Што такое вакуумна-індукцыйнае плаўленне?

Вакуумнае плаўленне — гэта тэхналогія плаўлення металаў і сплаваў, якая праводзіцца ў вакуумным асяроддзі.

Гэтая тэхналогія можа прадухіліць забруджванне рэдкіх металаў атмасферай і вогнетрывалымі матэрыяламі, а таксама выконвае функцыю ачысткі і перапрацоўкі. Пры вакуумным плаўленні можна атрымаць высакаякасныя металы і сплавы з нізкім утрыманнем газу, невялікай колькасцю ўключэнняў і невялікай сегрэгацыяй. Гэты метад мае вырашальнае значэнне для атрымання высакаякасных металічных матэрыялаў высокай чысціні, асабліва падыходзіць для сплаваў або металаў, якія цяжка плаўляць і патрабуюць звышвысокай чысціні. Метады вакуумнага плаўлення ўключаюць электронна-прамянёвае плаўленне, вакуумна-індукцыйнае плаўленне, вакуумна-дугавое плаўленне і плазменнае плаўленне. Напрыклад, электронна-прамянёвае плаўленне выкарыстоўвае высокаэнергетычныя электронныя прамяні для бамбардзіроўкі расплаўленых матэрыялаў, хутка пераўтвараючы іх у цеплавую энергію і плавячы іх. Гэты метад падыходзіць для плаўлення высокацяжкіх і звышвысокай чысціні сплаваў або металаў.

Акрамя таго, вакуумнае плаўленне таксама дапамагае палепшыць трываласць, трываласць на стомленасць, каразійную стойкасць, характарыстыкі паўзучасці пры высокіх тэмпературах і магнітную пранікальнасць металічных матэрыялаў.

Плаўленне ў вакуумнай індукцыйнай печы — гэта працэс выкарыстання электрамагнітнай індукцыі для стварэння віхравых токаў у металічных правадніках ва ўмовах вакууму з мэтай нагрэву матэрыялу печы. Ён мае такія характарыстыкі, як малы аб'ём плавільнай камеры, кароткі час вакуумнай адпампоўкі і цыкл плаўлення, зручны кантроль тэмпературы і ціску, магчымасць перапрацоўкі лятучых элементаў і дакладны кантроль складу сплаву. Дзякуючы вышэйзгаданым характарыстыкам, ён цяпер стаў важным абсталяваннем для вытворчасці спецыяльных сплаваў, такіх як спецыяльная сталь, дакладныя сплавы, электрычна награвальныя сплавы, тэмпературна-ўстойлівыя сплавы і каразійна-ўстойлівыя сплавы.

1. Што такое вакуум?

У закрытым кантэйнеры з-за памяншэння колькасці малекул газу ціск, які малекулы газу аказваюць на адзінку плошчы, памяншаецца. У гэты час ціск унутры кантэйнера ніжэйшы за нармальны. Гэты тып газавай прасторы, у якой ціск ніжэйшы за нармальны, называецца вакуумам.

2. Які прынцып працы вакуумнай індукцыйнай печы?

Асноўны метад заключаецца ва ўжыванні электрамагнітнай індукцыі для генерацыі току ў самым металічным зарадзе, а затым абапіраючыся на супраціўленне самога металічнага зарада для пераўтварэння электрычнай энергіі ў цеплавую энергію ў адпаведнасці з законам Джоўля-Ленца, які выкарыстоўваецца для плаўлення металаў.

3. Як утвараецца электрамагнітнае перамешванне ў вакуумнай індукцыйнай печы?

Расплаўлены метал у тыглі генеруе электрычную сілу ў магнітным полі, якое ствараецца індукцыйнай шпулькай. З-за скін-эфекту віхравыя токі, якія генеруюцца расплаўленым металам, накіраваны супрацьлегла кірунку току, які праходзіць праз індукцыйную шпульку, што прыводзіць да ўзаемнага адштурхвання; сіла адштурхвання на расплаўленым метале заўсёды накіравана да восі тыгля, і расплаўлены метал таксама штурхаецца да цэнтра тыгля; з-за таго, што індукцыйная шпулька ўяўляе сабой кароткую шпульку з кароткімі эфектамі на абодвух канцах, адпаведная электрычная сіла на абодвух канцах індукцыйнай шпулькі памяншаецца, і размеркаванне электрычнай сілы меншае на верхнім і ніжнім канцах і большае ў сярэдзіне. Пад уздзеяннем гэтай сілы металічная вадкасць спачатку рухаецца ад сярэдзіны да восі тыгля, а затым цячэ ўверх і ўніз да цэнтра. Гэтая з'ява працягвае цыркуляваць, утвараючы моцны рух металічнай вадкасці. Падчас фактычнай плаўкі можна ліквідаваць з'яву выпінання металічнай вадкасці ўверх і перакульвання ўверх і ўніз у цэнтры тыгля, што называецца электрамагнітным перамешваннем.

4. Якая функцыя электрамагнітнага перамешвання?

① Гэта можа паскорыць хуткасць фізічных і хімічных рэакцый падчас працэсу плаўлення; ② Уніфікаваць склад расплаўленага металу; ③ Тэмпература расплаўленага металу ў тыглі, як правіла, пастаянная, што прыводзіць да поўнага завяршэння рэакцыі падчас плаўлення; ④ Вынік перамешвання пераадольвае ўплыў уласнага статычнага ціску, перакідваючы раствораныя бурбалкі глыбока ў тыглі на паверхню вадкасці, спрыяючы выхаду газу і зніжаючы ўтрыманне газавых уключэнняў у сплаве. Інтэнсіўнае перамешванне ўзмацняе механічную эрозію расплаўленага металу на тыглі, уплываючы на ​​тэрмін яго службы; ⑥ Паскарае раскладанне вогнетрывалых матэрыялаў у тыглях пры высокіх тэмпературах, што прыводзіць да паўторнага забруджвання расплаўленага сплаву.

5. Што такое ступень вакууму?

Ступень вакууму ўяўляе сабой разрэджанасць газу пры ціску ніжэй за адзін атмасферны, звычайна выражаемую як ціск.

6. Якая хуткасць уцечкі?

Хуткасць уцечкі адносіцца да велічыні павышэння ціску за адзінку часу пасля закрыцця вакуумнага абсталявання.

7. Што такое скін-эфект?

Скін-эфект — гэта з'ява нераўнамернага размеркавання току па папярочным сячэнні правадніка (гэта значыць шихты ў плаўленні), калі праз яго праходзіць пераменны ток. Чым вышэйшая павярхоўная шчыльнасць току правадніка, тым ніжэйшая яна да цэнтра.

8. Што такое электрамагнітная індукцыя?

Пераменны ток праходзіць праз провад і стварае вакол яго пераменнае магнітнае поле, у той час як размяшчэнне замкнёнага провада ў зменлівым магнітным полі стварае пераменны ток унутры провада. Гэта з'ява называецца электрамагнітнай індукцыяй.

10. Якія перавагі вакуумнай індукцыйнай плаўкі?

① Адсутнасць забруджвання паветра і шлаку, выплаўлены сплаў чысты і мае высокі ўзровень прадукцыйнасці;

② Вакуумная плаўка стварае добрыя ўмовы для дэгазацыі, што прыводзіць да нізкага ўтрымання газу ў расплаўленай сталі і сплаве;

③ Ва ўмовах вакууму металы не так лёгка акісляюцца;

④ Прымешкі (Pb, Bi і г.д.), якія ўносяцца з сыравінай, могуць выпарацца ў вакууме, што прыводзіць да ачысткі матэрыялу;

⑤ Падчас плаўлення ў вакуумнай індукцыйнай печы можна выкарыстоўваць раскісленне вугляроду, а прадуктам раскіслення з'яўляецца газ, што прыводзіць да высокай чысціні сплаву;

⑥ Можна дакладна рэгуляваць і кантраляваць хімічны склад;

⑦ Вярнутыя матэрыялы можна выкарыстоўваць.

11. Якія недахопы вакуумнай індукцыйнай печы для плаўлення?

① Абсталяванне складанае, дарагое і патрабуе вялікіх інвестыцый;

② Нязручнае абслугоўванне, высокія выдаткі на плаўленне і адносна высокія выдаткі;

③ Забруджванне металам, выкліканае вогнетрывалымі матэрыяламі ў тыглях падчас працэсу плаўлення;

④ Вытворчая партыя невялікая, а аб'ём праверкі вялікі.

12. Якія асноўныя параметры і значэнні вакуумных помпаў?

① Ступень экстрэмальнага вакууму: мінімальнае стабільнае значэнне ціску (г.зн. найвышэйшая стабільная ступень вакууму), якое можна атрымаць пасля працяглага перыяду апаражнення пры герметычным уваходзе вакуумнага помпы, называецца максімальнай ступенню вакууму помпы.

② Хуткасць адпампоўвання: аб'ём газу, які адпампоўваецца помпай за адзінку часу, называецца хуткасцю адпампоўвання вакуумнага помпы.

③ Максімальны ціск на выхадзе: максімальнае значэнне ціску, пры якім газ выходзіць з выпускнога адтуліны вакуумнага помпы падчас нармальнай працы.

④ Папярэдні ціск: максімальнае значэнне ціску, якое неабходна падтрымліваць на выпускным адтуліне вакуумнага помпы для забеспячэння бяспечнай працы.

13. Як выбраць разумную сістэму вакуумнага помпы?

① Хуткасць адпампоўкі вакуумнага помпы адпавядае пэўнаму ціску на ўваходзе вакуумнага помпы;

② Механічныя помпы, помпы Рутса і помпы для павышэння ціску нафты не могуць непасрэдна выкідваць вадкасць у атмасферу і павінны спадзявацца на помпу пярэдняй ступені для ўстанаўлення і падтрымання зададзенага папярэдняга ціску для нармальнай працы.

14. Чаму ў электрычныя ланцугі трэба дадаваць кандэнсатары?

З-за вялікай адлегласці паміж індуктыўнай шпулькай і металічным матэрыялам печы магнітная ўцечка вельмі сур'ёзная, карысны магнітны паток вельмі нізкі, а рэактыўная магутнасць высокая. Такім чынам, у ёмістных ланцугах ток апярэджвае напружанне. Каб кампенсаваць уплыў індуктыўнасці і палепшыць каэфіцыент магутнасці, неабходна ўключыць у ланцуг адпаведную колькасць электрычных кантэйнераў, каб кандэнсатар і індуктыўнасць маглі рэзаніраваць паралельна, тым самым паляпшаючы каэфіцыент магутнасці індуктыўнай шпулькі.

15. З колькіх дэталяў складаецца асноўнае абсталяванне вакуумнай індукцыйнай печы?

Плавільная камера, разліўная камера, вакуумная сістэма, сістэма электразабеспячэння.

16. Якія меры па тэхнічным абслугоўванні вакуумнай сістэмы падчас працэсу плаўлення?

① Якасць і ўзровень алею ў вакуумным помпе нармальныя;

② Фільтр-сетка перагортваецца ў звычайным рэжыме;

③ Герметычнасць кожнага запорнага клапана нармальная.

17. Якія меры па тэхнічным абслугоўванні сістэмы электразабеспячэння прымаюцца падчас працэсу плаўлення?

① Тэмпература астуджальнай вады кандэнсатара нармальная;

② Тэмпература трансфарматарнага алею нармальная;

③ Тэмпература астуджальнай вады кабеля нармальная.

18. Якія патрабаванні прад'яўляюцца да тыгляў у вакуумнай індукцыйнай печы плаўлення?

① Мае высокую тэрмічную стабільнасць, каб пазбегнуць расколін, выкліканых хуткім астуджэннем і награваннем;

② Мае высокую хімічную стабільнасць, каб прадухіліць забруджванне тыгля вогнетрывалымі матэрыяламі;

③ Дастаткова высокая вогнеўстойлівасць і трываласць канструкцыі пры высокіх тэмпературах, каб вытрымліваць высокія тэмпературы і ўздзеянне матэрыялу печы;

④ Тыгель павінен мець высокую шчыльнасць і гладкую рабочую паверхню, каб паменшыць плошчу паверхні кантакту паміж тыглем і металічнай вадкасцю, а таксама паменшыць ступень адгезіі рэшткаў металу да паверхні тыгля.

⑤ Мае высокія цеплаізаляцыйныя ўласцівасці;

⑥ Невялікая ўсадка падчас спякання;

⑦ Мае нізкую лятучасць і добрую ўстойлівасць да гідратацыі;

⑧ Матэрыял тыгля вылучае невялікую колькасць газу.

⑨ Тыгель мае багатыя рэсурсы матэрыялаў і нізкія цэны.

19. Як палепшыць высокатэмпературныя характарыстыкі тыгляў?

① Зменшце ўтрыманне CaO і суадносіны CaO/SiO2 у MgO-пяску, каб паменшыць колькасць вадкай фазы і павысіць тэмпературу, пры якой утвараецца вадкая фаза.

② Паляпшае стабільнасць крышталічных зерняў.

③ Дасягнуць добрага стану рэкрышталізацыі ў спечаным пласце, паменшыць сітаватасць, паменшыць шырыню межаў зерняў і сфармаваць мазаічную структуру, утвараючы прамое спалучэнне цвёрдай і цвёрдай фаз, тым самым памяншаючы шкодны ўплыў вадкай фазы.

20. Як выбраць адпаведны геаметрычны памер тыгля?

① Таўшчыня сценкі тыгля звычайна складае ад 1/8 да 1/10 дыяметра тыгля (сфармаванага);

② Вадкая сталь складае 75% аб'ёму тыгля;

③ Вугал R складае каля 45°;

④ Таўшчыня дна печы звычайна ў 1,5 раза большая за таўшчыню сценкі печы.

21. Якія клеі звычайна выкарыстоўваюцца для завязвання вузлоў у тыглях?

① Арганічныя рэчывы: дэкстрын, вадкія адходы цэлюлозы, арганічная смала і г.д.;

② Неарганічныя рэчывы: сілікат натрыю, расол, борная кіслата, карбанат, гліна і г.д.

22. Якая функцыя клею (H3BO3) для завязвання тыгляў?

Борная кіслата (H3BO3) можа выдаліць усю вільгаць пры награванні ніжэй за 300 ℃ пры звычайных умовах і называецца борным ангідрыдам (B2O3).

① Пры нізкіх тэмпературах некаторая колькасць MgO і Al2O3 можа растварацца ў вадкім B2O3 з утварэннем шэрагу пераходных прадуктаў, паскараючы дыфузію MgO · Al2O3 у цвёрдую фазу і спрыяючы перакрышталізацыі, у выніку чаго пры больш нізкіх тэмпературах утвараецца спякальны пласт тыгля, тым самым зніжаючы тэмпературу спякання.

② Абапіраючыся на эфект плаўлення і звязвання борнай кіслаты пры сярэдняй тэмпературы, можна патаўсціць паўспечаны пласт або павялічыць трываласць тыгля перад другасным спяканнем.

③ У магнезіяльным пяску, які змяшчае CaO, выкарыстанне звязальных рэчываў можа падаўляць крышталічнае ператварэнне 2CaO · SiO2 пры тэмпературы ніжэй за 850 ℃.

23. Якія існуюць розныя метады фармавання тыгляў?

Два спосабы.

① Паперадпрацоўка па-за печчу; Пасля змешвання сыравіны (вогнетрывалыя матэрыялы з электрычнага плаўлення магнію або алюмініева-магніевай шпінелі) з пэўным суадносінамі памераў часціц і выбару адпаведных клеяў, яны фармуюцца ў тыгельнай форме шляхам вібрацыі і ізастатычнага ціску. Корпус тыгля сушаць і апрацоўваюць у тыгель у высокатэмпературнай тунэльнай печы з максімальнай тэмпературай абпалу ≥ 1700 ℃ × 8 гадзін.

② Непасрэдна ў печы; дадайце адпаведную колькасць цвёрдага клею, напрыклад, борнай кіслаты, у адпаведным суадносінах памераў часціц, раўнамерна змяшайце і выкарыстоўвайце трамбоўку для дасягнення шчыльнага запаўнення. Падчас спякання ў выніку змены тэмпературы кожнай дэталі ўтвараюцца розныя мікраструктуры.

24. З колькіх слаёў складаецца спякальная структура тыгля, і які ўплыў гэта аказвае на якасць тыгля?

Структура спякання тыгля падзелена на тры пласты: спякальны пласт, паўспякальны пласт і друзлы пласт.

Спякальны пласт: падчас працэсу печы памер часціц перакрышталізуецца. За выключэннем сярэдняга памеру часціц пяску ў канцы нізкай тэмпературы, першапачатковая прапорцыя зусім не бачная, і прысутнічае аднастайная і дробная структура. Межы зерняў вельмі вузкія, і прымешкі пераразмяркоўваюцца на новых межах зерняў. Спяканы пласт - гэта цвёрдая абалонка, размешчаная ў самай унутранай частцы сценкі тыгля, якая непасрэдна кантактуе з расплаўленым металам і нясе розныя сілы, таму гэты пласт вельмі важны для тыгля.

Друзлы пласт: падчас спякання тэмпература паблізу ізаляцыйнага пласта нізкая, і магніевы пясок не можа спякацца або звязвацца са шкляной фазай, застаючыся ў цалкам друзлым стане. Гэты пласт размешчаны ў самай вонкавай частцы тыгля і выконвае наступныя функцыі: па-першае, з-за сваёй друзлай структуры і дрэннай цеплаправоднасці цяпло, якое перадаецца ад унутранай сценкі тыгля вонкі, зніжаецца, што памяншае страты цяпла, забяспечвае ізаляцыю і паляпшае цеплавую эфектыўнасць унутры тыгля; па-другое, друзлы пласт таксама з'яўляецца ахоўным пластом. Паколькі спечаны пласт утварае абалонку і ўступае ў непасрэдны кантакт з вадкім металам, ён схільны да расколін. Пасля расколіны расплаўлены вадкі метал будзе прасочвацца з расколіны, у той час як друзлы пласт менш схільны да расколін з-за сваёй друзлай структуры. Вадкі метал, які прасочваецца з унутранага пласта, блакуецца ім, абараняючы датчык; па-трэцяе, друзлы пласт усё яшчэ з'яўляецца буферам. З-за таго, што спечаны пласт ператварыўся ў цвёрдую абалонку, пры награванні і астуджэнні адбываецца агульнае пашырэнне і сцісканне аб'ёму. З-за друзлай структуры друзлага пласта ён гуляе буферную ролю ў змене аб'ёму тыгля.

Паўспечаны пласт (таксама вядомы як пераходны пласт): размешчаны паміж спечаным пластом і друзлым пластом, падзелены на дзве часткі. Паблізу спечанага пласта прымешкі плавяцца і пераразмяркоўваюцца або злучаюцца з часцінкамі магніевага пяску. Магніевы пясок падвяргаецца частковай перакрышталізацыі, і буйныя часціцы пяску выглядаюць асабліва шчыльнымі; часткі паблізу друзлага пласта цалкам злучаны паміж сабой клеем. Паўспечаны пласт служыць як спечаным, так і друзлым пластом.

25. Як выбраць сістэму апрацоўкі печы?

① Максімальная тэмпература ў печы: калі таўшчыня ізаляцыйнага пласта вузлаватага тыгля складае 5-10 мм, то для электрычна плаўленага магнезію спечаны пласт складае толькі 13-15% ад таўшчыні тыгля пры запякання пры тэмпературы 1800 ℃. Пры запякання ў печы пры тэмпературы 2000 ℃ ён складае 24-27%. Улічваючы трываласць тыгля да высокіх тэмператур, лепш мець больш высокую тэмпературу ў печы, але яе цяжка дасягнуць занадта высокай. Пры тэмпературы вышэй за 2000 ℃ з-за сублімацыі аксіду магнію або аднаўлення аксіду магнію вугляродам, а таксама інтэнсіўнай перакрышталізацыі аксіду магнію, ён утварае сотападобную структуру. Таму максімальная тэмпература ў печы павінна кантралявацца ніжэй за 2000 ℃.

② Хуткасць нагрэву: на пачатковай стадыі нагрэву, каб эфектыўна выдаліць вільгаць з вогнетрывалых матэрыялаў, неабходна правесці дастатковы папярэдні нагрэў. Як правіла, хуткасць нагрэву павінна быць павольнай ніжэй за 1500 ℃; калі тэмпература печы перавышае 1500 ℃, электрычна плаўлены магнезіевы пясок пачынае спякацца. У гэты час неабходна выкарыстоўваць высокую магутнасць для хуткага нагрэву да чаканай максімальнай тэмпературы печы.

③ Час ізаляцыі: Пасля таго, як тэмпература печы дасягне найвышэйшай тэмпературы, неабходна правесці ізаляцыю пры гэтай тэмпературы. Час ізаляцыі залежыць ад тыпу печы і матэрыялу, напрыклад, 15-20 хвілін для малых электрычных плавільных магніевых тыгляў і 30-40 хвілін для вялікіх і сярэдніх электрычных плавільных магніевых тыгляў.

Такім чынам, хуткасць нагрэву падчас духоўкі і выпяканне пры найвышэйшай тэмпературы варта адпаведна карэктаваць.