RU2763844C1 - Method for preparation and supply of a protective gas mixture for melting magnesium alloys - Google Patents
Method for preparation and supply of a protective gas mixture for melting magnesium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763844C1 RU2763844C1 RU2021124118A RU2021124118A RU2763844C1 RU 2763844 C1 RU2763844 C1 RU 2763844C1 RU 2021124118 A RU2021124118 A RU 2021124118A RU 2021124118 A RU2021124118 A RU 2021124118A RU 2763844 C1 RU2763844 C1 RU 2763844C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas mixture
- gas
- carrier gas
- crucible
- melting
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 69
- KGAHKQBZVJJFBW-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2,2,6,6,7,7,7-decafluoro-3,3,5,5-tetrakis(trifluoromethyl)heptan-4-one Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(C(F)(F)F)(C(F)(F)F)C(=O)C(C(F)(F)F)(C(F)(F)F)C(F)(F)C(F)(F)F KGAHKQBZVJJFBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 11
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 16
- 239000003570 air Substances 0.000 description 8
- AOGHAKZMOWNTJE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2,2,4,4,5,5,6,6,6-dodecafluorohexan-3-one Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F AOGHAKZMOWNTJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 3
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- IYRWEQXVUNLMAY-UHFFFAOYSA-N carbonyl fluoride Chemical class FC(F)=O IYRWEQXVUNLMAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VFZCPZOOBHMUBZ-UHFFFAOYSA-N [Mg].FOF Chemical class [Mg].FOF VFZCPZOOBHMUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
- B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
- B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C23/00—Alloys based on magnesium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к плавке и литью сплавов на основе магния, и может быть использовано для получения фасонных отливок, обладающих сочетанием хороших прочностных свойств, а также повышенной коррозионной стойкостью, например, корпусов различных агрегатов, используемых в аэрокосмической отрасли и в других отраслях промышленности.The invention relates to the field of metallurgy, specifically to the melting and casting of alloys based on magnesium, and can be used to obtain shaped castings with a combination of good strength properties, as well as increased corrosion resistance, for example, housings of various units used in the aerospace industry and in others industries.
Уровень техникиState of the art
Особенностью практически всех используемых в настоящее время магниевых литейных сплавов является их склонность к интенсивному окислению вплоть до возгорания при контакте с воздухом в процессе плавки и литья. Вследствие этого предпринимаются специальные меры по защите поверхности металла от контакта с атмосферой.A feature of almost all currently used magnesium casting alloys is their tendency to intense oxidation up to ignition on contact with air during melting and casting. As a result, special measures are taken to protect the metal surface from contact with the atmosphere.
Самым распространенным способом защиты от окисления является ведение плавки с применением покровных и рафинирующих флюсов на основе хлористых и фтористых солей (Альтман М.Б., Лебедев А.А. и др. «Плавка и литье легких сплавов». М., «Металлургия», 1969 г., стр. 332-335). Однако включения флюсов в литом металле значительно снижают коррозионную стойкость литых деталей, поэтому в настоящее время плавка с использованием флюсов постепенно заменяется плавкой с использованием защитной газовой атмосферы. В качестве газов, применяемых для этого, используют различные химические соединения, образующие на поверхности жидкого магниевого расплава плотную защитную пленку.The most common method of protection against oxidation is melting with the use of coating and refining fluxes based on chloride and fluoride salts (Altman M.B., Lebedev A.A. and others. “Smelting and casting of light alloys”. M., “Metallurgy” , 1969, pp. 332-335). However, inclusions of fluxes in cast metal significantly reduce the corrosion resistance of cast parts, therefore, at present, melting using fluxes is gradually being replaced by melting using a protective gas atmosphere. The gases used for this are various chemical compounds that form a dense protective film on the surface of the liquid magnesium melt.
Наиболее распространенными защитными газами для плавки магниевых сплавов являются крайне токсичный диоксид серы SO2 и элегаз SF6, кроме того известны и другие защитные газы (таблица 1), причем более 20 лет предпочтительным защитным газом был элегаз (SF6) в низких концентрациях в смеси с воздухом, аргоном или диоксидом углерода.The most common shield gases for melting magnesium alloys are the highly toxic sulfur dioxide SO 2 and SF 6 , and other shield gases are also known (Table 1), with SF6 (SF 6 ) at low concentrations in the mixture being the preferred shield gas for over 20 years. with air, argon or carbon dioxide.
Таблица 1. Защитные газы, используемые для плавки магниевых сплавовTable 1 Shielding gases used for melting magnesium alloys
Из-за экстремальных значений потенциала глобального потепления (Global Warming Potential - GWP) в последнее время SF6 активно заменяется другими соединениями (Regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases and repealing Regulation (EC) No 842/2006Text with EEA relevance. P. 36).Due to the extreme values of the Global Warming Potential (GWP), SF 6 has recently been actively replaced by other compounds (Regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases and repealing Regulation (EC) No 842/2006 Text with EEA relevance P. 36).
Известен способ обработки расплавленных реакционноспособных металлов и сплавов с использованием фторуглеродов в качестве защитного газа (US 6,685,764 B2, 22.03.2003), где для защиты магниевых расплавов предлагается использовать смесь перфторкетонов, гидрофторкетонов и их смесей с осушенным воздухом или другими газами. Преимущество этой смеси заключается в очень низком значении GWP компонентов (менее 10) и их слабой токсичности для человека. Недостатком данного способа является наличие достаточно большого количества фтороводорода в продуктах реакции газовой смеси с воздухом и жидкого магния, что ведет к разрушению металлических частей плавильной установки.There is a known method for processing molten reactive metals and alloys using fluorocarbons as a protective gas (US 6,685,764 B2, 03/22/2003), where it is proposed to use a mixture of perfluoroketones, hydrofluoroketones and their mixtures with dried air or other gases to protect magnesium melts. The advantage of this mixture lies in the very low GWP value of the components (less than 10) and their low toxicity to humans. The disadvantage of this method is the presence of a sufficiently large amount of hydrogen fluoride in the reaction products of the gas mixture with air and liquid magnesium, which leads to the destruction of the metal parts of the smelter.
Также известен материал Novec 612, разработанный компанией 3M Innovative Properties Company (США), который предназначен для защиты расплавленных реакционноспособных металлов, таких как магний и его сплавы, в смеси с CO2 или осушенным воздухом и способ его применения (https://multimedia.3m.com/mws/media/713947O/3m-novec-612-magnesium-protection-fluid.pdf). Материал Novec 612 представляет собой жидкость, которая значительно более реакционноспособна при температурах расплава и, следовательно, более эффективно используется, чем SF6. Однако поскольку материал жидкий при комнатной температуре (температура кипения 49,2°C), создание газовой смеси представляет некоторые трудности. Способ создания защитной газовой смеси с использованием жидкого Novec 612 (прототип) заключается в вводе Novec 612 в поток газа-носителя с помощью барботера газа или прецизионной насосной системы, в результате чего Novec 612 переходит в газообразное состояние. Novec 612 является эффективным защитным газовым агентом для защиты расплавленного магния, однако реализация способа его применения связана с использованием специального высокоточного оборудования, а следовательно, с увеличением стоимости производства.Also known is the material Novec 612, developed by 3M Innovative Properties Company (USA), which is designed to protect molten reactive metals such as magnesium and its alloys, mixed with CO 2 or dried air, and the method of its application (https://multimedia. 3m.com/mws/media/713947O/3m-novec-612-magnesium-protection-fluid.pdf). Novec 612 is a fluid that is significantly more reactive at melt temperatures and therefore more efficiently used than SF6. However, since the material is liquid at room temperature (boiling point 49.2°C), creating a gas mixture presents some difficulties. The way to create a protective gas mixture using liquid Novec 612 (prototype) is to enter Novec 612 into the carrier gas flow using a gas bubbler or precision pumping system, resulting in Novec 612 goes into a gaseous state. Novec 612 is an effective protective gas agent for the protection of molten magnesium, however, the implementation of the method of its application is associated with the use of special high-precision equipment, and therefore with an increase in production costs.
В отечественной промышленности известен газ хладон ФК 5-1-12 (перфторэтилизопропилкетон), который относится к фторкетонам и предназначен, прежде всего, для использования в качестве хладагента и средства для пожаротушения. Основным его преимуществом при использовании в качестве активного газа для создания газовой смеси перфторэтилизопропилкетона перед другими активными газами является его низкий показатель GWP, что в значительной мере повышает соответствие технологии плавки магниевых сплавов в газовой атмосфере, постоянно ужесточающимся экологическим требованиям.In the domestic industry, freon gas FK 5-1-12 (perfluoroethylisopropyl ketone) is known, which belongs to fluoroketones and is intended primarily for use as a refrigerant and fire extinguishing agent. Its main advantage when used as an active gas to create a gas mixture of perfluoroethylisopropylketone over other active gases is its low GWP, which greatly increases the compliance of the technology of melting magnesium alloys in a gaseous atmosphere with constantly tightening environmental requirements.
Несмотря на его схожесть химической формулы с материалом Novec 612, он ранее не использовался как материал для создания защитной газовой атмосферы для плавки магниевых сплавов, поскольку перфторэтилизопропилкетон при комнатной температуре представляет собой жидкость и активно не испаряется на воздухе, таким образом создание газовой смеси, в которой перфторэтилизопропилкетон достигал бы необходимой концентрации, затруднено.Despite its similarity in chemical formula to Novec 612, it has not previously been used as a shielding gas material for magnesium alloy melting because PFEK is a liquid at room temperature and does not actively evaporate in air, thus creating a gas mixture in which perfluoroethylisopropylketone would reach the required concentration, it is difficult.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа приготовления и подачи защитной газовой смеси для плавки магниевых сплавов, позволяющего упростить конструкцию газовой системы для ввода защитной газовой смеси и использовать при создании этой смеси жидкий материал, в частности перфторэтилизопропилкетон.The technical objective of the invention is to create a method for preparing and supplying a protective gas mixture for melting magnesium alloys, which makes it possible to simplify the design of a gas system for introducing a protective gas mixture and use liquid material, in particular perfluoroethylisopropyl ketone, to create this mixture.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции газовой системы для ввода защитной газовой смеси для плавки большинства промышленных магниевых сплавов в части дозирования, смешивания и подачи к поверхности расплава компонентов газовой смеси.The technical result of the invention is to simplify the design of the gas system for introducing a protective gas mixture for melting most industrial magnesium alloys in terms of dosing, mixing and supplying gas mixture components to the melt surface.
Технический результат достигается тем, что предложен способ приготовления и подачи защитной газовой смеси газа-носителя, инертного или малоактивного по отношению к расплаву, и газообразного перфторэтилизопропилкетона при плавке магниевых сплавов, отличающийся тем, что газовую смесь, содержащую перфторэтилизопропилкетон в количестве 0,1-10 % от объема подаваемой газовой смеси, получают непосредственно в подводящей трубке, подающей газовую смесь к плавильному тиглю, посредством смешения газа-носителя и газообразного перфторэтилизопропилкетона, получаемого испарением его жидкой фазы (формы), подводимой самотеком капельным способом через капиллярный ввод непосредственно в подводящую трубку, за счет конвективной передачи тепла от металла в тигле.The technical result is achieved by the proposed method for preparing and supplying a protective gas mixture of a carrier gas, inert or inactive with respect to the melt, and gaseous perfluoroethylisopropyl ketone when melting magnesium alloys, characterized in that the gas mixture containing perfluoroethylisopropyl ketone in an amount of 0.1-10 % of the volume of the supplied gas mixture, is obtained directly in the supply tube supplying the gas mixture to the melting crucible, by mixing the carrier gas and gaseous perfluoroethylisopropyl ketone, obtained by evaporation of its liquid phase (form), supplied by gravity in a drip way through a capillary inlet directly into the supply tube, due to convective heat transfer from the metal in the crucible.
Содержание перфторэтилизопропилкетона в газовой смеси в количестве 0,1-10% от объема подаваемой газовой смеси обусловлено по нижней границе минимально необходимым для формирования на поверхности расплава защитной плены оксифторидов магния количеством перфторэтилизопропилкетона, а с верхней стороны - содержанием в газовой смеси перфторэтилизопропилкетона, превышение которого будет приводить к активному разрушению стенок плавильного тигля.The content of perfluoroethylisopropylketone in the gas mixture in the amount of 0.1-10% of the volume of the supplied gas mixture is due to the minimum amount of perfluorethylisopropylketone necessary for the formation of a protective film of magnesium oxyfluorides on the surface of the melt, and on the upper side - the content of perfluoroethylisopropylketone in the gas mixture, the excess of which will be lead to active destruction of the walls of the melting crucible.
В качестве газа-носителя допустимо использовать аргон, диоксид углерода, гелий, азот, осушенный воздух, а также смесь двух и более перечисленных газов. Выбор этих газов в качестве газов-носителей обусловлен их инертностью или слабой химической активностью по отношению к магниевому расплаву при используемых температурах плавки.It is permissible to use argon, carbon dioxide, helium, nitrogen, dried air, as well as a mixture of two or more of these gases as a carrier gas. The choice of these gases as carrier gases is due to their inertness or low chemical activity with respect to the magnesium melt at the melting temperatures used.
Предпочтительно, что крышка тигля снабжена рабочим отверстием с крышкой, которое может быть открыто в процессе плавки для проведения работ с металлом в печи, при этом расход газовой смеси, подаваемой в тигель, увеличивают для компенсации его рассеивания в атмосфере рабочей зоны цеха.It is preferable that the crucible lid is provided with a working opening with a lid, which can be opened during the melting process for working with metal in the furnace, while the flow rate of the gas mixture supplied to the crucible is increased to compensate for its dispersion in the atmosphere of the working area of the shop.
Важно, что капиллярный ввод, используемый для ввода жидкого перфторэтилизопропилкетона в подводящую трубку, имеет диаметр капиллярного отверстия 0,1-1,5 мм. Применение капиллярного отверстия другого диаметра не способствует устойчивому капельному дозированию перфторэтилизопропилкетона.It is important that the capillary inlet used to introduce the liquid perfluoroethylisopropylketone into the inlet tube has a capillary hole diameter of 0.1-1.5 mm. The use of a capillary hole of a different diameter does not contribute to stable drip dosing of perfluoroethylisopropylketone.
Основными отличиями от прототипа являются:The main differences from the prototype are:
использование оригинального способа приготовления и подачи газовой смеси, которая не создается заранее с помощью барботера газа или прецизионной насосной системы, а создается непосредственно в подводящей трубке, подающей газовую смесь к плавильному тиглю, за счет смешения газов при поступлении в подводящую трубку газа-носителя и жидкого перфторэтилизопропилкетона, который испаряется при нагреве от тепла металла в тигле, что значительно упрощает конструкцию газовой системы;the use of an original method for preparing and supplying a gas mixture, which is not created in advance using a gas bubbler or a precision pumping system, but is created directly in the inlet pipe supplying the gas mixture to the melting crucible, due to the mixing of gases when carrier gas and liquid enter the inlet pipe perfluoroethylisopropylketone, which evaporates when heated from the heat of the metal in the crucible, which greatly simplifies the design of the gas system;
подача жидкого перфторэтилизопропилкетона для образования смеси производят капельным способом непосредственно в подводящую трубку через капиллярный ввод самотеком, дозировка осуществляется по объему вытекающей жидкости, расход которой определяется по шкале, нанесенной на прозрачную стенку сосуда с жидким перфторэтилизопропилкетоном из расчета образования из 1 мл жидкого перфторэтилизопропилкетона примерно 120 мл газообразного. Этот способ дозирования позволяет наглядно контролировать расход перфторэтилизопропилкетона и оперативно изменять подаваемое количество активного газа и при этом не применять сложные и дорогостоящие устройства дозирования и измерения газов.the supply of liquid perfluoroethylisopropylketone to form a mixture is carried out by drip method directly into the inlet pipe through a capillary inlet by gravity, the dosage is carried out according to the volume of the outflowing liquid, the flow rate of which is determined by the scale applied to the transparent wall of the vessel with liquid perfluoroethylisopropylketone based on the formation of approximately 120 ml from 1 ml of liquid perfluoroethylisopropylketone gaseous. This method of dosing makes it possible to visually control the consumption of perfluoroethylisopropylketone and quickly change the supplied amount of active gas without using complex and expensive devices for dosing and measuring gases.
Описание иллюстрацийDescription of illustrations
Изобретение поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1. показано устройство приготовления и подачи защитной газовой смеси, где: The invention is illustrated by illustrations, where in Fig. 1. shows a device for preparing and supplying a protective gas mixture, where:
1 - баллон; 2 - газовый редуктор; 3 - манометр; 4 - ротаметр; 5 - тигель; 6 - полость тигля; 7 - крышка тигля; 8 - поверхность расплава; 9 - градуированная прозрачная стенка; 10 - подводящая трубка; 11 - система; 12 - капельница; 13 - капиллярный ввод; 14 - регулятор расхода; 15 - отводная трубка.1 - balloon; 2 - gas reducer; 3 - manometer; 4 - rotameter; 5 - crucible; 6 - crucible cavity; 7 - crucible cover; 8 - melt surface; 9 - graduated transparent wall; 10 - inlet tube; 11 - system; 12 - dropper; 13 - capillary input; 14 - flow regulator; 15 - outlet tube.
На фиг. 2 показана защитная пленка на поверхности магниевого сплава МЛ5 (изображение со сканирующего электронного микроскопа), расплавленного в атмосфере защитного газа, состоящего из 99 об.% аргона и 0,5 об.% перфторэтилизопропилкетона, приготовленного с помощью устройства приготовления и подачи защитной газовой смеси, состоящая из фторида и оксида магния с примесью углерода.In FIG. 2 shows a protective film on the surface of an ML5 magnesium alloy (image from a scanning electron microscope), melted in a protective gas atmosphere consisting of 99 vol.% argon and 0.5 vol.% perfluoroethylisopropyl ketone, prepared using a device for preparing and supplying a protective gas mixture, consisting of fluoride and magnesium oxide with an admixture of carbon.
На фиг. 3 показана защитная пленка на поверхности магниевого сплава МЛ10 (изображение со сканирующего электронного микроскопа), расплавленного в атмосфере защитного газа, состоящего из 99 об.% аргона и 0,5 об.% перфторэтилизопропилкетона, приготовленного с помощью устройства приготовления и подачи защитной газовой смеси, состоящая из фторида и оксида магния с примесью углерода.In FIG. 3 shows a protective film on the surface of an ML10 magnesium alloy (image from a scanning electron microscope), melted in a protective gas atmosphere consisting of 99 vol.% argon and 0.5 vol.% perfluoroethylisopropylketone, prepared using a device for preparing and supplying a protective gas mixture, consisting of fluoride and magnesium oxide with an admixture of carbon.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Из баллона (1) газ-носитель через газовый редуктор (2), снабженный манометром (3) и ротаметром (4), подается в подводящую трубку, имеющую наклон в сторону тигля (5), из которой попадает в полость тигля (6) через герметичную крышку тигля (7), по пути смешиваясь с испаряющимся перфторэтилизопропилкетоном, где и распределяется над поверхностью расплава (8), в то же время, перфторэтилизопропилкетон, находящийся в жидком состоянии в емкости, имеющей градуированную прозрачную стенку (9), располагающейся выше подводящей трубки (10), с возможностью восполнения убыли перфторэтилизопропилкетона, расходуемого в процессе работы системы (11), вытекает капельным способом через капельницу с прозрачными стенками (12) в трубку, которая соединяется с подводящей трубкой через тройник с капиллярным вводом диаметром 0,1-1,5 мм (13), причем скорость истечения хладона регулируется с помощью регулятора расхода (14), при этом перфторэтилизопропилкетон переходит в газообразное состояние и смешивается с газом-носителем только в подводящей трубке за счет тепла, идущего от тигля, когда стекает по наклонной подводящей трубке в сторону металла, а излишки газовой смеси удаляются из тигля через отводную трубку (15), в систему вытяжной вентиляции. From the cylinder (1), the carrier gas through the gas reducer (2) equipped with a pressure gauge (3) and rotameter (4) is fed into the inlet pipe, which has an inclination towards the crucible (5), from which it enters the cavity of the crucible (6) through tight cover of the crucible (7), along the way mixing with evaporating perfluoroethylisopropylketone, where it is distributed over the surface of the melt (8), at the same time, perfluoroethylisopropylketone, which is in a liquid state in a container with a graduated transparent wall (9), located above the inlet pipe (10), with the possibility of replenishing the loss of perfluoroethylisopropyl ketone consumed during the operation of the system (11), flows in a drip way through a dropper with transparent walls (12) into a tube that is connected to the supply tube through a tee with a capillary inlet with a diameter of 0.1-1, 5 mm (13), and the freon outflow rate is regulated by the flow regulator (14), while the perfluoroethylisopropyl ketone passes into a gaseous state and mixes with gas-n oscillator only in the inlet pipe due to the heat coming from the crucible, when it flows down the inclined inlet pipe towards the metal, and the excess gas mixture is removed from the crucible through the outlet pipe (15) into the exhaust ventilation system.
Пример 1Example 1
Была проведена плавка содержащего алюминий магниевого сплава МЛ5 в стальном тигле под стальной крышкой, оборудованной отверстиями для входа и выхода газовой смеси. В одно отверстие устанавливалась подводящая трубка, через которую газовая смесь газа носителя и газообразного перфторэтилизопропилкетона подавалась в плавильный тигель, в другое отверстие устанавливалась отводящая трубка, соединенная с системой вытяжной вентиляции для эвакуации продуктов реакции из помещения, места ввода трубок и примыкания стальной крышки к тиглю герметизировались. В подводящую трубку, по которой подавался газ-носитель, через тройник сверху устанавливалась трубка, идущая от стеклянного сосуда с жидким перфторэтилизопропилкетоном, на стенке которого была нанесена градировочная шкала, позволяющая определять расход. Расход жидкого перфторэтилизопропилкетона регулировался с помощью клапана, установленного на трубке, идущей от стеклянного сосуда, и был установлен на уровне 0,5 % газообразного перфторэтилизопропилкетона от объема подаваемой газовой смеси. Необходимое количество для получения газовой смеси определяли из расчета получения из 1 мл жидкого перфторэтилизопропилкетона 120 мл газа. Подача перфторэтилизопропилкетона в подводящую трубку с диаметром канала 15 мм осуществлялась капельным способом через капиллярный ввод с диаметром отверстия 0,4 мм. Наклон подводящей трубки в сторону плавильного тигля позволял жидкому перфторэтилизопропилкетону беспрепятственно течь по ее стенке до момента полного испарения и смешивания с газом-носителем, в качестве которого использовался аргон. Количество перфторэтилизопропилкетона в газовой смеси колебалось в процессе плавки от 1 до 10%. Продукты реакции с магнием выходили по отводной трубке в виде явно различимого дыма, который был тяжелее воздуха, и попадали в вытяжную вентиляцию. Расплавленный сплав МЛ5 находился в тигле в защитной атмосфере в течение 1 часа при температуре 800±10°С, после чего нагрев был выключен и сплав затвердел в тигле. Следов возгорания на поверхности металла замечено не было. После затвердевания сплава была исследована поверхностная плена, которая состояла преимущественно из фторида и оксида магния с примесью углерода.The melting of aluminum-containing magnesium alloy ML5 was carried out in a steel crucible under a steel lid equipped with holes for the inlet and outlet of the gas mixture. An inlet tube was installed in one hole, through which the gas mixture of the carrier gas and gaseous perfluoroethylisopropyl ketone was fed into the melting crucible, an outlet tube was installed in the other hole, connected to the exhaust ventilation system to evacuate the reaction products from the room, the places where the tubes were inserted and the steel lid adjoining the crucible were sealed . In the inlet tube, through which the carrier gas was supplied, a tube was installed through a tee from above, coming from a glass vessel with liquid perfluoroethylisopropyl ketone, on the wall of which a graduation scale was applied, which made it possible to determine the flow rate. The flow rate of liquid PFK was regulated using a valve installed on the tube coming from the glass vessel, and was set at the level of 0.5% gaseous PFK based on the volume of the supplied gas mixture. The required amount to obtain a gas mixture was determined from the calculation of obtaining 120 ml of gas from 1 ml of liquid perfluoroethylisopropyl ketone. The supply of perfluoroethylisopropyl ketone into the supply tube with a channel diameter of 15 mm was carried out by the drop method through a capillary inlet with a hole diameter of 0.4 mm. The inclination of the inlet tube towards the melting crucible allowed liquid perfluoroethylisopropyl ketone to flow unhindered along its wall until complete evaporation and mixing with the carrier gas, which was argon. The amount of perfluoroethylisopropyl ketone in the gas mixture varied during the melting process from 1 to 10%. The products of the reaction with magnesium exited through the exhaust pipe in the form of clearly distinguishable smoke, which was heavier than air, and fell into the exhaust ventilation. Molten alloy ML5 was in the crucible in a protective atmosphere for 1 hour at a temperature of 800±10°C, after which the heating was turned off and the alloy solidified in the crucible. There were no traces of ignition on the metal surface. After solidification of the alloy, the surface film was studied, which consisted mainly of fluoride and magnesium oxide with an admixture of carbon.
Пример поясняется результатами, представленными в таблице 2.The example is illustrated by the results presented in Table 2.
Таблица 2. Результаты микрорентгеноспектрального анализа поверхностной плены, образовавшейся на поверхности сплава МЛ5 в процессе плавкиTable 2. Results of X-ray spectral microanalysis of the surface film formed on the surface of the ML5 alloy during melting
Пример 2Example 2
Была проведена плавка безалюминиевого магниевого сплава МЛ10 в тех же условиях, что и в Примере 1. Следов возгорания на поверхности металла замечено не было. После затвердевания сплава была исследована поверхностная плена, которая состояла преимущественно из фторида магния и углерода. Пример поясняется результатами, представленными в таблице 3.The melting of the aluminum-free magnesium alloy ML10 was carried out under the same conditions as in Example 1. There were no traces of ignition on the metal surface. After solidification of the alloy, the surface film was examined, which consisted mainly of magnesium fluoride and carbon. The example is illustrated by the results presented in Table 3.
Таблица 3. Результаты микрорентгеноспектрального анализа поверхностной плены, образовавшейся на поверхности сплава МЛ10 в процессе плавкиTable 3. Results of X-ray spectral microanalysis of the surface film formed on the surface of the ML10 alloy during melting
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021124118A RU2763844C1 (en) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | Method for preparation and supply of a protective gas mixture for melting magnesium alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021124118A RU2763844C1 (en) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | Method for preparation and supply of a protective gas mixture for melting magnesium alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2763844C1 true RU2763844C1 (en) | 2022-01-11 |
Family
ID=80040110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021124118A RU2763844C1 (en) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | Method for preparation and supply of a protective gas mixture for melting magnesium alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2763844C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115161503A (en) * | 2022-08-17 | 2022-10-11 | 巢湖云海镁业有限公司 | Protective gas mixing device for molten magnesium/magnesium alloy |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6685764B2 (en) * | 2000-05-04 | 2004-02-03 | 3M Innovative Properties Company | Processing molten reactive metals and alloys using fluorocarbons as cover gas |
| CN101956086B (en) * | 2009-07-21 | 2012-02-08 | 清华大学 | A kind of magnesium alloy smelting method and device |
| RU2618040C2 (en) * | 2015-10-13 | 2017-05-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Protective gas mixture for treating of magnesium alloy |
| CN107299241B (en) * | 2017-06-02 | 2019-01-29 | 青海盐湖工业股份有限公司 | A kind of air supply system and Mg alloy smelting furnace of magnesium alloy smelting protective gas |
| EP2038439B3 (en) * | 2006-07-03 | 2020-11-11 | Honeywell International Inc. | Cover gas composition for molten non-ferrous metals such as magnesium |
-
2021
- 2021-08-13 RU RU2021124118A patent/RU2763844C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6685764B2 (en) * | 2000-05-04 | 2004-02-03 | 3M Innovative Properties Company | Processing molten reactive metals and alloys using fluorocarbons as cover gas |
| EP2038439B3 (en) * | 2006-07-03 | 2020-11-11 | Honeywell International Inc. | Cover gas composition for molten non-ferrous metals such as magnesium |
| CN101956086B (en) * | 2009-07-21 | 2012-02-08 | 清华大学 | A kind of magnesium alloy smelting method and device |
| RU2618040C2 (en) * | 2015-10-13 | 2017-05-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Protective gas mixture for treating of magnesium alloy |
| CN107299241B (en) * | 2017-06-02 | 2019-01-29 | 青海盐湖工业股份有限公司 | A kind of air supply system and Mg alloy smelting furnace of magnesium alloy smelting protective gas |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115161503A (en) * | 2022-08-17 | 2022-10-11 | 巢湖云海镁业有限公司 | Protective gas mixing device for molten magnesium/magnesium alloy |
| CN115161503B (en) * | 2022-08-17 | 2023-10-24 | 巢湖云海镁业有限公司 | Protective gas mixing device for molten magnesium/magnesium alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ha et al. | Effects of cover gases on melt protection of Mg alloys | |
| CA1309870C (en) | Blanketing atmosphere for molten aluminum-lithium alloys or pure lithium | |
| RU2246548C2 (en) | Coating gas composition and method for using thereof | |
| US6685764B2 (en) | Processing molten reactive metals and alloys using fluorocarbons as cover gas | |
| US6780220B2 (en) | Method for generating pollution credits while processing reactive metals | |
| RU2763844C1 (en) | Method for preparation and supply of a protective gas mixture for melting magnesium alloys | |
| US20100212855A1 (en) | Casting process for aluminum alloys | |
| EP2038439A2 (en) | Cover gas composition for molten non-ferrous metals such as magnesium | |
| US6537346B2 (en) | Molten magnesium cover gas using fluorocarbons | |
| Cashion et al. | Magnesium technology | |
| JP4228901B2 (en) | Method for continuous casting of molten metal | |
| CA2516996C (en) | Molten metal treatment,method for treating molten metal, and apparatus and method for feeding cover gas to molten metal | |
| US6521018B2 (en) | Blanketing metals and alloys at elevated temperatures with gases having reduced global warming potential | |
| Li et al. | Evolution of entrainment defects formed in Mg-Y alloy castings | |
| JP3825783B2 (en) | Apparatus and method for supplying cover gas for molten metal | |
| Shimizu et al. | Fluoride evaporation from CaF2-SiO2-CaO slags and mold fluxes in dry and humid atmospheres | |
| Lyon et al. | Magnesium melt protection at magnesium elektron using HFC-134a | |
| CA2403081A1 (en) | Oxygen-blowing lance in vacuum refining apparatus | |
| Karger et al. | Protective system for magnesium melt | |
| Schubert et al. | Use of SO2 as Protection Gas in Magnesium Diecasting | |
| Xiaoliang et al. | Dissolution equilibrium of Bi vapor and activities of Bi in liquid Ni-Cr-Fe-Nb solutions | |
| WO2001006023A1 (en) | Method and system of protecting easily oxidized metals melts like molten magnesium by 'in situ' generation of boron trifluoride gas | |
| Mitchell et al. | INTERNATIONAL SYMPOSIUM On LIQUID METAL PROCESSING AND CASTING | |
| Kamperman et al. | Argon determination in steel samples using ultrahigh vacuum system | |
| Irons | Magnesium vapour interactions with molten pig iron |