專利名稱：一種鎂合金熔煉方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于純鎂以及鎂合金熔煉、壓鑄氣體保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鎂合金 熔煉方法及裝置
背景技術(shù)：
鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，它具有比重輕，比強(qiáng)度高，阻尼性、導(dǎo) 熱性、切削加工性、鑄造性能好，電磁屏蔽能力強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定，資源豐富，容易回收等一系列 優(yōu)點(diǎn)，因此，在汽車工業(yè)、通訊電子業(yè)和航空航天等領(lǐng)域正得到日益廣泛的應(yīng)用，近年來鎂 合金產(chǎn)量在全球的年增長(zhǎng)率高達(dá)20 %，顯示出了極大的應(yīng)用前景。在發(fā)達(dá)國(guó)家，通常用氣體保護(hù)熔煉鎂合金且取得了較好的效果。氣體保護(hù)是在鎂 合金液的表面覆蓋一層惰性氣體或者能與鎂反應(yīng)生成致密氧化膜的氣體，阻止氧氣與鎂液 發(fā)生反應(yīng)。目前使用的保護(hù)氣體主要是SF6。但SF6氣體的使用會(huì)產(chǎn)生S02、SF4等有毒氣 體，甚至?xí)a(chǎn)生劇毒氣體S2Fltl，造成環(huán)境污染。同時(shí)有資料表明，SFf^n全球變暖問題有關(guān)， 它對(duì)全球變暖的作用是CO2的24900倍。1998年各國(guó)在日本簽訂的《京都議定書》規(guī)定，到2010年，將禁止使用SF6。尋找 替代SF6的保護(hù)氣體成為各國(guó)政府以及研究機(jī)構(gòu)的重要任務(wù)。本發(fā)明在此背景下確定了一 種新型替代氣體并提出了新型氣體的使用方法。本發(fā)明所用新型替代氣體來源于Novec 612，Novec 612為美國(guó)3M公司生產(chǎn)銷售 的商業(yè)試劑，主要成分為氟化酮，在室溫下是無色無味透明狀的液體，對(duì)人體無毒無害，并 且溫室效應(yīng)GWP值小。Novec 612是一種商業(yè)試劑，曾作為電器類滅火器而廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎂合金熔煉方法及裝置?！N鎂合金熔煉方法，其特征在于以Novec 612液體汽化形成的氣體為保護(hù)氣 體，該方法具體步驟如下將純鎂或鎂合金置于鎂合金熔爐中加熱升溫，爐內(nèi)溫度達(dá)到 350°C時(shí)，向盛裝Novec 612液體的汽化裝置中通入壓強(qiáng)為0. 3-0. 5MPa的干空氣，干空氣通 至汽化裝置底部，使液體Novec 612汽化，汽化后的氣體與干空氣一起從汽化裝置的輸出 口通入氣體混合裝置的輸氣管道，氣體混合裝置的另外兩個(gè)輸氣管道分別通入運(yùn)載氣體和 干空氣，保護(hù)氣體、運(yùn)載氣體和干空氣經(jīng)氣體混合裝置混合形成的混合氣體通入鎂合金熔 爐中，保護(hù)氣體與鎂液表面發(fā)生反應(yīng)形成致密的表面膜從而起到保護(hù)作用，爐蓋關(guān)閉，靜態(tài) 液面時(shí)，通入鎂合金熔爐中的混合氣體中，保護(hù)氣體體積含量為0. 008-0. 01%，干空氣體積 含量為5-30%，其余為運(yùn)載氣體；當(dāng)清渣或放料，爐蓋打開，動(dòng)態(tài)液面條件下，通入鎂合金 熔爐中的混合氣體中，保護(hù)氣體體積含量為0. 015-0. 3%，干空氣體積含量為5-30%，其余 為運(yùn)載氣體。所述汽化裝置為制冷劑回收鋼瓶。所述運(yùn)載氣體體積含量大于70 %。
所述運(yùn)載氣體為CO2或N2。所述混合氣體流量為11_14L/Min。
所述Novec 612為美國(guó)3M公司生產(chǎn)銷售的商業(yè)試劑。所述氣體混合裝置為三管路氣路設(shè)計(jì)，在每路氣體管路均安裝電磁閥和壓力傳感 器，三管路中均采用D07-9E/ZM質(zhì)量流量控制器，且每路氣體都單獨(dú)配備安裝有手動(dòng)流量 計(jì)的手動(dòng)控制管路。一種鎂合金熔煉的裝置，該裝置為鎂合金熔爐，其特征在于在熔爐坩堝口位置處 設(shè)置氣體分布器。所述氣體分布器為環(huán)形管道，環(huán)形管道上均勻的布置氣孔，氣孔上安裝噴嘴。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明目的是確定一種替代SF6新型保護(hù)氣體并提出該氣 體的使用方法，該氣體是一種主要成分為氟化酮的物質(zhì)，在室溫下是無色無味透明狀的液 體，對(duì)人體無毒無害，并且溫室效應(yīng)GWP值小(與CO2相當(dāng))。該氣體保護(hù)效果好，同時(shí)減少 有害氣體的排放，保護(hù)環(huán)境。


圖1是汽化裝置原理圖；圖2是氣體管道系統(tǒng)原理圖；圖3是實(shí)施例1爐蓋關(guān)閉時(shí)氣體保護(hù)下的鎂液表面；圖4是實(shí)施例1爐蓋打開時(shí)氣體保護(hù)下的鎂液表面；圖5是鎂合金熔煉裝置內(nèi)氣體分布器示意圖；圖6是氣體分布器噴嘴噴射氣體示意圖；圖中標(biāo)號(hào)1-到底管；2-Novec 612液體；3-NOVeC-612汽化后的氣體和干空氣； 4_傳感器；PS-壓力傳感器；EV-電磁閥；MFC-質(zhì)量流量控制器；CV-單向閥；HF-手動(dòng)流量 計(jì)；HV-手動(dòng)閥。
具體實(shí)施例方式為了節(jié)省材料，同時(shí)達(dá)到保護(hù)效果，在鎂合金熔煉中，保護(hù)氣體必須與運(yùn)載氣體混 合使用，本發(fā)明確定了兩種保護(hù)效果較好的運(yùn)載氣體，CO2和N2。與N2相比，CO2的保護(hù)效果 更佳，它與保護(hù)氣體一起與鎂液表面發(fā)生反應(yīng)形成致密的表面膜從而起到保護(hù)作用，這有 助于減少鎂液的蒸發(fā)，并且使鎂液表面穩(wěn)定。本發(fā)明的保護(hù)氣體在575°C以上發(fā)生分解，部分與鎂發(fā)生反應(yīng)生成氟化鎂，部分降 解生成了全氟化碳(PFCs)和氟烯烴(F-烯烴)。由于全氟化碳的溫室效應(yīng)潛在值(GWP)很 高，以及部分氟烯烴有劇毒，所以必須消除此類反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的影響?；旌弦欢ū壤母?空氣，使得空氣中的氧氣成分與全氟化碳、氟烯烴發(fā)生反應(yīng)，生成CO2和微量的HF。測(cè)試結(jié) 果表明產(chǎn)生微量的HF符合職業(yè)衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)。混合氣體的主要成分為運(yùn)載氣體CO2或隊(duì)，體積含量為70%以上，再混合一定量的 干空氣。干空氣的量少，氣氛缺乏氧氣，會(huì)造成有害物質(zhì)的排放；量高到一定程度，會(huì)發(fā)生劇 烈的氧化反應(yīng)，破壞保護(hù)效果，體積含量控制在5% -30%為宜。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明
實(shí)施例1一種鎂合金熔煉方法，以Novec 612液體汽化形成的氣體為保護(hù)氣體，該方法具 體步驟如下將純鎂或鎂合金置于鎂合金熔爐中加熱升溫，爐內(nèi)溫度達(dá)到350°C時(shí)，向盛裝 Novec 612液體的汽化裝置中通入壓強(qiáng)為0. 4MPa的干空氣，所用汽化裝置為制冷劑回收鋼 瓶，如圖1所示，干空氣通過到底管1通至制冷劑回收鋼瓶底部，使Novec 612液體2汽化， 汽化后的氣體與干空氣3 —起從制冷劑回收鋼瓶的輸出口通入氣體混合裝置的輸氣管道， 在鋼瓶輸出口處設(shè)置傳感器4，用來測(cè)試鋼瓶出口處氣體的溫度和壓力，氣體混合裝置的另 外兩個(gè)輸氣管道分別通入運(yùn)載氣體和干空氣，以CO2為運(yùn)載氣體，保護(hù)氣體、運(yùn)載氣體和干 空氣經(jīng)氣體混合裝置混合形成的混合氣體通入鎂合金熔爐中，混合氣體流量為llL/Min，保 護(hù)氣體與鎂液表面發(fā)生反應(yīng)形成致密的表面膜從而起到保護(hù)作用，爐蓋關(guān)閉，靜態(tài)液面時(shí)， 通入鎂合金熔爐中的混合氣體中，保護(hù)氣體體積含量為0. 008 %，干空氣體積含量為5 %， 其余為運(yùn)載氣體，此時(shí)鎂液液面如圖3所示；當(dāng)清渣或放料，爐蓋打開，動(dòng)態(tài)液面條件下，通 入鎂合金熔爐中的混合氣體中，保護(hù)氣體體積含量為0.03%，干空氣體積含量為5 %，其余 為運(yùn)載氣體，此時(shí)鎂液液面如圖4所示。從圖3和圖4可以看出，保護(hù)膜均勻無破損，無氧 化點(diǎn)，鎂液得到了很好的保護(hù)所述Novec 612為美國(guó)3M公司生產(chǎn)銷售的商業(yè)試劑，公司將其命名為NoveC612， 在室溫下是無色無味透明狀的液體，對(duì)人體無毒無害，并且溫室效應(yīng)GWP值小。所述氣體混合裝置為三管路氣路設(shè)計(jì)，如圖2所示，在每路氣體管路均安裝電磁 閥(EV)和壓力傳感器(PS)，電磁閥可以有效地控制氣路的通斷，壓力傳感器自動(dòng)檢測(cè)每個(gè) 氣源的壓力，從而能夠在氣體不足時(shí)發(fā)出警報(bào)，保證系統(tǒng)安全；三管路中均采用北京七星華 創(chuàng)公司生產(chǎn)的D07-9E/ZM的質(zhì)量流量控制器，用以實(shí)現(xiàn)氣體流量的自動(dòng)精確控制，且為保 證系統(tǒng)在斷電狀態(tài)下能夠繼續(xù)工作，每路氣體都單獨(dú)配備安裝有手動(dòng)流量計(jì)的手動(dòng)控制管 路，即每條氣體管路均設(shè)置了手動(dòng)閥(HV)和手動(dòng)流量計(jì)(HF)，在每一個(gè)氣體管路上還設(shè)置 了單向閥(CV)，在圖2中虛線代表有電氣連接，粗實(shí)線代表氣路管道。保護(hù)氣體的均勻性也是影響保護(hù)效果的重要因素，向鎂合金熔爐內(nèi)輸入保護(hù)氣 體，由于混合氣體溫度低，置換鎂表面的熱氣體氛圍，平鋪在鎂液表面。氣體分布的均勻性 會(huì)產(chǎn)生更多的反應(yīng)以及消耗更少的混合氣體。為此，本發(fā)明提出了一種鎂合金熔煉的裝置，上述熔煉過程在此裝置中進(jìn)行，該裝 置為鎂合金熔爐，在熔爐坩堝口位置處設(shè)置氣體分布器，所述氣體分布器為環(huán)形管道，環(huán)形 管道上均勻的布置氣孔，氣孔上安裝噴嘴，如圖5所示，形成環(huán)形氣路，每個(gè)氣孔安裝噴嘴 進(jìn)行多方向噴射，如圖6所示，結(jié)果表明保護(hù)效果很好。
權(quán)利要求
一種鎂合金熔煉方法，其特征在于以Novec 612液體汽化形成的氣體為保護(hù)氣體，該方法具體步驟如下將純鎂或鎂合金置于鎂合金熔爐中加熱升溫，爐內(nèi)溫度達(dá)到350℃時(shí)，向盛裝Novec 612液體的汽化裝置中通入壓強(qiáng)為0.3 0.5MPa的干空氣，干空氣通至汽化裝置底部，使液體Novec 612汽化，汽化后的氣體與干空氣一起從汽化裝置的輸出口通入氣體混合裝置的輸氣管道，氣體混合裝置的另外兩個(gè)輸氣管道分別通入運(yùn)載氣體和干空氣，保護(hù)氣體、運(yùn)載氣體和干空氣經(jīng)氣體混合裝置混合形成的混合氣體通入鎂合金熔爐中，保護(hù)氣體與鎂液表面發(fā)生反應(yīng)形成致密的表面膜從而起到保護(hù)作用，爐蓋關(guān)閉，靜態(tài)液面時(shí)，通入鎂合金熔爐中的混合氣體中，保護(hù)氣體體積含量為0.008 0.01％，干空氣體積含量為5 30％，其余為運(yùn)載氣體；當(dāng)清渣或放料，爐蓋打開，動(dòng)態(tài)液面條件下，通入鎂合金熔爐中的混合氣體中，保護(hù)氣體體積含量為0.015 0.3％，干空氣體積含量為5 30％，其余為運(yùn)載氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金熔煉方法，其特征在于所述汽化裝置為制冷劑回 收鋼瓶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金熔煉方法，其特征在于所述運(yùn)載氣體體積含量大 于 70%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種鎂合金熔煉方法，其特征在于所述運(yùn)載氣體為CO2或N2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金熔煉方法，其特征在于所述混合氣體流量為 ll-14L/Min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金熔煉方法，其特征在于所述Novec612為美國(guó)3M 公司生產(chǎn)銷售的商業(yè)試劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金熔煉方法，其特征在于所述氣體混合裝置為三管 路氣路設(shè)計(jì)，在每路氣體管路均安裝電磁閥和壓力傳感器，三管路中均采用D07-9E/ZM質(zhì) 量流量控制器，且每路氣體都單獨(dú)配備安裝有手動(dòng)流量計(jì)的手動(dòng)控制管路。
8.一種鎂合金熔煉的裝置，該裝置為鎂合金熔爐，其特征在于在熔爐坩堝口位置處設(shè) 置氣體分布器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鎂合金熔煉的裝置，其特征在于所述氣體分布器為環(huán)形 管道，環(huán)形管道上均勻的布置氣孔，氣孔上安裝噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于純鎂以及鎂合金熔煉、壓鑄氣體保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的一種鎂合金熔煉方法及裝置。以Novec 612液體汽化形成的氣體為保護(hù)氣體，爐蓋關(guān)閉，靜態(tài)液面時(shí)，通入鎂合金熔爐中的混合氣體中，保護(hù)氣體體積含量為0.008-0.01％，干空氣體積含量為5-30％，其余為運(yùn)載氣體；當(dāng)清渣或放料，爐蓋打開，動(dòng)態(tài)液面條件下，通入鎂合金熔爐中的混合氣體中，保護(hù)氣體體積含量為0.015-0.3％，干空氣體積含量為5-30％，其余為運(yùn)載氣體。該氣體是一種主要成分為氟化酮的物質(zhì)，在室溫下是無色無味透明狀的液體，對(duì)人體無毒無害，溫室效應(yīng)GWP值與CO2相當(dāng)。該氣體保護(hù)效果好，同時(shí)減少有害氣體的排放，保護(hù)環(huán)境。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101956086SQ20091008950
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者何良菊, 朱超, 李培杰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)