专利名称：一种用于镁合金熔炼保护的在线混合供气设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于镁合金熔炼、保温的保护气体在线混合装备，属材料加工设备技术领域。
背景技术：
由于镁合金的特殊化学性质，镁合金熔化保温系统和普通合金熔化系统有着显著的区别。镁及镁合金在熔化、浇注过程中表面的熔融镁极易氧化燃烧，因此需要特殊气体保护措施。
70年代之前，镁合金熔炼主要采用覆盖熔剂进行保护，这种方法虽然能够起到良好的阻燃作用，但容易产生熔剂夹渣，导致产品力学性能和抗腐蚀性能下降，制约了镁合金的应用，而且熔剂与镁合金反应生成的腐蚀性烟气破坏设备，恶化工作环境。70年代初期，无熔剂熔炼技术的开发与应用引起人们的关注。其中，保护气体SF6的应用，对于镁合金的工业的发展有着重要意义。目前，世界上多数镁合金压铸厂和部分镁合金冶炼厂采用气体保护法熔炼镁合金，熔炼质量和工作环境得到极大改善。现有气体混合装置原理如下较高浓度的SF6气体对熔炼镁合金的坩埚有较强的腐蚀作用，SF6本身又是一种极强的温室效应气体，同时SF6气体的生产成本也比较高。所以SF6气体的用量一定要很少，实验证明，在封闭的镁合金熔炉内，采用很低浓度的SF6气体作为熔炼镁合金的保护气体，便能起到阻燃作用。目前，通常把SF6气体以极低的浓度(0.2％以下)混入N2气内，利用SF6-N2的混合气体作为熔炼镁合金的保护气体。镁合金熔炼过程对混合保护气体的流量和配比有严格的规定，气体流量低或氟化硫的比例低时起不到阻止镁氧化的作用，而当混合气体流量过高或氟化硫比例过高会对坩埚造成破坏，所以准确控制气体混合比例和控制混合气体向坩埚内输入的流量十分重要。
目前，国内仍没有应用于镁合金熔炼保护的在线混合供气装置，镁合金压铸机配套熔炉的保护气供气装置皆为进口。各公司的保护气体的混合装置各不相同，但其原理基本可分为两种一是无平衡阀气体混合装置；二是有平衡阀的气体混合装置。
德国史杰克(Striko)公司的保护气体混合装置为无平衡阀结构，该结构利用两个流量计分别控制氮气和SF6的流量，然后混合输出，由于氮气用量远大于SF6的用量，所以两个流量计的输入端的压力始终有差别，流量计控制精度不能很高，特别是SF6的量不能精确控制，经常造成坩埚的腐蚀。
奥地利劳克(Rouck)公司的保护气体混合装置为有平衡阀结构，该结构在流量计前放置一个压力平衡阀，该阀具有压力平衡功能，氮气和SF6气体同时通过该阀时，如果某一个气体压力高，该阀将调整该气体进入量使之降低，最后输出压力相同的两路气体。由于压力相同，再利用流量计进行流量控制混合便比较容易并准确了。但该气体平衡阀属专利产品，价格较高，同时该阀为纯机械结构，靠弹簧和橡皮薄膜来实现气体流量调节，没有安全的检测措施，无法确定其气体压力平衡控制的准确性。
本发明的技术方案如下一种用于镁合金熔炼保护的在线混合供气设备，它主要由备用气路和混合气路两部分组成，所述的备用气路主要包括N2-0.18wt％SF6混合气源，手动减压阀，可视压力表或可视流量表及相应的管路构成；所述的混合气路主要包括氮气供气气路，SF6供气气路和分别与两气路相连的混合罐及输出管路，其特征在于在所述的氮气供气气路和SF6供气气路中均分别设有质量流量检测控制器和压力调节阀，在所述的压力调节阀和质量流量检测控制器之间分别装有压力传感器；在混合罐上设有压力传感器，所述的输出管路上设有质量流量检测控制器(20)；所述的质量流量检测控制器、压力传感器和压力调节阀均通过数据信号线与计算机监控系统相连，该监控系统由工控机和PLC可编程逻辑控制器组成。
本发明所述的PCL可编程逻辑控制器采用带有PROFIBUS接口的SIEMENSPLC。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明可使氮气和SF6的混合过程的每一步气体流量和压力都可检测和控制，并可根据炉内情况实时检测、定量调节及反馈，确保气体流量和混合比例的精确控制，具有操作简单，控制准确、输出稳定、安全可靠及自动化程度高等特点。
图1是镁合金保护气体混合供气装置原理图。
图2为本发明中计算机监控系统的结构框图。
图3为信号控制的流程图。
图中1-备用混合(N2+0.18wt％SF6)气源；2-手动减压阀；3-氮气气源；4-压力调节阀；5-氟化硫气源；6、7-压力调节阀；8-备用氟化硫气源；9-计算机监控系统；10-压力调节阀(4，6，7)控制线路；11-压力传感器；12-压力传感器检测线路；13-质量流量检测控制器；14-质量流量检测控制器(13，23)的控制及检测线路；15-混气罐压力检测信号线路；16-压力传感器；17-单向阀；18-混气罐；19-质量流量检测控制器20的控制及检测线路；20-质量流量检测控制器；21-备用手动控制气路；22-单向阀；23-质量流量检测控制器；24-压力传感器；25-压力表；26-检测元件；27-I/O模块；28-PLC可编程逻辑控制器；29-工控机；30-执行元件。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及工作过程。
图1是本发明提供的镁合金熔炼保护在线混合供气装置实施例的原理结构图。镁合金熔炼保护的在线混合供气设备主要包括备用混合气路和混合气路两部分；备用混合气路主要由15Mpa(N2-0.18wt％SF6)混合气源1、手动减压阀2、可视压力表或可视流量表25及相应的管路构成；一旦发生停电或混合供气气路出现故障时，可启动该备用气路，使坩埚内始终有足够的保护气体通入，确保该系统足够安全。混合气路主要包括氮气供气气路，SF6供气气路和分别与两气路相连的混合罐18及输出气体管路构成；在所述的氮气供气气路中主要包括氮气气源3、压力调节阀4、压力传感器24、质量流量检测控制器23、单向阀22及相应的管路；SF6供气气路主要包括SF6气源5、压力调节阀6、压力传感器11、质量流量检测控制器13、单向阀17以及相应的管道；在与两气路相连的混合罐18上设有压力传感器16，从混气罐到炉体的气体输出管路上亦设有质量流量检测控制器20。所述的压力传感器11和24通过检测线路12与计算机监控系统相连；质量流量检测控制器13、23通过检测线路14与计算机监控系统相连，压力传感器16和质量流量检测控制器20分别通过数据信号线15和19与计算机监控系统相连，压力调节阀4、6和7通过控制线路10与计算机监控系统相连，该监控系统由工控机29和PLC可编程逻辑控制器28组成。
图2为计算机监控系统的结构框图，该系统主要包括检测元件26，I/O模块27，PLC(可编程逻辑控制器)28和工控机29及执行元件30；其中PLC选用带有PROFIBUS接口的SIEMENSPLC。检测信号和指令在PLC内处理然后输出控制信号，工控机负责向PLC发出指令和显示检测结果，实现人机界面互动；图中检测元件26是指图1所示气路中的压力传感器(11、24、16)和质量流量检测控制器(13、20、23)的检测信号端，而执行元件30是指该气路中的压力调节阀(4、6、7)和质量流量检测控制器(13、20、23)的控制信号端。
图3为信号控制的软件流程图。本系统的信号控制为闭环控制，控制结果由检测元件检测并实时反馈到PLC，PLC负责将反馈信号与工控机29的设定信号进行逻辑比较，然后根据比较结果对输出的控制信号进行逻辑调整，实现精确的输出控制。
本发明的工作过程如下如图1所示，氮气和SF6气体从气源(瓶)出来后都要经过一个减压装置，因为气源内气体压力很高，且是变化的，高压时可达到15MPa，放空时为0。质量流量检测控制器不能承受如此大的压力差，同时该压力差也影响流量控制精度。本发明采用压力调节阀(4、6、7)和压力传感器(11、24)，并采用计算机监控。工作时，计算机检测压力传感器读数并与设定压力比较，如果检测压力大于设定压力，计算机将给出命令使该路压力调节阀关小些，然后再进一步检测压力，进行下一循环监控，如果检测压力在设定时间内不能达到设定值，计算机将给出报警信号，提醒您气源压力不足，须更换；如果是SF6压力不足，系统可自动更换到备用气源。采用该工艺控制气体供给，可准确控制气体的减压过程，保证质量流量检测控制器前端气体压力恒定，不必采用混合气体压力平衡器。
气体安全减压后将通过质量流量检测控制器精确控制各自的气体流量，使两种气体以设定比例进入混气罐18。混气罐18可保证气体充分混合，如果不设混气罐，气体不能充分混合，将影响阻燃效果。气体混合后经质量流量控制器20输入到坩埚内。混合气体的压力和输出流量分别通过压力传感器16和质量流量检测控制器20由计算机系统实时监控。
本发明采用质量流量检测控制器和计算机控制可准确控制两种气体的流量，进而实现两种气体的确定比例的混合，同时采用质量流量检测控制器和计算机控制可准确监控混合后的气体向坩埚内输入的流量。系统采用闭环控制，控制精度高，气体混合比例准确。
权利要求1.一种用于镁合金熔炼保护的在线混合供气设备，它主要由备用气路和混合气路两部分组成，所述的备用气路主要包括N2-0.18wt％SF6混合气源(1)，手动减压阀(2)、可视压力表或可视流量表(25)及相应的管路构成；所述的混合气路主要包括氮气供气气路，SF6供气气路和分别与两气路相连的混合罐及输出管路，其特征在于在所述的氮气供气气路和SF6供气气路中均分别设有质量流量检测控制器(23)、(13)和压力调节阀(4)、(6)，在所述的压力调节阀和质量流量检测控制器之间分别装有压力传感器(24)、(11)；在混合罐(18)上设有压力传感器(16)，所述的输出管路上设有质量流量检测控制器(20)；所述的质量流量检测控制器、压力传感器和压力调节阀均通过数据信号线与计算机监控系统相连，该监控系统由工控机(29)和PLC可编程逻辑控制器(28)组成。
2.按照权利要求1所述的在线混合供气设备，其特征在于所述的PLC可编程逻辑控制器采用带有PROFIBUS接口的SIEMENSPLC。
专利摘要一种用于镁合金熔炼保护的在线混合供气设备，主要由备用气路和混合气路两部分组成，混合气路主要包括氮气供气气路，SF
文档编号F27D7/02GK2606873SQ03239990
公开日2004年3月17日 申请日期2003年3月7日 优先权日2003年3月7日
发明者李培杰, 曹福洋, 何良菊, 刘群 申请人:清华大学