專利名稱：熔融的鎂/鎂合金的保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種用于熔融的合金的保護裝置，具體來說，是關于一種熔融的鎂/鎂 合金的保護裝置。
背景技術：
目前絕大部份用于熔融的鎂合金的保護氣體為六氟化硫(SF6)，其在與干燥空氣和 二氧化碳(或氮氣)混合后，直接且連續地通入密閉的熔爐內，以防止熔融的鎂合金燃 燒，從而達到保護效果。雖然，SF6具有比空氣大的分子量(146.5)，因此進入保溫爐后 會沉降在熔融的鎂合金表面，以達到較佳的保護效果。但是，SFs的溫室效應指數(GWP) 是二氧化碳的23，900倍，所以在京都議定書內，SF6屬于嚴格管制的氣體之一，因此在防 止全球暖化日益惡化的趨勢下，SF6的使用和取得將會越來越嚴格。
目前在發展中的替代性保護氣體以冷媒類為主，如環保冷媒(R-134a)和FK (fluoric Ketone)氣體，兩者都屬于氟氫碳化合物。環保冷媒(R-134a)的GWP指數為二氧化碳 的1600倍，雖然比SF6降低許多，但仍不可輕視。FK氣體其GWP指數與二氧化碳相當， 不過其半衰期短，即使在常溫下，仍極易分解成氫氟酸、 一氧化碳、氟化碳酰(COF2) 等，其中氫氟酸為對人體有害的物質。上述兩種新型的保護氣體雖然溫室效應比SFs低 很多，但在價格上，FK為SFe的10倍，雖然其用量較低，但若控制不當，成本勢必提 高。因此，有必要提供一種創新且富有進步性的熔融鎂/鎂合金的保護裝置以應用于鎂合 金鑄造。
發明內容
本發明的目的在于提供一種熔融的鎂/鎂合金的保護裝置，其包括熔爐和噴嘴模塊。 所述熔爐用以容納熔融的鎂/鎂合金。所述噴嘴模塊具有第一端和第二端，所述第一端和 所述第二端相連通，所述第一端設置于所述熔爐內部，所述第二端連接至液態二氧化碳 供應源，所述噴嘴模塊用以將所述液態二氧化碳轉換為固態和氣態的二氧化碳到所述熔 爐內部。
通過利用固態和氣態的二氧化碳，可降低熔融的鎂/鎂合金的表面溫度，且可將熔融 的鎂/鎂合金與熔爐內的空氣隔絕，以防止熔融的鎂/鎂合金燃燒，從而達到保護效果，并且改善常規鑄造工藝所造成的溫室效應。再者，所述噴嘴模塊可與所述熔爐簡易裝配， 且二氧化碳的取得容易、便宜，因此更可大幅降低生產成本。
圖l顯示本發明的熔融鎂/鎂合金的保護裝置的示意圖2顯示本發明的熔融鎂/鎂合金的保護裝置內熔融鎂合金(AZ91D)的時間-氧氣濃 度的示意圖；和
圖3顯示本發明的熔融鎂/鎂合金的保護裝置內熔融鎂的時間-氧氣濃度的示意圖。
具體實施例方式
參考圖l，其顯示本發明的熔融鎂/鎂合金的保護裝置的示意圖。所述保護裝置l包括:
熔爐ll、噴嘴模塊12、取樣系統13和數據處理裝置14。所述熔爐ll用以熔融且容納熔融 的鎂/鎂合金15。所述熔爐11的頂部具有觀察窗111和至少一氣體通道112。經由所述觀察 窗lll可直接觀察所述熔爐ll內部的狀態。所述氣體通道112則是用以使原在所述熔爐11 的空氣排出，以減少所述熔爐ll內的氧氣含量，進而減低所述熔融鎂/鎂合金15與氧氣接 觸的機會。
所述噴嘴模塊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相連 通，所述第一端121設置于所述熔爐11內部，所述第二端122連接至液態二氧化碳供應源 16。在所述實施例中，所述液態二氧化碳供應源16是一個二氧化碳鋼瓶，在其他應用上， 所述液態二氧化碳供應源16可為一個二氧化碳儲存槽。所述噴嘴模塊12用以將所述液態 二氧化碳轉換為固態和氣態的二氧化碳到所述熔爐ll內部，并噴灑于所述熔融的鎂/鎂合 金15的表面上。
所述保護裝置1可另包括控制裝置17,優選地，所述控制裝置17設置于所述噴嘴模塊 12與所述液態二氧化碳供應源16之間。在所述實施例中，所述控制裝置17設置于所述噴 嘴模塊12的所述第一端121與所述液態二氧化碳供應源16之間，用以調節控制進入所述熔 爐ll內部的固態和氣態二氧化碳的含量。所述噴嘴模塊12可依熔爐尺寸的大小配置適當 的數量，而不需重新制作熔爐，只需在熔爐裝配所述噴嘴模塊12和相關周邊設備即可。 針對所述熔融鎂/鎂合金15所需的保護條件，可對二氧化碳噴灑量多寡進行調整(例如 持續地噴灑二氧化碳，或者以脈沖方式間斷地噴灑二氧化碳)，且在常壓下操作，因此設 備成本低。再者，二氧化碳來源為工業副產品，具有便宜、安全的特性。
利用固態和氣態的二氧化碳噴灑于所述熔爐ll內，作為所述熔融鎂/鎂合金15的保護 氣體，其中，所述固態二氧化碳在接觸高溫的熔融鎂/鎂合金15表面時升華為氣體，利用其快速吸熱能力(573KJ/kg)，以降低所述熔融鎂/鎂合金15的表面溫度，因此可降低氧化 鎂的生成速度。并且，因所述固態二氧化碳氣化后體積膨脹800倍，因而可將所述熔爐ll 內的空氣通過所述氣體通道112排出，以快速降低氧氣濃度，隔絕所述熔融鎂/鎂合金15 和空氣接觸，以防止所述熔融鎂/鎂合金15燃燒，達到保護的目的，并且不會有產生一氧 化碳和碳粒等缺點。
所述取樣系統13具有第一部分和第二部分，所述第一部分設置于所述熔爐ll的內部， 所述第二部分設置于所述熔爐ll的外部。在所述實施例中，所述取樣系統13包括熱電耦 組131和微氧檢測系統132。所述數據處理裝置14與所述取樣系統13連接，用以處理和讀 取所述取樣系統13的數據。在所述實施例中，所述數據處理裝置14是計算機。所述熱電 耦組131與所述數據處理裝置14連接，用以測量所述熔融的鎂/鎂合金15的溫度和所述熔
爐n內部氣體的溫度。
所述微氧檢測系統132與所述數據處理裝置14連接，用以測量所述熔融的鎂/鎂合金 15表面的氧氣濃度。其中所述微氧檢測系統132包括取樣管133和微氧檢測器134，所述取 樣管133具有第一端和第二端，所述第一端設置于所述熔爐ll的內部，所述第二端設置于 所述熔爐ll的外部，所述微氧檢測器134分別與所述取樣管133的所述第二端和所述數據 處理裝置14連接。所述微氧檢測系統132另可包括冷卻裝置135，其設置于所述取樣管133 和所述微氧檢測器134之間，用以冷卻來自所述熔爐11內部氣體。
在所述實施例中，所述數據處理裝置14經由控制導線控制所述控制裝置17。并且， 所述數據處理裝置14可隨時監控所述熔融鎂/鎂合金15表面的溫度和氧氣濃度，而所述控 制裝置17則可依據來自所述數據處理裝置14的信息自動調節控制進入所述熔爐ll內部的 固態和氣態二氧化碳的含量。
參考圖2，其顯示本發明的熔融鎂/鎂合金的保護裝置l內熔融鎂合金(AZ91D)的時 間-氧氣濃度的示意圖。參考圖3，其顯示本發明的熔融鎂/鎂合金的保護裝置l內熔融鎂的 時間-氧氣濃度的示意圖。在圖2和圖3中，其是以不同間隔時間(脈沖方式)噴灑二氧化 碳，其中又以間隔時間為兩秒的方式效果最佳。圖2顯示，在噴灑二氧化碳間隔時間為兩 秒的操作條件下，所述熔融鎂合金(AZ91D)的表面氧氣濃度可降低至1000ppm以下(約 800ppm);圖3顯示，在噴灑二氧化碳間隔時間為兩秒的操作條件下，所述熔融鎂的表面 氧氣濃度也可降低至1000ppm以下(約700ppm)。
通過固態和氣態的二氧化碳，可降低熔融鎂/鎂合金的表面溫度，且可將熔融鎂/鎂合 金與空氣隔絕，以防止熔融的鎂/鎂合金燃燒，從而達到保護效果，并且改善常規鑄造工藝所造成的溫室效應。再者，所述噴嘴模塊可與所述熔爐簡易裝配，且二氧化碳的取得 容易、便宜，因此更可大幅降低生產成本。
上述實施例僅為說明本發明的原理及其功效，并非限制本發明。因此所屬領域的技 術人員對上述實施例進行修改和變化仍不脫離本發明的精神。本發明的權利要求范圍應 如隨附的權利要求書所陳述。
權利要求
1.一種熔融的鎂/鎂合金的保護裝置，包括熔爐，其用以容納熔融的鎂/鎂合金；和噴嘴模塊，其具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端相連通，所述第一端設置于所述熔爐內部，所述第二端連接至一液態二氧化碳供應源，所述噴嘴模塊用以將所述液態二氧化碳轉換為固態和氣態的二氧化碳到所述熔爐內部。
2. 根據權利要求l所述的保護裝置，其中所述熔爐另包括至少一氣體通道，用以使原 在所述熔爐的空氣排出。
3. 根據權利要求l所述的保護裝置，其另包括設置于所述噴嘴模塊與所述液態二氧化 碳供應源之間的控制裝置，用以調節控制進入所述熔爐內部的固態和氣態二氧化碳 的含量。
4. 根據權利要求3所述的保護裝置，其另包括取樣系統，所述取樣系統具有第一部分 和第二部分，所述第一部分設置于所述熔爐的內部，所述第二部分設置于所述熔爐 的外部，所述取樣系統用以對所述熔爐內的數據進行取樣。
5. 根據權利要求4所述的保護裝置，其另包括數據處理裝置，所述數據處理裝置與所述取樣系統連接，用以處理和讀取所述取樣系統的數據。
6. 根據權利要求5所述的保護裝置，其中所述數據處理裝置用以控制所述控制裝置。
7. 根據權利要求5所述的保護裝置，其中所述數據處理裝置是計算機。
8. 根據權利要求5所述的保護裝置，其中所述取樣系統另包括熱電耦組，所述熱電耦 組與所述數據處理裝置連接，用以測量所述熔融鎂/鎂合金的溫度和熔爐內部氣體的、〉曰阱
9. 根據權利要求5所述的保護裝置，其中所述取樣系統另包括微氧檢測系統，所述微 氧檢測系統與所述數據處理裝置連接，用以測量所述熔融鎂/鎂合金表面的氧濃度。
10. 根據權利要求9所述的保護裝置，其中所述微氧檢測系統包括取樣管和微氧檢測器， 所述取樣管具有第一端和第二端，所述第一端設置于所述熔爐的內部，所述第二端 設置于所述熔爐的外部，所述微氧檢測器分別與所述取樣管和所述數據處理裝置連 接。
11. 根據權利要求10所述的保護裝置，其中所述微氧檢測系統另包括冷卻裝置，所述冷 卻裝置設置于所述取樣管和所述微氧檢測器之間。'
12. 根據權利要求l所述的保護裝置，其中所述熔爐的頂部具有觀察窗。
13. 根據權利要求l所述的保護裝置，其中所述液態二氧化碳供應源是一個二氧化碳鋼 瓶或一個二氧化碳儲存槽。
全文摘要
本發明是關于一種熔融的鎂/鎂合金的保護裝置。所述保護裝置包括熔爐和噴嘴模塊。所述熔爐用以容納熔融的鎂/鎂合金。所述噴嘴模塊具有第一端和第二端，其中所述第一端設置于所述熔爐內部，且所述第二端連接至一液態二氧化碳供應源，所述噴嘴模塊用以將所述液態二氧化碳轉換為固態和氣態的二氧化碳到所述熔爐內部。通過利用固態和氣態的二氧化碳，可降低熔融的鎂/鎂合金的表面溫度，且可將熔融的鎂/鎂合金與所述熔爐內的空氣隔絕，以防止熔融的鎂/鎂合金燃燒。由此可保護熔融的鎂/鎂合金，并且改善常規鑄造工藝所造成的溫室效應。
文檔編號C22B9/00GK101314817SQ200710107350
公開日2008年12月3日 申請日期2007年5月29日 優先權日2007年5月29日
發明者楊勝仲, 邱云進, 郭子禎 申請人:財團法人金屬工業研究發展中心