Što je vakuumsko indukcijsko taljenje?

Vakuumsko taljenje je tehnika taljenja metala i legura koja se provodi u vakuumskom okruženju.

Ova tehnologija može spriječiti kontaminaciju rijetkih metala atmosferom i vatrostalnim materijalima te ima funkciju pročišćavanja i pročišćavanja. Vakuumskim taljenjem mogu se dobiti visokokvalitetni metali i legure s niskim udjelom plina, malo inkluzija i malom segregacijom. Ova metoda je ključna za dobivanje visokokvalitetnih metalnih materijala visoke čistoće, posebno pogodnih za legure ili metale koji se teško tale i zahtijevaju ultra visoku čistoću. Metode vakuumskog taljenja uključuju taljenje elektronskim snopom, vakuumsko indukcijsko taljenje, taljenje u vakuumskoj lučnoj peći i taljenje u plazma peći. Na primjer, taljenje elektronskim snopom koristi visokoenergetske elektronske snopove za bombardiranje rastaljenih materijala, brzo ih pretvarajući u toplinsku energiju i taleći ih. Ova metoda je prikladna za taljenje visokoteških i ultra-visoko čistih legura ili metala.

Osim toga, vakuumsko taljenje također pomaže u poboljšanju žilavosti, čvrstoće na zamor, otpornosti na koroziju, performansi puzanja na visokim temperaturama i magnetske permeabilnosti metalnih materijala.

Taljenje u vakuumskoj indukcijskoj peći je proces korištenja elektromagnetske indukcije za generiranje vrtložnih struja u metalnim vodičima pod vakuumom radi zagrijavanja materijala peći. Karakteristike su mali volumen komore za taljenje, kratko vrijeme vakuumskog pumpanja i ciklus taljenja, praktična kontrola temperature i tlaka, mogućnost recikliranja hlapljivih elemenata i točna kontrola sastava legure. Zbog gore navedenih karakteristika, sada se razvilo u važnu opremu za proizvodnju specijalnih legura kao što su specijalni čelik, precizne legure, legure za električno grijanje, legure za visoke temperature i legure otporne na koroziju.

1. Što je vakuum?

U zatvorenoj posudi, zbog smanjenja broja molekula plina, tlak koji molekule plina vrše na jedinicu površine smanjuje se. U tom trenutku, tlak unutar posude je niži od normalnog tlaka. Ova vrsta plinovitog prostora koji je niži od normalnog tlaka naziva se vakuum.

2. Koji je princip rada vakuumske indukcijske peći?

Glavna metoda je primjena elektromagnetske indukcije za generiranje struje u samom metalnom naboju, a zatim oslanjanje na otpor samog metalnog naboja za pretvaranje električne energije u toplinsku energiju prema Joule-Lenzovom zakonu, koji se koristi za taljenje metala.

3. Kako se u vakuumskoj indukcijskoj peći stvara elektromagnetsko miješanje?

Rastaljeni metal u lončiću generira električnu silu u magnetskom polju koje generira indukcijska zavojnica. Zbog skin efekta, vrtložne struje koje generira rastaljeni metal su suprotne smjeru struje koja prolazi kroz indukcijsku zavojnicu, što rezultira međusobnim odbijanjem; Odbojna sila na rastaljeni metal uvijek je usmjerena prema osi lončića, a rastaljeni metal se također gura prema središtu lončića; Zbog činjenice da je indukcijska zavojnica kratka zavojnica s kratkim efektima na oba kraja, odgovarajuća električna sila na oba kraja indukcijske zavojnice se smanjuje, a raspodjela električne sile je manja na gornjem i donjem kraju, a veća u sredini. Pod utjecajem ove sile, metalna tekućina se prvo kreće od sredine prema osi lončića, a zatim teče prema gore i dolje prema središtu. Ovaj fenomen nastavlja kružiti, stvarajući snažno kretanje metalne tekućine. Tijekom stvarnog taljenja, fenomen izbočenja metalne tekućine prema gore i prevrtanja prema gore i dolje u središtu lončića može se eliminirati, što se naziva elektromagnetsko miješanje.

4. Koja je funkcija elektromagnetskog miješanja?

① Može ubrzati brzinu fizikalnih i kemijskih reakcija tijekom procesa taljenja; ② Ujednačiti sastav tekućeg rastaljenog metala; ③ Temperatura rastaljenog metala u lončiću obično je konzistentna, što rezultira potpunim završetkom reakcije tijekom taljenja; ④ Rezultat miješanja prevladava učinak vlastitog statičkog tlaka, prebacujući otopljene mjehuriće duboko u lončiću na površinu tekućine, olakšavajući ispuštanje plina i smanjujući sadržaj plinskih inkluzija u leguri. Intenzivno miješanje pojačava mehaničku eroziju rastaljenog metala na lončiću, utječući na njegov vijek trajanja; ⑥ Ubrzati raspad vatrostalnih materijala u lončićima na visokim temperaturama, što rezultira ponovnom kontaminacijom rastaljene legure.

5. Što je stupanj vakuuma?

Stupanj vakuuma predstavlja razrjeđenost plina ispod jednog atmosferskog tlaka, obično izraženog kao tlak.

6. Kolika je stopa propuštanja?

Brzina propuštanja odnosi se na količinu povećanja tlaka po jedinici vremena nakon zatvaranja vakuumske opreme.

7. Što je skin efekt?

Skin efekt odnosi se na fenomen neravnomjerne raspodjele struje na presjeku vodiča (odnosi se na uložak peći u taljenju) kada kroz njega prolazi izmjenična struja. Što je veća površinska gustoća struje vodiča, to je niža gustoća struje prema središtu.

8. Što je elektromagnetska indukcija?

Izmjenična struja prolazi kroz žicu i stvara izmjenično magnetsko polje oko nje, dok postavljanje zatvorene žice u promjenjivo magnetsko polje stvara izmjeničnu struju unutar žice. Taj se fenomen naziva elektromagnetska indukcija.

10. Koje su prednosti taljenja u vakuumskoj indukcijskoj peći?

① Nema onečišćenja zraka i troske, rastopljena legura je čista i ima visoku razinu performansi;

② Vakuumsko taljenje stvara dobre uvjete za otplinjavanje, što rezultira niskim sadržajem plina u rastaljenom čeliku i leguri;

③ U uvjetima vakuuma, metali se ne oksidiraju lako;

④ Nečistoće (Pb, Bi, itd.) koje unose sirovine mogu isparavati u vakuumu, što rezultira pročišćavanjem materijala;

⑤ Tijekom taljenja u vakuumskoj indukcijskoj peći može se koristiti deoksidacija ugljika, a produkt deoksigenacije je plin, što rezultira visokom čistoćom legure;

⑥ Može precizno prilagoditi i kontrolirati kemijski sastav;

⑦ Vraćeni materijali se mogu koristiti.

11. Koji su nedostaci taljenja u vakuumskoj indukcijskoj peći?

① Oprema je složena, skupa i zahtijeva velika ulaganja;

② Nepraktično održavanje, visoki troškovi taljenja i relativno visoki troškovi;

③ Kontaminacija metala uzrokovana vatrostalnim materijalima u loncima tijekom procesa taljenja;

④ Proizvodna serija je mala, a obim inspekcije velik.

12. Koji su glavni osnovni parametri i značenja vakuumskih pumpi?

① Ekstremni stupanj vakuuma: Minimalna stabilna vrijednost tlaka (tj. najviši stabilni stupanj vakuuma) koja se može postići nakon dugog razdoblja pražnjenja kada je ulaz vakuumske pumpe zatvoren naziva se maksimalni stupanj vakuuma pumpe.

② Brzina evakuacije: Volumen plina koji pumpa izvlači po jedinici vremena naziva se brzina pumpanja vakuumske pumpe.

③ Maksimalni izlazni tlak: Maksimalna vrijednost tlaka pri kojoj se plin ispušta iz ispušnog otvora vakuumske pumpe tijekom normalnog rada.

④ Predtlak: Maksimalna vrijednost tlaka koju je potrebno održavati na ispušnom otvoru vakuumske pumpe kako bi se osigurao siguran rad.

13. Kako odabrati razuman sustav vakuumske pumpe?

① Brzina pumpanja vakuumske pumpe odgovara određenom ulaznom tlaku vakuumske pumpe;

② Mehaničke pumpe, Rootsove pumpe i pumpe za povišenje tlaka ulja ne mogu izravno ispuhati u atmosferu i moraju se oslanjati na prednju pumpu kako bi uspostavila i održavala propisani predtlak kako bi normalno radile.

14. Zašto je potrebno dodavati kondenzatore u električne krugove?

Zbog velike udaljenosti između indukcijske zavojnice i metalnog materijala peći, magnetsko curenje je vrlo ozbiljno, korisni magnetski tok je vrlo nizak, a reaktivna snaga visoka. Stoga, u kapacitivnim krugovima, struja vodi napon. Kako bi se ublažio utjecaj induktiviteta i poboljšao faktor snage, potrebno je u krug ugraditi odgovarajući broj električnih spremnika, tako da kondenzator i induktor mogu rezonirati paralelno, čime se poboljšava faktor snage indukcijske zavojnice.

15. Koliko dijelova čini glavna oprema vakuumske indukcijske peći?

Komora za taljenje, komora za izlijevanje, vakuumski sustav, sustav napajanja.

16. Koje su mjere održavanja vakuumskog sustava tijekom procesa taljenja?

① Kvaliteta i razina ulja vakuumske pumpe su normalni;

② Mreža filtera se normalno okreće;

③ Brtvljenje svakog izolacijskog ventila je normalno.

17. Koje su mjere održavanja sustava napajanja tijekom procesa taljenja?

① Temperatura rashladne vode kondenzatora je normalna;

② Temperatura transformatorskog ulja je normalna;

③ Temperatura rashladne vode kabela je normalna.

18. Koji su zahtjevi za lončiće u vakuumskoj indukcijskoj peći za taljenje?

① Ima visoku toplinsku stabilnost kako bi se izbjeglo pucanje uzrokovano brzim hlađenjem i zagrijavanjem;

② Ima visoku kemijsku stabilnost kako bi se spriječila kontaminacija lončića vatrostalnim materijalima;

③ Ima dovoljno visoku otpornost na vatru i konstrukcijsku čvrstoću na visokim temperaturama kako bi izdržala visoke temperature i utjecaje materijala peći;

④ Lončić za taljenje treba imati visoku gustoću i glatku radnu površinu kako bi se smanjila površina kontakta između lončića i metalne tekućine te kako bi se smanjio stupanj prianjanja ostataka metala na površinu lončića.

⑤ Ima visoka izolacijska svojstva;

⑥ Malo skupljanje volumena tijekom procesa sinteriranja;

⑦ Ima nisku hlapljivost i dobru otpornost na hidrataciju;

⑧ Materijal lončića ispušta malu količinu plina.

⑨ Lončić ima obilne resurse materijala i niske cijene.

19. Kako poboljšati performanse lončića na visokim temperaturama?

① Smanjite sadržaj CaO i omjer CaO/SiO2 u MgO pijesku kako biste smanjili količinu tekuće faze i povećali temperaturu pri kojoj se stvara tekuća faza.

② Poboljšati stabilnost kristalnih zrna.

③ Postizanje dobrog stanja rekristalizacije u sinteriranom sloju, smanjenje poroznosti, smanjenje širine granica zrna i formiranje mozaične strukture, stvaranje izravne kombinacije čvrste i krute faze, čime se smanjuju štetni učinci tekuće faze.

20. Kako odabrati odgovarajuću geometrijsku veličinu lončića?

① Debljina stijenke lončića obično je od 1/8 do 1/10 promjera lončića (formiranog);

② Tekući čelik čini 75% volumena lončića;

③ Kut R je oko 45°;

④ Debljina dna peći je obično 1,5 puta veća od debljine stijenke peći.

21. Koja su najčešće korištena ljepila za vezivanje čvorova u lončićima?

① Organska tvar: dekstrin, otpadna tekućina od pulpe, organska smola itd.;

2 Anorganske tvari: natrijev silikat, slana otopina, borna kiselina, karbonat, glina itd.

22. Koja je funkcija ljepila (H3BO3) za vezivanje čvorova u lončićima?

Borna kiselina (H3BO3) može ukloniti svu vlagu zagrijavanjem ispod 300 ℃ u normalnim okolnostima i naziva se boronski anhidrid (B2O3).

① Na niskim temperaturama, dio MgO i Al2O3 može se otopiti u tekućem B2O3 stvarajući niz prijelaznih produkata, ubrzavajući difuziju MgO · Al2O3 u čvrstoj fazi i potičući rekristalizaciju, uzrokujući stvaranje sloja za sinteriranje lončića na nižim temperaturama, čime se smanjuje temperatura sinteriranja.

② Oslanjajući se na učinak taljenja i vezivanja borne kiseline na srednjoj temperaturi, polusinterirani sloj može se zgusnuti ili se može povećati čvrstoća lončića prije sekundarnog sinteriranja.

③ U magnezijevom pijesku koji sadrži CaO, upotreba veziva može potisnuti kristalnu transformaciju 2CaO · SiO2 ispod 850 ℃.

23. Koje su različite metode oblikovanja lončića za taljenje?

Dva načina.

① Prefabrikacija izvan peći; Nakon miješanja sirovina (električno taljeni magnezij ili aluminij magnezij spinel vatrostalni materijali) s određenim omjerom veličine čestica i odabira odgovarajućih ljepila, one se oblikuju u kalupu lončića vibracijskim i izostatičkim postupcima tlaka. Tijelo lončića se suši i prerađuje u prefabrikovani lončić u visokotemperaturnoj tunelskoj peći s maksimalnom temperaturom pečenja od ≥ 1700 ℃ × 8 sati.

② Izravno udaranje unutar peći; Dodajte odgovarajuću količinu čvrstog ljepila, poput borne kiseline, u odgovarajući omjer veličine čestica, ravnomjerno promiješajte i koristite tampiranje kako biste postigli gusto punjenje. Tijekom sinteriranja, različite mikrostrukture nastaju različitim temperaturama svakog dijela.

24. Koliko slojeva ima sinterirana struktura lončića i kakav je utjecaj na kvalitetu lončića?

Struktura sinteriranja lončića podijeljena je u tri sloja: sloj za sinteriranje, polusinterirajući sloj i rastresiti sloj.

Sloj sinteriranja: Tijekom procesa peći, veličina čestica podliježe rekristalizaciji. Osim srednje veličine čestica pijeska na kraju niske temperature, izvorni udio se uopće ne vidi, te je prisutna ujednačena i fina struktura. Granice zrna su vrlo uske, a nečistoće se preraspodijele na novim granicama zrna. Sinterirani sloj je tvrda ljuska smještena na najunutarnjem dijelu stijenke lončića, koja izravno dodiruje rastaljeni metal i podnosi različite sile, pa je ovaj sloj vrlo važan za lonac.

Rastresiti sloj: Tijekom sinteriranja, temperatura u blizini izolacijskog sloja je niska, a magnezijev pijesak se ne može sinterirati ili vezati staklenom fazom, ostajući u potpuno rastresitom stanju. Ovaj sloj se nalazi na najudaljenijem dijelu lončića i služi sljedećim svrhama: prvo, zbog svoje rastresite strukture i slabe toplinske vodljivosti, toplina koja se prenosi s unutarnje stijenke lončića prema van se smanjuje, smanjujući gubitak topline, osiguravajući izolaciju i poboljšavajući toplinsku učinkovitost unutar lončića; Drugo, rastresiti sloj je ujedno i zaštitni sloj. Budući da je sinterirani sloj formirao ljusku i dolazi u izravan kontakt s tekućim metalom, sklon je pucanju. Nakon što pukne, rastaljeni tekući metal će procuriti iz pukotine, dok je rastresiti sloj manje sklon pucanju zbog svoje rastresite strukture. Metalna tekućina koja procuri iz unutarnjeg sloja blokirana je njime, pružajući zaštitu za senzorski prsten; Treće, rastresiti sloj je i dalje tampon. Zbog činjenice da je sinterirani sloj postao tvrda ljuska, dolazi do ukupnog širenja i skupljanja volumena pri zagrijavanju i hlađenju. Zbog rastresite strukture rastresitog sloja, on igra ulogu pufera u promjeni volumena lončića.

Polusinterirani sloj (također poznat kao prijelazni sloj): nalazi se između sinteriranog sloja i rastresitog sloja, podijeljen na dva dijela. U blizini sinteriranog sloja, nečistoće se tope i preraspodijele ili vežu s česticama magnezijevog pijeska. Magnezijev pijesak djelomično rekristalizira, a velike čestice pijeska izgledaju posebno gusto; Dijelovi u blizini rastresitog sloja potpuno su spojeni ljepilom. Polusinterirani sloj služi i kao sinterirani i kao rastresiti sloj.

25. Kako odabrati sustav pećnice?

① Maksimalna temperatura pećnice: Kada je debljina izolacijskog sloja čvorastog lončića 5-10 mm, kod električno taljenog magnezijevog oksida, sinterirani sloj čini samo 13-15% debljine lončića pri pečenju na 1800 ℃. Pri pečenju u pećnici na 2000 ℃ čini 24-27%. S obzirom na otpornost lončića na visoke temperature, bolje je imati višu temperaturu pećnice, ali nije lako doći do previsoke temperature. Kada je temperatura viša od 2000 ℃, formira se struktura nalik saću zbog sublimacije magnezijevog oksida ili redukcije magnezijevog oksida ugljikom, kao i intenzivne rekristalizacije magnezijevog oksida. Stoga, maksimalnu temperaturu pećnice treba kontrolirati ispod 2000 ℃.

2 Brzina zagrijavanja: U ranoj fazi zagrijavanja, kako bi se učinkovito uklonila vlaga iz vatrostalnih materijala, treba provesti dovoljno predgrijavanja. Općenito, brzina zagrijavanja treba biti spora ispod 1500 ℃; Kada temperatura peći dosegne iznad 1500 ℃, električno taljeni magnezijev pijesak počinje sinterirati. U ovom trenutku treba koristiti veliku snagu za brzo zagrijavanje do očekivane maksimalne temperature peći.

③ Vrijeme izolacije: Nakon što temperatura peći dosegne najvišu temperaturu peći, izolaciju je potrebno provesti na toj temperaturi. Vrijeme izolacije varira ovisno o vrsti peći i materijalu, na primjer 15-20 minuta za male lončiće za električno taljenje magnezija i 30-40 minuta za velike i srednje lončiće za električno taljenje magnezija.

Stoga treba prilagoditi brzinu zagrijavanja tijekom pećnice i pečenje na najvišoj temperaturi pečenja.