진공 유도 용해란 무엇입니까?

진공 용해 는 진공 환경에서 수행되는 금속 및 합금 용해 기술입니다.

이 기술은 희소 금속이 대기 및 내화 재료에 의해 오염되는 것을 방지하고, 정제 및 순화 기능을 합니다. 진공 용융을 통해 가스 함량이 낮고, 개재물이 적으며, 편석이 적은 고품질 금속 및 합금을 얻을 수 있습니다. 이 방법은 고순도 및 고품질 금속 재료를 얻는 데 필수적이며, 특히 용융이 어렵고 초고순도가 요구되는 합금이나 금속에 적합합니다. 진공 용융 방법에는 전자빔 용융, 진공 유도 용융, 진공 아크로 용융, 플라즈마로 용융 등이 있습니다. 예를 들어, 전자빔 용융은 고에너지 전자빔을 사용하여 용융 재료에 충격을 가하여 열에너지로 빠르게 변환하여 용융합니다. 이 방법은 고난이도 및 초고순도 합금이나 금속의 용융에 적합합니다.

또한 진공 용해는 금속 재료의 인성, 피로 강도, 내식성, 고온 크리프 성능 및 투자율을 개선하는 데 도움이 됩니다.

진공 유도로 용해는 전자기 유도를 이용하여 진공 상태에서 금속 도체에 와전류를 발생시켜 노 재료를 가열하는 공정입니다. 용해 챔버의 부피가 작고, 진공 펌핑 시간과 용해 주기가 짧으며, 온도 및 압력 제어가 편리하고, 휘발성 원소의 재활용이 가능하며, 합금 조성을 정확하게 제어할 수 있다는 특징이 있습니다. 이러한 특성 덕분에 현재 특수강, 정밀 합금, 전열 합금, 고온 합금, 내식 합금 등 특수 합금 생산에 중요한 장비로 발전했습니다.

1. 진공이란 무엇인가요?

밀폐된 용기에서는 기체 분자 수가 감소하여 단위 면적당 기체 분자가 가하는 압력이 감소합니다. 이때 용기 내부의 압력은 정상 압력보다 낮아집니다. 이렇게 정상 압력보다 낮은 기체 공간을 진공이라고 합니다.

2. 진공 유도로의 작동 원리는 무엇입니까?

주된 방법은 전자기 유도를 적용하여 금속 전하 자체에 전류를 생성한 다음, 금속 전하 자체의 저항에 의존하여 줄-렌츠 법칙에 따라 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 것입니다. 이 법칙은 금속을 녹이는 데 사용됩니다.

3. 진공 유도로에서 전자기 교반은 어떻게 형성됩니까?

도가니 안의 용융 금속은 유도 코일이 생성한 자기장에서 전기력을 생성합니다. 표피 효과로 인해 용융 금속에서 생성된 와전류는 유도 코일을 통과하는 전류의 방향과 반대이므로 상호 반발이 발생합니다. 용융 금속에 대한 반발력은 항상 도가니의 축을 향하고 용융 금속도 도가니의 중심을 향해 밀려납니다. 유도 코일은 양 끝에 단락 효과가 있는 짧은 코일이기 때문에 유도 코일의 양 끝에서 해당 전기력이 감소하고 전기력의 분포는 상단과 하단에서 더 작고 중간에서 더 큽니다. 이 힘 아래에서 금속 액체는 먼저 중앙에서 도가니 축을 향해 이동한 다음 위아래로 중심을 향해 흐릅니다. 이 현상은 계속 순환하여 금속 액체의 격렬한 움직임을 형성합니다. 실제 제련 과정에서 도가니 중앙에서 금속 액체가 위로 부풀어 오르고 위아래로 뒤집히는 현상을 없앨 수 있는데, 이를 전자기 교반이라고 합니다.

4. 전자기 교반의 기능은 무엇입니까?

① 제련 공정 중 물리, 화학 반응의 속도를 가속화할 수 있습니다. ② 용융 금속 액체의 조성을 통일합니다. ③ 도가니 내 용융 금속의 온도가 일정하게 유지되어 용융 중에 반응이 완전히 완료됩니다. ④ 교반 결과는 자체 정압의 영향을 극복하여 도가니 깊숙이 용해된 기포를 액체 표면으로 뒤집어 가스 방출을 용이하게 하고 합금의 가스 함유량을 줄입니다. 강렬한 교반은 도가니에서 용융 금속의 기계적 침식을 증가시켜 수명에 영향을 미칩니다. ⑥ 고온에서 도가니 내 내화 재료의 분해를 가속화하여 용융 합금의 재오염을 유발합니다.

5. 진공도란 무엇입니까?

진공도는 대기압보다 낮은 기체의 밀도를 나타내며, 일반적으로 압력으로 표현됩니다.

6. 누출률은 얼마입니까?

누출률은 진공 장비가 닫힌 후 단위 시간당 압력 증가량을 나타냅니다.

7. 스킨 효과란 무엇인가요?

표피 효과는 교류 전류가 도체(용융로의 용광로 충전물)를 통과할 때 도체 단면에 전류가 고르지 않게 분포되는 현상을 말합니다. 도체의 표면 전류 밀도가 높을수록 중심부로 갈수록 전류 밀도가 낮아집니다.

8. 전자기 유도란 무엇인가요?

교류 전류가 전선을 통과하면서 전선 주위에 교류 자기장이 생성되고, 닫힌 전선을 변화하는 자기장 속에 놓으면 전선 내부에 교류 전류가 생성됩니다. 이 현상을 전자기 유도라고 합니다.

10. 진공 유도로 용융의 장점은 무엇입니까?

① 대기 및 슬래그 오염이 없고, 제련 합금이 순수하고 성능 수준이 높습니다.

② 진공 용해는 가스 제거 조건이 양호하여 용융된 강철 및 합금의 가스 함량이 낮아집니다.

③ 진공 상태에서는 금속은 쉽게 산화되지 않습니다.

④ 원료에서 유입된 불순물(Pb, Bi 등)을 진공상태에서 증발시켜 재료 정제가 가능합니다.

⑤ 진공유도로 제련 시 탄소탈산을 이용할 수 있으며, 탈산소 생성물은 기체이므로 합금 순도가 높다.

⑥ 화학성분을 정확하게 조절하고 제어할 수 있습니다.

⑦ 반납된 자료는 사용이 가능합니다.

11. 진공 유도로 용융의 단점은 무엇입니까?

① 장비가 복잡하고, 가격이 비싸며, 투자비용이 크다.

② 유지관리가 불편하고, 제련비용이 높고, 비용이 비교적 높다.

③ 제련공정 중 도가니 내의 내화성 물질에 의한 금속 오염

④ 생산 배치가 작고, 검사 작업량이 많다.

12. 진공 펌프의 주요 기본 매개변수와 의미는 무엇입니까?

① 극진공도 : 진공펌프의 입구를 밀폐하여 장시간 비운 후 얻을 수 있는 최소 안정압력값(즉, 최고 안정진공도)을 펌프의 최대진공도라고 한다.

② 배출속도 : 진공펌프가 단위시간당 배출하는 가스의 양을 진공펌프의 펌핑속도라고 한다.

③ 최대 배출 압력 : 진공펌프가 정상 작동 시 배기구에서 가스가 배출되는 최대 압력값입니다.

④ 예압력 : 진공펌프의 배기구에서 안전한 작동을 위해 유지되어야 하는 최대 압력값입니다.

13. 적절한 진공 펌프 시스템을 선택하는 방법은 무엇입니까?

① 진공 펌프의 펌핑 속도는 진공 펌프의 특정 입구 압력에 대응합니다.

② 기계식 펌프, 루츠 펌프, 오일 부스터 펌프는 대기로 직접 배기할 수 없으며, 정상적으로 작동하려면 규정된 예압을 설정하고 유지하기 위해 전단 펌프에 의존해야 합니다.

14. 전기 회로에 커패시터를 추가해야 하는 이유는 무엇입니까?

유도 코일과 금속로 재료 사이의 거리가 멀기 때문에 자기 누설이 매우 심각하고, 유효 자속이 매우 낮으며, 무효 전력이 높습니다. 따라서 용량성 회로에서는 전류가 전압보다 앞서게 됩니다. 인덕턴스의 영향을 상쇄하고 역률을 개선하려면 회로에 적절한 수의 전기 용기를 통합하여 커패시터와 인덕터가 병렬로 공진하도록 하여 유도 코일의 역률을 개선해야 합니다.

15. 진공 유도로의 주요 장비는 몇 개의 부품으로 구성되어 있습니까?

용해실, 주입실, 진공 시스템, 전원 공급 시스템.

16. 제련 공정 중 진공 시스템에 대한 유지관리 조치는 무엇입니까?

① 진공펌프의 오일 품질 및 오일 레벨은 정상입니다.

② 필터 스크린은 정상적으로 반전됩니다.

③ 각 격리밸브의 밀봉은 정상입니다.

17. 제련 공정 중 전력 공급 시스템에 대한 유지 관리 조치는 무엇입니까?

① 콘덴서의 냉각수 온도는 정상입니다.

② 변압기 오일 온도가 정상입니다.

③ 케이블의 냉각수 온도가 정상입니다.

18. 진공 유도로 용해에 사용되는 도가니의 요구 사항은 무엇입니까?

① 급속냉각 및 급속가열로 인한 균열을 방지하기 위해 높은 열안정성을 가지고 있습니다.

② 내화성 물질에 의한 도가니 오염을 방지하기 위해 높은 화학적 안정성을 갖습니다.

③ 고온 및 용광로 재료의 충격을 견딜 수 있는 충분한 높은 내화성과 고온 구조 강도를 갖추고 있습니다.

④ 도가니는 밀도가 높고 작업 표면이 매끄러워야 하며, 도가니와 금속 액체 사이의 접촉 표면적을 줄이고 도가니 표면에 금속 잔류물이 부착되는 정도를 낮춰야 합니다.

⑤ 절연성이 우수하다.

⑥ 소결공정 중 체적수축이 적음

⑦ 휘발성이 낮고 수화에 대한 저항성이 좋습니다.

⑧ 도가니 소재에는 소량의 가스가 방출됩니다.

⑨ 도가니는 재료자원이 풍부하고 가격이 저렴하다.

19. 도가니의 고온 성능을 개선하려면 어떻게 해야 하나요?

① MgO 모래 ​​중 CaO 함량과 CaO/SiO2 비율을 낮추어 액상의 양을 줄이고 액상이 생성되는 온도를 높인다.

② 결정립의 안정성을 향상시킨다.

③ 소결층에서 양호한 재결정 상태를 달성하고, 기공률을 감소시키고, 결정립계 폭을 감소시키고, 모자이크 구조를 형성하여 고체상과 고체상의 직접적인 결합을 형성함으로써 액상의 유해한 영향을 감소시킨다.

20. 도가니의 적절한 기하학적 크기를 선택하는 방법은 무엇입니까?

① 도가니의 벽 두께는 일반적으로 도가니(성형된) 직경의 1/8~1/10이다.

② 강철액은 도가니 용적의 75%를 차지한다.

③ R의 각도는 약 45°입니다.

④ 일반적으로 로 바닥의 두께는 로 벽의 두께의 1.5배이다.

21. 도가니 매듭을 묶는 데 일반적으로 사용되는 접착제는 무엇입니까?

① 유기물 : 덱스트린, 펄프폐액, 유기수지 등

② 무기물 : 규산나트륨, 소금물, 붕산, 탄산염, 점토 등

22. 도가니를 매듭지을 때 접착제(H3BO3)의 기능은 무엇입니까?

붕산(H3BO3)은 일반적으로 300℃ 이하로 가열하면 모든 수분을 제거할 수 있으므로 붕산무수물(B2O3)이라고 합니다.

① 낮은 온도에서 일부 MgO와 Al2O3가 액상 B2O3에 용해되어 일련의 전이 생성물을 형성하여 MgO·Al2O3의 고상 확산을 촉진하고 재결정을 촉진하여 도가니의 소결층이 더 낮은 온도에서 형성되도록 하여 소결 온도를 낮춥니다.

② 중온에서 붕산의 용융 및 결합효과를 이용하여, 반소결층을 두껍게 하거나 2차소결 전 도가니의 강도를 높일 수 있다.

③ CaO를 함유한 마그네시아 모래에 결합제를 사용하면 850℃ 이하에서 2CaO·SiO2의 결정변태를 억제할 수 있다.

23. 도가니의 다양한 성형 방법은 무엇입니까?

두 가지 방법이 있습니다.

① 로 외부에서 조립합니다. 원료(전기 용융 마그네슘 또는 알루미늄 마그네슘 스피넬 내화물)를 일정 입도 비율로 혼합하고 적절한 접착제를 선택한 후, 진동 및 등압 공정을 통해 도가니 몰드에서 성형합니다. 도가니 본체는 건조 후 최대 소성 온도가 1700℃ 이상인 고온 터널 킬른에서 8시간 동안 가공하여 조립식 도가니로 제작합니다.

② 노 내부에서 직접 타발합니다. 붕산과 같은 고형 접착제를 적절한 입자 크기에 맞춰 적당량 첨가하여 균일하게 혼합한 후, 탬핑을 사용하여 치밀하게 충전합니다. 소결 과정에서 각 부품의 온도 변화에 따라 다양한 미세 구조가 형성됩니다.

24. 도가니의 소결 구조는 몇 층으로 구성되어 있으며, 도가니의 품질에 어떤 영향을 미칩니까?

도가니의 소결 구조는 소결층, 반소결층, 느슨한 층의 세 층으로 나뉜다.

소결층: 오븐 공정 중 입자 크기는 재결정됩니다. 저온부의 중간 크기의 모래 입자를 제외하고는 원래의 비율은 전혀 보이지 않으며, 균일하고 미세한 구조가 나타납니다. 결정립계는 매우 좁고, 불순물은 새로운 결정립계에 재분포됩니다. 소결층은 도가니 벽의 가장 안쪽에 위치한 단단한 껍질로, 용융 금속과 직접 접촉하여 다양한 힘을 견디기 때문에 도가니에 매우 중요합니다.

느슨한 층: 소결 과정에서 단열층 근처의 온도가 낮아 마그네슘 모래가 유리상과 소결되거나 결합되지 않아 완전히 느슨한 상태를 유지합니다. 이 층은 도가니의 가장 바깥쪽에 위치하며 다음과 같은 역할을 합니다. 첫째, 느슨한 구조와 낮은 열전도도로 인해 도가니 내벽에서 외부로 전달되는 열이 감소하여 열 손실을 줄이고 단열 효과를 제공하며 도가니 내부의 열 효율을 향상시킵니다. 둘째, 느슨한 층은 보호층이기도 합니다. 소결된 층은 외피를 형성하여 액체 금속과 직접 접촉하기 때문에 균열이 발생하기 쉽습니다. 균열이 발생하면 용융 액체 금속이 균열을 통해 스며나오지만, 느슨한 층은 느슨한 구조로 인해 균열 발생 가능성이 낮습니다. 내부층에서 스며나오는 금속 액체는 느슨한 층에 의해 차단되어 감지 링을 보호합니다. 셋째, 느슨한 층은 여전히 ​​완충 역할을 합니다. 소결층이 단단한 껍질로 변했기 때문에 가열 및 냉각 시 전체 부피가 팽창하고 수축합니다. 느슨한 층의 느슨한 구조는 도가니 부피 변화에 완충 역할을 합니다.

반소결층(전이층이라고도 함): 소결층과 느슨한 층 사이에 위치하며 두 부분으로 나뉩니다. 소결층 근처에서는 불순물이 녹아 재분배되거나 마그네슘 모래 입자와 결합합니다. 마그네슘 모래는 부분적인 재결정을 거치며, 큰 모래 입자는 특히 치밀하게 보입니다. 느슨한 층 근처 부분은 접착제로 완전히 결합됩니다. 반소결층은 소결층과 느슨한 층의 역할을 모두 합니다.

25. 오븐 공정 시스템은 어떻게 선택하나요?

① 최대 오븐 온도: 매듭 도가니의 절연층 두께가 5~10mm일 때, 전기 용융 마그네시아의 경우 1800℃에서 소결할 때 소결층은 도가니 두께의 13~15%에 불과합니다. 2000℃ 오븐에서 소결할 경우 24~27%를 차지합니다. 도가니의 고온 강도를 고려할 때 오븐 온도는 더 높은 것이 좋지만, 너무 높게 설정하기는 어렵습니다. 온도가 2000℃를 초과하면 산화마그네슘의 승화 또는 탄소에 의한 산화마그네슘의 환원, 그리고 산화마그네슘의 격렬한 재결정으로 인해 벌집과 같은 구조를 형성합니다. 따라서 최대 오븐 온도는 2000℃ 이하로 조절해야 합니다.

② 가열 속도: 가열 초기에는 내화물의 수분을 효과적으로 제거하기 위해 충분한 예열이 이루어져야 합니다. 일반적으로 1500℃ 이하에서는 가열 속도를 느리게 해야 합니다. 로 온도가 1500℃ 이상에 도달하면 전기 용융 마그네시아 모래가 소결되기 시작합니다. 이때 고출력을 사용하여 예상 최대 로 온도까지 빠르게 가열해야 합니다.

③ 보온 시간: 로 온도가 최고 오븐 온도에 도달하면 해당 온도에서 보온을 실시해야 합니다. 보온 시간은 로의 종류와 재질에 따라 달라지는데, 예를 들어 소형 전기 용해 마그네슘 도가니의 경우 15~20분, 대형 및 중형 전기 용해 마그네슘 도가니의 경우 30~40분입니다.

따라서 오븐에서의 가열속도와 최고 베이킹 온도에서의 베이킹은 이에 따라 조절되어야 한다.