¿Qué es la fusión por inducción al vacío?

Fusión al vacío Es una técnica de fusión de metales y aleaciones que se lleva a cabo en un ambiente de vacío.  

Esta tecnología puede evitar que los metales raros sean contaminados por la atmósfera y los materiales refractarios, y tiene la función de purificación y purificación. Mediante la fusión al vacío, se pueden obtener metales y aleaciones de alta calidad con bajo contenido de gas, pocas inclusiones y pequeña segregación. Este método es crucial para obtener materiales metálicos de alta pureza y calidad, especialmente adecuado para aleaciones o metales que son difíciles de fundir y requieren una pureza ultraalta. Los métodos de fusión al vacío incluyen la fusión por haz de electrones, la fusión por inducción al vacío, la fusión en horno de arco al vacío y la fusión en horno de plasma. Por ejemplo, la fusión por haz de electrones utiliza haces de electrones de alta energía para bombardear materiales fundidos, convirtiéndolos rápidamente en energía térmica y fundiéndolos. Este método es adecuado para fundir aleaciones o metales de alta dificultad y pureza ultra alta.

Además, la fusión al vacío también ayuda a mejorar la tenacidad, la resistencia a la fatiga, la resistencia a la corrosión, el rendimiento de fluencia a alta temperatura y la permeabilidad magnética de los materiales metálicos.

Horno de inducción al vacíoLa fusión es un proceso que utiliza la inducción electromagnética para generar corrientes parásitas en conductores metálicos en condiciones de vacío para calentar el material del horno. Tiene las características de un volumen de cámara de fusión pequeño, tiempo de bombeo de vacío y ciclo de fusión cortos, control conveniente de temperatura y presión, reciclabilidad de elementos volátiles y control preciso de la composición de la aleación. Debido a las características anteriores, ahora se ha convertido en un equipo importante para la producción de aleaciones especiales como acero especial, aleaciones de precisión, aleaciones de calentamiento eléctrico, aleaciones de alta temperatura y aleaciones resistentes a la corrosión.

1. ¿Qué es el vacío?

En  Recipiente cerrado, debido a la disminución en el número de moléculas de gas, la presión ejercida por las moléculas de gas sobre una unidad de área disminuye. En este momento, la presión dentro del recipiente es inferior a la presión normal. Este tipo de espacio gaseoso que tiene una presión inferior a la normal se llama vacío.

2. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un horno de inducción al vacío?

El método principal consiste en aplicar inducción electromagnética para generar corriente en la propia carga metálica y luego confiar en la resistencia de la propia carga metálica para convertir la energía eléctrica en energía térmica de acuerdo con la ley de Joule Lenz, que se utiliza para fundir metales.

3. ¿Cómo se forma la agitación electromagnética en un horno de inducción al vacío?

El metal fundido en el crisol genera fuerza eléctrica en el campo magnético generado por la bobina de inducción. Debido al efecto piel, las corrientes parásitas generadas por el metal fundido son opuestas a la dirección de la corriente que pasa a través de la bobina de inducción, lo que resulta en una repulsión mutua; La fuerza repulsiva sobre el metal fundido siempre apunta hacia el eje del crisol, y el metal fundido también es empujado hacia el centro del crisol; Debido al hecho de que la bobina de inducción es una bobina corta con efectos cortos en ambos extremos, la fuerza eléctrica correspondiente en ambos extremos de la bobina de inducción disminuye y la distribución de la fuerza eléctrica es menor en los extremos superior e inferior y mayor en el medio. Bajo esta fuerza, el líquido metálico primero se mueve desde el centro hacia el eje del crisol y luego fluye hacia arriba y hacia abajo hacia el centro. Este fenómeno continúa circulando, formando un movimiento feroz del líquido metálico. Durante la fundición real, se puede eliminar el fenómeno del líquido metálico que se hincha hacia arriba y se mueve hacia arriba y hacia abajo en el centro del crisol, lo que se denomina agitación electromagnética.

4. ¿Cuál es la función de la agitación electromagnética?

① Puede acelerar la velocidad de las reacciones físicas y químicas durante el proceso de fundición; ② Unificar la composición del líquido del metal fundido; ③ La temperatura del metal fundido en el crisol tiende a ser constante, lo que da como resultado que la reacción se complete por completo durante la fusión; ④ El resultado de la agitación supera el efecto de su propia presión estática, volteando las burbujas disueltas en lo profundo del crisol sobre la superficie del líquido, facilitando la descarga de gas y reduciendo el contenido de inclusión de gas de la aleación. La agitación intensa mejora la erosión mecánica del metal fundido en el crisol, afectando su vida útil; ⑥ Acelera la descomposición de materiales refractarios en crisoles a altas temperaturas, lo que provoca una nueva contaminación de la aleación fundida.

5. ¿Qué es el grado de vacío?

El grado de vacío representa la delgadez de un gas por debajo de una presión atmosférica, comúnmente expresada como presión.

6. ¿Cuál es la tasa de fuga?

La tasa de fuga se refiere a la cantidad de aumento de presión por unidad de tiempo después de que se cierra el equipo de vacío.

7. ¿Cuál es el efecto piel?

El efecto piel se refiere al fenómeno de distribución desigual de la corriente en la sección transversal de un conductor (en referencia a la carga del horno en la fundición) cuando la corriente alterna pasa a través de él. Cuanto mayor sea la densidad de corriente superficial del conductor, menor será la densidad de corriente hacia el centro.

8. ¿Qué es la inducción electromagnética?

La corriente alterna pasa a través de un cable y genera un campo magnético alterno a su alrededor, mientras que colocar un cable cerrado en un campo magnético cambiante genera corriente alterna dentro del cable. Este fenómeno se llama inducción electromagnética.

10. ¿Cuáles son las ventajas de la fundición en horno de inducción al vacío?

① Sin contaminación del aire ni de escoria, la aleación fundida es pura y tiene un alto nivel de rendimiento;

② La fundición al vacío crea buenas condiciones de desgasificación, lo que da como resultado un bajo contenido de gas en el acero y la aleación fundidos;

③ En condiciones de vacío, los metales no se oxidan fácilmente;

④ Las impurezas (Pb, Bi, etc.) aportadas por las materias primas pueden evaporarse en estado de vacío, lo que resulta en la purificación del material;

⑤ Durante la fundición en horno de inducción al vacío, se puede utilizar la desoxidación de carbono y el producto de desoxigenación es gas, lo que da como resultado una alta pureza de la aleación;

⑥ Puede ajustar y controlar con precisión la composición química;

⑦ Se pueden utilizar los materiales devueltos.

11. ¿Cuáles son las desventajas de la fundición en horno de inducción al vacío?

① El equipo es complejo, costoso y requiere una gran inversión;

② Mantenimiento inconveniente, altos costos de fundición y costos relativamente altos;

③ Contaminación por metales causada por materiales refractarios en crisoles durante el proceso de fundición;

④ El lote de producción es pequeño y la carga de trabajo de inspección es grande.

12. ¿Cuáles son los principales parámetros básicos y significados de las bombas de vacío?

① Grado de vacío extremo: el valor mínimo de presión estable (es decir, el grado de vacío estable más alto) que se puede obtener después de un largo período de vaciado cuando la entrada de una bomba de vacío está sellada se denomina grado de vacío máximo de la bomba.

② Tasa de evacuación: el volumen de gas extraído por una bomba por unidad de tiempo se denomina tasa de bombeo de una bomba de vacío.

③ Presión máxima de salida: el valor de presión máxima al que se descarga gas desde el puerto de escape de una bomba de vacío durante el funcionamiento normal.

④ Prepresión: el valor de presión máxima que debe mantenerse en el puerto de escape de la bomba de vacío para garantizar un funcionamiento seguro.

13. ¿Cómo elegir un sistema de bomba de vacío razonable?

① La velocidad de bombeo de una bomba de vacío corresponde a una determinada presión de entrada de la bomba de vacío;

② Las bombas mecánicas, las bombas Roots y las bombas de refuerzo de aceite no pueden emitir directamente a la atmósfera y deben depender de la bomba de la etapa delantera para establecer y mantener la presión previa prescrita para poder funcionar normalmente.

14. ¿Por qué es necesario agregar condensadores a los circuitos eléctricos?

Debido a la gran distancia entre la bobina de inducción y el material metálico del horno, la fuga magnética es muy grave, el flujo magnético útil es muy bajo y la potencia reactiva es alta. Por lo tanto, en los circuitos capacitivos, la corriente adelanta al voltaje. Para compensar la influencia de la inductancia y mejorar el factor de potencia, es necesario incorporar un número adecuado de contenedores eléctricos en el circuito, de modo que el condensador y el inductor puedan resonar en paralelo, mejorando así el factor de potencia de la bobina de inducción.

15. ¿Cuántas piezas tiene el equipo principal de un horno de inducción al vacío?

Cámara de fusión, cámara de vertido, sistema de vacío, sistema de alimentación.

16. ¿Cuáles son las medidas de mantenimiento del sistema de vacío durante el proceso de fundición?

① La calidad y el nivel del aceite de la bomba de vacío son normales;

② La pantalla del filtro se invierte normalmente;

③ El sellado de cada válvula de aislamiento es normal.

17. ¿Cuáles son las medidas de mantenimiento del sistema de suministro de energía durante el proceso de fundición?

① La temperatura del agua de refrigeración del condensador es normal;

② La temperatura del aceite del transformador es normal;

③ La temperatura del agua de refrigeración del cable es normal.

18. ¿Cuáles son los requisitos para los crisoles en la fusión en hornos de inducción al vacío?

① Tiene una alta estabilidad térmica para evitar el agrietamiento causado por el rápido enfriamiento y calentamiento;

② Tiene una alta estabilidad química para evitar la contaminación del crisol con materiales refractarios;

③ Tener suficiente resistencia al fuego y resistencia estructural a altas temperaturas para soportar altas temperaturas y los impactos del material del horno;

④ El crisol debe tener una alta densidad y una superficie de trabajo lisa para reducir la superficie de contacto entre el crisol y el líquido metálico y para reducir el grado de adhesión de los residuos metálicos en la superficie del crisol.

⑤ Tiene altas propiedades de aislamiento;

⑥ Contracción de pequeño volumen durante el proceso de sinterización;

⑦ Tiene baja volatilidad y buena resistencia a la hidratación;

⑧ El material del crisol libera una pequeña cantidad de gas.

⑨ El crisol tiene abundantes recursos de materiales y precios bajos.

19. ¿Cómo mejorar el rendimiento de los crisoles a altas temperaturas?

① Reducir el contenido de CaO y la proporción de CaO/SiO2 en la arena de MgO para reducir la cantidad de fase líquida y aumentar la temperatura a la que se genera la fase líquida.

② Mejorar la estabilidad de los granos de cristal.

③ Para lograr un buen estado de recristalización en la capa sinterizada, reducir la porosidad, reducir el ancho del límite de grano y formar una estructura de mosaico, formando una combinación directa de fases sólidas y sólidas, reduciendo así los efectos nocivos de la fase líquida.

20. ¿Cómo elegir el tamaño geométrico adecuado del crisol?

① El espesor de la pared del crisol es generalmente de 1/8 a 1/10 del diámetro del crisol (formado);

② El líquido de acero representa el 75% del volumen del crisol;

③ El ángulo de R es de alrededor de 45°;

④ El espesor del fondo del horno es generalmente 1,5 veces mayor que el de la pared del horno.

21. ¿Cuáles son los adhesivos comúnmente utilizados para anudar crisoles?

① Materia orgánica: dextrina, líquido de desecho de pulpa, resina orgánica, etc.

② Sustancias inorgánicas: silicato de sodio, salmuera, ácido bórico, carbonato, arcilla, etc.

22. ¿Cuál es la función del adhesivo (H3BO3) para anudar crisoles?

El ácido bórico (H3BO3) puede eliminar toda la humedad calentándolo por debajo de 300 ℃ en circunstancias normales y se llama anhídrido borónico (B2O3).

① A bajas temperaturas, algo de MgO y Al2O3 pueden disolverse en B2O3 líquido para formar una serie de productos de transición, acelerando la difusión en fase sólida de MgO · Al2O3 y promoviendo la recristalización, provocando que se forme la capa de sinterización del crisol a temperaturas más bajas, reduciendo así la temperatura de sinterización.

② Al confiar en el efecto de fusión y unión del ácido bórico a temperatura media, se puede espesar la capa semisinterizada o se puede aumentar la resistencia del crisol antes de la sinterización secundaria.

③ En arena de magnesia que contiene CaO, el uso de aglutinantes puede suprimir la transformación cristalina de 2CaO · SiO2 por debajo de 850 ℃.

23. ¿Cuáles son los distintos métodos de moldeado de crisoles?

Dos caminos.

① Prefabricación fuera del horno; Después de mezclar las materias primas (materiales refractarios de espinela de magnesio o aluminio fundido eléctricamente) con una cierta proporción de tamaño de partícula y seleccionar los adhesivos apropiados, se forman en el molde de crisol mediante procesos de vibración y presión isostática. El cuerpo del crisol se seca y se transforma en un crisol prefabricado en un horno de túnel de alta temperatura con una temperatura de cocción máxima de ≥ 1700 ℃ × 8 horas.

② Golpear directamente dentro del horno; Agregue una cantidad adecuada de adhesivo sólido, como ácido bórico, a la proporción de tamaño de partícula adecuada, mezcle uniformemente y apisone para lograr un relleno denso. Durante la sinterización, se forman diferentes microestructuras al variar la temperatura de cada pieza.

24. ¿Cuántas capas se forma la estructura de sinterización del crisol y cuál es el impacto en la calidad del crisol?

La estructura de sinterización del crisol se divide en tres capas: capa de sinterización, capa de semisinterización y capa suelta.

Capa de sinterización: Durante el proceso del horno, el tamaño de partícula sufre recristalización. Excepto por el tamaño medio de las partículas de arena en el extremo de baja temperatura, la proporción original no se puede ver en absoluto y se presenta una estructura fina y uniforme. Los límites de grano son muy estrechos y las impurezas se redistribuyen en los nuevos límites de grano. La capa sinterizada es una capa dura ubicada en la parte más interna de la pared del crisol, que entra en contacto directo con el metal fundido y soporta diversas fuerzas, por lo que esta capa es muy importante para el crisol.

Capa suelta: durante la sinterización, la temperatura cerca de la capa de aislamiento es baja y la fase de vidrio no puede sinterizar ni unir la arena de magnesio, quedando en un estado completamente suelto. Esta capa está ubicada en la parte más externa del crisol y tiene los siguientes propósitos: en primer lugar, debido a su estructura suelta y su mala conductividad térmica, se reduce el calor transferido desde la pared interior del crisol al exterior, reduciendo la pérdida de calor, proporcionando aislamiento y mejora de la eficiencia térmica dentro del crisol; En segundo lugar, la capa suelta es también una capa protectora. Debido a que la capa sinterizada ha formado una capa y entra en contacto directo con el metal líquido, es propensa a agrietarse. Una vez que se agrieta, el metal líquido fundido se filtrará por la grieta, mientras que la capa suelta es menos propensa a agrietarse debido a su estructura suelta. El líquido metálico que se filtra desde la capa interior queda bloqueado por este, proporcionando protección al anillo sensor; En tercer lugar, la capa suelta sigue siendo un amortiguador. Debido al hecho de que la capa sinterizada se ha convertido en una capa dura, se produce una expansión y contracción general del volumen cuando se calienta y se enfría. Debido a la estructura suelta de la capa suelta, desempeña un papel amortiguador en el cambio de volumen del crisol.

Capa semi sinterizada (también conocida como capa de transición): situada entre la capa sinterizada y la capa suelta, dividida en dos partes. Cerca de la capa sinterizada, las impurezas se funden y se redistribuyen o se unen con partículas de arena de magnesio. La arena de magnesio sufre una recristalización parcial y las partículas de arena grandes parecen particularmente densas; Las partes cercanas a la capa suelta están completamente unidas mediante adhesivo. La capa semisinterizada sirve tanto como capa sinterizada como como capa suelta.

25. ¿Cómo elegir el sistema de proceso del horno?

① Temperatura máxima del horno: cuando el espesor de la capa aislante del crisol anudado es de 5 a 10 mm, para la magnesia fundida eléctrica, la capa sinterizada solo representa del 13 al 15 % del espesor del crisol cuando se hornea a 1800 ℃. Cuando se hornea en un horno a 2000 ℃, representa entre el 24 y el 27%. Teniendo en cuenta la resistencia a altas temperaturas del crisol, es mejor tener una temperatura del horno más alta, pero no es fácil subir demasiado. Cuando la temperatura es superior a 2000 ℃, forma una estructura similar a un panal debido a la sublimación del óxido de magnesio o la reducción del óxido de magnesio por el carbono, así como a la intensa recristalización del óxido de magnesio. Por lo tanto, la temperatura máxima del horno debe controlarse por debajo de 2000 ℃.

② Velocidad de calentamiento: en la etapa inicial de calentamiento, para eliminar eficazmente la humedad de los materiales refractarios, se debe realizar un precalentamiento suficiente. Generalmente, la velocidad de calentamiento debe ser lenta por debajo de 1500 ℃; Cuando la temperatura del horno supera los 1500 ℃, la arena de magnesia fundida eléctricamente comienza a sinterizar. En este momento, se debe utilizar alta potencia para calentar rápidamente hasta la temperatura máxima esperada del horno.

③ Tiempo de aislamiento: después de que la temperatura del horno alcance la temperatura más alta del horno, es necesario realizar el aislamiento a esa temperatura. El tiempo de aislamiento varía según el tipo de horno y el material, como 15 a 20 minutos para crisoles eléctricos de fusión de magnesio pequeños y 30 a 40 minutos para crisoles eléctricos de fusión de magnesio grandes y medianos.

Por lo tanto, la velocidad de calentamiento durante el horno y la cocción a la temperatura de horneado más alta deben ajustarse en consecuencia.

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