動。
含有二氧化碳和阻燃劑的保護(hù)氣體平常從管15送進(jìn)熔融爐1內(nèi)。保護(hù) 氣體中的阻燃劑濃度設(shè)定為100 400ppm，平常能夠防止鎂的燃燒。
也就是說，由管7、 8、 15及開關(guān)閥14構(gòu)成了保護(hù)氣體供給部。
運(yùn)轉(zhuǎn)該熔融裝置時，首先從管15向熔融爐1內(nèi)時常供給保護(hù)氣體，由 一氧化碳濃度計(jì)5時常計(jì)測熔融爐1內(nèi)的一氧化碳濃度。
熔融爐1內(nèi)的一氧化碳濃度降到上限值以內(nèi)時，判斷為沒有發(fā)生鎂金屬
熔融液的燃燒，繼續(xù)從管15向熔融爐1內(nèi)供給保護(hù)氣體。
如果計(jì)測到熔融爐1內(nèi)的一氧化碳濃度超過上限值，則判斷為發(fā)生了鎂
燃燒，表示發(fā)生鎂燃燒的輸出被送到開關(guān)閥14。開關(guān)閥14接受該信號立即 開啟閥，從管8向管7流入阻燃劑，使熔融爐1內(nèi)的保護(hù)氣體中的阻燃劑濃 度為500 20000ppm。與此同時， 一氧化石友濃度計(jì)5將警才艮發(fā)送到顯示部13。 熔融爐1內(nèi)的一氧化碳濃度降到上限值以內(nèi)時，判斷為鎂燃燒被熄滅， 將表示燃燒熄滅的信號從一氧化碳濃度計(jì)5送到開關(guān)閥14和顯示部13。然 后，開關(guān)閥14關(guān)閉閥，顯示部13停止其警報。
從而，從管15重新向熔融爐1內(nèi)送進(jìn)平常時的阻燃劑濃度的保護(hù)氣體。 本具體例的熔融裝置也能夠起到與前面的具體例 一樣的作用效果。 下面，示出利用上述具體例中的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。 (實(shí)驗(yàn)例)
使用了圖1所示的裝置。熔融爐1的內(nèi)徑為300mm、高度為670mm。 通過安裝在爐蓋上的耐熱玻璃窗能夠觀察內(nèi)部。
熔融爐1中配置有內(nèi)徑200mm、高度300mm的蚶堝2。該坩堝2中放 入熔融4.7kg鎂合金(AD91D)得到的金屬熔融液，并將其溫度保持在680 。C。
保護(hù)氣體使用將作為阻燃劑的1， 1， 1， 2, 2, 4， 5, 5, 5-九氟-4-(三 氟曱基)-3-戊酮用二氧化碳稀釋為200ppm的氣體。該保護(hù)氣體以7.5升/ 每分鐘的速度從管7供給到熔融爐1。
通過傳感器4及一氧化碳濃度計(jì)5計(jì)測熔融爐1內(nèi)氣體中的一氧化碳濃度。
圖3表示該一氧化碳濃度的隨時間變化。
通過耐熱玻璃窗的觀察，坩堝2內(nèi)的鎂沒有燃燒時， 一氧化碳濃度基本 上以7ppm恒定地4,移。
觀察到部分鎂金屬熔融液著火時(時間點(diǎn)A)， 一氧化碳濃度急劇上升 到17.5ppm。
觀察到著火后(時間點(diǎn)B),立刻進(jìn)一步開大流量調(diào)節(jié)閥9,增加阻燃劑的供給量，使保護(hù)氣體中的阻燃劑濃度為800ppm。從而， 一氧化碳濃度 減少，約90秒后回到平常i"直7ppm。通過目^L確iL了熄滅。根據(jù)該結(jié)果，熔融爐1內(nèi)氣體的一氧化碳濃度比平常值急劇增加時，能 夠判斷為發(fā)生了鎂燃燒。然后，與此對應(yīng)可以確認(rèn)，通過增加保護(hù)氣體中的 阻燃劑濃度能夠熄滅。在上述實(shí)驗(yàn)例中，由一氧化碳濃度增加，確認(rèn)鎂燃燒時，提高了保護(hù)氣 體中阻燃劑的濃度。但是，也可以提高保護(hù)氣體本身向熔融爐的供給量。例 如，將圖1中所示的具體例中的開關(guān)閥ll替換為流量調(diào)節(jié)閥，來自控制部 6的信號也送到流量調(diào)節(jié)閥，從而能夠提高向熔融爐的保護(hù)氣體的供給量。并且，測定了熔融爐1內(nèi)氣體中的一氧化碳濃度，但除此之外，也可以 設(shè)置排出熔融爐1內(nèi)氣體的排出管，測定從該排出管排出的排出氣體中的一 氧化石友濃度，也同樣可以控制。進(jìn)而，由一氧化碳濃度計(jì)5進(jìn)行的一氧化碳濃度的計(jì)測可以在時間上連 續(xù)進(jìn)行，或者例如每10秒 20秒斷續(xù)進(jìn)行。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果在保護(hù)氣體中含有二氧化碳時，燃燒鎂金屬熔融液， 保護(hù)氣體中的一氧化碳濃度急劇上升。從而，通過計(jì)測該一氧化碳濃度，能 夠迅速且可靠地檢測判斷出有沒有燃燒。因此，即使鎂金屬熔融液燃燒，也 能夠做到早期熄滅。并且，以前時常過量供給保護(hù)氣體的流量或保護(hù)氣體中的阻燃劑量從而 防止燃燒，因此存在成本增多的缺點(diǎn)。在本發(fā)明中，檢測出燃燒后立即增加 保護(hù)氣體流量或阻燃劑量進(jìn)行熄滅，因此不需要時常過量供給保護(hù)氣體或阻 燃劑，能夠削減成本。進(jìn)而，也能夠?qū)崿F(xiàn)熄滅操作的自動化，保護(hù)氣體流量、阻燃劑供給量的 自動控制。
權(quán)利要求
1、一種鎂或鎂合金的熔融方法，其特征在于，向熔融鎂或鎂合金而得到金屬熔融液的熔融爐供給包含二氧化碳和阻燃劑的保護(hù)氣體，從而用該保護(hù)氣體覆蓋金屬熔融液表面的同時熔融鎂；進(jìn)而，測定熔融爐內(nèi)的氣體或從熔融爐排出的氣體中的一氧化碳濃度，由該一氧化碳濃度檢測出熔融爐內(nèi)有沒有發(fā)生鎂的燃燒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂或鎂合金的熔融方法，其特征在于，確認(rèn) 到鎂的燃燒時，通過增加保護(hù)氣體的流量，或提高保護(hù)氣體中的阻燃劑濃度， 防止鎂的燃燒。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂或鎂合金的熔融方法，其特征在于，所述 阻燃劑為1， 1， 1， 2, 2， 4, 5, 5， 5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮。
4、 一種鎂或鎂合金的熔融裝置，其特征在于，該裝置包括 熔融爐，用于熔融鎂或鎂合金而得到金屬熔融液； 保護(hù)氣體供給部，用于向該熔融爐內(nèi)供給包含二氧化碳和阻燃劑的保護(hù)氣體；一氧化碳濃度計(jì)，用于測定所述熔融爐內(nèi)或從熔融爐排出的氣體中的一 氧化碳濃度；控制部，用于根據(jù)來自該一氧化碳濃度計(jì)的一氧化碳濃度，調(diào)節(jié)阻燃劑 向熔融爐的供給量。
5、 一種鎂或鎂合金的熔融裝置，其特征在于，該裝置包括 熔融爐，用于熔融4美而得到金屬熔融液；保護(hù)氣體供給部，用于向該熔融爐內(nèi)供給包含二氧化碳和阻燃劑的保護(hù) 氣體；一氧化碳濃度計(jì)，用于測定所述熔融爐內(nèi)或從熔融爐排出的氣體中的一 氧化碳濃度；控制部，用于根據(jù)來自該一氧化碳濃度計(jì)的一氧化碳濃度，調(diào)節(jié)保護(hù)氣體向熔融爐的供給量。
6、根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鎂或鎂合金的熔融裝置，其特征在于， 所述控制部進(jìn)一步具有根據(jù)一氧化碳濃度判斷鎂或鎂合金的燃燒，確認(rèn)到鎂 燃燒時，發(fā)出表示鎂燃燒的信號的功能，并且進(jìn)一步包括顯示部，所述顯示 部從該控制部接受所述信號并顯示鎂或鎂合金燃燒。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種鎂或鎂合金的熔融方法，能夠迅速且可靠地檢測出金屬熔融液的燃燒，根據(jù)該結(jié)果迅速發(fā)出警報，且能夠進(jìn)行熄滅。為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提供一種鎂或鎂合金的熔融方法，其特征在于，向熔融鎂或鎂合金而得到金屬熔融液的熔融爐供給包含二氧化碳和阻燃劑的保護(hù)氣體，從而用該保護(hù)氣體覆蓋金屬熔融液表面的同時熔融鎂；進(jìn)而，測定熔融爐內(nèi)的氣體或從熔融爐排出的氣體中的一氧化碳濃度，由該一氧化碳濃度檢測出熔融爐內(nèi)有沒有發(fā)生鎂的燃燒。
文檔編號B22D21/00GK101107370SQ20068000263
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者中村通, 加藤徹, 讃井宏, 野村祐司 申請人:大陽日酸株式會社;株式會社東海理化電機(jī)制作所