本发明涉及熔炼设备技术领域，具体涉及一种镁合金熔炼保护气体的供气系统及镁合金熔炼炉。
背景技术：
镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，其特点是：密度小(1.8g/cm3左右)、比强度高、比弹性模量大、散热好、消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐腐蚀性能好，因此广泛应用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。
由于镁合金比较活泼，尤其在熔炼过程中容易与空气中的氧发生反应，形成的氧化膜疏松，致密度系数一般小于1，不能阻止内部金属的进一步氧化，在高温下氧化烧损现象严重，极易发生氧化燃烧，同时熔融的镁合金极易和水发生剧烈反应生成氢气，并有可能导致爆炸，因此对镁合金熔体采用熔剂保护法或气体保护法隔绝氧气和水是十分必要的。
熔剂保护法通过在熔池表面用熔融熔盐形成连续的隔离层，机械地将镁合金熔体和大气分离而达到阻燃保护的目的。但保护过程中熔融熔盐等熔剂容易产生熔剂夹渣，污染镁合金熔体，导致生产的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产的腐蚀性烟气可能会破坏设备，恶化工作环境。
气体保护法就是将惰性气体或能与镁熔体反应生成致密保护膜的保护气体引向镁熔池表面，达到隔绝空气，防止镁合金熔体持续氧化燃烧的一种方法。由于气体保护法的保护效果好、不污染镁熔体、熔化中镁熔体损耗少等诸多优点，气体保护法已成为现今镁合金生产过程中应用范围最广的保护方法，广泛应用于镁合金的液态成型、重熔静置以及热处理，尤其是镁合金压铸领域。
目前镁合金生产工艺一般采用载流气体(n2或者干燥空气)与sf6混合后作为保护气体通入镁合金熔炼炉的方法，sf6即六氟化硫，是一种无色无嗅无毒、化学惰性很强的气体，连同空气一起作用于镁合金熔体表面，会在镁合金熔体表面形成致密的mgf2·mgo复合膜，mgf2具有金属色泽、致密度系数大，可以隔绝氧气，有效阻止镁合金的进一步氧化，降低燃烧的风险，但mgf2维持时间不长，所以混合气体需要不断供给。
通常载流气体和sf6的混合气体中，载流气体的体积比为99％以上，sf6的体积比为0.03～0.5％，绝对避免sf6的体积比大于0.5％，如果sf6的体积比不到0.03％，可能起不到有效的保护作用，如果sf6的体积比超过0.4％，就会与熔炼炉坩埚发生反应，加剧坩埚腐蚀、降低其使用寿命；如果sf6的体积比超过了1％或者更高则会与坩埚激烈反应，生成大量的疏松含fe产物，这些产物一旦与镁熔体接触就会有爆炸的危险。因此镁合金熔炼过程中对混合保护气体的配比浓度和流量有严格的要求，尤其是sf6的体积比需要精准控制。
现有的供气设备常采用两个流量计分别控制sf6和载流气体的流量，然后混合输出，但是由于载流气体的流量远大于sf6的流量，因此两个流量计的输入端的压力差别比较大，同时用流量计控制，过程就比较复杂，sf6的流量控制精度较低，而且载流气体流量大，频繁调节也会缩短流量计的使用寿命。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种镁合金熔炼保护气体的供气系统及镁合金熔炼炉，用于解决现有方法控制混合气体流量时存在的控制过程复杂、流量计使用寿命短的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种镁合金熔炼保护气体的供气系统包括：载流气体供气管路，用于输入载流气体、以及检测载流气体的流量；sf6供气管路，用于输入sf6、检测和控制sf6的流量；plc控制装置，分别与所述载流气体供气管路和sf6供气管路连接，根据所述载流气体供气管路反馈的载流气体的流量，控制所述sf6供气管路对sf6的流量进行调节，使载流气体和sf6组成的混合气体中sf6的体积比在0.10％～0.30％范围内保持不变；混合气体供气装置，分别与所述载流气体供气管路和sf6供气管路的出气口连接，用于混合载流气体和sf6，得到混合气体后向外接的保护气体供给管网输出混合气体。
优选地，载流气体和sf6组成的混合气体中sf6的体积比为0.18％～0.22％。
在此范围内，n2和sf6的混合气体能够在镁合金熔体表面形成一层良好的、致密的、光滑的具有金属纹理的保护膜，从而阻止熔炼炉内熔体的燃烧，达到保护的目的。
优选地，所述载流气体供气管路设有与所述plc控制装置连接的气体质量流量计，用于检测载流气体的流量并向所述plc控制装置反馈流量信号。
载流气体供气管路通过气体质量流量计仅检测载流气体的流量，减少了气体流量控制过程，避免因频繁调节流量大的载流气体而缩短流量计的使用寿命，也降低了控制的难度和复杂性。
优选地，所述载流气体为下列气体中的任意一种：氮气、干燥空气、以及干燥空气和二氧化碳气体的混合气体。
载流气体能够将sf6均匀分散，并将sf6的体积比控制在安全范围内，有效保护镁合金熔体的同时降低对装置及环境的影响。氮气、干燥空气等载流气体来源广泛，分散效果好。
优选地，所述sf6供气管路设有与所述plc控制装置连接的高精度气体质量流量控制器，用于检测sf6的流量、以及受所述plc控制装置控制调节sf6的流量。
sf6供气管路通过高精度气体质量流量控制器实现对sf6的流量的检测和调节，通过plc控制装置的控制提高了流量调节的准确性。
优选地，所述混合气体供气装置包括混合器、气动角座阀、以及与所述气动角座阀连接的混合气体缓冲罐，所述混合器分别与所述载流气体供气管路和sf6供气管路的出气口连接，用于混合载流气体和sf6，得到混合气体，所述气动角座阀控制混合气体的通断，所述混合气体缓冲罐的出气口与保护气体供给管网连接，输出混合气体。
混合气体供气装置通过混合器预先将载流气体和sf6进行混合，再通过气动角座阀实现了对混合气体流量控制的精确性，气动角座阀反应迅速，控制更灵活。
优选地，所述气动角座阀为气动先导型角座阀，所述载流气体供气管路的旁路设有与所述plc控制装置连接的第一电磁阀，所述plc控制装置控制所述第一电磁阀实现所述气动角座阀的开关。
气动角座阀和第一电磁阀配合完成气体的流量控制，便于频繁开启，反应灵敏。
优选地，所述镁合金熔炼保护气体的供气系统还包括与保护气体供给管网连接的氩气应急保护装置，所述氩气应急保护装置用于所述混合气体供气装置无法提供混合气体时向所述保护气体供给管网提供氩气实现应急保护。
氩气应急保护装置可在混合气体供气装置发生故障时提供氩气，进行应急保护，以防镁合金熔体氧化燃烧。
优选地，所述氩气应急保护装置包括依次连接的氩气储存罐、第二电磁阀、以及玻璃管流量计，所述氩气储存罐的出气口与保护气体供给管网连接，输出氩气，所述第二电磁阀受所述plc控制装置的控制实现氩气的通断，所述玻璃管流量计对氩气的流量进行调节。
氩气应急保护装置通过第二电磁阀控制氩气的通断，由plc控制装置控制提高了故障发生时的应急反应速度。
本发明还提供一种镁合金熔炼炉，所述镁合金熔炼炉包括如上述任一项所述的镁合金熔炼保护气体的供气系统，所述镁合金熔炼保护气体的供气系统为所述镁合金熔炼炉提供保护气体。
所述镁合金熔炼保护气体的供气系统能够持续为所述镁合金熔炼炉提供保护气体，保证所述镁合金熔体始终在保护气体的保护之下，避免了氧化燃烧的风险。
相比于现有技术，本发明提供的镁合金熔炼保护气体的供气系统及镁合金熔炼炉具有以下优势：
一、本发明提供的镁合金熔炼保护气体的供气系统通过载流气体供气管路检测载流气体的流量，根据载流气体的流量变化反馈至plc控制装置，由plc控制装置根据反馈信号自动控制sf6供气管路调节sf6的流量，从而始终保持混合气体中两种气体的体积百分比在安全范围内保持不变，实现了对sf6流量的精确控制，同时防止因频繁调节大流量气体而影响流量计的精度，有效延长流量计的寿命，也降低了控制难度，操作更简单；
二、本发明在载流气体和sf6的混合过程中对两种气体的流量和压力始终通过流量计和压力变送器进行检测和反馈，确保气体流量和混合比例的精确控制，提高了安全性和自动化程度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1示出了本发明一种优选实施方式的镁合金熔炼保护气体的供气系统的结构示意图。
附图说明
1-载流气体供气管路，11-第一手动气体调节截止阀，
12-第一手动气体精密调节阀，13-第一压力表，
14-第一压力变送器，15-第一低压过滤器，
16-第二压力变送器，17-气体质量流量计，
18-第一止回阀，2-sf6供气管路，
21-第二手动气体调节截止阀，22-第二手动气体精密调节阀，
23-第二压力表，24-第三压力变送器，
25-第二低压过滤器，26-第四压力变送器，
27-高精度气体质量流量控制器，28-第二止回阀，
3-plc控制装置，4-混合气体供气装置，
40-混合器，41-第一电磁阀，
42-气动角座阀，43-第三止回阀，
44-混合气体缓冲罐，45-第三压力表，
46-第五压力变送器，47-第四止回阀，
48-第一安全阀，5-氩气应急保护装置，
51-氩气储存罐，52-第四压力表，
53-第六压力变送器，54-球阀，
55-第二电磁阀，56-玻璃管流量计，
57-第五止回阀，58-第二安全阀。
具体实施方式
本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种镁合金熔炼保护气体的供气系统，其包括载流气体供气管路1、sf6供气管路2、plc控制装置3、混合气体供气装置4、以及氩气应急保护装置5，所述plc控制装置3控制所述载流气体供气管路1、sf6供气管路2向所述混合气体供气装置4提供载流气体和sf6，同时所述plc控制装置3控制所述混合气体供气装置4和所述氩气应急保护装置5向外接的保护气体供给管网提供混合气体和氩气。所述混合气体供气装置4向保护气体供给管网提供混合气体，所述氩气应急保护装置5用于所述混合气体供气装置4无法提供混合气体时向所述保护气体供给管网提供氩气。
sf6即六氟化硫，是一种无色无嗅无毒、化学性质稳定的惰性气体，连同载流气体一起作用于镁合金熔体表面，会在镁合金熔体表面形成致密的mgf2·mgo复合膜，mgf2具有金属色泽、致密度系数大，可以隔绝氧气，有效阻止镁合金的进一步氧化，降低燃烧的风险。
所述载流气体供气管路1用于输入载流气体、以及检测载流气体的流量。所述载流气体为下列气体中的任意一种：氮气、干燥空气、以及干燥空气和二氧化碳气体的混合气体，其中干燥空气为氮气含量在70％以上的空气；干燥空气和二氧化碳的混合气体中，二氧化碳的体积比一般在20％左右。在本实施例中，所述载流气体为n2。
载流气体将sf6均匀分散，并将sf6的体积比控制在安全范围内，有效保护镁合金熔体的同时降低对装置及环境的影响。氮气、干燥空气、二氧化碳等载流气体来源广泛，分散效果好。
n2输入所述载流气体供气管路1后，沿气体流动方向所述载流气体供气管路1依次设有第一手动气体调节截止阀11、第一手动气体精密调节阀12、第一压力表13、第一压力变送器14、第一低压过滤器15、第二压力变送器16、气体质量流量计17、第一止回阀18，其中所述第一压力变送器14、第二压力变送器16、气体质量流量计17分别与所述plc控制装置3连接，将相应信号反馈至所述plc控制装置3，经过所述第一止回阀18的n2通过出气口连接至所述混合气体供气装置4。
所述第一手动气体调节截止阀11将n2与所述载流气体供气管路1接通，所述第一手动气体精密调节阀12对n2的流量进行手动调节，所述第一压力表13显示所述载流气体供气管路1中的压力，所述第一压力变送器14检测压力并将压力信号反馈至所述plc控制装置3；
所述第一低压过滤器15对n2中可能含有的水分和油气进行过滤，进一步提高n2的纯度，降低n2与sf6混合后进入高温环境时因水分和油气带来的爆炸的风险；所述第二压力变送器16检测所述载流气体供气管路1中的压力并将压力信号反馈至所述plc控制装置3，以防所述第一低压过滤器15堵塞导致管路内压力异常；
所述气体质量流量计17检测n2的流量，并将流量信号反馈至所述plc控制装置3，以便所述plc控制装置3根据n2的流量变化相应的调节sf6的流量，使得载流气体和sf6组成的混合气体中sf6的体积比保持稳定不变，控制在安全范围内；所述第一止回阀18阻止n2倒流。
所述载流气体供气管路1通过气体质量流量计17检测n2的流量，并不进行流量控制，并将流量信号反馈至所述plc控制装置3，由所述plc控制装置3自动调节sf6的流量，实现对sf6流量的精确控制，同时防止因频繁调节大流量气体而影响流量计的精度，有效延长气体质量流量计17的寿命，也降低了控制难度，操作更简单。
所述sf6供气管路2，用于输入sf6、检测和控制sf6的流量，载流气体和sf6组成的混合气体中sf6的体积比的安全范围为0.10％～0.30％之间，进一步的，优选为0.18％～0.22％。在此范围内，n2和sf6的混合气体能够在镁合金熔体表面形成一层良好的、致密的、光滑的具有金属纹理的保护膜，从而阻止熔炼炉内熔体的燃烧，达到保护的目的。
sf6输入所述sf6供气管路2后，沿气体流动方向所述sf6供气管路2依次设有第二手动气体调节截止阀21、第二手动气体精密调节阀22、第二压力表23、第三压力变送器24、第二低压过滤器25、第四压力变送器26、高精度气体质量流量控制器27、第二止回阀28，其中所述第三压力变送器24、第四压力变送器26、高精度气体质量流量控制器27分别与所述plc控制装置3连接，将相应信号反馈至所述plc控制装置3，经过所述第二止回阀28的sf6通过出气口连接至所述混合气体供气装置4。
所述第二手动气体调节截止阀21将sf6与所述sf6供气管路2接通，所述第二手动气体精密调节阀22对sf6的流量进行手动调节，所述第二压力表23显示所述sf6供气管路2中的压力，所述第三压力变送器24检测压力并将压力信号反馈至所述plc控制装置3；
所述第二低压过滤器25对sf6中可能含有的水分和油气进行过滤，进一步提高sf6的纯度，降低n2与sf6混合后进入高温环境时因水分和油气带来的爆炸的风险；所述第四压力变送器26检测所述sf6供气管路2中的压力并将压力信号反馈至所述plc控制装置3，以防所述第二低压过滤器25堵塞导致管路内压力异常；
所述高精度气体质量流量控制器27检测sf6的流量，并将流量信号反馈至所述plc控制装置3，所述plc控制装置3根据所述载流气体供气管路1中n2流量的变化相应的控制所述高精度气体质量流量控制器27，所述高精度气体质量流量控制器27根据设定比例实时自动调节sf6的流量，实现n2和sf6的体积比在安全范围内精确兑比混合，始终保持恒定浓度；所述第二止回阀28阻止sf6倒流。
所述sf6供气管路2通过高精度气体质量流量控制器27检测并调节sf6的流量，sf6的用量小，单独调节其流量提高了sf6的流量控制精度，更容易严格控制sf6的体积比。即使所述气体质量流量计17和高精度气体质量流量控制器27的输入端的压力差别仍然比较大，但仅需要调节sf6的流量，相较于同时调节n2和sf6的流量，本发明的过程更简单，降低了控制难度。
所述plc控制装置3，分别与所述载流气体供气管路1和sf6供气管路2连接，根据所述载流气体供气管路1反馈的载流气体的流量，控制所述sf6供气管路2对sf6的流量进行调节，将sf6的体积比稳定于0.10％～0.30％之间。
所述混合气体供气装置4，分别与所述载流气体供气管路1和sf6供气管路2的出气口连接，用于混合载流气体和sf6，得到混合气体后向外接的保护气体供给管网输出混合气体。
所述混合气体供气装置4包括混合器40、第一电磁阀41、气动角座阀42、第三止回阀43、混合气体缓冲罐44、第三压力表45、第五压力变送器46、第四止回阀47、第一安全阀48。
所述混合器40分别与所述载流气体供气管路1和sf6供气管路2的出气口连接，用于将载流气体和sf6进行混合，得到混合气体。
所述气动角座阀42与所述混合器40连接，用于控制混合气体的通断，本实施例中所述气动角座阀42为气动先导型角座阀，所述第一电磁阀41作为辅助阀和所述气动角座阀42配合实现混合气体的精确控制。
具体的，所述第一电磁阀41设于所述载流气体供气管路1的旁路上，且与所述plc控制装置3连接，所述plc控制装置3控制所述第一电磁阀41的带电状态实现所述气动角座阀42的开关，所述第一电磁阀41带电，所述载流气体供气管路1的旁路提供一部分载流气体通过所述第一电磁阀41作用于所述气动角座阀42，将所述气动角座阀42打开，载流气体和sf6的混合气体进入所述混合气体供气装置4；所述第一电磁阀41断电，载流气体无法作用于所述气动角座阀42，所述气动角座阀42关闭，暂停载流气体和sf6的混合气体进入所述混合气体供气装置4。相较于其他电动球阀等阀门反应速度慢、切换不准确，所述气动角座阀42可频繁启动、响应速度快、更易精准控制混合气体的流量。
载流气体和sf6的混合气体通过所述气动角座阀42之后经所述第三止回阀43进入所述混合气体缓冲罐44，在所述混合气体缓冲罐44中，载流气体和sf6的混合气体进一步均匀混合，所述混合气体缓冲罐44分别连接了所述第三压力表45、第五压力变送器46、第四止回阀47、第一安全阀48，所述第三压力表45显示所述混合气体缓冲罐44中的压力，所述第五压力变送器46检测压力并将压力信号反馈至所述plc控制装置3，当所述混合气体缓冲罐44中的压力较低时，所述plc控制装置3接收到所述第五压力变送器46反馈的压力信号，进而控制所述第一电磁阀41带电，驱动所述气动角座阀42打开，载流气体和sf6的混合气体持续进入所述混合气体缓冲罐44；当所述混合气体缓冲罐44中的压力达到设定值时，所述plc控制装置3接收到所述第五压力变送器46反馈的压力信号，进而控制所述第一电磁阀41断电，驱动所述气动角座阀42关闭，停止载流气体和sf6的混合气体进入所述混合气体供气装置4。所述混合气体缓冲罐44中的混合气体经过所述第四止回阀47后通过出气口与保护气体供给管网连接，持续输出混合气体。
所述第一安全阀48是当所述混合气体缓冲罐44中的混合气体的压力升高超过设定值时向外排放混合气体以保证设备安全的特殊阀门。
所述氩气应急保护装置5用于所述混合气体供气装置4无法提供混合气体时向所述保护气体供给管网提供氩气实现应急保护。具体的，当所述载流气体供气管路1、sf6供气管路2、混合气体供气装置4中某一元器件发生故障不能供给气体、或者载流气体和sf6的气源发生故障、或者因电路故障而停电时，镁合金熔体就可能得不到混合气体的保护，存在着氧化燃烧的风险，所述氩气应急保护装置5临时提供氩气稀释和隔离镁合金熔体周围的空气，从而达到阻止镁合金熔体氧化燃烧的目的。
所述氩气应急保护装置5包括氩气储存罐51、第四压力表52、第六压力变送器53、球阀54、第二电磁阀55、玻璃管流量计56、第五止回阀57、第二安全阀58，
所述氩气储存罐51用于储存氩气，并分别与所述第四压力表52、第六压力变送器53、球阀54、第二安全阀58连接；所述第四压力表52显示所述氩气储存罐51中的压力，所述第六压力变送器53检测压力并将压力信号反馈至所述plc控制装置3，所述球阀54在正常情况下为常开状态，当所述氩气储存罐51的压力不足时为关闭状态，所述第二安全阀58是当所述氩气储存罐51中的氩气压力升高超过设定值时向外排放氩气以保证设备安全的特殊阀门；
所述第二电磁阀55分别与所述球阀54、所述玻璃管流量计56、及所述plc控制装置3连接，所述第二电磁阀55受所述plc控制装置3的控制实现氩气的通断，具体的，所述第二电磁阀55是常开型电磁阀，正常情况下所述第二电磁阀55通电呈关闭状态，当所述第二电磁阀55断电时呈打开状态，所述第二电磁阀55的通电状态由所述plc控制装置3控制；
所述玻璃管流量计56与所述第五止回阀57连接，其为手动调节型流量计，根据镁合金熔体对保护气体的需求量调节氩气的流量；氩气经过所述第五止回阀57后通过出气口与保护气体供给管网连接，输出氩气。
当所述载流气体供气管路1、sf6供气管路2中某一元器件发生故障不能供给气体、或者载流气体和sf6的气源发生故障时，若所述混合气体缓冲罐44中混合气体充足，所述混合气体供气装置4、以及氩气应急保护装置5均可向镁合金熔体提供保护气体，而且所述混合气体供气装置4、以及氩气应急保护装置5均安装有止回阀，因此所述混合气体缓冲罐44和所述氩气储存罐51中的气体纯度不会发生改变；若所述混合气体缓冲罐44中混合气体不足，则所述plc控制装置3控制所述第二电磁阀55断电，呈打开状态，即仅由所述氩气应急保护装置5向镁合金熔体提供保护气体；
当因电路故障而停电时，所述第二电磁阀55不通电，呈打开状态，所述氩气应急保护装置5也可向镁合金熔体提供氩气进行保护。
需要说明的是，当所述混合气体供气装置4和氩气应急保护装置5均向镁合金熔体提供保护气体时、或者因所述载流气体供气管路1、sf6供气管路2、混合气体供气装置4等发生故障，仅由所述氩气应急保护装置5提供氩气，故障解决后恢复混合气体的供气时，氩气、氮气、sf6混合并不会对管道、及镁合金熔体产生不良影响。
本发明还提供一种镁合金熔炼炉，所述镁合金熔炼炉包括所述镁合金熔炼保护气体的供气系统，所述镁合金熔炼保护气体的供气系统为所述镁合金熔炼炉提供保护气体。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。