Que é a fusión por indución ao baleiro?

A fusión ao baleiro é unha técnica de fusión de metais e aliaxes que se leva a cabo nun ambiente de baleiro.

Esta tecnoloxía pode evitar que os metais raros sexan contaminados pola atmosfera e os materiais refractarios, e ten a función de purificación. Mediante a fusión ao baleiro, pódense obter metais e aliaxes de alta calidade con baixo contido de gas, poucas inclusións e pequena segregación. Este método é crucial para obter materiais metálicos de alta pureza e alta calidade, especialmente axeitados para aliaxes ou metais que son difíciles de fundir e requiren unha pureza ultra alta. Os métodos de fusión ao baleiro inclúen a fusión por feixe de electróns, a fusión por indución ao baleiro, a fusión por forno de arco ao baleiro e a fusión por forno de plasma. Por exemplo, a fusión por feixe de electróns utiliza feixes de electróns de alta enerxía para bombardear materiais fundidos, converténdoos rapidamente en enerxía térmica e fundíndoos. Este método é axeitado para fundir aliaxes ou metais de alta dificultade e pureza ultra alta.

Ademais, a fusión ao baleiro tamén axuda a mellorar a tenacidade, a resistencia á fatiga, a resistencia á corrosión, o rendemento de fluencia a altas temperaturas e a permeabilidade magnética dos materiais metálicos.

A fusión en forno de indución ao baleiro é un proceso que emprega a indución electromagnética para xerar correntes de Foucault en condutores metálicos en condicións de baleiro para quentar o material do forno. Ten as características dun pequeno volume de cámara de fusión, un curto tempo de bombeo ao baleiro e un ciclo de fusión, un cómodo control da temperatura e a presión, a reciclabilidade dos elementos volátiles e un control preciso da composición da aliaxe. Debido ás características anteriores, converteuse nun equipo importante para a produción de aliaxes especiais como aceiro especial, aliaxes de precisión, aliaxes de calefacción eléctrica, aliaxes de alta temperatura e aliaxes resistentes á corrosión.

1. Que é o baleiro?

Nun recipiente pechado, debido á diminución do número de moléculas de gas, a presión exercida polas moléculas de gas sobre unha unidade de área diminúe. Neste momento, a presión dentro do recipiente é inferior á presión normal. Este tipo de espazo gasoso que ten unha presión inferior á normal chámase baleiro.

2. Cal é o principio de funcionamento dun forno de indución ao baleiro?

O método principal é aplicar indución electromagnética para xerar corrente na propia carga metálica e, a seguir, confiar na resistencia da propia carga metálica para converter a enerxía eléctrica en enerxía térmica segundo a lei de Joule-Lenz, que se emprega para fundir metais.

3. Como se forma a axitación electromagnética nun forno de indución ao baleiro?

O metal fundido no crisol xera forza eléctrica no campo magnético xerado pola bobina de indución. Debido ao efecto pelicular, as correntes de Foucault xeradas polo metal fundido son opostas á dirección da corrente que pasa pola bobina de indución, o que resulta nunha repulsión mutua; A forza repulsiva sobre o metal fundido sempre apunta cara ao eixe do crisol, e o metal fundido tamén é empurrado cara ao centro do crisol; Debido ao feito de que a bobina de indución é unha bobina curta con efectos curtos en ambos os extremos, a forza eléctrica correspondente en ambos os extremos da bobina de indución diminúe, e a distribución da forza eléctrica é menor nos extremos superior e inferior e maior no medio. Baixo esta forza, o líquido metálico primeiro móvese desde o centro cara ao eixe do crisol e despois flúe cara arriba e cara abaixo cara ao centro. Este fenómeno continúa circulando, formando un movemento feroz do líquido metálico. Durante a fusión real, pódese eliminar o fenómeno do líquido metálico que se incha cara arriba e se inverte cara arriba e cara abaixo no centro do crisol, o que se denomina axitación electromagnética.

4. Cal é a función da axitación electromagnética?

① Pode acelerar a velocidade das reaccións físicas e químicas durante o proceso de fusión; ② Unificar a composición do líquido metálico fundido; ③ A temperatura do metal fundido no crisol tende a ser consistente, o que resulta na completa finalización da reacción durante a fusión; ④ O resultado da axitación supera o efecto da súa propia presión estática, lanzando as burbullas disoltas no fondo do crisol á superficie do líquido, facilitando a descarga de gas e reducindo o contido de inclusión de gas da aliaxe. A axitación intensa mellora a erosión mecánica do metal fundido no crisol, afectando a súa vida útil; ⑥ Acelerar a descomposición de materiais refractarios nos crisols a altas temperaturas, o que resulta na re-contaminación da aliaxe fundida.

5. Que é o grao de baleiro?

O grao de baleiro representa a tenueza dun gas por debaixo dunha presión atmosférica, expresada habitualmente como presión.

6. Cal é a taxa de fuga?

A taxa de fuga refírese á cantidade de aumento de presión por unidade de tempo despois de pechar o equipo de baleiro.

7. Que é o efecto cutáneo?

O efecto pelicular refírese ao fenómeno da distribución desigual da corrente na sección transversal dun condutor (referíndose á carga do forno na fusión) cando pasa corrente alterna a través del. Canto maior sexa a densidade de corrente superficial do condutor, menor será a densidade de corrente cara ao centro.

8. Que é a indución electromagnética?

A corrente alterna pasa a través dun cable e xera un campo magnético alterno ao seu redor, mentres que colocar un cable pechado nun campo magnético cambiante xera corrente alterna dentro do cable. Este fenómeno chámase indución electromagnética.

10. Cales son as vantaxes da fusión en forno de indución ao baleiro?

① Sen contaminación do aire nin da escoria, a aliaxe fundida é pura e ten un alto nivel de rendemento;

② A fusión ao baleiro crea boas condicións de desgasificación, o que resulta nun baixo contido de gas no aceiro e na aliaxe fundidos;

③ En condicións de baleiro, os metais non se oxidan facilmente;

④ As impurezas (Pb, Bi, etc.) achegadas polas materias primas poden evaporarse no estado de baleiro, o que resulta na purificación do material;

⑤ Durante a fusión en forno de indución ao baleiro, pódese empregar a desoxidación do carbono e o produto de desoxixenación é gas, o que resulta nunha alta pureza da aliaxe;

⑥ Pode axustar e controlar con precisión a composición química;

⑦ Pódense usar os materiais devoltos.

11. Cales son os inconvenientes da fusión en forno de indución ao baleiro?

① O equipamento é complexo, caro e require un grande investimento;

② Mantemento inconveniente, custos de fusión elevados e custos relativamente altos;

③ Contaminación metálica causada por materiais refractarios nos crisois durante o proceso de fusión;

④ O lote de produción é pequeno e a carga de traballo de inspección é grande.

12. Cales son os principais parámetros básicos e significados das bombas de baleiro?

① Grao de baleiro extremo: o valor mínimo de presión estable (é dicir, o grao de baleiro estable máis alto) que se pode obter despois dun longo período de baleirado cando a entrada dunha bomba de baleiro está selada denomínase grao de baleiro máximo da bomba.

② Taxa de evacuación: o volume de gas extraído por unha bomba por unidade de tempo chámase taxa de bombeo dunha bomba de baleiro.

③ Presión máxima de saída: o valor máximo de presión ao que se descarga o gas pola porta de escape dunha bomba de baleiro durante o funcionamento normal.

④ Prepresión: o valor máximo de presión que cómpre manter na porta de escape da bomba de baleiro para garantir un funcionamento seguro.

13. Como elixir un sistema de bomba de baleiro razoable?

① O caudal de bombeo dunha bomba de baleiro corresponde a unha determinada presión de entrada da bomba de baleiro;

② As bombas mecánicas, as bombas Roots e as bombas de reforzo de aceite non poden botar auga directamente á atmosfera e deben depender da bomba de etapa frontal para establecer e manter a presión previa prescrita para funcionar normalmente.

14. Por que cómpre engadir condensadores aos circuítos eléctricos?

Debido á gran distancia entre a bobina de indución e o material metálico do forno, as fugas magnéticas son moi graves, o fluxo magnético útil é moi baixo e a potencia reactiva é alta. Polo tanto, nos circuítos capacitivos, a corrente adianta a tensión. Para compensar a influencia da inductancia e mellorar o factor de potencia, é necesario incorporar un número axeitado de recipientes eléctricos no circuíto, de xeito que o condensador e o indutor poidan resonar en paralelo, mellorando así o factor de potencia da bobina de indución.

15. Cantas pezas constitúen o equipo principal dun forno de indución ao baleiro?

Cámara de fusión, cámara de vertido, sistema de baleiro, sistema de alimentación eléctrica.

16. Cales son as medidas de mantemento para o sistema de baleiro durante o proceso de fusión?

① A calidade e o nivel do aceite da bomba de baleiro son normais;

② A pantalla do filtro invértese normalmente;

③ O selado de cada válvula de illamento é normal.

17. Cales son as medidas de mantemento do sistema de subministración de enerxía durante o proceso de fusión?

① A temperatura da auga de refrixeración do condensador é normal;

② A temperatura do aceite do transformador é normal;

③ A temperatura da auga de refrixeración do cable é normal.

18. Cales son os requisitos para os crisois na fusión en forno de indución ao baleiro?

① Ten unha alta estabilidade térmica para evitar a formación de gretas causadas polo arrefriamento e o quecemento rápidos;

② Ten unha alta estabilidade química para evitar a contaminación do crisol por materiais refractarios;

③ Ter unha resistencia ao lume e unha resistencia estrutural a altas temperaturas suficientes para soportar altas temperaturas e impactos do material do forno;

④ O crisol debe ter unha alta densidade e unha superficie de traballo lisa para reducir a superficie de contacto entre o crisol e o líquido metálico e para reducir o grao de adhesión de residuos metálicos na superficie do crisol.

⑤ Ten altas propiedades de illamento;

⑥ Contracción de pequeno volume durante o proceso de sinterización;

⑦ Ten baixa volatilidade e boa resistencia á hidratación;

⑧ O material do crisol libera unha pequena cantidade de gas.

⑨ O crisol ten abundantes recursos de materiais e prezos baixos.

19. Como mellorar o rendemento a alta temperatura dos crisois?

① Reducir o contido de CaO e a proporción de CaO/SiO2 na area de MgO para reducir a cantidade de fase líquida e aumentar a temperatura á que se xera a fase líquida.

② Mellorar a estabilidade dos grans de cristal.

③ Para conseguir un bo estado de recristalización na capa sinterizada, reducir a porosidade, reducir o ancho do límite de gran e formar unha estrutura en mosaico, formando unha combinación directa de fases sólidas e sólidas, reducindo así os efectos nocivos da fase líquida.

20. Como elixir o tamaño xeométrico axeitado do crisol?

① O grosor da parede do crisol é xeralmente de 1/8 a 1/10 do diámetro do crisol (formado);

② O líquido de aceiro representa o 75 % do volume do crisol;

③ O ángulo de R é duns 45 °;

④ O grosor da parte inferior do forno é xeralmente 1,5 veces o da parede do forno.

21. Cales son os adhesivos que se empregan habitualmente para facer nó en crisois?

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

② Substancias inorgánicas: silicato de sodio, salmoira, ácido bórico, carbonato, arxila, etc.

22. Cal é a función do adhesivo (H3BO3) para facer nó nos crisois?

O ácido bórico (H3BO3) pode eliminar toda a humidade quentándoo por debaixo dos 300 ℃ en circunstancias normais e chámase anhídrido borónico (B2O3).

① A baixas temperaturas, parte do MgO e do Al₂O₃ poden disolverse no B₂O₃ líquido para formar unha serie de produtos de transición, o que acelera a difusión en fase sólida do MgO · Al₂O₃ e promove a recristalización, o que fai que a capa de sinterización do crisol se forme a temperaturas máis baixas, o que reduce a temperatura de sinterización.

② Ao confiar no efecto de fusión e unión do ácido bórico a temperatura media, pódese engrosar a capa semisinterizada ou aumentar a resistencia do crisol antes da sinterización secundaria.

③ En area de magnesia que contén CaO, o uso de aglutinantes pode suprimir a transformación cristalina de 2CaO · SiO2 por debaixo de 850 ℃.

23. Cales son os distintos métodos de moldeo para crisois?

Dous xeitos.

① Prefabricación fóra do forno; Despois de mesturar as materias primas (materiais refractarios de magnesio fundido eléctricamente ou espinela de aluminio e magnesio) cunha determinada proporción de tamaño de partícula e seleccionar os adhesivos axeitados, fórmanse no molde do crisol mediante procesos de vibración e presión isostática. O corpo do crisol sécase e procésase nun crisol prefabricado nun forno de túnel de alta temperatura cunha temperatura máxima de cocción de ≥ 1700 ℃ × 8 horas.

② Golpeado directamente dentro do forno; Engadir unha cantidade axeitada de adhesivo sólido, como ácido bórico, coa proporción de tamaño de partícula axeitada, mesturar uniformemente e usar compactación para conseguir un recheo denso. Durante a sinterización, fórmanse diferentes microestruturas ao variar as temperaturas de cada peza.

24. Cantas capas está formada a estrutura de sinterización do crisol e cal é o impacto na calidade do crisol?

A estrutura de sinterización do crisol divídese en tres capas: capa de sinterización, capa de semisinterización e capa solta.

Capa de sinterización: Durante o proceso do forno, o tamaño das partículas sofre unha recristalización. Agás o tamaño medio das partículas de area no extremo de baixa temperatura, non se pode apreciar en absoluto a proporción orixinal e preséntase unha estrutura uniforme e fina. Os límites de gran son moi estreitos e as impurezas redistribúense nos novos límites de gran. A capa sinterizada é unha cuncha dura situada na parte máis interna da parede do crisol, que entra en contacto directo co metal fundido e soporta diversas forzas, polo que esta capa é moi importante para o crisol.

Capa solta: Durante a sinterización, a temperatura preto da capa de illamento é baixa e a area de magnesio non pode ser sinterizada nin unida pola fase vítrea, permanecendo nun estado completamente solto. Esta capa está situada na parte máis externa do crisol e serve para os seguintes fins: en primeiro lugar, debido á súa estrutura solta e á súa baixa condutividade térmica, redúcese a calor transferida da parede interior do crisol ao exterior, o que reduce a perda de calor, proporciona illamento e mellora a eficiencia térmica dentro do crisol; en segundo lugar, a capa solta tamén é unha capa protectora. Debido a que a capa sinterizada formou unha cuncha e entra en contacto directo co metal líquido, é propensa a racharse. Unha vez que se racha, o metal líquido fundido filtrarase pola rachadura, mentres que a capa solta é menos propensa a racharse debido á súa estrutura solta. O líquido metálico que se filtra da capa interior é bloqueado por ela, proporcionando protección para o anel sensor; en terceiro lugar, a capa solta segue sendo un amortecedor. Debido a que a capa sinterizada se converteu nunha cuncha dura, prodúcese expansión e contracción do volume global cando se quenta e se arrefría. Debido á estrutura solta da capa solta, desempeña un papel amortecedor no cambio de volume do crisol.

Capa semisinterizada (tamén coñecida como capa de transición): situada entre a capa sinterizada e a capa solta, dividida en dúas partes. Preto da capa sinterizada, as impurezas fúndense e redistribúense ou únense ás partículas de area de magnesio. A area de magnesio sofre unha recristalización parcial e as partículas de area grandes aparecen particularmente densas; as partes preto da capa solta están completamente unidas por adhesivo. A capa semisinterizada serve como capa sinterizada e como capa solta.

25. Como elixir o sistema de proceso do forno?

① Temperatura máxima do forno: Cando o grosor da capa de illamento do crisol con nós é de 5-10 mm, para a magnesia fusionada eléctricamente, a capa sinterizada só representa o 13-15 % do grosor do crisol cando se coce a 1800 ℃. Cando se coce nun forno a 2000 ℃, representa o 24-27 %. Tendo en conta a resistencia á alta temperatura do crisol, é mellor ter unha temperatura do forno máis alta, pero non é doado que se suba demasiado. Cando a temperatura é superior a 2000 ℃, forma unha estrutura en forma de panal debido á sublimación do óxido de magnesio ou á redución do óxido de magnesio polo carbono, así como á intensa recristalización do óxido de magnesio. Polo tanto, a temperatura máxima do forno debe controlarse por debaixo de 2000 ℃.

② Velocidade de quecemento: Na fase inicial do quecemento, para eliminar eficazmente a humidade dos materiais refractarios, débese realizar un prequecemento suficiente. En xeral, a velocidade de quecemento debe ser lenta, por debaixo dos 1500 ℃; cando a temperatura do forno supera os 1500 ℃, a area de magnesia fundida eléctricamente comeza a sinterizarse. Neste momento, débese usar unha potencia elevada para quentar rapidamente ata a temperatura máxima esperada do forno.

③ Tempo de illamento: Despois de que a temperatura do forno alcance a temperatura máis alta do forno, o illamento debe levarse a cabo a esa temperatura. O tempo de illamento varía dependendo do tipo e material do forno, como 15-20 minutos para crisois de magnesio de fusión eléctrica pequenos e 30-40 minutos para crisois de magnesio de fusión eléctrica grandes e medianos.

Polo tanto, a velocidade de quecemento durante o forno e a cocción á temperatura de cocción máis alta deben axustarse en consecuencia.