镁的熔融方法及熔融装置

摘要

本发明的目的在于提供一种镁或镁合金的熔融方法，能够迅速且可靠地检测出金属熔融液的燃烧，根据该结果迅速发出警报，且能够进行熄灭。为了达到该目的，本发明提供一种镁或镁合金的熔融方法，其特征在于，向熔融镁或镁合金而得到金属熔融液的熔融炉供给包含二氧化碳和阻燃剂的保护气体，从而用该保护气体覆盖金属熔融液表面的同时熔融镁；进而，测定熔融炉内的气体或从熔融炉排出的气体中的一氧化碳浓度，由该一氧化碳浓度检测出熔融炉内有没有发生镁的燃烧。

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔融镁或镁合金而得到金属熔融液的熔融方法及熔融装置，能够检测镁或镁合金的金属熔融液表面上的燃烧，并能够迅速熄灭燃烧。

本申请基于2005年1月20日申请的日本专利申请2005-012580号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

一直以来，在熔融炉熔融镁或镁合金(下面，在本申请说明书中，将镁和镁合金合并记载为镁。)得到金属熔融液时，为了防止在金属熔融液表面的镁的燃烧，用保护气体(cover gas)覆盖金属熔融液表面附近。

该保护气体使用由氮气等惰性气体稀释六氟化硫、二氧化硫等阻燃剂的气体。

然后，由该保护气体中的阻燃剂和熔融镁的反应，在金属熔融液表面形成保护膜，利用该保护膜，熔融镁和空气中的氧气之间的接触被隔断，从而能够防止镁金属熔融液的燃烧。

如果镁金属熔融液燃烧，则会损伤熔融炉，金属熔融液本身也会减少，不仅引起经济上的损失，由于伴随火灾危险性，因此也有安全上的问题。

到目前为止，镁金属熔融液的燃烧是通过检测伴随燃烧产生的氧化镁的白烟和金属熔融液温度的上升，或者例如特开2001-234253号公报所揭示的通过检测熔融炉内的温度上升而获知。

但是，对白烟、金属熔融液温度的上升、熔融炉内温度上升的检测难以在燃烧开始后的短时间内确认镁的燃烧，也缺乏可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的课题在于熔融镁时，能够迅速且可靠地检测出镁金属熔融液的燃烧，根据该检测结果，能够迅速熄灭镁的燃烧，并发出警告。

为了解决上述课题，本发明提供一种镁的熔融方法，其特征在于，向熔融镁而得到金属熔融液的熔融炉供给包含二氧化碳和阻燃剂的保护气体，从而用该保护气体覆盖金属熔融液表面的同时熔融镁；进而，测定熔融炉内的气体或从熔融炉排出的气体中的一氧化碳浓度，由该一氧化碳浓度检测出熔融炉内有没有发生镁的燃烧。

在上述镁的熔融方法中，确认到存在镁的燃烧时，优选增加所述保护气体的流量，或提高保护气体中的所述阻燃剂的浓度，从而防止镁的燃烧。

在上述镁的熔融方法中，所述阻燃剂优选1，1，1，2，2，4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮。

并且，为解决上述课题，本发明提供一种镁熔融装置，其特征在于，该装置包括：熔融炉，用于熔融镁而得到金属熔融液；保护气体供给部，用于向该熔融炉内供给包含二氧化碳和阻燃剂的保护气体；一氧化碳浓度计，用于测定上述熔融炉内或从熔融炉排出的气体中的一氧化碳浓度；控制部，用于根据该一氧化碳浓度计测定的一氧化碳浓度，调节阻燃剂向熔融炉的供给量。

进而，为解决上述课题，本发明提供一种镁熔融装置，其特征在于，该装置包括：熔融炉，用于熔融镁而得到金属熔融液；保护气体供给部，用于向该熔融炉供给包含二氧化碳和阻燃剂的保护气体；一氧化碳浓度计，用于测定上述熔融炉内或从熔融炉排出的气体中的一氧化碳浓度；控制部，用于根据该一氧化碳浓度计测定的一氧化碳浓度，调节保护气体向熔融炉的供给量。

在上述镁熔融装置中，优选所述控制部进一步具有根据一氧化碳浓度判断镁的燃烧，在确认到镁燃烧时，发出表示镁燃烧的信号的功能，并且进一步包括显示部，所述显示部从该控制部接受上述信号而显示镁燃烧。

本发明人发现：如果在保护气体中含有二氧化碳，镁金属熔融液燃烧时，保护气体中的一氧化碳浓度会立即急剧上升。通过计测该一氧化碳浓度，能够迅速且可靠地检测判断出有没有燃烧。因此，即使镁金属熔融液燃烧，也能够做到早期熄灭。

并且，以前时常过量供给保护气体的流量或保护气体中的阻燃剂量来防止燃烧，因此存在成本增多的缺点。在本发明中，检测出燃烧后立即增加保护气体流量或阻燃剂量进行熄灭，因此不需要时常供给过量的保护气体或阻燃剂，能够削减成本。

进而，也能够实现熄灭操作的自动化，保护气体流量、阻燃剂供给量的自动控制。

附图说明

图1为表示本发明的熔融装置的例子的简要结构图；

图2为表示本发明的熔融装置的其他例子的简要结构图；

图3为表示实验例中的一氧化碳浓度随时间变化的图表。

符号说明

1  熔融炉

2  坩埚

3  加热用加热器

4  传感器

5  一氧化碳浓度计

6  控制部

9  流量调节阀

11、14  开关阀

7、8、10、15  管

13 显示部

M  金属熔融液

具体实施方式

图1表示本发明的镁熔融装置的一个例子。图1中符号1表示熔融炉。该熔融炉1用耐热砖等制成，内部配置有用于熔融镁的石墨等制成的坩埚2。该坩埚2内的镁由加热用加热器3加热并熔融，成为金属熔融液。

该熔融炉1内的坩埚2的上方配置有计测熔融炉1内气体中的一氧化碳浓度的传感器4，该传感器4的信号输入到一氧化碳浓度计5。

从一氧化碳浓度计5输出的一氧化碳浓度信号输入到控制部6，在这里进行比例积分微分(PID)控制等控制处理，输出控制信号。并且，一氧化碳浓度超过预先设定的上限值时，控制部6接受来自一氧化碳浓度计5的一氧化碳浓度信号，将警报发送到警告灯、警告蜂鸣器等显示部13。

并且，在熔融炉1内通过管7供给保护气体，该保护气体至少覆盖熔融炉1内的坩埚2的金属熔融液表面附近。

该保护气体是含有阻燃剂和稀释气体的气体。阻燃剂可采用与熔融镁进行反应而在金属熔融液表面形成保护膜的气体状物质，如六氟化硫、二氧化硫、氟利昂113a、1，1，1，2，2，4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮等有机氟化合物。其中，优选地球变暖潜能值(Global Warming Potential)低的1，1，1，2，2，4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮(CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂)。

稀释气体使用二氧化碳、二氧化碳和空气的混合物等至少含有二氧化碳的气体，稀释气体中的二氧化碳含量按体积比计为0.1％以上，优选1％以上。

阻燃剂从阻燃剂供给源(未图示)通过管8送到流量调节阀9，在这里根据来自控制部6的控制信号，调节其流量送到管7。

并且，稀释气体从稀释气体供给源(未图示)通过管10送到开关阀11，从这里进一步送到管7。稀释气体在管7中与上述阻燃剂混合成为保护气体，送入熔融炉1内。

也就是说，保护气体供给部由管7、8、10、流量调节阀9及开关阀11构成。

接着，对熔融装置的运转进行说明。

对坩埚2中的镁进行加热熔融形成金属熔融液。从管8供给阻燃剂，从管10供给稀释气体，从管7向熔融炉1中时常供给至少包含二氧化碳和阻燃剂的保护气体。

保护气体中阻燃剂的浓度根据阻燃剂的种类、熔融镁的液面面积及熔融条件等而不同。但是，阻燃剂为1，1，1，2，2，4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮时，保护气体中的阻燃剂的浓度通常是100～400ppm(体积比，以下同样)。通过设定为该浓度范围，能够防止平常的镁的燃烧。

将保护气体时常供给到熔融炉1内的同时，由传感器4及一氧化碳浓度计5计测熔融炉1内气体中的一氧化碳浓度，并将该浓度信号送到控制部6。

熔融炉1内的镁金属熔融液没有燃烧时，熔融炉1内的气体中的一氧化碳浓度基本上保持较低的一定值，例如10ppm以下的值。

如果坩埚2中的镁金属熔融液燃烧，则熔融炉1内的气体中的一氧化碳浓度会瞬时上升，例如急剧上升到15～20ppm。该一氧化碳浓度的上升，如下述化学式所示，是因为保护气体中的二氧化碳中的氧作为镁的燃烧所必要的氧被强制性地与镁结合所致。

Mg+CO₂→MgO+CO

控制部6捕捉该急剧的一氧化碳浓度的变化，判断出发生了金属熔融液的燃烧，向显示部13发送警报的同时，对流量调节阀9发送增加阻燃剂流量的信号。

显示部13接受该警报，例如会闪烁警告灯，或发出警告音。

进而，流量调节阀9收到该信号后进一步开大阀而增加阻燃剂流量，将大量阻燃剂送到管7中。从而，熔融炉1内送进含500～20000ppm这样高浓度的阻燃剂的保护气体，对镁的燃烧进行熄灭。

熄灭是通过一氧化碳浓度计5计测的一氧化碳浓度的降低来确认。例如，其浓度降到10ppm以下时，就判断为熄灭。控制部6如果判断一氧化碳浓度降低而熄灭，则停止向显示部13发出的警报。

并且，控制部6将减少阻燃剂流量的信号发送到流量调节阀9。流量调节阀9开小阀而减少阻燃剂流量，从管7向熔融炉1内供给含有正常浓度阻燃剂的保护气体。

这样，本具体例的熔融装置中，通过计测熔融炉1内的气体中的一氧化碳浓度，能够迅速且可靠地检测出有没有镁金属熔融液的燃烧，在确认到引起了燃烧时，能够立即增加保护气体中的阻燃剂量而进行熄灭。

并且，在熄灭之后，能够自动将保护气体中的阻燃剂量减少为正常值。因此，如果发生镁的燃烧，能够自动进行其熄灭操作，在熄灭之后能够自动恢复到平常的运转状态。

图2表示本发明的熔融装置的其他例子，对于与图1中所示的部分相同的构成部分付与同样的符号，因此省略其说明。

在本具体例中，一氧化碳浓度计5是带输出的一氧化碳浓度计。带输出的一氧化碳浓度计5计测熔融炉1内的气体中的一氧化碳浓度。其值超过预先设定的上限值，例如15ppm时，将表示超过上限值的信号输出到开关阀14的同时，向显示部13发出警报。并且，降到上限值以内时，将表示降到上限值以内的信号输出到开关阀14的同时，向显示部13发出停止警报的指令。该带输出的一氧化碳浓度计5兼有上述具体例中的控制部6的功能。

开关阀14从一氧化碳浓度计5接受表示超过上限值的信号时会开启阀，接受表示降到上限值以内的信号时会关闭阀。开关阀14控制从管8出来的阻燃剂的流动通过或隔断，平常会隔断阻燃剂的流动。

含有二氧化碳和阻燃剂的保护气体平常从管15送进熔融炉1内。保护气体中的阻燃剂浓度设定为100～400ppm，平常能够防止镁的燃烧。

也就是说，由管7、8、15及开关阀14构成了保护气体供给部。

运转该熔融装置时，首先从管15向熔融炉1内时常供给保护气体，由一氧化碳浓度计5时常计测熔融炉1内的一氧化碳浓度。

熔融炉1内的一氧化碳浓度降到上限值以内时，判断为没有发生镁金属熔融液的燃烧，继续从管15向熔融炉1内供给保护气体。

如果计测到熔融炉1内的一氧化碳浓度超过上限值，则判断为发生了镁燃烧，表示发生镁燃烧的输出被送到开关阀14。开关阀14接受该信号立即开启阀，从管8向管7流入阻燃剂，使熔融炉1内的保护气体中的阻燃剂浓度为500～20000ppm。与此同时，一氧化碳浓度计5将警报发送到显示部13。

熔融炉1内的一氧化碳浓度降到上限值以内时，判断为镁燃烧被熄灭，将表示燃烧熄灭的信号从一氧化碳浓度计5送到开关阀14和显示部13。然后，开关阀14关闭阀，显示部13停止其警报。

从而，从管15重新向熔融炉1内送进平常时的阻燃剂浓度的保护气体。

本具体例的熔融装置也能够起到与前面的具体例一样的作用效果。

下面，示出利用上述具体例中的装置进行实验的结果。

(实验例)

使用了图1所示的装置。熔融炉1的内径为300mm、高度为670mm。通过安装在炉盖上的耐热玻璃窗能够观察内部。

熔融炉1中配置有内径200mm、高度300mm的坩埚2。该坩埚2中放入熔融4.7kg镁合金(AD91D)得到的金属熔融液，并将其温度保持在680℃。

保护气体使用将作为阻燃剂的1，1，1，2，2，4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮用二氧化碳稀释为200ppm的气体。该保护气体以7.5升/每分钟的速度从管7供给到熔融炉1。

通过传感器4及一氧化碳浓度计5计测熔融炉1内气体中的一氧化碳浓度。

图3表示该一氧化碳浓度的随时间变化。

通过耐热玻璃窗的观察，坩埚2内的镁没有燃烧时，一氧化碳浓度基本上以7ppm恒定地推移。

观察到部分镁金属熔融液着火时(时间点A)，一氧化碳浓度急剧上升到17.5ppm。

观察到着火后(时间点B)，立刻进一步开大流量调节阀9，增加阻燃剂的供给量，使保护气体中的阻燃剂浓度为800ppm。从而，一氧化碳浓度减少，约90秒后回到平常值7ppm。通过目视确认了熄灭。

根据该结果，熔融炉1内气体的一氧化碳浓度比平常值急剧增加时，能够判断为发生了镁燃烧。然后，与此对应可以确认，通过增加保护气体中的阻燃剂浓度能够熄灭。

在上述实验例中，由一氧化碳浓度增加，确认镁燃烧时，提高了保护气体中阻燃剂的浓度。但是，也可以提高保护气体本身向熔融炉的供给量。例如，将图1中所示的具体例中的开关阀11替换为流量调节阀，来自控制部6的信号也送到流量调节阀，从而能够提高向熔融炉的保护气体的供给量。

并且，测定了熔融炉1内气体中的一氧化碳浓度，但除此之外，也可以设置排出熔融炉1内气体的排出管，测定从该排出管排出的排出气体中的一氧化碳浓度，也同样可以控制。

进而，由一氧化碳浓度计5进行的一氧化碳浓度的计测可以在时间上连续进行，或者例如每10秒～20秒断续进行。

本发明人发现：如果在保护气体中含有二氧化碳时，燃烧镁金属熔融液，保护气体中的一氧化碳浓度急剧上升。从而，通过计测该一氧化碳浓度，能够迅速且可靠地检测判断出有没有燃烧。因此，即使镁金属熔融液燃烧，也能够做到早期熄灭。

并且，以前时常过量供给保护气体的流量或保护气体中的阻燃剂量从而防止燃烧，因此存在成本增多的缺点。在本发明中，检测出燃烧后立即增加保护气体流量或阻燃剂量进行熄灭，因此不需要时常过量供给保护气体或阻燃剂，能够削减成本。

进而，也能够实现熄灭操作的自动化，保护气体流量、阻燃剂供给量的自动控制。