镁合金熔炼保护用膜分离制氮系统的研究开发

论文摘要

镁合金作为最轻的商用金属结构材料,具有比重轻、高比强度、高比刚度、减震吸噪能力强、良好的电磁屏蔽能力和铸造成形性能等一系列独特的优点,在汽车、摩托车、信息通讯、航天航空和手动工具上获得愈来愈广泛的应用。但是,镁合金在熔炼生产过程中极易氧化燃烧,需要通入保护气体。SF6混合气体保护是目前国内外最常用的、保护效果最好的方法。但SF6必须要CO2、N2或干燥空气等作为载流气体稀释到一定浓度后才能使用。其中N2是最常用且廉价的载流气体,传统镁合金气体保护技术以外购瓶装气体为主,存在运输、存储、生产调度等诸多问题。因此,要达到降低生产成本,提高生产效率的目的,开发方便快捷的在线制氮设备势在必行。面对深冷法和变压吸附制氮法制氮的购置和成本较高的问题,本研究重点针对目前的膜分离制氮法没有充分考虑镁合金生产的特殊性的问题,开发适合镁合金压铸生产的制氮技术。作为重庆硕龙科技有限公司的“镁合金气体保护装置”委托开发任务的一部分,本文作者在已掌握的镁合金阻燃和膜分离技术的基础上,负责以平板电脑为主控单元和人机界面、以力控组态软件为开发平台的镁合金熔炼用膜分离制氮系统的设计与开发。丰富的监控画面,形象地显示出系统的各个参数和工作状态,极大地简化了操作的复杂程度,降低了设备的故障率,提高了产氮效率以及系统的准确性、灵活性。本文在完成系统硬件资源配置、软件设计和人机界面开发的同时,重点研究了温度、流量、压力等参数对氮气纯度的影响。通过大量的实验,最终得出了本系统最优的参数设置。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁及其合金的基本知识及其应用前景
• 1.2.1 镁矿资源
• 1.2.2 镁的特点
• 1.2.3 镁的应用及前景
• 1.3 镁合金生产应用中的瓶颈问题
• 1.3.1 镁合金高温的防氧化阻燃保护问题
• 1.3.2 镁合金的特色加工技术
• 1.3.3 机加工过程中的防火与安全问题
• 1.3.4 使用过程中表面化学腐蚀及装配导致的电化学腐蚀问题
• 1.4 镁合金高温阻燃技术的国内外发展现状
• 1.4.1 熔剂保护法
• 1.4.2 合金化方法
• 1.4.3 气体保护法
• 1.5 本文的主要研究内容、技术路线的
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 主要技术路线
• 2 膜分离制氮技术的研究
• 2.1 膜的定义
• 2.2 膜分离的特点
• 2.3 膜性能表征
• 2.4 气体膜分离扩散机制
• 2.4.1 微孔扩散机理
• 2.4.2 溶解---扩散机理
• 2.5 膜分离制氮原理及工艺
• 2.5.1 膜分离制氮原理
• 2.5.2 膜分离制氮工艺流程
• 2.6 气体膜分离的应用
• 2.6.1 氢气的回收
• 2.6.2 空气富氮
• 2.6.3 天然气中二氧化碳的回收和脱除
• 2.6.4 工业气体脱湿
• 2.6.5 空气中易挥发有机物的回收
• 3 膜分离制氮系统设计
• 3.1 气路系统硬件设计
• 3.1.1 设计依据
• 3.1.2 空气压缩机的选择与确定
• 3.1.3 压缩空气的净化
• 3.1.4 管路的设计
• 3.2 控制系统功能要求与硬件设计
• 3.2.1 系统的控制要求
• 3.2.2 控制系统设计的基本原则和步骤
• 3.2.3 系统资源配置
• 4 系统软件及人机界面的设计
• 4.1 控制软件简介
• 4.1.1 力控软件的组成
• 4.1.2 应用程序工程
• 4.2 人机界面设计
• 4.2.1 创建应用程序
• 4.2.2 创建数据库
• 4.2.3 变量
• 4.2.4 监控画面的设计及脚本程序的编制
• 4.2.5 安装包
• 5 系统整机运行应用
• 5.1 现场装配图片采集
• 5.2 氮气纯度影响因素
• 5.2.1 气体温度对氮气纯度的影响
• 5.2.2 膜组入口气压力对氮气纯度的影响
• 5.2.3 输出氮气流量对纯度的影响
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表的论文