一體化鑄鋁引射混合器在家用燃氣灶的應用

莫志邦 周亮 張煜圣 孔美陽

摘要：隨著家用燃氣灶的不斷發展，人們對灶具的安全性能要求越來越高。本文提出了安全環保的一體化鑄鋁引射混合器，介紹鑄造的基本原理及鑄鋁引射混合器的設計要求，通過試驗驗證鑄鋁引射混合器的技術可行性。

關鍵詞：一體化；鑄鋁引射混合器；燃氣灶

Application of Integrated Cast Aluminum Ejector Mixer in Domestic Gas Stove

MO Zhibang1 ZHOU Liang2 ZHANG Yusheng3 KONG Meiyang4（1、2、3. Guangdong Vanward New Electric Co.， Ltd. 528305；4. China Household Electric Appliance Research Institute，100037）

Abstract：With the continuous development of domestic gas stove， the safety performance of the stove is more and more high. This paper presents a safety and environmental protection integrated cast aluminum ejector mixer， introduces the basic principle of casting and the design requirements of cast aluminum ejector mixer， and verifies the technical feasibility of the cast aluminum ejector mixer by experiment.

Keywords：Integrally cast；cast aluminum ejector mixer；domestic gas

1、前言

目前國內外家用燃氣灶所使用的引射混合器，絕大部分使用灰鑄鐵翻砂工藝，灰鑄鐵翻砂工藝存在能耗高，生產中產生的廢氣廢渣嚴重污染環境，并且鑄鐵零件耐腐蝕性能弱、加工合格率低等問題。因此市場上逐漸采用鑄鋁引射混合器替代鑄鐵引射混合器，目前市面上鑄鋁引射混合器主要采用分體壓鑄工藝。分體壓鑄引射混合器由于其耐腐蝕、易加工、加工工藝節能環保等優點，其市場占有率呈逐年上升趨勢，但因其分型配合面存在高溫后易變形而產生漏氣的安全風險。本文結合分體壓鑄鋁引射混合器及灰鑄鐵引射混合器二者的特點，提出一體化鑄鋁引射混合器的研究分析與設計。

2、鑄造原理

一體化鑄鋁引射混合器主要有兩種制造技術：重力鑄造和低壓鑄造。重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱重力澆鑄。廣義的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造等；窄義的重力鑄造主要指金屬型澆鑄，如圖2-1。低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法。由于所用的壓力較低，所以叫做低壓鑄造。如圖2-2。

由于重力鑄造的鑄件內部氣孔少，熱處理后產品的強度可得到較大的提高，甚至超過低壓鑄造產品，產品延伸率較高，模具壽命較長，模具成本低等的特點，優選采用重力鑄造工藝。重力鑄造工藝難點是解決融湯流動性及夾渣、氣孔的問題。

3、引射混合器設計

3.1 引射混合器結構設計

對于重力鑄造引射混合器的設計基本要求是將壁厚整體平均化，為保證融湯流動性，壁厚可適當加厚，但壁厚過厚容易造成冷卻收縮等鑄造缺陷，建議將零件的平均壁厚設計為3mm。對于低壓鑄造引射混合器的設計，可把方向性凝固的因素考慮進去，也就是說對于澆口而言，斷面壁厚從小到大逐漸變化。充分考慮鑄件整體的方向性凝固和澆口周圍的冒口效果的澆口位置、大小、數量的設定也是非常必要的。澆口的位置應該是鑄件整體的最大壁厚部位，并且要設在從熔湯前方和上方可能達到方向性凝固的部位。因產品形狀、大小等原因澆口數量有所差異，但通常是1-4個。澆口截面做成圓形是較理想的，但事實上由于產品形狀的限制經常是不得不做成不規則的形狀。在這種情況下為了防止該部分的過冷，最小截面積最好應是澆口附近產品壁厚的2倍以上。澆口的高度h比較低時可以得到較大的因澆口處熱量提供和加壓而引起的補縮效果，而且也容易實現方向性凝固，但這是防止氧化物的濾渣網的固定部位，由于因鑄造條件的變動引起澆口長度的變化，因而一般情況下考慮30-40mm較多。同時為解決局部高溫變形問題，還可采用在高溫部位鑲嵌耐高溫的銅件。

3.2 引射混合器材料選用

鋁及鑄鋁由于具有良好的金屬性能而廣泛應用于工業領域。根據主要合金元素差異，鑄造鑄鋁可分為四類：鋁硅系合金，鋁銅合金，鋁鎂合金，鋁鋅系合金。

其中鋁硅系合金，也叫“硅鋁明”或“矽鋁明”。有良好鑄造性能和耐磨性能，熱脹系數小，在鑄造鑄鋁中品種最多，用量最大的合金，含硅量在4%～13%。有時添加0.2%～0.6%鎂的硅鑄鋁，廣泛用于結構件。有時添加適量的銅和鎂，能提高合金的力學性能和耐熱性。鑄鋁中添加適量稀土元素對精煉效果具有促進作用，能夠使固液相線溫度差減少，減小合金的糊狀凝固趨勢，并且降低合金熔體表面張力，此外還有去氣、除雜的精煉作用，這都會使熔體流動性提高，粘度降低，有利于夾雜物和氣體的排除，并提高室溫下鑄鋁的抗拉強度。

4、測試驗證

4.1 正常工作下燃氣灶引射混合器溫度

引射混合器在高壓正常燃燒穩定后最高溫度為373℃。置于經恒溫箱測試，鑄鋁引射混合器可以耐溫450℃以上，無影響使用的變形、漏火等不良現象。鑄鋁引射混合器可以滿足設計方案的性能要求。

4.2 異常工作下耐高溫測試

模擬用戶使用過程中異常燃燒，據實測熱負荷選用直徑為300mm的上限標準鍋，在鍋內加入不小于2/3的水，用回火界限氣，在額定氣壓下點燃引射混合器，并人為使其回火，使其在噴嘴口或引射混合器內部燃燒。維持回火燃燒30min，關火15min，重復3次?？匆浠旌掀魇欠裼绊懶阅艿淖冃魏吐┗?。高壓回火燃燒狀態下，穩定后，引射溫合器最高溫度為395℃，鑄鋁引射混合器無變形無起泡現象，可以滿足安全使用要求。

4.3 整機性能測試

把引射混合器裝整機上做對比測試，在室溫20℃±5℃條件下，在大火點燃燃燒器15min后，分別進行熱負荷、煙氣與熱效率測試，由于一體化鑄鋁引射混合器表面光滑，氣體流動阻力小，一次引射能力更佳，性能更優。

5、一體化鑄鋁引射混合器的優點

5.1 性價比更優

目前單個鑄鐵引射器重量約1.2kG，一臺雙眼燃氣灶使用引射器2個，總重量約2.4kG，以目前鑄鐵材料單價5500元/噸計算，材料成本約為13.2元/臺；如果更換為鑄鋁材料，鑄鋁引射混合器重量約0.9kG，以目前鑄鋁材料單價14000元/噸計算，材料成本約為12.6元/臺。材料成本更有優勢。同時鑄鋁引射混合器具有密度低、重量輕、耐腐蝕、強度高、加工性能好，成品合格率高，并且不存在分型密封面，杜絕裝配密封高溫變形而出現漏氣風險，整體結構性能更安全可靠。

5.2 節能減排

如果按我國燃氣灶年產量1000萬臺計算，全部采用鑄鐵引射混合器約使用2.4萬噸鑄鐵，如果按我國燃氣灶年產量1000萬臺計算，全使用鑄鐵爐頭時，約需要2.4萬噸鑄鐵，如果全部更換為鑄鋁材料，約需要0.8萬噸鑄鋁。以國家統計局每度電折0.404千克標準煤，工業用電按1.1元計算，總耗能可節省78%?？蓪崿F減少排放粉塵1200噸，廢氣3600萬立方米，廢砂約2.4萬噸，廢渣7200噸，真正做到環保節能。

6、總結

通過試驗驗證鑄鋁引射混合器技術可行性，并具有以下優點：（1）鑄鋁引射混合器重量輕、耐腐蝕、強度高、加工性能好，合格率高，成本更低。（2）引射混合器表面光滑，氣體流動阻力小，一次引射能力更佳，性能更優。（3）引射混合器無分型密封面，解決高溫后變形導致漏氣的安全風險。（4）制造工藝節能環保，符合國家節能減排產業政策，有顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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