Šta je vakuumsko indukcijsko topljenje?

Vakuumsko topljenje je tehnika topljenja metala i legura koja se izvodi u vakuumskom okruženju.

Ova tehnologija može spriječiti kontaminaciju rijetkih metala atmosferom i vatrostalnim materijalima, te ima funkciju pročišćavanja i prečišćavanja. Vakuumskim topljenjem mogu se dobiti visokokvalitetni metali i legure s niskim sadržajem plina, malo inkluzija i malom segregacijom. Ova metoda je ključna za dobijanje visokokvalitetnih metalnih materijala visoke čistoće, posebno pogodnih za legure ili metale koji se teško tope i zahtijevaju ultra visoku čistoću. Metode vakuumskog topljenja uključuju topljenje elektronskim snopom, vakuumsko indukcijsko topljenje, topljenje u vakuumskoj lučnoj peći i topljenje plazma peći. Na primjer, topljenje elektronskim snopom koristi visokoenergetske elektronske snopove za bombardiranje rastopljenih materijala, brzo ih pretvarajući u toplinsku energiju i topeći ih. Ova metoda je pogodna za topljenje legura ili metala visoke težine i ultra visoke čistoće.

Osim toga, vakuumsko topljenje također pomaže u poboljšanju žilavosti, zamorne čvrstoće, otpornosti na koroziju, performansi puzanja na visokim temperaturama i magnetske permeabilnosti metalnih materijala.

Topljenje u vakuumskoj indukcijskoj peći je proces korištenja elektromagnetne indukcije za generiranje vrtložnih struja u metalnim provodnicima pod vakuumom radi zagrijavanja materijala peći. Karakterizira ga mala zapremina komore za topljenje, kratko vrijeme vakuumskog pumpanja i ciklus topljenja, praktična kontrola temperature i pritiska, mogućnost recikliranja isparljivih elemenata i precizna kontrola sastava legure. Zbog gore navedenih karakteristika, sada se razvio u važnu opremu za proizvodnju specijalnih legura kao što su specijalni čelik, precizne legure, legure za električno grijanje, legure za visoke temperature i legure otporne na koroziju.

1. Šta je vakuum?

U zatvorenoj posudi, zbog smanjenja broja molekula gasa, pritisak koji molekule gasa vrše na jedinicu površine se smanjuje. U ovom trenutku, pritisak unutar posude je niži od normalnog pritiska. Ova vrsta gasovitog prostora koji je niži od normalnog pritiska naziva se vakuum.

2. Koji je princip rada vakuumske indukcijske peći?

Glavna metoda je primjena elektromagnetske indukcije za generiranje struje u samom metalnom naboju, a zatim oslanjanje na otpor samog metalnog naboja za pretvaranje električne energije u toplinsku energiju prema Joule-Lenzovom zakonu, koji se koristi za topljenje metala.

3. Kako se formira elektromagnetno miješanje u vakuumskoj indukcijskoj peći?

Rastopljeni metal u lončiću generira električnu silu u magnetskom polju koje generira indukcijska zavojnica. Zbog skin efekta, vrtložne struje koje generira rastopljeni metal su suprotne smjeru struje koja prolazi kroz indukcijsku zavojnicu, što rezultira međusobnim odbijanjem; Odbojna sila na rastopljeni metal uvijek je usmjerena prema osi lončića, a rastopljeni metal se također gura prema središtu lončića; Zbog činjenice da je indukcijska zavojnica kratka zavojnica s kratkim efektima na oba kraja, odgovarajuća električna sila na oba kraja indukcijske zavojnice se smanjuje, a raspodjela električne sile je manja na gornjem i donjem kraju, a veća u sredini. Pod utjecajem ove sile, metalna tekućina se prvo kreće od sredine prema osi lončića, a zatim teče prema gore i dolje prema središtu. Ovaj fenomen nastavlja kružiti, stvarajući snažno kretanje metalne tekućine. Tokom stvarnog topljenja, fenomen izbočenja metalne tekućine prema gore i prevrtanja prema gore i dolje u središtu lončića može se eliminirati, što se naziva elektromagnetsko miješanje.

4. Koja je funkcija elektromagnetnog miješanja?

① Može ubrzati brzinu fizičkih i hemijskih reakcija tokom procesa topljenja; ② Ujednačiti sastav tečnosti rastopljenog metala; ③ Temperatura rastopljenog metala u lončiću ima tendenciju da bude konstantna, što rezultira potpunim završetkom reakcije tokom topljenja; ④ Rezultat miješanja prevazilazi efekat vlastitog statičkog pritiska, prebacujući rastvorene mjehuriće duboko u lončiću na površinu tečnosti, olakšavajući ispuštanje gasa i smanjujući sadržaj gasnih inkluzija u leguri. Intenzivno miješanje pojačava mehaničku eroziju rastopljenog metala na lončiću, što utiče na njegov vijek trajanja; ⑥ Ubrzati raspadanje vatrostalnih materijala u lončićima na visokim temperaturama, što rezultira ponovnom kontaminacijom rastopljene legure.

5. Šta je stepen vakuuma?

Stepen vakuuma predstavlja razrjeđenost plina ispod jednog atmosferskog pritiska, obično izraženog kao pritisak.

6. Kolika je stopa curenja?

Brzina curenja odnosi se na količinu povećanja pritiska po jedinici vremena nakon što je vakuumska oprema zatvorena.

7. Šta je skin efekat?

Skin efekat se odnosi na fenomen neravnomjerne raspodjele struje na poprečnom presjeku provodnika (odnosi se na uložak peći u procesu topljenja) kada kroz njega prolazi naizmjenična struja. Što je veća površinska gustoća struje provodnika, to je gustoća struje prema centru niža.

8. Šta je elektromagnetna indukcija?

Naizmjenična struja prolazi kroz žicu i generira naizmjenično magnetsko polje oko nje, dok postavljanje zatvorene žice u promjenjivo magnetsko polje generira naizmjeničnu struju unutar žice. Ovaj fenomen se naziva elektromagnetska indukcija.

10. Koje su prednosti topljenja u vakuumskoj indukcijskoj peći?

① Nema zagađenja zraka i troske, rastopljena legura je čista i ima visok nivo performansi;

② Vakuumsko topljenje stvara dobre uslove za degazaciju, što rezultira niskim sadržajem gasa u rastopljenom čeliku i leguri;

③ U vakuumskim uslovima, metali se ne oksidiraju lako;

④ Nečistoće (Pb, Bi, itd.) koje unose sirovine mogu ispariti u vakuumu, što rezultira pročišćavanjem materijala;

⑤ Tokom topljenja u vakuumskoj indukcijskoj peći, može se koristiti deoksidacija ugljika, a produkt deoksigenacije je plin, što rezultira visokom čistoćom legure;

⑥ Može precizno podesiti i kontrolisati hemijski sastav;

⑦ Vraćeni materijali se mogu koristiti.

11. Koji su nedostaci topljenja u vakuumskoj indukcijskoj peći?

① Oprema je složena, skupa i zahtijeva velika ulaganja;

② Nepraktično održavanje, visoki troškovi topljenja i relativno visoki troškovi;

③ Kontaminacija metala uzrokovana vatrostalnim materijalima u loncima tokom procesa topljenja;

④ Proizvodna serija je mala, a obim inspekcije je veliki.

12. Koji su glavni osnovni parametri i značenja vakuumskih pumpi?

① Ekstremni stepen vakuuma: Minimalna stabilna vrijednost pritiska (tj. najviši stabilni stepen vakuuma) koja se može postići nakon dugog perioda pražnjenja kada je ulaz vakuum pumpe zatvoren naziva se maksimalni stepen vakuuma pumpe.

② Brzina evakuacije: Volumen plina koji pumpa izvlači po jedinici vremena naziva se brzina pumpanja vakuumske pumpe.

③ Maksimalni izlazni pritisak: Maksimalna vrijednost pritiska pri kojoj se gas ispušta iz ispušnog otvora vakuumske pumpe tokom normalnog rada.

④ Predpritisak: Maksimalna vrijednost pritiska koju je potrebno održavati na ispušnom otvoru vakuumske pumpe kako bi se osigurao siguran rad.

13. Kako odabrati razuman sistem vakuumske pumpe?

① Brzina pumpanja vakuumske pumpe odgovara određenom ulaznom pritisku vakuumske pumpe;

② Mehaničke pumpe, Roots pumpe i pumpe za pojačavanje ulja ne mogu direktno ispuhati u atmosferu i moraju se oslanjati na prednju pumpu kako bi uspostavile i održavale propisani predpritisak kako bi normalno radile.

14. Zašto je potrebno dodavati kondenzatore u električna kola?

Zbog velike udaljenosti između indukcijske zavojnice i metalnog materijala peći, magnetsko curenje je vrlo ozbiljno, korisni magnetski fluks je vrlo nizak, a reaktivna snaga visoka. Stoga, u kapacitivnim kolima, struja vodi napon. Da bi se kompenzirao utjecaj induktiviteta i poboljšao faktor snage, potrebno je u kolo ugraditi odgovarajući broj električnih spremnika, tako da kondenzator i induktor mogu rezonirati paralelno, čime se poboljšava faktor snage indukcijske zavojnice.

15. Koliko dijelova čini glavna oprema vakuumske indukcijske peći?

Komora za topljenje, komora za izlivanje, vakuumski sistem, sistem napajanja.

16. Koje su mjere održavanja vakuumskog sistema tokom procesa topljenja?

① Kvalitet i nivo ulja vakuumske pumpe su normalni;

② Mreža filtera se normalno okreće;

③ Zaptivanje svakog izolacijskog ventila je normalno.

17. Koje su mjere održavanja sistema napajanja električnom energijom tokom procesa topljenja?

① Temperatura rashladne vode kondenzatora je normalna;

② Temperatura transformatorskog ulja je normalna;

③ Temperatura rashladne vode kabla je normalna.

18. Koji su zahtjevi za lončiće za topljenje u vakuumskoj indukcijskoj peći?

① Ima visoku termičku stabilnost kako bi se izbjeglo pucanje uzrokovano brzim hlađenjem i zagrijavanjem;

② Ima visoku hemijsku stabilnost kako bi se spriječila kontaminacija lončića vatrostalnim materijalima;

③ Ima dovoljno visoku otpornost na vatru i strukturnu čvrstoću na visokim temperaturama kako bi izdržala visoke temperature i udare materijala peći;

④ Lončić za pečenje treba imati visoku gustoću i glatku radnu površinu kako bi se smanjila površina kontakta između lončića i metalne tekućine, te kako bi se smanjio stepen prianjanja ostataka metala na površinu lončića.

⑤ Ima visoka izolacijska svojstva;

⑥ Malo skupljanje volumena tokom procesa sinterovanja;

⑦ Ima nisku isparljivost i dobru otpornost na hidrataciju;

⑧ Materijal lončića oslobađa malu količinu plina.

⑨ Lončić ima obilne resurse materijala i niske cijene.

19. Kako poboljšati performanse lončića na visokim temperaturama?

① Smanjite sadržaj CaO i odnos CaO/SiO2 u MgO pijesku kako biste smanjili količinu tečne faze i povećali temperaturu na kojoj se tečna faza stvara.

② Poboljšati stabilnost kristalnih zrna.

③ Da bi se postiglo dobro stanje rekristalizacije u sinterovanom sloju, smanjila poroznost, smanjila širina granica zrna i formirala mozaična struktura, formirajući direktnu kombinaciju čvrste i čvrste faze, čime se smanjuju štetni efekti tečne faze.

20. Kako odabrati odgovarajuću geometrijsku veličinu lončića?

① Debljina stijenke lončića je obično od 1/8 do 1/10 promjera lončića (formiranog);

② Tečni čelik čini 75% volumena lončića;

③ Ugao R je oko 45°;

4 Debljina dna peći je uglavnom 1,5 puta veća od debljine zida peći.

21. Koja su najčešće korištena ljepila za vezivanje čvorova u lončićima za pečenje?

① Organska materija: dekstrin, tečni otpad pulpe, organska smola itd.;

2 Neorganske supstance: natrijum silikat, slana voda, borna kiselina, karbonat, glina itd.

22. Koja je funkcija ljepila (H3BO3) za vezivanje čvorova u lončićima?

Borna kiselina (H3BO3) može ukloniti svu vlagu zagrijavanjem ispod 300 ℃ pod normalnim okolnostima i naziva se boronski anhidrid (B2O3).

① Na niskim temperaturama, dio MgO i Al2O3 može se rastvoriti u tečnom B2O3 formirajući niz prelaznih produkata, ubrzavajući difuziju MgO · Al2O3 u čvrstoj fazi i podstičući rekristalizaciju, uzrokujući formiranje sloja za sinterovanje lončića na nižim temperaturama, čime se smanjuje temperatura sinterovanja.

② Oslanjajući se na efekat topljenja i vezivanja borne kiseline na srednjoj temperaturi, polusinterovani sloj se može zgusnuti ili se može povećati čvrstoća lončića prije sekundarnog sinterovanja.

③ U magnezijumskom pijesku koji sadrži CaO, upotreba veziva može suzbiti kristalnu transformaciju 2CaO · SiO2 ispod 850 ℃.

23. Koje su različite metode oblikovanja lončića za taljenje?

Dva načina.

① Prefabrikacija izvan peći; Nakon miješanja sirovina (električno taljenih vatrostalnih materijala od magnezija ili aluminij-magnezij-spinela) s određenim omjerom veličine čestica i odabira odgovarajućih ljepila, one se formiraju u kalupu lončića vibracijama i izostatičkim pritiskom. Tijelo lončića se suši i prerađuje u prefabrikovani lončić u tunelskoj peći na visokoj temperaturi s maksimalnom temperaturom pečenja od ≥ 1700 ℃ × 8 sati.

② Direktno udaranje unutar peći; Dodajte odgovarajuću količinu čvrstog ljepila, kao što je borna kiselina, u odgovarajući omjer veličine čestica, ravnomjerno promiješajte i koristite tampiranje kako biste postigli gusto punjenje. Tokom sinterovanja, različite mikrostrukture se formiraju različitim temperaturama svakog dijela.

24. Koliko slojeva je formirano sinterovano tijelo lončića i kakav je utjecaj na kvalitet lončića?

Struktura sinterovanja lončića podijeljena je u tri sloja: sloj za sinterovanje, polusinterovani sloj i rastresiti sloj.

Sloj sinterovanja: Tokom procesa peći, veličina čestica se rekristalizira. Osim srednje veličine čestica pijeska na kraju niske temperature, originalni udio se uopće ne vidi, te se prezentira ujednačena i fina struktura. Granice zrna su vrlo uske, a nečistoće se preraspodijele na novim granicama zrna. Sinterovani sloj je tvrda ljuska koja se nalazi na najunuturnijem dijelu zida lončića, koji direktno dodiruje rastopljeni metal i podnosi različite sile, tako da je ovaj sloj vrlo važan za lonac.

Rastresiti sloj: Tokom sinterovanja, temperatura u blizini izolacijskog sloja je niska, te se magnezijumski pijesak ne može sinterovati ili vezati staklenom fazom, ostajući u potpuno rastresitom stanju. Ovaj sloj se nalazi na najudaljenijem dijelu lončića i služi sljedećim svrhama: prvo, zbog svoje rastresite strukture i slabe toplinske provodljivosti, smanjuje se prijenos topline s unutrašnjeg zida lončića prema van, što smanjuje gubitak topline, osigurava izolaciju i poboljšava toplinsku efikasnost unutar lončića; Drugo, rastresiti sloj je ujedno i zaštitni sloj. Budući da je sinterirani sloj formirao ljusku i dolazi u direktan kontakt s tekućim metalom, sklon je pucanju. Nakon pucanja, rastopljeni tekući metal će procuriti iz pukotine, dok je rastresiti sloj manje sklon pucanju zbog svoje rastresite strukture. Metalna tekućina koja procuri iz unutrašnjeg sloja blokirana je njime, pružajući zaštitu za senzorski prsten; Treće, rastresiti sloj je i dalje tampon. Zbog činjenice da je sinterirani sloj postao tvrda ljuska, dolazi do ukupnog širenja i skupljanja volumena pri zagrijavanju i hlađenju. Zbog rastresite strukture rastresitog sloja, on igra ulogu pufera u promjeni volumena lončića.

Polusinterovani sloj (također poznat kao prelazni sloj): nalazi se između sinterovanog sloja i rastresitog sloja, podijeljen na dva dijela. U blizini sinterovanog sloja, nečistoće se tope i preraspoređuju ili vežu za čestice magnezijumskog pijeska. Magnezijumski pijesak podliježe djelomičnoj rekristalizaciji, a velike čestice pijeska izgledaju posebno gusto; Dijelovi u blizini rastresitog sloja su potpuno spojeni ljepilom. Polusinterovani sloj služi i kao sinterovani i kao rastresiti sloj.

25. Kako odabrati sistem procesa peći?

① Maksimalna temperatura peći: Kada je debljina izolacijskog sloja čvorastog lončića 5-10 mm, kod električno taljenog magnezijevog oksida, sinterirani sloj čini samo 13-15% debljine lončića pri pečenju na 1800 ℃. Pri pečenju u peći na 2000 ℃, čini 24-27%. S obzirom na otpornost lončića na visoke temperature, bolje je imati višu temperaturu peći, ali nije lako dostići previsoku temperaturu. Kada je temperatura viša od 2000 ℃, formira se struktura slična saću zbog sublimacije magnezijevog oksida ili redukcije magnezijevog oksida ugljikom, kao i intenzivne rekristalizacije magnezijevog oksida. Stoga, maksimalnu temperaturu peći treba kontrolirati ispod 2000 ℃.

2 Brzina zagrijavanja: U ranoj fazi zagrijavanja, kako bi se efikasno uklonila vlaga iz vatrostalnih materijala, treba provesti dovoljno predgrijavanje. Općenito, brzina zagrijavanja treba biti spora ispod 1500 ℃; Kada temperatura peći dostigne iznad 1500 ℃, električno taljeni magnezijev pijesak počinje sinterirati. U ovom trenutku treba koristiti veliku snagu za brzo zagrijavanje do očekivane maksimalne temperature peći.

③ Vrijeme izolacije: Nakon što temperatura peći dostigne najvišu temperaturu peći, izolaciju je potrebno izvršiti na toj temperaturi. Vrijeme izolacije varira ovisno o vrsti peći i materijalu, na primjer 15-20 minuta za male lončiće za električno topljenje magnezija i 30-40 minuta za velike i srednje lončiće za električno topljenje magnezija.

Stoga, brzinu zagrijavanja tokom pećnice i pečenje na najvišoj temperaturi pečenja treba prilagoditi u skladu s tim.