镁合金熔炼保护气体混气装置优化

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：目前在镁工业中广泛应用的保护气体主要是SO2和SF6气体。如图2-17所示为Rauch公司镁合金熔炉保护气混气、供气装置。表2-13 加速钢制坩埚氧化的SF6门槛值与氧化温度的关系SF6保护效果和气体消耗量受各种因素的影响。此外，合金液表面搅拌及残留熔剂也会影响SF6使用效果。研究表明，0.01%的SF6能在镁液表面形成有效保护膜，而实际使用的SF6气体都是超量的。在保证保护效果的前提下，应尽量减少SF6气体用量。

镁的熔炼保护主要有两种方式，即熔剂保护和气体保护。熔剂保护用熔剂很难与镁熔体完全分离而导致在熔体中形成熔剂夹杂，大大降低了镁合金的耐蚀性能和力学性能，因此目前国内外高品质镁合金及其制品的生产都倾向于采用气体保护熔炼。气体保护方法则是将保护性气体覆盖在熔体表面，利用气体与镁的反应产物使熔体表面膜结构变得致密，阻止内部熔体与氧的接触而获得保护。目前在镁工业中广泛应用的保护气体主要是SO₂和SF₆气体。

图2-15 双室熔化炉

1—供料管（加热段1） 2—电源插口 3—给料管（分线盒） 4—外壳 5—供料管的内面 6—氩气供应部 7—阀 8—金属泵 9—氩气供应装置 10—控制面板 11—电源插口 12—给料管（分线盒） 13—给料泵（加热段2） 14—热电偶（加热段2） 15—供料管的内面 16—保护气体 17—出料口 18—压铸机

图2-16 与压铸机配套的镁合金熔化炉

1—炉体 2—双层坩埚熔炉 3—可动式炉盖 4—加热体 5—泵加热体 6—热电偶 7—锭料供应装置 8—Rauch式泵 9—加热料管 10—液面计 11—倾动轴 12—刹车 13—升降装置 14—升降齿轮

在实际生产中，SF₆常和其他气体混合在一起被通入到熔炉中，常用的混合方式有空气/SF₆、SF₆/N₂、空气/CO₂/SF₆，混气装置的作用就是将这些气体精确地按一定比例混合后送入熔炉。所以保护气体的供应优化是系统设计和操作时的重要任务。混气装置应能精确配比和混合气体成分，保护气体的浓度和数量必须适应合金液表面条件，使耗气量少，同时做到环保、安全、经济。如图2-17所示为Rauch公司镁合金熔炉保护气混气、供气装置。

在如图2-17所示装置中，SF₆和N₂通过减压阀和一个流量控制阀混合在一起，混合气通过一个流量计分别独立供应供料泵室和熔化室，泵室和熔室的气体流量可以分别独立调节，还可以通过PLC对泵室的流量在各个阶段进行控制，比如在注料阶段可加大气体流量，从而更经济、更安全地保证气体供应。保护气体在进入熔炉时采用多管道多出口分配，尽量接近液面且分配均匀。现实生产中，这种供气已较为成熟，且SF₆耗量也较低。Rauch公司几种镁合金熔炉的保护气耗量见表2-12。

图2-17 Rauch公司镁合金熔炉保护气混气、供气装置

表2-12 Rauch公司几种镁合金熔炉的保护气耗量

SF₆保护效果和气体消耗量受各种因素的影响。随着熔体处理温度升高，SF₆的消耗量增大。空气中水分含量会强烈影响SF₆的使用效果，一般要求使用w_水分<0.1%的氮气或干空气。此外，合金液表面搅拌及残留熔剂也会影响SF₆使用效果。研究表明，0.01%的SF₆能在镁液表面形成有效保护膜，而实际使用的SF₆气体都是超量的。在保证保护效果的前提下，应尽量减少SF₆气体用量。有研究表明，当SF₆超过一定门槛值时，会加速钢制坩埚的腐蚀，加速坩埚氧化的SF₆门槛值与氧化温度的关系见表2-13。门槛值与氧化温度有关，温度越低，门槛值越低。

表2-13 加速钢制坩埚氧化的SF₆门槛值与氧化温度的关系

镁合金熔炼保护气体混气装置优化

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