專利名稱：一種用于鎂合金熔煉保護(hù)的在線混合供氣設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鎂合金熔煉、保溫的保護(hù)氣體在線混合裝備，屬材料加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于鎂合金的特殊化學(xué)性質(zhì)，鎂合金熔化保溫系統(tǒng)和普通合金熔化系統(tǒng)有著顯著的區(qū)別。鎂及鎂合金在熔化、澆注過(guò)程中表面的熔融鎂極易氧化燃燒，因此需要特殊氣體保護(hù)措施。
70年代之前，鎂合金熔煉主要采用覆蓋熔劑進(jìn)行保護(hù)，這種方法雖然能夠起到良好的阻燃作用，但容易產(chǎn)生熔劑夾渣，導(dǎo)致產(chǎn)品力學(xué)性能和抗腐蝕性能下降，制約了鎂合金的應(yīng)用，而且熔劑與鎂合金反應(yīng)生成的腐蝕性煙氣破壞設(shè)備，惡化工作環(huán)境。70年代初期，無(wú)熔劑熔煉技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用引起人們的關(guān)注。其中，保護(hù)氣體SF6的應(yīng)用，對(duì)于鎂合金的工業(yè)的發(fā)展有著重要意義。目前，世界上多數(shù)鎂合金壓鑄廠和部分鎂合金冶煉廠采用氣體保護(hù)法熔煉鎂合金，熔煉質(zhì)量和工作環(huán)境得到極大改善。現(xiàn)有氣體混合裝置原理如下較高濃度的SF6氣體對(duì)熔煉鎂合金的坩堝有較強(qiáng)的腐蝕作用，SF6本身又是一種極強(qiáng)的溫室效應(yīng)氣體，同時(shí)SF6氣體的生產(chǎn)成本也比較高。所以SF6氣體的用量一定要很少，實(shí)驗(yàn)證明，在封閉的鎂合金熔爐內(nèi)，采用很低濃度的SF6氣體作為熔煉鎂合金的保護(hù)氣體，便能起到阻燃作用。目前，通常把SF6氣體以極低的濃度(0.2％以下)混入N2氣內(nèi)，利用SF6-N2的混合氣體作為熔煉鎂合金的保護(hù)氣體。鎂合金熔煉過(guò)程對(duì)混合保護(hù)氣體的流量和配比有嚴(yán)格的規(guī)定，氣體流量低或氟化硫的比例低時(shí)起不到阻止鎂氧化的作用，而當(dāng)混合氣體流量過(guò)高或氟化硫比例過(guò)高會(huì)對(duì)坩堝造成破壞，所以準(zhǔn)確控制氣體混合比例和控制混合氣體向坩堝內(nèi)輸入的流量十分重要。
目前，國(guó)內(nèi)仍沒(méi)有應(yīng)用于鎂合金熔煉保護(hù)的在線混合供氣裝置，鎂合金壓鑄機(jī)配套熔爐的保護(hù)氣供氣裝置皆為進(jìn)口。各公司的保護(hù)氣體的混合裝置各不相同，但其原理基本可分為兩種一是無(wú)平衡閥氣體混合裝置；二是有平衡閥的氣體混合裝置。
德國(guó)史杰克(Striko)公司的保護(hù)氣體混合裝置為無(wú)平衡閥結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)利用兩個(gè)流量計(jì)分別控制氮?dú)夂蚐F6的流量，然后混合輸出，由于氮?dú)庥昧窟h(yuǎn)大于SF6的用量，所以兩個(gè)流量計(jì)的輸入端的壓力始終有差別，流量計(jì)控制精度不能很高，特別是SF6的量不能精確控制，經(jīng)常造成坩堝的腐蝕。
奧地利勞克(Rouck)公司的保護(hù)氣體混合裝置為有平衡閥結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在流量計(jì)前放置一個(gè)壓力平衡閥，該閥具有壓力平衡功能，氮?dú)夂蚐F6氣體同時(shí)通過(guò)該閥時(shí)，如果某一個(gè)氣體壓力高，該閥將調(diào)整該氣體進(jìn)入量使之降低，最后輸出壓力相同的兩路氣體。由于壓力相同，再利用流量計(jì)進(jìn)行流量控制混合便比較容易并準(zhǔn)確了。但該氣體平衡閥屬專利產(chǎn)品，價(jià)格較高，同時(shí)該閥為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，靠彈簧和橡皮薄膜來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體流量調(diào)節(jié)，沒(méi)有安全的檢測(cè)措施，無(wú)法確定其氣體壓力平衡控制的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于鎂合金熔煉保護(hù)的在線混合供氣設(shè)備，它主要由備用氣路和混合氣路兩部分組成，所述的備用氣路主要包括N2-0.18wt％SF6混合氣源，手動(dòng)減壓閥，可視壓力表或可視流量表及相應(yīng)的管路構(gòu)成；所述的混合氣路主要包括氮?dú)夤鈿饴?，SF6供氣氣路和分別與兩氣路相連的混合罐及輸出管路，其特征在于在所述的氮?dú)夤鈿饴泛蚐F6供氣氣路中均分別設(shè)有質(zhì)量流量檢測(cè)控制器和壓力調(diào)節(jié)閥，在所述的壓力調(diào)節(jié)閥和質(zhì)量流量檢測(cè)控制器之間分別裝有壓力傳感器；在混合罐上設(shè)有壓力傳感器，所述的輸出管路上設(shè)有質(zhì)量流量檢測(cè)控制器(20)；所述的質(zhì)量流量檢測(cè)控制器、壓力傳感器和壓力調(diào)節(jié)閥均通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連，該監(jiān)控系統(tǒng)由工控機(jī)和PLC可編程邏輯控制器組成。
本發(fā)明所述的PCL可編程邏輯控制器采用帶有PROFIBUS接口的SIEMENSPLC。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明可使氮?dú)夂蚐F6的混合過(guò)程的每一步氣體流量和壓力都可檢測(cè)和控制，并可根據(jù)爐內(nèi)情況實(shí)時(shí)檢測(cè)、定量調(diào)節(jié)及反饋，確保氣體流量和混合比例的精確控制，具有操作簡(jiǎn)單，控制準(zhǔn)確、輸出穩(wěn)定、安全可靠及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。


圖1是鎂合金保護(hù)氣體混合供氣裝置原理圖。
圖2為本發(fā)明中計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為信號(hào)控制的流程圖。
圖中1-備用混合(N2+0.18wt％SF6)氣源；2-手動(dòng)減壓閥；3-氮?dú)鈿庠矗?-壓力調(diào)節(jié)閥；5-氟化硫氣源；6、7-壓力調(diào)節(jié)閥；8-備用氟化硫氣源；9-計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；10-壓力調(diào)節(jié)閥(4，6，7)控制線路；11-壓力傳感器；12-壓力傳感器檢測(cè)線路；13-質(zhì)量流量檢測(cè)控制器；14-質(zhì)量流量檢測(cè)控制器(13，23)的控制及檢測(cè)線路；15-混氣罐壓力檢測(cè)信號(hào)線路；16-壓力傳感器；17-單向閥；18-混氣罐；19-質(zhì)量流量檢測(cè)控制器20的控制及檢測(cè)線路；20-質(zhì)量流量檢測(cè)控制器；21-備用手動(dòng)控制氣路；22-單向閥；23-質(zhì)量流量檢測(cè)控制器；24-壓力傳感器；25-壓力表；26-檢測(cè)元件；27-I/O模塊；28-PLC可編程邏輯控制器；29-工控機(jī)；30-執(zhí)行元件。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程。
圖1是本發(fā)明提供的鎂合金熔煉保護(hù)在線混合供氣裝置實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)圖。鎂合金熔煉保護(hù)的在線混合供氣設(shè)備主要包括備用混合氣路和混合氣路兩部分；備用混合氣路主要由15Mpa(N2-0.18wt％SF6)混合氣源1、手動(dòng)減壓閥2、可視壓力表或可視流量表25及相應(yīng)的管路構(gòu)成；一旦發(fā)生停電或混合供氣氣路出現(xiàn)故障時(shí)，可啟動(dòng)該備用氣路，使坩堝內(nèi)始終有足夠的保護(hù)氣體通入，確保該系統(tǒng)足夠安全。混合氣路主要包括氮?dú)夤鈿饴?，SF6供氣氣路和分別與兩氣路相連的混合罐18及輸出氣體管路構(gòu)成；在所述的氮?dú)夤鈿饴分兄饕ǖ獨(dú)鈿庠?、壓力調(diào)節(jié)閥4、壓力傳感器24、質(zhì)量流量檢測(cè)控制器23、單向閥22及相應(yīng)的管路；SF6供氣氣路主要包括SF6氣源5、壓力調(diào)節(jié)閥6、壓力傳感器11、質(zhì)量流量檢測(cè)控制器13、單向閥17以及相應(yīng)的管道；在與兩氣路相連的混合罐18上設(shè)有壓力傳感器16，從混氣罐到爐體的氣體輸出管路上亦設(shè)有質(zhì)量流量檢測(cè)控制器20。所述的壓力傳感器11和24通過(guò)檢測(cè)線路12與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連；質(zhì)量流量檢測(cè)控制器13、23通過(guò)檢測(cè)線路14與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連，壓力傳感器16和質(zhì)量流量檢測(cè)控制器20分別通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線15和19與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連，壓力調(diào)節(jié)閥4、6和7通過(guò)控制線路10與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連，該監(jiān)控系統(tǒng)由工控機(jī)29和PLC可編程邏輯控制器28組成。
圖2為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)主要包括檢測(cè)元件26，I/O模塊27，PLC(可編程邏輯控制器)28和工控機(jī)29及執(zhí)行元件30；其中PLC選用帶有PROFIBUS接口的SIEMENSPLC。檢測(cè)信號(hào)和指令在PLC內(nèi)處理然后輸出控制信號(hào)，工控機(jī)負(fù)責(zé)向PLC發(fā)出指令和顯示檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面互動(dòng)；圖中檢測(cè)元件26是指圖1所示氣路中的壓力傳感器(11、24、16)和質(zhì)量流量檢測(cè)控制器(13、20、23)的檢測(cè)信號(hào)端，而執(zhí)行元件30是指該氣路中的壓力調(diào)節(jié)閥(4、6、7)和質(zhì)量流量檢測(cè)控制器(13、20、23)的控制信號(hào)端。
圖3為信號(hào)控制的軟件流程圖。本系統(tǒng)的信號(hào)控制為閉環(huán)控制，控制結(jié)果由檢測(cè)元件檢測(cè)并實(shí)時(shí)反饋到PLC，PLC負(fù)責(zé)將反饋信號(hào)與工控機(jī)29的設(shè)定信號(hào)進(jìn)行邏輯比較，然后根據(jù)比較結(jié)果對(duì)輸出的控制信號(hào)進(jìn)行邏輯調(diào)整，實(shí)現(xiàn)精確的輸出控制。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下如圖1所示，氮?dú)夂蚐F6氣體從氣源(瓶)出來(lái)后都要經(jīng)過(guò)一個(gè)減壓裝置，因?yàn)闅庠磧?nèi)氣體壓力很高，且是變化的，高壓時(shí)可達(dá)到15MPa，放空時(shí)為0。質(zhì)量流量檢測(cè)控制器不能承受如此大的壓力差，同時(shí)該壓力差也影響流量控制精度。本發(fā)明采用壓力調(diào)節(jié)閥(4、6、7)和壓力傳感器(11、24)，并采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控。工作時(shí)，計(jì)算機(jī)檢測(cè)壓力傳感器讀數(shù)并與設(shè)定壓力比較，如果檢測(cè)壓力大于設(shè)定壓力，計(jì)算機(jī)將給出命令使該路壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)小些，然后再進(jìn)一步檢測(cè)壓力，進(jìn)行下一循環(huán)監(jiān)控，如果檢測(cè)壓力在設(shè)定時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到設(shè)定值，計(jì)算機(jī)將給出報(bào)警信號(hào)，提醒您氣源壓力不足，須更換；如果是SF6壓力不足，系統(tǒng)可自動(dòng)更換到備用氣源。采用該工藝控制氣體供給，可準(zhǔn)確控制氣體的減壓過(guò)程，保證質(zhì)量流量檢測(cè)控制器前端氣體壓力恒定，不必采用混合氣體壓力平衡器。
氣體安全減壓后將通過(guò)質(zhì)量流量檢測(cè)控制器精確控制各自的氣體流量，使兩種氣體以設(shè)定比例進(jìn)入混氣罐18?；鞖夤?8可保證氣體充分混合，如果不設(shè)混氣罐，氣體不能充分混合，將影響阻燃效果。氣體混合后經(jīng)質(zhì)量流量控制器20輸入到坩堝內(nèi)。混合氣體的壓力和輸出流量分別通過(guò)壓力傳感器16和質(zhì)量流量檢測(cè)控制器20由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
本發(fā)明采用質(zhì)量流量檢測(cè)控制器和計(jì)算機(jī)控制可準(zhǔn)確控制兩種氣體的流量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩種氣體的確定比例的混合，同時(shí)采用質(zhì)量流量檢測(cè)控制器和計(jì)算機(jī)控制可準(zhǔn)確監(jiān)控混合后的氣體向坩堝內(nèi)輸入的流量。系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，控制精度高，氣體混合比例準(zhǔn)確。
權(quán)利要求1.一種用于鎂合金熔煉保護(hù)的在線混合供氣設(shè)備，它主要由備用氣路和混合氣路兩部分組成，所述的備用氣路主要包括N2-0.18wt％SF6混合氣源(1)，手動(dòng)減壓閥(2)、可視壓力表或可視流量表(25)及相應(yīng)的管路構(gòu)成；所述的混合氣路主要包括氮?dú)夤鈿饴?，SF6供氣氣路和分別與兩氣路相連的混合罐及輸出管路，其特征在于在所述的氮?dú)夤鈿饴泛蚐F6供氣氣路中均分別設(shè)有質(zhì)量流量檢測(cè)控制器(23)、(13)和壓力調(diào)節(jié)閥(4)、(6)，在所述的壓力調(diào)節(jié)閥和質(zhì)量流量檢測(cè)控制器之間分別裝有壓力傳感器(24)、(11)；在混合罐(18)上設(shè)有壓力傳感器(16)，所述的輸出管路上設(shè)有質(zhì)量流量檢測(cè)控制器(20)；所述的質(zhì)量流量檢測(cè)控制器、壓力傳感器和壓力調(diào)節(jié)閥均通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連，該監(jiān)控系統(tǒng)由工控機(jī)(29)和PLC可編程邏輯控制器(28)組成。
2.按照權(quán)利要求1所述的在線混合供氣設(shè)備，其特征在于所述的PLC可編程邏輯控制器采用帶有PROFIBUS接口的SIEMENSPLC。
專利摘要一種用于鎂合金熔煉保護(hù)的在線混合供氣設(shè)備，主要由備用氣路和混合氣路兩部分組成，混合氣路主要包括氮?dú)夤鈿饴?，SF
文檔編號(hào)F27D7/02GK2606873SQ03239990
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2003年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者李培杰, 曹福洋, 何良菊, 劉群 申請(qǐng)人:清華大學(xué)