Mitä on tyhjiöinduktiosulatus?

Tyhjiösulatus on metallien ja seosten sulatustekniikka, joka suoritetaan tyhjiöympäristössä.

Tämä teknologia voi estää harvinaisten metallien saastumisen ilmakehästä ja tulenkestävien materiaalien vaikutuksesta, ja sillä on puhdistus- ja kirkastustoiminto. Tyhjiösulatuksen avulla voidaan saada korkealaatuisia metalleja ja metalliseoksia, joilla on alhainen kaasupitoisuus, vähän sulkeumia ja pieni erottuminen. Tämä menetelmä on ratkaisevan tärkeä korkealaatuisten ja -puhtaiden metallimateriaalien saamiseksi, ja se sopii erityisesti vaikeasti sulatettaville seoksille tai metalleille, jotka vaativat erittäin korkeaa puhtautta. Tyhjiösulatuksen menetelmiin kuuluvat elektronisuihkusulatus, tyhjiöinduktiosulatus, tyhjiökaariuunisulatus ja plasmauunisulatus. Esimerkiksi elektronisuihkusulatuksessa käytetään korkeaenergisiä elektronisuihkuja sulien materiaalien pommittamiseen, jolloin ne muunnetaan nopeasti lämpöenergiaksi ja sulatetaan. Tämä menetelmä soveltuu erittäin vaikeiden ja erittäin puhtaiden seosten tai metallien sulattamiseen.

Lisäksi tyhjösulatus auttaa parantamaan metallimateriaalien sitkeyttä, väsymislujuutta, korroosionkestävyyttä, korkean lämpötilan virumiskykyä ja magneettista permeabiliteettia.

Tyhjiöinduktiouunin sulatus on prosessi, jossa sähkömagneettista induktiota käytetään pyörrevirtojen tuottamiseen metallijohtimissa tyhjiöolosuhteissa uunimateriaalin lämmittämiseksi. Sillä on ominaisuuksia, kuten pieni sulatuskammion tilavuus, lyhyt tyhjiöpumppausaika ja sulamissykli, kätevä lämpötilan ja paineen säätö, haihtuvien alkuaineiden kierrätettävyys ja seoskoostumuksen tarkka säätö. Edellä mainittujen ominaisuuksien ansiosta siitä on nyt kehittynyt tärkeä laite erikoisseosten, kuten erikoisterästen, tarkkuusseosten, sähkölämmitysseosten, korkean lämpötilan seosten ja korroosionkestävien seosten, valmistukseen.

1. Mikä on tyhjiö?

Suljetussa astiassa kaasumolekyylien lukumäärän vähenemisen vuoksi kaasumolekyylien pinta-alayksikköön kohdistama paine pienenee. Tällöin astian sisällä oleva paine on normaalia alhaisempi. Tällaista normaalia alhaisempaa kaasutilaa kutsutaan tyhjiöksi.

2. Mikä on tyhjiöinduktiouunin toimintaperiaate?

Päämenetelmä on sähkömagneettisen induktion käyttäminen virran tuottamiseksi itse metallivarauksessa ja sitten metallivarauksen resistanssin hyödyntäminen sähköenergian muuntamiseksi lämpöenergiaksi Joule-Lenzin lain mukaisesti, jota käytetään metallien sulattamiseen.

3. Miten sähkömagneettinen sekoitus muodostetaan tyhjiöinduktiouunissa?

Upokkaassa oleva sula metalli tuottaa sähkövoimaa induktiokelan synnyttämässä magneettikentässä. Ihovaikutuksen vuoksi sulan metallin synnyttämät pyörrevirrat ovat vastakkaisia ​​induktiokelan läpi kulkevan virran suuntaan nähden, mikä johtaa keskinäiseen hylkimiseen. Sulaan metalliin kohdistuva hylkimisvoima osoittaa aina upokkaan akselia kohti, ja sula metalli työntyy myös upokkaan keskustaa kohti. Koska induktiokela on lyhyt kela, jossa on lyhyet vaikutukset molemmissa päissä, vastaava sähkövoima induktiokelan molemmissa päissä pienenee, ja sähkövoiman jakautuminen on pienempi ylä- ja alapäässä ja suurempi keskellä. Tämän voiman vaikutuksesta metallineste liikkuu ensin keskeltä upokkaan akselia kohti ja virtaa sitten ylös- ja alaspäin kohti keskustaa. Tämä ilmiö jatkaa kiertoa muodostaen metallinesteen voimakkaan liikkeen. Varsinaisen sulatuksen aikana voidaan poistaa ilmiö, jossa metallineste pullistuu ylöspäin ja ponnahtaa ylös- ja alaspäin upokkaan keskellä, mitä kutsutaan sähkömagneettiseksi sekoitukseksi.

4. Mikä on sähkömagneettisen sekoituksen tehtävä?

① Se voi kiihdyttää fysikaalisten ja kemiallisten reaktioiden nopeutta sulatusprosessin aikana; ② Yhtenäistää sulan metallinesteen koostumuksen; ③ Sulan metallin lämpötila upokkaassa pysyy tasaisena, mikä johtaa reaktion täydelliseen päättymiseen sulamisen aikana; ④ Sekoituksen tulos voittaa oman staattisen paineen vaikutuksen, heittäen upokkaassa syvällä liuenneet kuplat nesteen pinnalle, mikä helpottaa kaasun purkautumista ja vähentää seoksen kaasusulkeumapitoisuutta. Voimakas sekoittaminen lisää sulan metallin mekaanista eroosiota upokkaassa ja vaikuttaa sen käyttöikään; ⑥ Nopeuttaa tulenkestävien materiaalien hajoamista upokkaissa korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa sulan seoksen uudelleenkontaminaatioon.

5. Mikä on tyhjiöaste?

Tyhjiöaste kuvaa kaasun ohuutta yhden ilmakehän paineen alapuolella, joka yleensä ilmaistaan ​​paineena.

6. Mikä on vuotoaste?

Vuotoasteella tarkoitetaan paineennousun määrää aikayksikköä kohden tyhjiölaitteen sulkemisen jälkeen.

7. Mikä on ihovaikutus?

Ihoilmiöllä tarkoitetaan vaihtovirran epätasaista jakautumista johtimen (eli sulatusuunin panoksen) poikkileikkauksessa, kun sen läpi kulkee vaihtovirta. Mitä suurempi johtimen pintavirrantiheys on, sitä pienempi virrantiheys on kohti keskustaa.

8. Mitä on sähkömagneettinen induktio?

Vaihtovirta kulkee johtimen läpi ja synnyttää sen ympärille vaihtuvan magneettikentän, kun taas suljetun johtimen asettaminen muuttuvaan magneettikenttään synnyttää vaihtovirran johtimen sisään. Tätä ilmiötä kutsutaan sähkömagneettiseksi induktioksi.

10. Mitkä ovat tyhjiöinduktiouunin sulatuksen edut?

① Ei ilmansaasteita ja kuonaa, sulatettu seos on puhdasta ja sillä on korkea suorituskyky;

② Tyhjiösulatus luo hyvät kaasunpoisto-olosuhteet, mikä johtaa alhaiseen kaasupitoisuuteen sulassa teräksessä ja seoksessa;

③ Tyhjiöolosuhteissa metallit eivät hapetu helposti;

4 Raaka-aineiden mukanaan tuomat epäpuhtaudet (Pb, Bi jne.) voivat haihtua tyhjiössä, mikä johtaa materiaalin puhdistumiseen;

5 Tyhjiöinduktiouunin sulatuksen aikana voidaan käyttää hiilen hapettumista, ja hapetustuote on kaasua, mikä johtaa korkeaan seoksen puhtauteen;

6. Voi tarkasti säätää ja hallita kemiallista koostumusta;

⑦ Palautettuja materiaaleja voidaan käyttää.

11. Mitkä ovat tyhjiöinduktiouunin sulatuksen haitat?

① Laitteet ovat monimutkaisia, kalliita ja vaativat suuria investointeja;

② Epämukava huolto, korkeat sulatuskustannukset ja suhteellisen korkeat kustannukset;

③ Tulenkestävien materiaalien aiheuttama metallikontaminaatio upokkaissa sulatusprosessin aikana;

④ Tuotantoerä on pieni ja tarkastustyömäärä on suuri.

12. Mitkä ovat tyhjiöpumppujen tärkeimmät perusparametrit ja merkitykset?

① Äärimmäinen tyhjiöaste: Pumpun suurimpana tyhjiöasteena kutsutaan pienintä vakaata painearvoa (eli korkeinta vakaata tyhjiöastetta), joka voidaan saavuttaa pitkän tyhjiöjakson jälkeen, kun tyhjiöpumpun tuloaukko on suljettu.

② Tyhjiöimunopeus: Pumpun imemän kaasun määrää aikayksikköä kohti kutsutaan tyhjiöpumpun pumppausnopeudeksi.

③ Suurin ulostulopaine: Suurin painearvo, jolla kaasua poistuu tyhjiöpumpun poistoaukosta normaalin käytön aikana.

④ Esipaine: Suurin painearvo, jota tyhjiöpumpun poistoaukossa on ylläpidettävä turvallisen toiminnan varmistamiseksi.

13. Miten valita kohtuullinen tyhjiöpumppujärjestelmä?

① Tyhjiöpumpun pumppausnopeus vastaa tiettyä tyhjiöpumpun tulopainetta;

② Mekaaniset pumput, Roots-pumput ja öljynpainepumput eivät voi päästää suoraan ilmakehään, ja niiden on luotettava etuvaiheen pumpulle määrätyn esipaineen muodostamiseksi ja ylläpitämiseksi toimiakseen normaalisti.

14. Miksi sähköpiireihin on lisättävä kondensaattoreita?

Induktiokäämin ja metallisen uunimateriaalin välisen suuren etäisyyden vuoksi magneettinen vuoto on erittäin vakava, hyödyllinen magneettivuo on hyvin pieni ja loisteho on suuri. Siksi kapasitiivisissa piireissä virta johtaa jännitettä. Induktanssin vaikutuksen kompensoimiseksi ja tehokertoimen parantamiseksi on tarpeen sisällyttää piiriin sopiva määrä sähkösäiliöitä, jotta kondensaattori ja induktori voivat resonoida rinnakkain, mikä parantaa induktiokäämin tehokerrointa.

15. Kuinka monta osaa tyhjiöinduktiouunin päälaitteet koostuvat?

Sulatuskammio, kaatokammio, tyhjiöjärjestelmä, virransyöttöjärjestelmä.

16. Mitä huoltotoimenpiteitä tyhjiöjärjestelmälle tehdään sulatusprosessin aikana?

① Tyhjiöpumpun öljyn laatu ja öljytaso ovat normaalit;

② Suodatinverkko on normaalisti käännetty ylösalaisin;

③ Kunkin eristysventtiilin tiiviys on normaalia.

17. Mitä huoltotoimenpiteitä virransyöttöjärjestelmälle tehdään sulatusprosessin aikana?

① Kondensaattorin jäähdytysveden lämpötila on normaali;

② Muuntajan öljyn lämpötila on normaali;

③ Kaapelin jäähdytysveden lämpötila on normaali.

18. Mitä vaatimuksia upokkaille asetetaan tyhjiöinduktiouunissa sulatuksessa?

① Korkea lämmönkestävyys estää nopean jäähdytyksen ja kuumennuksen aiheuttaman halkeilun;

② Sillä on korkea kemiallinen stabiilius, joka estää sulatussuodattimen kontaminaation tulenkestävien materiaalien vaikutuksesta;

③ Riittävän korkea palonkestävyys ja korkean lämpötilan rakenteellinen lujuus kestämään korkeita lämpötiloja ja uunin materiaalien iskuja;

④ Upokkaan tiheyden ja sileän työpinnan tulisi pienentää upokkaan ja metallinesteen välistä kosketuspinta-alaa ja vähentää metallijäämien tarttumisastetta upokkaan pinnalle.

⑤ Sillä on korkeat eristysominaisuudet;

6. Pieni tilavuuden kutistuminen sintrausprosessin aikana;

⑦ Alhainen haihtuvuus ja hyvä hydraationkestävyys;

⑧ Upokkaan materiaalista vapautuu vähän kaasua.

⑨ Upokkaalle on tarjolla runsaasti materiaalivaroja ja alhaiset hinnat.

19. Kuinka parantaa upokkaiden suorituskykyä korkeissa lämpötiloissa?

① Vähennä MgO-hiekan kalsiumoksidipitoisuutta ja kalsiumoksidin ja siioksidin suhdetta nestemäisen faasin määrän vähentämiseksi ja nestemäisen faasin muodostumislämpötilan nostamiseksi.

② Paranna kidejyvien stabiiliutta.

③ Sintrauskerroksen hyvän uudelleenkiteytymistilan saavuttamiseksi, huokoisuuden vähentämiseksi, raerajan leveyden pienentämiseksi ja mosaiikkirakenteen muodostamiseksi, muodostaen suoran yhdistelmän kiinteitä ja kiinteitä faasia, mikä vähentää nestemäisen faasin haitallisia vaikutuksia.

20. Kuinka valita upokkaan sopiva geometrinen koko?

① Upokkaan seinämän paksuus on yleensä 1/8 - 1/10 upokkaan (muodostetun) halkaisijasta;

② Teräsneste muodostaa 75 % upokkaan tilavuudesta;

③ R-kulma on noin 45°;

④ Uunin pohjan paksuus on yleensä 1,5 kertaa uunin seinämän paksuus.

21. Mitä liimoja käytetään yleisesti upokkaiden solmimiseen?

① Orgaaninen aines: dekstriini, sellujäteneste, orgaaninen hartsi jne.;

② Epäorgaaniset aineet: natriumsilikaatti, suolaliuos, boorihappo, karbonaatti, savi jne.

22. Mikä on liima-aineen (H3BO3) tehtävä solmimisupokkaiden valmistuksessa?

Boorihappo (H3BO3) voi poistaa kaiken kosteuden kuumentamalla alle 300 ℃:n lämpötilaan normaaleissa olosuhteissa, ja sitä kutsutaan boorihappoanhydridiksi (B2O3).

① Alhaisissa lämpötiloissa osa MgO:sta ja Al2O3:sta voi liueta nestemäiseen B2O3:een muodostaen sarjan siirtymätuotteita, mikä kiihdyttää MgO · Al2O3:n kiinteän faasin diffuusiota ja edistää uudelleenkiteytymistä, jolloin upokkaan sintrauskerros muodostuu alemmissa lämpötiloissa ja alentaa siten sintrauslämpötilaa.

② Keskilämpötilassa boorihapon sulamis- ja sitoutumisvaikutuksen avulla voidaan puolisintrattua kerrosta paksuntaa tai upokkaan lujuutta lisätä ennen toissijaista sintrausta.

③ CaO:ta sisältävässä magnesiumoksidihiekassa sideaineiden käyttö voi estää 2CaO · SiO2:n kiteytymistä alle 850 ℃:n lämpötilassa.

23. Mitä erilaisia ​​muovausmenetelmiä upokkaille on olemassa?

Kaksi tapaa.

① Esivalmistus uunin ulkopuolella; Raaka-aineet (sähkösulatetut magnesium- tai alumiinimagnesiumspinelli-tulenkestävät materiaalit) on sekoitettu tiettyyn hiukkaskokosuhteeseen ja valittu sopivat liimat, minkä jälkeen ne muovataan upokasmuottiin tärinän ja isostaattisen paineen avulla. Upokkaan runko kuivataan ja työstetään esivalmistetuksi upokkaaksi korkean lämpötilan tunneliuunissa, jonka enimmäispolttolämpötila on ≥ 1700 ℃ × 8 tuntia.

② Suoraan uunin sisällä hakkaaminen; Lisää sopiva määrä kiinteää liimaa, kuten boorihappoa, sopivaan hiukkaskokosuhteeseen, sekoita tasaisesti ja tamppaa tiiviin täytteen saavuttamiseksi. Sintrauksen aikana eri osien lämpötilat vaihtelevat ja muodostavat erilaisia ​​mikrorakenteita.

24. Kuinka monta kerrosta upokkaan sintrausrakenne muodostuu, ja miten se vaikuttaa upokkaan laatuun?

Upokkaan sintrausrakenne on jaettu kolmeen kerrokseen: sintrauskerrokseen, puolisintrauskerrokseen ja irtonaiseen kerrokseen.

Sintrauskerros: Uuniprosessin aikana hiukkaskoko kiteytyy uudelleen. Keskikokoista hiekkahiukkaskokoa lukuun ottamatta matalan lämpötilan päässä alkuperäinen suhde ei ole lainkaan havaittavissa, ja saadaan tasainen ja hieno rakenne. Rakerajat ovat hyvin kapeat ja epäpuhtaudet jakautuvat uudelleen uusille raerajoille. Sintrauskerros on kova kuori, joka sijaitsee upokkaan seinämän sisimmässä osassa ja on suoraan kosketuksissa sulan metallin kanssa ja kantaa erilaisia ​​voimia, joten tämä kerros on erittäin tärkeä upokkaalle.

Irtonainen kerros: Sintrauksen aikana eristekerroksen lähellä oleva lämpötila on alhainen, eikä magnesiumhiekkaa voida sintrata tai sitoa lasifaasiin, vaan se pysyy täysin irtonaisessa tilassa. Tämä kerros sijaitsee upokkaan uloimmassa osassa ja sillä on seuraavat tehtävät: ensinnäkin irtonaisen rakenteensa ja huonon lämmönjohtavuutensa vuoksi upokkaan sisäseinämästä ulkopuolelle siirtyvä lämpö vähenee, mikä vähentää lämpöhäviöitä, tarjoaa eristystä ja parantaa upokkaan sisällä olevaa lämpötehokkuutta; toiseksi irtonainen kerros on myös suojakerros. Koska sintrattu kerros on muodostanut kuoren ja joutuu suoraan kosketuksiin nestemäisen metallin kanssa, se on altis halkeilulle. Kun se halkeaa, sula nestemäinen metalli valuu ulos halkeamasta, kun taas irtonainen kerros on vähemmän altis halkeilulle löysän rakenteensa ansiosta. Se estää sisäkerroksesta ulos valuvan metallinesteen pääsyn, mikä suojaa anturirengasta; kolmanneksi irtonainen kerros toimii edelleen puskurina. Koska sintratusta kerroksesta on tullut kova kuori, kokonaistilavuuden laajeneminen ja supistuminen tapahtuu kuumennettaessa ja jäähdytettäessä. Irtokerroksen löysän rakenteen vuoksi sillä on puskuroiva rooli upokkaan tilavuuden muutoksessa.

Puolisintrattu kerros (tunnetaan myös nimellä siirtymäkerros): sijaitsee sintratun kerroksen ja irtonaisen kerroksen välissä ja on jaettu kahteen osaan. Sintratun kerroksen lähellä epäpuhtaudet sulavat ja jakautuvat uudelleen tai sitoutuvat magnesiumhiekkahiukkasiin. Magnesiumhiekka kiteytyy osittain uudelleen, ja suuret hiekkahiukkaset näyttävät erityisen tiheiltä; Irtonaisen kerroksen lähellä olevat osat ovat täysin liimautuneet yhteen liimalla. Puolisintrattu kerros toimii sekä sintrattuna kerroksena että irtonaisena kerroksena.

25. Miten valita uuniprosessijärjestelmä?

① Uunin maksimilämpötila: Kun solmitun upokkaan eristekerroksen paksuus on 5–10 mm, sähkömagnesiumoksidin sintrauskerroksen osuus upokkaan paksuudesta on vain 13–15 % 1800 ℃:ssa paistettaessa. 2000 ℃:n uunissa paistettaessa se on 24–27 %. Upokkaan korkean lämpötilan kestävyyden vuoksi on parempi käyttää korkeampaa uunin lämpötilaa, mutta se ei ole helppo nousta liian korkeaksi. Yli 2000 ℃:n lämpötilassa muodostuu hunajakennomainen rakenne magnesiumoksidin sublimaation tai hiilen aiheuttaman magnesiumoksidin pelkistymisen sekä magnesiumoksidin voimakkaan uudelleenkiteytymisen vuoksi. Siksi uunin maksimilämpötila tulisi pitää alle 2000 ℃:ssa.

② Lämmitysnopeus: Lämmityksen alkuvaiheessa, jotta kosteus saadaan poistettua tehokkaasti tulenkestävistä materiaaleista, on suoritettava riittävä esilämmitys. Yleensä lämmitysnopeuden tulisi olla hidas alle 1500 ℃:ssa. Kun uunin lämpötila saavuttaa yli 1500 ℃:n, sähkösulatettu magnesiumoksidihiekka alkaa sintrautua. Tällöin tulisi käyttää suurta tehoa, jotta uuni lämmitetään nopeasti odotettuun maksimilämpötilaan.

③ Eristysaika: Kun uunin lämpötila on saavuttanut korkeimman lämpötilansa, eristys on suoritettava kyseisessä lämpötilassa. Eristysaika vaihtelee uunin tyypin ja materiaalin mukaan, esimerkiksi 15–20 minuuttia pienille sähkösulatusmagnesiumpannuille ja 30–40 minuuttia suurille ja keskikokoisille sähkösulatusmagnesiumpannuille.

Siksi lämmitysnopeutta uunin aikana ja paistamista korkeimmassa paistolämpötilassa tulisi säätää vastaavasti.