专利名称：熔融的镁/镁合金的保护装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种用于熔融的合金的保护装置，具体来说，是关于一种熔融的镁/镁 合金的保护装置。
背景技术：
目前绝大部份用于熔融的镁合金的保护气体为六氟化硫(SF6)，其在与干燥空气和 二氧化碳(或氮气)混合后，直接且连续地通入密闭的熔炉内，以防止熔融的镁合金燃 烧，从而达到保护效果。虽然，SF6具有比空气大的分子量(146.5)，因此进入保温炉后 会沉降在熔融的镁合金表面，以达到较佳的保护效果。但是，SFs的温室效应指数(GWP) 是二氧化碳的23，900倍，所以在京都议定书内，SF6属于严格管制的气体之一，因此在防 止全球暖化日益恶化的趋势下，SF6的使用和取得将会越来越严格。
目前在发展中的替代性保护气体以冷媒类为主，如环保冷媒(R-134a)和FK (fluoric Ketone)气体，两者都属于氟氢碳化合物。环保冷媒(R-134a)的GWP指数为二氧化碳 的1600倍，虽然比SF6降低许多，但仍不可轻视。FK气体其GWP指数与二氧化碳相当， 不过其半衰期短，即使在常温下，仍极易分解成氢氟酸、 一氧化碳、氟化碳酰(COF2) 等，其中氢氟酸为对人体有害的物质。上述两种新型的保护气体虽然温室效应比SFs低 很多，但在价格上，FK为SFe的10倍，虽然其用量较低，但若控制不当，成本势必提 高。因此，有必要提供一种创新且富有进步性的熔融镁/镁合金的保护装置以应用于镁合 金铸造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔融的镁/镁合金的保护装置，其包括熔炉和喷嘴模块。 所述熔炉用以容纳熔融的镁/镁合金。所述喷嘴模块具有第一端和第二端，所述第一端和 所述第二端相连通，所述第一端设置于所述熔炉内部，所述第二端连接至液态二氧化碳 供应源，所述喷嘴模块用以将所述液态二氧化碳转换为固态和气态的二氧化碳到所述熔 炉内部。
通过利用固态和气态的二氧化碳，可降低熔融的镁/镁合金的表面温度，且可将熔融 的镁/镁合金与熔炉内的空气隔绝，以防止熔融的镁/镁合金燃烧，从而达到保护效果，并且改善常规铸造工艺所造成的温室效应。再者，所述喷嘴模块可与所述熔炉简易装配， 且二氧化碳的取得容易、便宜，因此更可大幅降低生产成本。
图l显示本发明的熔融镁/镁合金的保护装置的示意图2显示本发明的熔融镁/镁合金的保护装置内熔融镁合金(AZ91D)的时间-氧气浓 度的示意图；和
图3显示本发明的熔融镁/镁合金的保护装置内熔融镁的时间-氧气浓度的示意图。
具体实施例方式
参考图l，其显示本发明的熔融镁/镁合金的保护装置的示意图。所述保护装置l包括:
熔炉ll、喷嘴模块12、取样系统13和数据处理装置14。所述熔炉ll用以熔融且容纳熔融 的镁/镁合金15。所述熔炉11的顶部具有观察窗111和至少一气体通道112。经由所述观察 窗lll可直接观察所述熔炉ll内部的状态。所述气体通道112则是用以使原在所述熔炉11 的空气排出，以减少所述熔炉ll内的氧气含量，进而减低所述熔融镁/镁合金15与氧气接 触的机会。
所述喷嘴模块12具有第一端121和第二端122，所述第一端121和所述第二端122相连 通，所述第一端121设置于所述熔炉11内部，所述第二端122连接至液态二氧化碳供应源 16。在所述实施例中，所述液态二氧化碳供应源16是一个二氧化碳钢瓶，在其他应用上， 所述液态二氧化碳供应源16可为一个二氧化碳储存槽。所述喷嘴模块12用以将所述液态 二氧化碳转换为固态和气态的二氧化碳到所述熔炉ll内部，并喷洒于所述熔融的镁/镁合 金15的表面上。
所述保护装置1可另包括控制装置17,优选地，所述控制装置17设置于所述喷嘴模块 12与所述液态二氧化碳供应源16之间。在所述实施例中，所述控制装置17设置于所述喷 嘴模块12的所述第一端121与所述液态二氧化碳供应源16之间，用以调节控制进入所述熔 炉ll内部的固态和气态二氧化碳的含量。所述喷嘴模块12可依熔炉尺寸的大小配置适当 的数量，而不需重新制作熔炉，只需在熔炉装配所述喷嘴模块12和相关周边设备即可。 针对所述熔融镁/镁合金15所需的保护条件，可对二氧化碳喷洒量多寡进行调整(例如 持续地喷洒二氧化碳，或者以脉冲方式间断地喷洒二氧化碳)，且在常压下操作，因此设 备成本低。再者，二氧化碳来源为工业副产品，具有便宜、安全的特性。
利用固态和气态的二氧化碳喷洒于所述熔炉ll内，作为所述熔融镁/镁合金15的保护 气体，其中，所述固态二氧化碳在接触高温的熔融镁/镁合金15表面时升华为气体，利用其快速吸热能力(573KJ/kg)，以降低所述熔融镁/镁合金15的表面温度，因此可降低氧化 镁的生成速度。并且，因所述固态二氧化碳气化后体积膨胀800倍，因而可将所述熔炉ll 内的空气通过所述气体通道112排出，以快速降低氧气浓度，隔绝所述熔融镁/镁合金15 和空气接触，以防止所述熔融镁/镁合金15燃烧，达到保护的目的，并且不会有产生一氧 化碳和碳粒等缺点。
所述取样系统13具有第一部分和第二部分，所述第一部分设置于所述熔炉ll的内部， 所述第二部分设置于所述熔炉ll的外部。在所述实施例中，所述取样系统13包括热电耦 组131和微氧检测系统132。所述数据处理装置14与所述取样系统13连接，用以处理和读 取所述取样系统13的数据。在所述实施例中，所述数据处理装置14是计算机。所述热电 耦组131与所述数据处理装置14连接，用以测量所述熔融的镁/镁合金15的温度和所述熔
炉n内部气体的温度。
所述微氧检测系统132与所述数据处理装置14连接，用以测量所述熔融的镁/镁合金 15表面的氧气浓度。其中所述微氧检测系统132包括取样管133和微氧检测器134，所述取 样管133具有第一端和第二端，所述第一端设置于所述熔炉ll的内部，所述第二端设置于 所述熔炉ll的外部，所述微氧检测器134分别与所述取样管133的所述第二端和所述数据 处理装置14连接。所述微氧检测系统132另可包括冷却装置135，其设置于所述取样管133 和所述微氧检测器134之间，用以冷却来自所述熔炉11内部气体。
在所述实施例中，所述数据处理装置14经由控制导线控制所述控制装置17。并且， 所述数据处理装置14可随时监控所述熔融镁/镁合金15表面的温度和氧气浓度，而所述控 制装置17则可依据来自所述数据处理装置14的信息自动调节控制进入所述熔炉ll内部的 固态和气态二氧化碳的含量。
参考图2，其显示本发明的熔融镁/镁合金的保护装置l内熔融镁合金(AZ91D)的时 间-氧气浓度的示意图。参考图3，其显示本发明的熔融镁/镁合金的保护装置l内熔融镁的 时间-氧气浓度的示意图。在图2和图3中，其是以不同间隔时间(脉冲方式)喷洒二氧化 碳，其中又以间隔时间为两秒的方式效果最佳。图2显示，在喷洒二氧化碳间隔时间为两 秒的操作条件下，所述熔融镁合金(AZ91D)的表面氧气浓度可降低至1000ppm以下(约 800ppm);图3显示，在喷洒二氧化碳间隔时间为两秒的操作条件下，所述熔融镁的表面 氧气浓度也可降低至1000ppm以下(约700ppm)。
通过固态和气态的二氧化碳，可降低熔融镁/镁合金的表面温度，且可将熔融镁/镁合 金与空气隔绝，以防止熔融的镁/镁合金燃烧，从而达到保护效果，并且改善常规铸造工艺所造成的温室效应。再者，所述喷嘴模块可与所述熔炉简易装配，且二氧化碳的取得 容易、便宜，因此更可大幅降低生产成本。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明。因此所属领域的技 术人员对上述实施例进行修改和变化仍不脱离本发明的精神。本发明的权利要求范围应 如随附的权利要求书所陈述。
权利要求
1.一种熔融的镁/镁合金的保护装置，包括熔炉，其用以容纳熔融的镁/镁合金；和喷嘴模块，其具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端相连通，所述第一端设置于所述熔炉内部，所述第二端连接至一液态二氧化碳供应源，所述喷嘴模块用以将所述液态二氧化碳转换为固态和气态的二氧化碳到所述熔炉内部。
2. 根据权利要求l所述的保护装置，其中所述熔炉另包括至少一气体通道，用以使原 在所述熔炉的空气排出。
3. 根据权利要求l所述的保护装置，其另包括设置于所述喷嘴模块与所述液态二氧化 碳供应源之间的控制装置，用以调节控制进入所述熔炉内部的固态和气态二氧化碳 的含量。
4. 根据权利要求3所述的保护装置，其另包括取样系统，所述取样系统具有第一部分 和第二部分，所述第一部分设置于所述熔炉的内部，所述第二部分设置于所述熔炉 的外部，所述取样系统用以对所述熔炉内的数据进行取样。
5. 根据权利要求4所述的保护装置，其另包括数据处理装置，所述数据处理装置与所述取样系统连接，用以处理和读取所述取样系统的数据。
6. 根据权利要求5所述的保护装置，其中所述数据处理装置用以控制所述控制装置。
7. 根据权利要求5所述的保护装置，其中所述数据处理装置是计算机。
8. 根据权利要求5所述的保护装置，其中所述取样系统另包括热电耦组，所述热电耦 组与所述数据处理装置连接，用以测量所述熔融镁/镁合金的温度和熔炉内部气体的、〉曰阱
9. 根据权利要求5所述的保护装置，其中所述取样系统另包括微氧检测系统，所述微 氧检测系统与所述数据处理装置连接，用以测量所述熔融镁/镁合金表面的氧浓度。
10. 根据权利要求9所述的保护装置，其中所述微氧检测系统包括取样管和微氧检测器， 所述取样管具有第一端和第二端，所述第一端设置于所述熔炉的内部，所述第二端 设置于所述熔炉的外部，所述微氧检测器分别与所述取样管和所述数据处理装置连 接。
11. 根据权利要求10所述的保护装置，其中所述微氧检测系统另包括冷却装置，所述冷 却装置设置于所述取样管和所述微氧检测器之间。'
12. 根据权利要求l所述的保护装置，其中所述熔炉的顶部具有观察窗。
13. 根据权利要求l所述的保护装置，其中所述液态二氧化碳供应源是一个二氧化碳钢 瓶或一个二氧化碳储存槽。
全文摘要
本发明是关于一种熔融的镁/镁合金的保护装置。所述保护装置包括熔炉和喷嘴模块。所述熔炉用以容纳熔融的镁/镁合金。所述喷嘴模块具有第一端和第二端，其中所述第一端设置于所述熔炉内部，且所述第二端连接至一液态二氧化碳供应源，所述喷嘴模块用以将所述液态二氧化碳转换为固态和气态的二氧化碳到所述熔炉内部。通过利用固态和气态的二氧化碳，可降低熔融的镁/镁合金的表面温度，且可将熔融的镁/镁合金与所述熔炉内的空气隔绝，以防止熔融的镁/镁合金燃烧。由此可保护熔融的镁/镁合金，并且改善常规铸造工艺所造成的温室效应。
文档编号C22B9/00GK101314817SQ200710107350
公开日2008年12月3日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者杨胜仲, 邱云进, 郭子祯 申请人:财团法人金属工业研究发展中心