Hvad er vakuuminduktionssmeltning?

Vakuumsmeltning er en smeltningsteknik til metaller og legeringer, der udføres i et vakuummiljø.

Denne teknologi kan forhindre sjældne metaller i at blive forurenet af atmosfæren og ildfaste materialer og har en rensnings- og oprensningsfunktion. Ved vakuumsmeltning kan der opnås metaller og legeringer af høj kvalitet med lavt gasindhold, få indeslutninger og lille segregering. Denne metode er afgørende for at opnå metalmaterialer af høj renhed og høj kvalitet, især egnet til legeringer eller metaller, der er vanskelige at smelte og kræver ultrahøj renhed. Metoderne til vakuumsmeltning omfatter elektronstrålesmeltning, vakuuminduktionssmeltning, vakuumbueovnssmeltning og plasmaovnssmeltning. For eksempel bruger elektronstrålesmeltning højenergiske elektronstråler til at bombardere smeltede materialer, hurtigt omdanne dem til termisk energi og smelte dem. Denne metode er egnet til smeltning af legeringer eller metaller med høj vanskelighed og ultrahøj renhed.

Derudover hjælper vakuumsmeltning også med at forbedre sejheden, udmattelsesstyrken, korrosionsbestandigheden, krybeevnen ved høje temperaturer og den magnetiske permeabilitet af metalmaterialer.

Vakuuminduktionsovnsmeltning er en proces, hvor elektromagnetisk induktion genererer hvirvelstrømme i metalledere under vakuumforhold for at opvarme ovnmaterialet. Den har karakteristika som lille smeltekammervolumen, kort vakuumpumpetid og smeltecyklus, bekvem temperatur- og trykkontrol, genanvendelighed af flygtige elementer og præcis kontrol af legeringssammensætningen. På grund af ovenstående egenskaber har den nu udviklet sig til et vigtigt udstyr til produktion af speciallegeringer såsom specialstål, præcisionslegeringer, elektriske opvarmningslegeringer, højtemperaturlegeringer og korrosionsbestandige legeringer.

1. Hvad er vakuum?

I en lukket beholder falder trykket, som gasmolekylerne udøver på en arealenhed, på grund af faldet i antallet af gasmolekyler. På dette tidspunkt er trykket inde i beholderen lavere end normalt tryk. Denne type gasformigt rum, der er lavere end normalt tryk, kaldes et vakuum.

2. Hvad er funktionsprincippet for en vakuuminduktionsovn?

Hovedmetoden er at anvende elektromagnetisk induktion til at generere strøm i selve metalladningen og derefter stole på selve metalladningens modstand til at omdanne elektrisk energi til termisk energi i henhold til Joule-Lenz-loven, som bruges til smeltning af metaller.

3. Hvordan dannes elektromagnetisk omrøring i en vakuuminduktionsovn?

Det smeltede metal i diglen genererer elektrisk kraft i det magnetfelt, der genereres af induktionsspolen. På grund af hudeffekten er de hvirvelstrømme, der genereres af det smeltede metal, modsat retningen af ​​strømmen, der passerer gennem induktionsspolen, hvilket resulterer i gensidig frastødning. Frastødningskraften på det smeltede metal peger altid mod diglens akse, og det smeltede metal skubbes også mod diglens centrum. Da induktionsspolen er en kort spole med korte effekter i begge ender, falder den tilsvarende elektriske kraft i begge ender af induktionsspolen, og fordelingen af ​​elektrisk kraft er mindre i de øvre og nedre ender og større i midten. Under denne kraft bevæger metalvæsken sig først fra midten mod diglens akse og strømmer derefter opad og nedad mod midten. Dette fænomen fortsætter med at cirkulere og danner en voldsom bevægelse af metalvæsken. Under selve smeltningen kan fænomenet med metalvæske, der buler opad og vipper opad og nedad i midten af ​​diglen, elimineres, hvilket kaldes elektromagnetisk omrøring.

4. Hvad er funktionen af ​​elektromagnetisk omrøring?

① Det kan accelerere hastigheden af ​​fysiske og kemiske reaktioner under smelteprocessen; ② Ensartet sammensætning af det smeltede metal; ③ Temperaturen af ​​det smeltede metal i diglen har en tendens til at være ensartet, hvilket resulterer i fuldstændig fuldførelse af reaktionen under smeltningen; ④ Resultatet af omrøring overvinder effekten af ​​sit eget statiske tryk, hvorved de opløste bobler dybt inde i diglen vendes ned på væskeoverfladen, hvilket letter gasudledning og reducerer gasindeslutningsindholdet i legeringen. Intens omrøring forstærker den mekaniske erosion af det smeltede metal på diglen, hvilket påvirker dens levetid; ⑥ Accelererer nedbrydningen af ​​ildfaste materialer i digler ved høje temperaturer, hvilket resulterer i forurening af den smeltede legering.

5. Hvad er vakuumgrad?

Vakuumgrad repræsenterer en gass tyndhed under et atmosfærisk tryk, almindeligvis udtrykt som tryk.

6. Hvad er lækagehastigheden?

Lækagehastighed refererer til mængden af ​​trykstigning pr. tidsenhed, efter at vakuumudstyret er lukket.

7. Hvad er hudeffekten?

Hudeffekten refererer til fænomenet med ujævn strømfordeling på tværsnittet af en leder (henviser til ovnladningen i smeltning), når vekselstrøm passerer gennem den. Jo højere lederens overfladestrømtæthed er, desto lavere er strømtætheden mod midten.

8. Hvad er elektromagnetisk induktion?

Vekselstrøm passerer gennem en ledning og genererer et vekslende magnetfelt omkring den, mens det at placere en lukket ledning i et skiftende magnetfelt genererer vekselstrøm inde i ledningen. Dette fænomen kaldes elektromagnetisk induktion.

10. Hvad er fordelene ved vakuuminduktionsovnsmeltning?

① Ingen luft- og slaggeforurening, den smeltede legering er ren og har et højt ydeevneniveau;

② Vakuumsmeltning skaber gode afgasningsforhold, hvilket resulterer i lavt gasindhold i det smeltede stål og legering;

③ Under vakuumforhold oxideres metaller ikke let;

④ Urenheder (Pb, Bi osv.) fra råmaterialerne kan fordampe i vakuum, hvilket resulterer i materialerensning;

⑤ Under smeltning i vakuuminduktionsovn kan kulstofdeoxidation anvendes, og deoxygeneringsproduktet er gas, hvilket resulterer i en høj legeringsrenhed;

⑥ Kan præcist justere og kontrollere den kemiske sammensætning;

⑦ Returnerede materialer kan bruges.

11. Hvad er ulemperne ved vakuuminduktionsovnsmeltning?

① Udstyret er komplekst, dyrt og kræver en stor investering;

② Ubekvem vedligeholdelse, høje smelteomkostninger og relativt høje omkostninger;

③ Metalforurening forårsaget af ildfaste materialer i digler under smelteprocessen;

④ Produktionspartiet er lille, og inspektionsarbejdsbyrden er stor.

12. Hvad er de vigtigste grundparametre og betydninger af vakuumpumper?

① Ekstrem vakuumgrad: Den minimale stabile trykværdi (dvs. den højeste stabile vakuumgrad), der kan opnås efter en lang periode med tømning, når indløbet til en vakuumpumpe er lukket, kaldes pumpens maksimale vakuumgrad.

② Evakueringshastighed: Den mængde gas, der udvindes af en pumpe pr. tidsenhed, kaldes en vakuumpumpes pumpehastighed.

③ Maksimalt udløbstryk: Den maksimale trykværdi, ved hvilken gas udledes fra udstødningsporten på en vakuumpumpe under normal drift.

④ Fortryk: Den maksimale trykværdi, der skal opretholdes ved vakuumpumpens udstødningsport for at sikre sikker drift.

13. Hvordan vælger man et fornuftigt vakuumpumpesystem?

① En vakuumpumpes pumpehastighed svarer til et bestemt indgangstryk for vakuumpumpen;

② Mekaniske pumper, rootspumper og olieboosterpumper kan ikke udledes direkte til atmosfæren og skal være afhængige af forpumpen til at etablere og opretholde det foreskrevne fortryk for at fungere normalt.

14. Hvorfor skal der tilføjes kondensatorer til elektriske kredsløb?

På grund af den store afstand mellem induktionsspolen og metalmaterialet i ovnen er magnetisk lækage meget alvorlig, den nyttige magnetiske flux er meget lav, og den reaktive effekt er høj. Derfor fører strømmen spændingen i kapacitive kredsløb. For at udligne induktansens indflydelse og forbedre effektfaktoren er det nødvendigt at indarbejde et passende antal elektriske beholdere i kredsløbet, så kondensatoren og induktoren kan resonere parallelt og derved forbedre induktionsspolens effektfaktor.

15. Hvor mange dele er hovedudstyret i en vakuuminduktionsovn?

Smeltekammer, hældekammer, vakuumsystem, strømforsyningssystem.

16. Hvad er vedligeholdelsesforanstaltningerne for vakuumsystemet under smelteprocessen?

① Vakuumpumpens oliekvalitet og olieniveau er normal;

② Filterskærmen er normalt omvendt;

③ Forseglingen af ​​hver afspærringsventil er normal.

17. Hvad er vedligeholdelsesforanstaltningerne for strømforsyningssystemet under smelteprocessen?

① Kølevandstemperaturen på kondensatoren er normal;

② Transformatorens olietemperatur er normal;

③ Kablets kølevandstemperatur er normal.

18. Hvad er kravene til digler i vakuuminduktionsovnsmeltning?

① Har høj termisk stabilitet for at undgå revner forårsaget af hurtig afkøling og opvarmning;

② Har høj kemisk stabilitet for at forhindre kontaminering af diglen med ildfaste materialer;

③ Tilstrækkelig høj brandmodstand og højtemperaturstrukturel styrke til at modstå høje temperaturer og påvirkninger fra ovnmateriale;

④ Digelen skal have en høj densitet og en glat arbejdsflade for at reducere kontaktfladen mellem diglen og metalvæsken og for at reducere graden af ​​vedhæftning af metalrester på diglens overflade.

⑤ Har høje isoleringsegenskaber;

⑥ Lille volumenkrympning under sintringsprocessen;

⑦ Har lav flygtighed og god modstandsdygtighed over for hydrering;

⑧ Digelmaterialet frigiver en lille mængde gas.

⑨ Digelen har rigelige materialer og lave priser.

19. Hvordan forbedrer man diglers højtemperaturydelse?

① Reducer indholdet af CaO og forholdet mellem CaO/SiO2 i MgO-sand for at reducere mængden af ​​flydende fase og øge temperaturen, hvorved flydende fase genereres.

② Forbedre krystalkornenes stabilitet.

③ For at opnå en god omkrystallisationstilstand i det sintrede lag, reducere porøsiteten, reducere korngrænsebredden og danne en mosaikstruktur, der danner en direkte kombination af faste og faste faser og derved reducere de skadelige virkninger af den flydende fase.

20. Hvordan vælger man den passende geometriske størrelse på diglen?

① Digelens vægtykkelse er generelt 1/8 til 1/10 af den dannede digels diameter;

② Stålvæske udgør 75% af digelvolumen;

③ R-vinklen er omkring 45 °;

④ Ovnbundens tykkelse er generelt 1,5 gange ovnvæggens tykkelse.

21. Hvilke klæbemidler anvendes almindeligvis til at knytte digler?

① Organisk materiale: dextrin, flydende papirmasseaffald, organisk harpiks osv.;

② Uorganiske stoffer: natriumsilikat, saltlage, borsyre, karbonat, ler osv.

22. Hvad er funktionen af ​​klæbemidlet (H3BO3) til at knytte digler?

Borsyre (H3BO3) kan fjerne al fugt ved opvarmning til under 300 ℃ under normale omstændigheder og kaldes borsyreanhydrid (B2O3).

① Ved lave temperaturer kan noget MgO og Al₂O₃ opløses i flydende B₂O₃ og danne en række overgangsprodukter, hvilket accelererer fastfasediffusionen af ​​MgO · Al₂O₃ og fremmer omkrystallisation, hvilket får diglen til at dannes sintringslaget ved lavere temperaturer og derved reducerer sintringstemperaturen.

② Ved at benytte borsyrens smelte- og bindingseffekt ved middel temperatur kan det halvsintrede lag fortykkes, eller diglens styrke kan øges før sekundær sintring.

③ I magnesia-sand, der indeholder CaO, kan brugen af ​​bindemidler undertrykke krystaltransformationen af ​​2CaO · SiO2 under 850 ℃.

23. Hvad er de forskellige støbemetoder til digler?

To måder.

① Præfabrikation uden for ovnen; Efter blanding af råmaterialerne (elektrisk smeltet magnesium eller aluminium-magnesiumspinel ildfaste materialer) med et bestemt partikelstørrelsesforhold og valg af passende klæbemidler formes de i digelformen gennem vibration og isostatisk tryk. Digellegemet tørres og forarbejdes til en præfabrikeret digel i en højtemperatur-tunnelovn med en maksimal brændetemperatur på ≥ 1700 ℃ × 8 timer.

② Direkte bankning inde i ovnen; Tilsæt en passende mængde fast klæbemiddel, såsom borsyre, til det passende partikelstørrelsesforhold, bland jævnt, og brug stampning for at opnå en tæt fyldning. Under sintring dannes forskellige mikrostrukturer ved varierende temperaturer for hver del.

24. Hvor mange lag er diglens sintringsstruktur dannet, og hvad er indvirkningen på diglens kvalitet?

Sintringsstrukturen i diglen er opdelt i tre lag: sintringslag, semisintringslag og løst lag.

Sintringslag: Under ovnprocessen gennemgår partikelstørrelsen omkrystallisation. Bortset fra den mellemstore sandpartikelstørrelse ved den lave temperaturende kan den oprindelige andel slet ikke ses, og der fremkommer en ensartet og fin struktur. Korngrænserne er meget smalle, og urenheder fordeles på de nye korngrænser. Det sintrede lag er en hård skal placeret inderst på digelvæggen, som er i direkte kontakt med det smeltede metal og bærer forskellige kræfter, så dette lag er meget vigtigt for diglen.

Løst lag: Under sintring er temperaturen nær isoleringslaget lav, og magnesiumsand kan ikke sintres eller bindes af glasfasen, da det forbliver i en fuldstændig løs tilstand. Dette lag er placeret i den yderste del af diglen og tjener følgende formål: For det første reduceres varmen, der overføres fra diglens indre væg til ydersiden, på grund af sin løse struktur og dårlige varmeledningsevne, hvilket reducerer varmetab, giver isolering og forbedrer den termiske effektivitet inde i diglen. For det andet er det løse lag også et beskyttende lag. Fordi det sintrede lag har dannet en skal og kommer i direkte kontakt med det flydende metal, er det tilbøjeligt til at revne. Når det revner, vil det smeltede flydende metal sive ud fra revnen, mens det løse lag er mindre tilbøjeligt til at revne på grund af sin løse struktur. Den metalvæske, der siver ud fra det indre lag, blokeres af det, hvilket giver beskyttelse til følerringen. For det tredje er det løse lag stadig en buffer. Da det sintrede lag er blevet en hård skal, forekommer der samlet volumenudvidelse og -kontraktion ved opvarmning og afkøling. På grund af det løse lags løse struktur spiller det en bufferrolle i diglens volumenændring.

Halvsintret lag (også kendt som overgangslag): placeret mellem det sintrede lag og det løse lag, opdelt i to dele. Nær det sintrede lag smelter urenheder og fordeler sig eller binder sig med magnesiumsandpartikler. Magnesiumsand gennemgår delvis omkrystallisation, og store sandpartikler fremstår særligt tætte; delene nær det løse lag er fuldstændigt bundet sammen med klæbemiddel. Det halvsintrede lag fungerer som både et sintret lag og et løst lag.

25. Hvordan vælger man ovnprocessystemet?

① Maksimal ovntemperatur: Når isoleringslagets tykkelse i den knudrede digel er 5-10 mm, udgør det sintrede lag for elektrisk smeltet magnesia kun 13-15% af digelens tykkelse, når den bages ved 1800 ℃. Når den bages i en ovn på 2000 ℃, udgør den 24-27%. I betragtning af diglens høje temperaturstyrke er det bedre at have en højere ovntemperatur, men den bliver ikke let for høj. Når temperaturen er højere end 2000 ℃, danner den en bikagelignende struktur på grund af sublimering af magnesiumoxid eller reduktion af magnesiumoxid med kulstof, samt den intense omkrystallisation af magnesiumoxid. Derfor bør den maksimale ovntemperatur kontrolleres under 2000 ℃.

② Opvarmningshastighed: I den tidlige fase af opvarmningen bør der udføres tilstrækkelig forvarmning for effektivt at fjerne fugt fra ildfaste materialer. Generelt bør opvarmningshastigheden være langsom under 1500 ℃; Når ovntemperaturen når over 1500 ℃, begynder det elektrisk smeltede magnesiasand at sintre. På dette tidspunkt bør der anvendes høj effekt til hurtigt at opvarme til den forventede maksimale ovntemperatur.

③ Isoleringstid: Når ovntemperaturen når den højeste ovntemperatur, skal isoleringen udføres ved denne temperatur. Isoleringstiden varierer afhængigt af ovntype og materiale, f.eks. 15-20 minutter for små elektriske smeltedigler til magnesium og 30-40 minutter for store og mellemstore elektriske smeltedigler til magnesium.

Derfor bør opvarmningshastigheden under ovnen og bagningen ved den højeste bagetemperatur justeres i overensstemmelse hermed.