一体化铸铝引射混合器在家用燃气灶的应用

莫志邦 周亮 张煜圣 孔美阳

摘要：随着家用燃气灶的不断发展，人们对灶具的安全性能要求越来越高。本文提出了安全环保的一体化铸铝引射混合器，介绍铸造的基本原理及铸铝引射混合器的设计要求，通过试验验证铸铝引射混合器的技术可行性。

关键词：一体化；铸铝引射混合器；燃气灶

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

目前国内外家用燃气灶所使用的引射混合器，绝大部分使用灰铸铁翻砂工艺，灰铸铁翻砂工艺存在能耗高，生产中产生的废气废渣严重污染环境，并且铸铁零件耐腐蚀性能弱、加工合格率低等问题。因此市场上逐渐采用铸铝引射混合器替代铸铁引射混合器，目前市面上铸铝引射混合器主要采用分体压铸工艺。分体压铸引射混合器由于其耐腐蚀、易加工、加工工艺节能环保等优点，其市场占有率呈逐年上升趋势，但因其分型配合面存在高温后易变形而产生漏气的安全风险。本文结合分体压铸铝引射混合器及灰铸铁引射混合器二者的特点，提出一体化铸铝引射混合器的研究分析与设计。

2、铸造原理

一体化铸铝引射混合器主要有两种制造技术：重力铸造和低压铸造。重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称重力浇铸。广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造等；窄义的重力铸造主要指金属型浇铸，如图2-1。低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。如图2-2。

由于重力铸造的铸件内部气孔少，热处理后产品的强度可得到较大的提高，甚至超过低压铸造产品，产品延伸率较高，模具寿命较长，模具成本低等的特点，优选采用重力铸造工艺。重力铸造工艺难点是解决融汤流动性及夹渣、气孔的问题。

3、引射混合器设计

3.1 引射混合器结构设计

对于重力铸造引射混合器的设计基本要求是将壁厚整体平均化，为保证融汤流动性，壁厚可适当加厚，但壁厚过厚容易造成冷却收缩等铸造缺陷，建议将零件的平均壁厚设计为3mm。对于低压铸造引射混合器的设计，可把方向性凝固的因素考虑进去，也就是说对于浇口而言，断面壁厚从小到大逐渐变化。充分考虑铸件整体的方向性凝固和浇口周围的冒口效果的浇口位置、大小、数量的设定也是非常必要的。浇口的位置应该是铸件整体的最大壁厚部位，并且要设在从熔汤前方和上方可能达到方向性凝固的部位。因产品形状、大小等原因浇口数量有所差异，但通常是1-4个。浇口截面做成圆形是较理想的，但事实上由于产品形状的限制经常是不得不做成不规则的形状。在这种情况下为了防止该部分的过冷，最小截面积最好应是浇口附近产品壁厚的2倍以上。浇口的高度h比较低时可以得到较大的因浇口处热量提供和加压而引起的补缩效果，而且也容易实现方向性凝固，但这是防止氧化物的滤渣网的固定部位，由于因铸造条件的变动引起浇口长度的变化，因而一般情况下考虑30-40mm较多。同时为解决局部高温变形问题，还可采用在高温部位镶嵌耐高温的铜件。

3.2 引射混合器材料選用

铝及铸铝由于具有良好的金属性能而广泛应用于工业领域。根据主要合金元素差异，铸造铸铝可分为四类：铝硅系合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌系合金。

其中铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铸铝中品种最多，用量最大的合金，含硅量在4%～13%。有时添加0.2%～0.6%镁的硅铸铝，广泛用于结构件。有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。铸铝中添加适量稀土元素对精炼效果具有促进作用，能够使固液相线温度差减少，减小合金的糊状凝固趋势，并且降低合金熔体表面张力，此外还有去气、除杂的精炼作用，这都会使熔体流动性提高，粘度降低，有利于夹杂物和气体的排除，并提高室温下铸铝的抗拉强度。

4、测试验证

4.1 正常工作下燃气灶引射混合器温度

引射混合器在高压正常燃烧稳定后最高温度为373℃。置于经恒温箱测试，铸铝引射混合器可以耐温450℃以上，无影响使用的变形、漏火等不良现象。铸铝引射混合器可以满足设计方案的性能要求。

4.2 异常工作下耐高温测试

模拟用户使用过程中异常燃烧，据实测热负荷选用直径为300mm的上限标准锅，在锅内加入不小于2/3的水，用回火界限气，在额定气压下点燃引射混合器，并人为使其回火，使其在喷嘴口或引射混合器内部燃烧。维持回火燃烧30min，关火15min，重复3次。看引射混合器是否影响性能的变形和漏火。高压回火燃烧状态下，稳定后，引射温合器最高溫度为395℃，铸铝引射混合器无变形无起泡现象，可以满足安全使用要求。

4.3 整机性能测试

把引射混合器装整机上做对比测试，在室温20℃±5℃条件下，在大火点燃燃烧器15min后，分别进行热负荷、烟气与热效率测试，由于一体化铸铝引射混合器表面光滑，气体流动阻力小，一次引射能力更佳，性能更优。

5、一体化铸铝引射混合器的优点

5.1 性价比更优

目前单个铸铁引射器重量约1.2kG，一台双眼燃气灶使用引射器2个，总重量约2.4kG，以目前铸铁材料单价5500元/吨计算，材料成本约为13.2元/台；如果更换为铸铝材料，铸铝引射混合器重量约0.9kG，以目前铸铝材料单价14000元/吨计算，材料成本约为12.6元/台。材料成本更有优势。同时铸铝引射混合器具有密度低、重量轻、耐腐蚀、强度高、加工性能好，成品合格率高，并且不存在分型密封面，杜绝装配密封高温变形而出现漏气风险，整体结构性能更安全可靠。

5.2 节能减排

如果按我国燃气灶年产量1000万台计算，全部采用铸铁引射混合器约使用2.4万吨铸铁，如果按我国燃气灶年产量1000万台计算，全使用铸铁炉头时，约需要2.4万吨铸铁，如果全部更换为铸铝材料，约需要0.8万吨铸铝。以国家统计局每度电折0.404千克标准煤，工业用电按1.1元计算，总耗能可节省78%。可实现减少排放粉尘1200吨，废气3600万立方米，废砂约2.4万吨，废渣7200吨，真正做到环保节能。

6、总结

通过试验验证铸铝引射混合器技术可行性，并具有以下优点：（1）铸铝引射混合器重量轻、耐腐蚀、强度高、加工性能好，合格率高，成本更低。（2）引射混合器表面光滑，气体流动阻力小，一次引射能力更佳，性能更优。（3）引射混合器无分型密封面，解决高温后变形导致漏气的安全风险。（4）制造工艺节能环保，符合国家节能减排产业政策，有显著的经济效益和社会效益。

参考文献

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