专利名称：一种镁合金熔炼方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于纯镁以及镁合金熔炼、压铸气体保护技术领域，特别涉及一种镁合金 熔炼方法及装置
背景技术：
镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，它具有比重轻，比强度高，阻尼性、导 热性、切削加工性、铸造性能好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，容易回收等一系列 优点，因此，在汽车工业、通讯电子业和航空航天等领域正得到日益广泛的应用，近年来镁 合金产量在全球的年增长率高达20 %，显示出了极大的应用前景。在发达国家，通常用气体保护熔炼镁合金且取得了较好的效果。气体保护是在镁 合金液的表面覆盖一层惰性气体或者能与镁反应生成致密氧化膜的气体，阻止氧气与镁液 发生反应。目前使用的保护气体主要是SF6。但SF6气体的使用会产生S02、SF4等有毒气 体，甚至会产生剧毒气体S2Fltl，造成环境污染。同时有资料表明，SFf^n全球变暖问题有关， 它对全球变暖的作用是CO2的24900倍。1998年各国在日本签订的《京都议定书》规定，到2010年，将禁止使用SF6。寻找 替代SF6的保护气体成为各国政府以及研究机构的重要任务。本发明在此背景下确定了一 种新型替代气体并提出了新型气体的使用方法。本发明所用新型替代气体来源于Novec 612，Novec 612为美国3M公司生产销售 的商业试剂，主要成分为氟化酮，在室温下是无色无味透明状的液体，对人体无毒无害，并 且温室效应GWP值小。Novec 612是一种商业试剂，曾作为电器类灭火器而广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁合金熔炼方法及装置。—种镁合金熔炼方法，其特征在于以Novec 612液体汽化形成的气体为保护气 体，该方法具体步骤如下将纯镁或镁合金置于镁合金熔炉中加热升温，炉内温度达到 350°C时，向盛装Novec 612液体的汽化装置中通入压强为0. 3-0. 5MPa的干空气，干空气通 至汽化装置底部，使液体Novec 612汽化，汽化后的气体与干空气一起从汽化装置的输出 口通入气体混合装置的输气管道，气体混合装置的另外两个输气管道分别通入运载气体和 干空气，保护气体、运载气体和干空气经气体混合装置混合形成的混合气体通入镁合金熔 炉中，保护气体与镁液表面发生反应形成致密的表面膜从而起到保护作用，炉盖关闭，静态 液面时，通入镁合金熔炉中的混合气体中，保护气体体积含量为0. 008-0. 01%，干空气体积 含量为5-30%，其余为运载气体；当清渣或放料，炉盖打开，动态液面条件下，通入镁合金 熔炉中的混合气体中，保护气体体积含量为0. 015-0. 3%，干空气体积含量为5-30%，其余 为运载气体。所述汽化装置为制冷剂回收钢瓶。所述运载气体体积含量大于70 %。
所述运载气体为CO2或N2。所述混合气体流量为11_14L/Min。
所述Novec 612为美国3M公司生产销售的商业试剂。所述气体混合装置为三管路气路设计，在每路气体管路均安装电磁阀和压力传感 器，三管路中均采用D07-9E/ZM质量流量控制器，且每路气体都单独配备安装有手动流量 计的手动控制管路。一种镁合金熔炼的装置，该装置为镁合金熔炉，其特征在于在熔炉坩埚口位置处 设置气体分布器。所述气体分布器为环形管道，环形管道上均勻的布置气孔，气孔上安装喷嘴。本发明的有益效果为本发明目的是确定一种替代SF6新型保护气体并提出该气 体的使用方法，该气体是一种主要成分为氟化酮的物质，在室温下是无色无味透明状的液 体，对人体无毒无害，并且温室效应GWP值小(与CO2相当)。该气体保护效果好，同时减少 有害气体的排放，保护环境。
图1是汽化装置原理图；图2是气体管道系统原理图；图3是实施例1炉盖关闭时气体保护下的镁液表面；图4是实施例1炉盖打开时气体保护下的镁液表面；图5是镁合金熔炼装置内气体分布器示意图；图6是气体分布器喷嘴喷射气体示意图；图中标号1-到底管；2-Novec 612液体；3-NOVeC-612汽化后的气体和干空气； 4_传感器；PS-压力传感器；EV-电磁阀；MFC-质量流量控制器；CV-单向阀；HF-手动流量 计；HV-手动阀。
具体实施例方式为了节省材料，同时达到保护效果，在镁合金熔炼中，保护气体必须与运载气体混 合使用，本发明确定了两种保护效果较好的运载气体，CO2和N2。与N2相比，CO2的保护效果 更佳，它与保护气体一起与镁液表面发生反应形成致密的表面膜从而起到保护作用，这有 助于减少镁液的蒸发，并且使镁液表面稳定。本发明的保护气体在575°C以上发生分解，部分与镁发生反应生成氟化镁，部分降 解生成了全氟化碳(PFCs)和氟烯烃(F-烯烃)。由于全氟化碳的温室效应潜在值(GWP)很 高，以及部分氟烯烃有剧毒，所以必须消除此类反应产物对环境的影响。混合一定比例的干 空气，使得空气中的氧气成分与全氟化碳、氟烯烃发生反应，生成CO2和微量的HF。测试结 果表明产生微量的HF符合职业卫生安全标准。混合气体的主要成分为运载气体CO2或队，体积含量为70%以上，再混合一定量的 干空气。干空气的量少，气氛缺乏氧气，会造成有害物质的排放；量高到一定程度，会发生剧 烈的氧化反应，破坏保护效果，体积含量控制在5% -30%为宜。下面结合附图对本发明作进一步说明
实施例1一种镁合金熔炼方法，以Novec 612液体汽化形成的气体为保护气体，该方法具 体步骤如下将纯镁或镁合金置于镁合金熔炉中加热升温，炉内温度达到350°C时，向盛装 Novec 612液体的汽化装置中通入压强为0. 4MPa的干空气，所用汽化装置为制冷剂回收钢 瓶，如图1所示，干空气通过到底管1通至制冷剂回收钢瓶底部，使Novec 612液体2汽化， 汽化后的气体与干空气3 —起从制冷剂回收钢瓶的输出口通入气体混合装置的输气管道， 在钢瓶输出口处设置传感器4，用来测试钢瓶出口处气体的温度和压力，气体混合装置的另 外两个输气管道分别通入运载气体和干空气，以CO2为运载气体，保护气体、运载气体和干 空气经气体混合装置混合形成的混合气体通入镁合金熔炉中，混合气体流量为llL/Min，保 护气体与镁液表面发生反应形成致密的表面膜从而起到保护作用，炉盖关闭，静态液面时， 通入镁合金熔炉中的混合气体中，保护气体体积含量为0. 008 %，干空气体积含量为5 %， 其余为运载气体，此时镁液液面如图3所示；当清渣或放料，炉盖打开，动态液面条件下，通 入镁合金熔炉中的混合气体中，保护气体体积含量为0.03%，干空气体积含量为5 %，其余 为运载气体，此时镁液液面如图4所示。从图3和图4可以看出，保护膜均勻无破损，无氧 化点，镁液得到了很好的保护所述Novec 612为美国3M公司生产销售的商业试剂，公司将其命名为NoveC612， 在室温下是无色无味透明状的液体，对人体无毒无害，并且温室效应GWP值小。所述气体混合装置为三管路气路设计，如图2所示，在每路气体管路均安装电磁 阀(EV)和压力传感器(PS)，电磁阀可以有效地控制气路的通断，压力传感器自动检测每个 气源的压力，从而能够在气体不足时发出警报，保证系统安全；三管路中均采用北京七星华 创公司生产的D07-9E/ZM的质量流量控制器，用以实现气体流量的自动精确控制，且为保 证系统在断电状态下能够继续工作，每路气体都单独配备安装有手动流量计的手动控制管 路，即每条气体管路均设置了手动阀(HV)和手动流量计(HF)，在每一个气体管路上还设置 了单向阀(CV)，在图2中虚线代表有电气连接，粗实线代表气路管道。保护气体的均勻性也是影响保护效果的重要因素，向镁合金熔炉内输入保护气 体，由于混合气体温度低，置换镁表面的热气体氛围，平铺在镁液表面。气体分布的均勻性 会产生更多的反应以及消耗更少的混合气体。为此，本发明提出了一种镁合金熔炼的装置，上述熔炼过程在此装置中进行，该装 置为镁合金熔炉，在熔炉坩埚口位置处设置气体分布器，所述气体分布器为环形管道，环形 管道上均勻的布置气孔，气孔上安装喷嘴，如图5所示，形成环形气路，每个气孔安装喷嘴 进行多方向喷射，如图6所示，结果表明保护效果很好。
权利要求
一种镁合金熔炼方法，其特征在于以Novec 612液体汽化形成的气体为保护气体，该方法具体步骤如下将纯镁或镁合金置于镁合金熔炉中加热升温，炉内温度达到350℃时，向盛装Novec 612液体的汽化装置中通入压强为0.3 0.5MPa的干空气，干空气通至汽化装置底部，使液体Novec 612汽化，汽化后的气体与干空气一起从汽化装置的输出口通入气体混合装置的输气管道，气体混合装置的另外两个输气管道分别通入运载气体和干空气，保护气体、运载气体和干空气经气体混合装置混合形成的混合气体通入镁合金熔炉中，保护气体与镁液表面发生反应形成致密的表面膜从而起到保护作用，炉盖关闭，静态液面时，通入镁合金熔炉中的混合气体中，保护气体体积含量为0.008 0.01％，干空气体积含量为5 30％，其余为运载气体；当清渣或放料，炉盖打开，动态液面条件下，通入镁合金熔炉中的混合气体中，保护气体体积含量为0.015 0.3％，干空气体积含量为5 30％，其余为运载气体。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金熔炼方法，其特征在于所述汽化装置为制冷剂回 收钢瓶。
3.根据权利要求1所述的一种镁合金熔炼方法，其特征在于所述运载气体体积含量大 于 70%。
4.根据权利要求1或3所述的一种镁合金熔炼方法，其特征在于所述运载气体为CO2或N2。
5.根据权利要求1所述的一种镁合金熔炼方法，其特征在于所述混合气体流量为 ll-14L/Min。
6.根据权利要求1所述的一种镁合金熔炼方法，其特征在于所述Novec612为美国3M 公司生产销售的商业试剂。
7.根据权利要求1所述的一种镁合金熔炼方法，其特征在于所述气体混合装置为三管 路气路设计，在每路气体管路均安装电磁阀和压力传感器，三管路中均采用D07-9E/ZM质 量流量控制器，且每路气体都单独配备安装有手动流量计的手动控制管路。
8.一种镁合金熔炼的装置，该装置为镁合金熔炉，其特征在于在熔炉坩埚口位置处设 置气体分布器。
9.根据权利要求8所述的一种镁合金熔炼的装置，其特征在于所述气体分布器为环形 管道，环形管道上均勻的布置气孔，气孔上安装喷嘴。
全文摘要
本发明公开了属于纯镁以及镁合金熔炼、压铸气体保护技术领域的一种镁合金熔炼方法及装置。以Novec 612液体汽化形成的气体为保护气体，炉盖关闭，静态液面时，通入镁合金熔炉中的混合气体中，保护气体体积含量为0.008-0.01％，干空气体积含量为5-30％，其余为运载气体；当清渣或放料，炉盖打开，动态液面条件下，通入镁合金熔炉中的混合气体中，保护气体体积含量为0.015-0.3％，干空气体积含量为5-30％，其余为运载气体。该气体是一种主要成分为氟化酮的物质，在室温下是无色无味透明状的液体，对人体无毒无害，温室效应GWP值与CO2相当。该气体保护效果好，同时减少有害气体的排放，保护环境。
文档编号C22C1/02GK101956086SQ20091008950
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者何良菊, 朱超, 李培杰 申请人:清华大学