Què és la fusió per inducció al buit?

La fusió al buit és una tècnica de fusió de metalls i aliatges que es duu a terme en un entorn de buit.

Aquesta tecnologia pot evitar que els metalls rars siguin contaminats per l'atmosfera i els materials refractaris, i té la funció de purificació. Mitjançant la fusió al buit, es poden obtenir metalls i aliatges d'alta qualitat amb baix contingut de gas, poques inclusions i petita segregació. Aquest mètode és crucial per obtenir materials metàl·lics d'alta puresa i alta qualitat, especialment adequats per a aliatges o metalls que són difícils de fondre i requereixen una puresa ultra alta. Els mètodes de fusió al buit inclouen la fusió per feix d'electrons, la fusió per inducció al buit, la fusió per forn d'arc al buit i la fusió per forn de plasma. Per exemple, la fusió per feix d'electrons utilitza feixos d'electrons d'alta energia per bombardejar materials fosos, convertir-los ràpidament en energia tèrmica i fondre'ls. Aquest mètode és adequat per fondre aliatges o metalls d'alta dificultat i puresa ultra alta.

A més, la fusió al buit també ajuda a millorar la tenacitat, la resistència a la fatiga, la resistència a la corrosió, el rendiment de fluència a alta temperatura i la permeabilitat magnètica dels materials metàl·lics.

La fusió en forn d'inducció al buit és un procés que utilitza la inducció electromagnètica per generar corrents de Foucault en conductors metàl·lics en condicions de buit per escalfar el material del forn. Té les característiques d'un petit volum de cambra de fusió, un temps de bombament al buit i un cicle de fusió curts, un control convenient de la temperatura i la pressió, la reciclabilitat dels elements volàtils i un control precís de la composició de l'aliatge. A causa de les característiques anteriors, s'ha convertit en un equip important per a la producció d'aliatges especials com ara acer especial, aliatges de precisió, aliatges de calefacció elèctrica, aliatges d'alta temperatura i aliatges resistents a la corrosió.

1. Què és el buit?

En un recipient tancat, a causa de la disminució del nombre de molècules de gas, la pressió exercida per les molècules de gas sobre una unitat de superfície disminueix. En aquest moment, la pressió dins del recipient és inferior a la pressió normal. Aquest tipus d'espai gasós que és inferior a la pressió normal s'anomena buit.

2. Quin és el principi de funcionament d'un forn d'inducció al buit?

El mètode principal és aplicar inducció electromagnètica per generar corrent a la pròpia càrrega metàl·lica i després confiar en la resistència de la pròpia càrrega metàl·lica per convertir l'energia elèctrica en energia tèrmica segons la llei de Joule-Lenz, que s'utilitza per fondre metalls.

3. Com es forma l'agitació electromagnètica en un forn d'inducció al buit?

El metall fos al gresol genera força elèctrica en el camp magnètic generat per la bobina d'inducció. A causa de l'efecte pelicular, els corrents de Foucault generats pel metall fos són oposats a la direcció del corrent que passa a través de la bobina d'inducció, donant lloc a una repulsió mútua; La força repulsiva sobre el metall fos sempre apunta cap a l'eix del gresol, i el metall fos també és empès cap al centre del gresol; A causa del fet que la bobina d'inducció és una bobina curta amb efectes curts als dos extrems, la força elèctrica corresponent als dos extrems de la bobina d'inducció disminueix, i la distribució de la força elèctrica és més petita als extrems superior i inferior i més gran al mig. Sota aquesta força, el líquid metàl·lic primer es mou des del mig cap a l'eix del gresol, i després flueix cap amunt i cap avall cap al centre. Aquest fenomen continua circulant, formant un moviment ferotge del líquid metàl·lic. Durant la fusió real, es pot eliminar el fenomen del líquid metàl·lic que s'infla cap amunt i es balanceja cap amunt i cap avall al centre del gresol, que s'anomena agitació electromagnètica.

4. Quina és la funció de l'agitació electromagnètica?

① Pot accelerar la velocitat de les reaccions físiques i químiques durant el procés de fusió; ② Unifica la composició del líquid metàl·lic fos; ③ La temperatura del metall fos al gresol tendeix a ser consistent, cosa que resulta en la finalització completa de la reacció durant la fusió; ④ El resultat de l'agitació supera l'efecte de la seva pròpia pressió estàtica, llançant les bombolles dissoltes a les profunditats del gresol sobre la superfície del líquid, facilitant la descàrrega de gas i reduint el contingut d'inclusió de gas de l'aliatge. L'agitació intensa millora l'erosió mecànica del metall fos al gresol, afectant la seva vida útil; ⑥ Accelera la descomposició de materials refractaris en gresols a altes temperatures, cosa que provoca una re-contaminació de l'aliatge fos.

5. Què és el grau de buit?

El grau de buit representa la dilució d'un gas per sota d'una pressió atmosfèrica, generalment expressada com a pressió.

6. Quina és la taxa de fuites?

La taxa de fuites fa referència a la quantitat d'augment de pressió per unitat de temps després que l'equip de buit estigui tancat.

7. Què és l'efecte cutani?

L'efecte pelicular es refereix al fenomen de distribució desigual del corrent a la secció transversal d'un conductor (referint-se a la càrrega del forn en la fusió) quan hi passa corrent altern. Com més alta sigui la densitat de corrent superficial del conductor, menor serà la densitat de corrent cap al centre.

8. Què és la inducció electromagnètica?

El corrent altern passa a través d'un cable i genera un camp magnètic altern al seu voltant, mentre que la col·locació d'un cable tancat en un camp magnètic canviant genera corrent altern dins del cable. Aquest fenomen s'anomena inducció electromagnètica.

10. Quins són els avantatges de la fusió al forn d'inducció al buit?

① Sense contaminació de l'aire ni de l'escòria, l'aliatge fos és pur i té un alt nivell de rendiment;

② La fusió al buit crea bones condicions de desgasificació, cosa que resulta en un baix contingut de gas a l'acer i l'aliatge fosos;

③ En condicions de buit, els metalls no s'oxiden fàcilment;

④ Les impureses (Pb, Bi, etc.) aportades per les matèries primeres es poden evaporar al buit, cosa que provoca la purificació del material;

⑤ Durant la fusió al forn d'inducció al buit, es pot utilitzar la desoxidació del carboni i el producte de desoxigenació és gas, cosa que resulta en una alta puresa de l'aliatge;

⑥ Pot ajustar i controlar amb precisió la composició química;

⑦ Es poden utilitzar els materials retornats.

11. Quins són els inconvenients de la fusió en forns d'inducció al buit?

① L'equipament és complex, car i requereix una gran inversió;

② Manteniment incòmode, costos de fosa elevats i costos relativament alts;

③ Contaminació metàl·lica causada per materials refractaris en gresols durant el procés de fusió;

④ El lot de producció és petit i la càrrega de treball d'inspecció és gran.

12. Quins són els principals paràmetres bàsics i significats de les bombes de buit?

① Grau de buit extrem: El valor mínim de pressió estable (és a dir, el grau de buit estable més alt) que es pot obtenir després d'un llarg període de buidatge quan l'entrada d'una bomba de buit està segellada s'anomena grau de buit màxim de la bomba.

② Taxa d'evacuació: El volum de gas extret per una bomba per unitat de temps s'anomena velocitat de bombament d'una bomba de buit.

③ Pressió màxima de sortida: el valor màxim de pressió al qual es descarrega el gas per l'orifici d'escapament d'una bomba de buit durant el funcionament normal.

④ Prepressió: El valor màxim de pressió que cal mantenir a l'orifici d'escapament de la bomba de buit per garantir un funcionament segur.

13. Com triar un sistema de bomba de buit raonable?

① El cabal de bombament d'una bomba de buit correspon a una determinada pressió d'entrada de la bomba de buit;

② Les bombes mecàniques, les bombes Roots i les bombes de reforç d'oli no poden descarregar directament a l'atmosfera i han de dependre de la bomba de l'etapa frontal per establir i mantenir la prepressió prescrita per tal de funcionar normalment.

14. Per què cal afegir condensadors als circuits elèctrics?

A causa de la gran distància entre la bobina d'inducció i el material metàl·lic del forn, la fuita magnètica és molt greu, el flux magnètic útil és molt baix i la potència reactiva és alta. Per tant, en els circuits capacitius, el corrent va més enllà del voltatge. Per compensar la influència de la inductància i millorar el factor de potència, cal incorporar un nombre adequat de contenidors elèctrics al circuit, de manera que el condensador i l'inductor puguin ressonar en paral·lel, millorant així el factor de potència de la bobina d'inducció.

15. De quantes parts consta l'equip principal d'un forn d'inducció al buit?

Cambra de fusió, cambra de colada, sistema de buit, sistema d'alimentació.

16. Quines són les mesures de manteniment del sistema de buit durant el procés de fosa?

① La qualitat i el nivell de l'oli de la bomba de buit són normals;

② La pantalla del filtre s'inverteix normalment;

③ El segellat de cada vàlvula d'aïllament és normal.

17. Quines són les mesures de manteniment del sistema de subministrament d'energia durant el procés de fosa?

① La temperatura de l'aigua de refrigeració del condensador és normal;

② La temperatura de l'oli del transformador és normal;

③ La temperatura de l'aigua de refrigeració del cable és normal.

18. Quins són els requisits per als gresols en la fusió al forn d'inducció al buit?

① Té una alta estabilitat tèrmica per evitar esquerdes causades per un refredament i un escalfament ràpids;

② Té una alta estabilitat química per evitar la contaminació del gresol per materials refractaris;

③ Tenir una resistència al foc i una resistència estructural a altes temperatures suficients per suportar altes temperatures i impactes del material del forn;

④ El gresol ha de tenir una alta densitat i una superfície de treball llisa per reduir la superfície de contacte entre el gresol i el líquid metàl·lic i per reduir el grau d'adhesió dels residus metàl·lics a la superfície del gresol.

5 Té altes propietats d'aïllament;

⑥ Retracció de petit volum durant el procés de sinterització;

⑦ Té baixa volatilitat i bona resistència a la hidratació;

⑧ El material del gresol té una petita quantitat d'alliberament de gas.

⑨ El gresol té abundants recursos de materials i preus baixos.

19. Com millorar el rendiment a alta temperatura dels gresols?

① Reduir el contingut de CaO i la relació CaO/SiO2 a la sorra de MgO per reduir la quantitat de fase líquida i augmentar la temperatura a la qual es genera la fase líquida.

② Millorar l'estabilitat dels grans de cristall.

③ Aconseguir un bon estat de recristal·lització a la capa sinteritzada, reduir la porositat, reduir l'amplada del límit de gra i formar una estructura de mosaic, formant una combinació directa de fases sòlides i sòlides, reduint així els efectes nocius de la fase líquida.

20. Com triar la mida geomètrica adequada del gresol?

① El gruix de la paret del gresol és generalment d'1/8 a 1/10 del diàmetre del gresol (format);

② El líquid d'acer representa el 75% del volum del gresol;

③ L'angle de R és d'uns 45 °;

④ El gruix de la part inferior del forn és generalment 1,5 vegades superior al de la paret del forn.

21. Quins són els adhesius que s'utilitzen habitualment per fer nusos als gresols?

① Matèria orgànica: dextrina, líquid residual de polpa, resina orgànica, etc.;

② Substàncies inorgàniques: silicat de sodi, salmorra, àcid bòric, carbonat, argila, etc.

22. Quina és la funció de l'adhesiu (H3BO3) per fer nusos als gresols?

L'àcid bòric (H3BO3) pot eliminar tota la humitat escalfant-lo per sota dels 300 ℃ en circumstàncies normals, i s'anomena anhídrid borònic (B2O3).

① A baixes temperatures, part del MgO i l'Al₂O₃ es poden dissoldre en el B₂O₃ líquid per formar una sèrie de productes de transició, accelerant la difusió en fase sòlida del MgO · Al₂O₃ i promovent la recristal·lització, fent que la capa de sinterització del gresol es formi a temperatures més baixes, reduint així la temperatura de sinterització.

② Confiant en l'efecte de fusió i unió de l'àcid bòric a temperatura mitjana, es pot espessir la capa semisinteritzada o augmentar la resistència del gresol abans de la sinterització secundària.

③ En sorra de magnèsia que conté CaO, l'ús d'aglomerants pot suprimir la transformació cristal·lina de 2CaO · SiO2 per sota de 850 ℃.

23. Quins són els diversos mètodes de modelat per a gresols?

Dues maneres.

① Prefabricació fora del forn; Després de barrejar les matèries primeres (materials refractaris de magnesi fusionat elèctricament o espinel·la d'alumini i magnesi) amb una determinada proporció de mida de partícula i seleccionar els adhesius adequats, es formen al motlle del gresol mitjançant processos de vibració i pressió isostàtica. El cos del gresol s'asseca i es processa en un gresol prefabricat en un forn de túnel d'alta temperatura amb una temperatura màxima de cocció de ≥ 1700 ℃ × 8 hores.

② Picant directament dins del forn; Afegiu una quantitat adequada d'adhesiu sòlid, com ara àcid bòric, a la proporció de mida de partícula adequada, barregeu-ho uniformement i utilitzeu el compactador per aconseguir un farciment dens. Durant la sinterització, es formen diferents microestructures a causa de les diferents temperatures de cada peça.

24. Quantes capes està formada l'estructura de sinterització del gresol i quin és l'impacte en la qualitat del gresol?

L'estructura de sinterització del gresol es divideix en tres capes: capa de sinterització, capa de semisinterització i capa solta.

Capa de sinterització: Durant el procés del forn, la mida de les partícules experimenta una recristal·lització. Excepte per la mida mitjana de les partícules de sorra a l'extrem de baixa temperatura, no es pot veure la proporció original i es presenta una estructura uniforme i fina. Els límits de gra són molt estrets i les impureses es redistribueixen als nous límits de gra. La capa sinteritzada és una closca dura situada a la part més interna de la paret del gresol, que entra en contacte directe amb el metall fos i suporta diverses forces, per la qual cosa aquesta capa és molt important per al gresol.

Capa solta: Durant la sinterització, la temperatura a prop de la capa d'aïllament és baixa i la sorra de magnesi no es pot sinteritzar ni unir per la fase vítria, romanent en un estat completament solt. Aquesta capa es troba a la part més externa del gresol i serveix per als següents propòsits: en primer lloc, a causa de la seva estructura solta i la seva baixa conductivitat tèrmica, es redueix la calor transferida de la paret interior del gresol a l'exterior, reduint la pèrdua de calor, proporcionant aïllament i millorant l'eficiència tèrmica dins del gresol; en segon lloc, la capa solta també és una capa protectora. Com que la capa sinteritzada ha format una closca i entra en contacte directe amb el metall líquid, és propensa a esquerdar-se. Un cop s'esquerda, el metall líquid fos s'escorrerà per l'esquerda, mentre que la capa solta és menys propensa a esquerdar-se a causa de la seva estructura solta. El líquid metàl·lic que s'escorre de la capa interior queda bloquejat per aquesta, proporcionant protecció a l'anell sensor; en tercer lloc, la capa solta continua sent un amortidor. A causa del fet que la capa sinteritzada s'ha convertit en una closca dura, es produeix una expansió i contracció del volum general quan s'escalfa i es refreda. A causa de l'estructura solta de la capa solta, aquesta juga un paper amortidor en el canvi de volum del gresol.

Capa semisinteritzada (també coneguda com a capa de transició): situada entre la capa sinteritzada i la capa solta, dividida en dues parts. A prop de la capa sinteritzada, les impureses es fonen i es redistribueixen o s'uneixen a les partícules de sorra de magnesi. La sorra de magnesi experimenta una recristal·lització parcial i les partícules de sorra grans apareixen particularment denses; Les parts properes a la capa solta estan completament unides entre si mitjançant un adhesiu. La capa semisinteritzada serveix com a capa sinteritzada i com a capa solta.

25. Com triar el sistema de procés del forn?

① Temperatura màxima del forn: Quan el gruix de la capa d'aïllament del gresol nuat és de 5-10 mm, per a la magnèsia fusionada elèctricament, la capa sinteritzada només representa el 13-15% del gruix del gresol quan es cou a 1800 ℃. Quan es cou en un forn a 2000 ℃, representa el 24-27%. Tenint en compte la resistència a altes temperatures del gresol, és millor tenir una temperatura de forn més alta, però no és fàcil que arribi massa a dalt. Quan la temperatura és superior a 2000 ℃, forma una estructura semblant a un panal a causa de la sublimació de l'òxid de magnesi o la reducció de l'òxid de magnesi pel carboni, així com la intensa recristal·lització de l'òxid de magnesi. Per tant, la temperatura màxima del forn s'ha de controlar per sota dels 2000 ℃.

② Velocitat d'escalfament: En la fase inicial de l'escalfament, per eliminar eficaçment la humitat dels materials refractaris, s'ha de dur a terme un preescalfament suficient. Generalment, la velocitat d'escalfament ha de ser lenta per sota dels 1500 ℃; Quan la temperatura del forn supera els 1500 ℃, la sorra de magnèsia fosa elèctricament comença a sinteritzar-se. En aquest moment, s'ha d'utilitzar una potència elevada per escalfar ràpidament fins a la temperatura màxima esperada del forn.

③ Temps d'aïllament: Després que la temperatura del forn arribi a la temperatura més alta del forn, cal dur a terme l'aïllament a aquesta temperatura. El temps d'aïllament varia segons el tipus i el material del forn, com ara 15-20 minuts per a gresols de magnesi de fusió elèctrica petits i 30-40 minuts per a gresols de magnesi de fusió elèctrica grans i mitjans.

Per tant, la velocitat d'escalfament durant el forn i la cocció a la temperatura de cocció més alta s'han d'ajustar en conseqüència.