Wat is vacuüminductiesmelten?

Vacuümsmelten is een techniek voor het smelten van metalen en legeringen die wordt uitgevoerd in een vacuümomgeving.

Deze technologie kan voorkomen dat zeldzame metalen worden verontreinigd door de atmosfeer en vuurvaste materialen, en heeft een zuiverende en reinigende functie. Door vacuümsmelten kunnen hoogwaardige metalen en legeringen met een laag gasgehalte, weinig insluitsels en geringe segregatie worden verkregen. Deze methode is cruciaal voor het verkrijgen van zeer zuivere en hoogwaardige metalen materialen, met name geschikt voor legeringen of metalen die moeilijk te smelten zijn en een ultrahoge zuiverheid vereisen. Vacuümsmeltmethoden omvatten elektronenbundelsmelten, vacuüminductiesmelten, vacuümboogovensmelten en plasmasmelten. Elektronenbundelsmelten maakt bijvoorbeeld gebruik van hoogenergetische elektronenbundels om gesmolten materialen te bombarderen, waardoor deze snel worden omgezet in warmte-energie en smelten. Deze methode is geschikt voor het smelten van moeilijk te smelten en zeer zuivere legeringen of metalen.

Bovendien draagt ​​vacuümsmelten bij aan de verbetering van de taaiheid, vermoeiingssterkte, corrosiebestendigheid, kruipweerstand bij hoge temperaturen en magnetische permeabiliteit van metalen materialen.

Het vacuüminductieovensmelten is een proces waarbij elektromagnetische inductie wordt gebruikt om wervelstromen in metalen geleiders onder vacuümomstandigheden op te wekken en zo het materiaal in de oven te verwarmen. Het kenmerkt zich door een klein smeltkamervolume, een korte vacuümpomptijd en smeltcyclus, gemakkelijke temperatuur- en drukregeling, recyclebaarheid van vluchtige elementen en nauwkeurige controle van de legeringssamenstelling. Dankzij deze eigenschappen is het uitgegroeid tot een belangrijke machine voor de productie van speciale legeringen zoals speciaal staal, precisielegeringen, elektrische verwarmingslegeringen, hittebestendige legeringen en corrosiebestendige legeringen.

1. Wat is een vacuüm?

In een gesloten container neemt de druk die gasmoleculen op een eenheidsoppervlak uitoefenen af ​​als gevolg van de afname van het aantal gasmoleculen. De druk in de container is dan lager dan de normale druk. Deze gasvormige ruimte met een lagere druk dan normaal wordt een vacuüm genoemd.

2. Wat is het werkingsprincipe van een vacuüminductieoven?

De belangrijkste methode is het toepassen van elektromagnetische inductie om stroom op te wekken in de metaallading zelf, en vervolgens gebruik te maken van de weerstand van de metaallading om elektrische energie om te zetten in warmte-energie volgens de wet van Joule-Lenz, wat wordt gebruikt voor het smelten van metalen.

3. Hoe ontstaat elektromagnetisch roeren in een vacuüminductieoven?

Het gesmolten metaal in de smeltkroes wekt een elektrische kracht op in het magnetische veld dat door de inductiespoel wordt gegenereerd. Door het skineffect zijn de wervelstromen die door het gesmolten metaal worden opgewekt tegengesteld aan de stroom die door de inductiespoel loopt, wat resulteert in wederzijdse afstoting. De afstotende kracht op het gesmolten metaal is altijd gericht naar de as van de smeltkroes, en het gesmolten metaal wordt ook naar het midden van de smeltkroes geduwd. Omdat de inductiespoel een korte spoel is met een kortsluiting aan beide uiteinden, neemt de corresponderende elektrische kracht aan beide uiteinden van de spoel af, en is de verdeling van de elektrische kracht kleiner aan de boven- en onderkant en groter in het midden. Onder invloed van deze kracht beweegt het vloeibare metaal eerst vanuit het midden naar de as van de smeltkroes, en stroomt vervolgens op en neer naar het midden. Dit verschijnsel blijft zich herhalen, waardoor een sterke stroming van het vloeibare metaal ontstaat. Tijdens het daadwerkelijke smeltproces kan het verschijnsel van het omhoogkomen en op en neer bewegen van het metaal in het midden van de smeltkroes, dat elektromagnetisch roeren wordt genoemd, worden geëlimineerd.

4. Wat is de functie van elektromagnetisch roeren?

① Het kan de snelheid van fysische en chemische reacties tijdens het smeltproces versnellen; ② Het uniformeren van de samenstelling van het gesmolten metaal; ③ De temperatuur van het gesmolten metaal in de smeltkroes blijft constant, wat resulteert in een volledige voltooiing van de reactie tijdens het smelten; ④ Door het roeren wordt het effect van de eigen statische druk overwonnen, waardoor opgeloste bellen diep in de smeltkroes naar het vloeistofoppervlak worden gebracht, wat de gasafvoer vergemakkelijkt en het gehalte aan gasinsluitingen in de legering vermindert. Intensief roeren verhoogt de mechanische erosie van het gesmolten metaal in de smeltkroes, wat de levensduur ervan beïnvloedt; ⑥ Het versnelt de ontbinding van vuurvaste materialen in smeltkroezen bij hoge temperaturen, wat leidt tot herverontreiniging van de gesmolten legering.

5. Wat is een vacuümgraad?

De vacuümgraad geeft de ijlheid van een gas aan bij een druk lager dan één atmosfeer, meestal uitgedrukt als druk.

6. Wat is het lekdebiet?

Het lekdebiet verwijst naar de mate van drukverhoging per tijdseenheid nadat de vacuümapparatuur is afgesloten.

7. Wat is het effect op de huid?

Het skineffect verwijst naar het verschijnsel van ongelijkmatige stroomverdeling over de dwarsdoorsnede van een geleider (in dit geval de ovenlading bij het smelten) wanneer er wisselstroom doorheen loopt. Hoe hoger de oppervlaktestroomdichtheid van de geleider, hoe lager de stroomdichtheid naar het midden toe.

8. Wat is elektromagnetische inductie?

Wanneer een draad wisselstroom bevat, ontstaat er een wisselend magnetisch veld eromheen. Het plaatsen van een gesloten draad in een veranderend magnetisch veld wekt daarentegen een wisselstroom in de draad op. Dit verschijnsel wordt elektromagnetische inductie genoemd.

10. Wat zijn de voordelen van smelten in een vacuüminductieoven?

① Geen lucht- en slakvervuiling, de gesmolten legering is zuiver en heeft een hoog prestatieniveau;

② Vacuümsmelten zorgt voor goede ontgassingsomstandigheden, wat resulteert in een laag gasgehalte in het gesmolten staal en de legering;

③ Onder vacuümomstandigheden oxideren metalen niet gemakkelijk;

④ Onzuiverheden (Pb, Bi, enz.) die via de grondstoffen worden meegebracht, kunnen in een vacuümtoestand verdampen, wat resulteert in materiaalzuivering;

⑤ Tijdens het smelten in een vacuüminductieoven kan koolstofdeoxidatie worden toegepast, waarbij het deoxidatieproduct gasvormig is en een hoge legeringszuiverheid oplevert;

⑥ Kan de chemische samenstelling nauwkeurig aanpassen en controleren;

⑦ Geretourneerde materialen kunnen worden gebruikt.

11. Wat zijn de nadelen van smelten in een vacuüminductieoven?

① De apparatuur is complex, duur en vereist een grote investering;

② Lastig onderhoud, hoge smeltkosten en relatief hoge kosten;

③ Metaalverontreiniging veroorzaakt door vuurvaste materialen in smeltkroezen tijdens het smeltproces;

④ De productiebatch is klein en de inspectielast is groot.

12. Wat zijn de belangrijkste basisparameters en betekenissen van vacuümpompen?

① Maximale vacuümgraad: De minimale stabiele drukwaarde (oftewel de hoogste stabiele vacuümgraad) die kan worden bereikt na een lange periode van ledigen wanneer de inlaat van een vacuümpomp is afgesloten, wordt de maximale vacuümgraad van de pomp genoemd.

② Afvoersnelheid: Het volume gas dat per tijdseenheid door een pomp wordt afgezogen, wordt de afvoersnelheid van een vacuümpomp genoemd.

③ Maximale uitlaatdruk: De maximale drukwaarde waarmee gas uit de uitlaatpoort van een vacuümpomp wordt afgevoerd tijdens normaal gebruik.

④ Voordruk: De maximale druk die bij de uitlaatpoort van de vacuümpomp moet worden aangehouden om een ​​veilige werking te garanderen.

13. Hoe kies ik een geschikt vacuümpompsysteem?

① De pompsnelheid van een vacuümpomp komt overeen met een bepaalde inlaatdruk van de vacuümpomp;

② Mechanische pompen, Roots-pompen en olieboosterpompen mogen niet rechtstreeks in de atmosfeer lozen en moeten afhankelijk zijn van de voorste pomp om de voorgeschreven voordruk te creëren en te handhaven om normaal te kunnen functioneren.

14. Waarom moeten condensatoren aan elektrische circuits worden toegevoegd?

Door de grote afstand tussen de inductiespoel en het metaal in de oven is de magnetische lekstroom zeer ernstig, de nuttige magnetische flux erg laag en het reactieve vermogen hoog. Daarom loopt in capacitieve schakelingen de stroom voor op de spanning. Om de invloed van de inductantie te compenseren en de arbeidsfactor te verbeteren, is het noodzakelijk om een ​​passend aantal condensatoren in de schakeling op te nemen, zodat de condensator en de inductor parallel kunnen resoneren en zo de arbeidsfactor van de inductiespoel kan verbeteren.

15. Uit hoeveel onderdelen bestaat de hoofdapparatuur van een vacuüminductieoven?

Smeltkamer, gietkamer, vacuümsysteem, voedingssysteem.

16. Welke onderhoudsmaatregelen zijn er voor het vacuümsysteem tijdens het smeltproces?

① De oliekwaliteit en het oliepeil van de vacuümpomp zijn normaal;

② Het filterscherm is normaal gesproken omgekeerd;

③ De afdichting van elke afsluitklep is normaal.

17. Welke onderhoudsmaatregelen zijn er voor het stroomvoorzieningssysteem tijdens het smeltproces?

① De temperatuur van het koelwater van de condensator is normaal;

② De temperatuur van de transformatorolie is normaal;

③ De temperatuur van het koelwater in de kabel is normaal.

18. Wat zijn de eisen voor smeltkroezen bij het smelten in een vacuüminductieoven?

① Heeft een hoge thermische stabiliteit om scheuren als gevolg van snelle afkoeling en opwarming te voorkomen;

② Heeft een hoge chemische stabiliteit om besmetting van de smeltkroes door vuurvaste materialen te voorkomen;

③ Voldoende hoge brandwerendheid en structurele sterkte bij hoge temperaturen om hoge temperaturen en impact van ovenmateriaal te weerstaan;

④ De smeltkroes moet een hoge dichtheid en een glad werkoppervlak hebben om het contactoppervlak tussen de smeltkroes en de metaalvloeistof te verkleinen en om de hechting van metaalresten aan het oppervlak van de smeltkroes te verminderen.

⑤ Heeft hoge isolerende eigenschappen;

⑥ Kleine volumekrimp tijdens het sinterproces;

⑦ Heeft een lage vluchtigheid en een goede weerstand tegen hydratatie;

⑧ Het smeltkroesmateriaal laat een kleine hoeveelheid gas vrij.

⑨ De smeltkroes beschikt over overvloedige materiaalvoorraden en lage prijzen.

19. Hoe kunnen we de prestaties van smeltkroezen bij hoge temperaturen verbeteren?

① Verlaag het CaO-gehalte en de CaO/SiO2-verhouding in MgO-zand om de hoeveelheid vloeibare fase te verminderen en de temperatuur waarbij de vloeibare fase ontstaat te verhogen.

② Verbeter de stabiliteit van de kristalkorrels.

③ Om een ​​goede herkristallisatietoestand in de gesinterde laag te bereiken, de porositeit te verminderen, de korrelgrensbreedte te verkleinen en een mozaïekstructuur te vormen, waarbij een directe combinatie van vaste en vaste fasen ontstaat, waardoor de schadelijke effecten van de vloeibare fase worden verminderd.

20. Hoe kies je de juiste geometrische afmetingen van de smeltkroes?

① De wanddikte van de smeltkroes is over het algemeen 1/8 tot 1/10 van de diameter van de (gevormde) smeltkroes;

② Vloeibaar staal beslaat 75% van het volume van de smeltkroes;

③ De hoek van R is ongeveer 45°;

④ De dikte van de ovenbodem is over het algemeen 1,5 keer zo groot als die van de ovenwand.

21. Welke kleefstoffen worden doorgaans gebruikt voor het knopen van smeltkroezen?

① Organische stoffen: dextrine, vloeibaar pulpafval, organische hars, enz.;

② Anorganische stoffen: natriumsilicaat, pekel, boorzuur, carbonaat, klei, enz.

22. Wat is de functie van de lijm (H3BO3) voor het knopen van smeltkroezen?

Boorzuur (H3BO3) kan onder normale omstandigheden al het vocht verwijderen door het te verhitten tot onder de 300 ℃, en wordt ook wel boorzuuranhydride (B2O3) genoemd.

① Bij lage temperaturen kunnen sommige MgO en Al2O3 oplossen in vloeibaar B2O3 en een reeks overgangsproducten vormen, waardoor de diffusie van MgO · Al2O3 in de vaste fase wordt versneld en herkristallisatie wordt bevorderd. Hierdoor vormt de sinterlaag van de smeltkroes zich bij lagere temperaturen, wat de sintertemperatuur verlaagt.

② Door gebruik te maken van het smelt- en bindingseffect van boorzuur bij middelhoge temperatuur, kan de halfgesinterde laag worden verdikt of kan de sterkte van de smeltkroes vóór de secundaire sintering worden verhoogd.

③ In magnesiumoxidezand dat CaO bevat, kan het gebruik van bindmiddelen de kristaltransformatie van 2CaO · SiO2 onder 850 ℃ onderdrukken.

23. Wat zijn de verschillende vormmethoden voor smeltkroezen?

Twee manieren.

① Prefabricage buiten de oven; Na het mengen van de grondstoffen (elektrisch gesmolten magnesium of aluminiummagnesiumspinel vuurvast materiaal) met een bepaalde korrelgrootteverhouding en het selecteren van geschikte bindmiddelen, worden deze in de smeltkroesvorm geperst door middel van vibratie en isostatische druk. Het smeltkroeslichaam wordt gedroogd en verwerkt tot een geprefabriceerde smeltkroes in een hogetemperatuurtunneloven met een maximale baktemperatuur van ≥ 1700 ℃ gedurende 8 uur.

② Rechtstreeks stampen in de oven; voeg een geschikte hoeveelheid vast bindmiddel, zoals boorzuur, toe in de juiste verhouding qua deeltjesgrootte, meng gelijkmatig en stamp aan om een ​​dichte vulling te verkrijgen. Tijdens het sinteren worden door de variërende temperaturen van elk onderdeel verschillende microstructuren gevormd.

24. Uit hoeveel lagen bestaat de sinterstructuur van de smeltkroes en wat is de invloed daarvan op de kwaliteit van de smeltkroes?

De sinterstructuur van de smeltkroes is verdeeld in drie lagen: een sinterlaag, een semi-sinterlaag en een losse laag.

Sinterlaag: Tijdens het ovenproces ondergaat de deeltjesgrootte herkristallisatie. Met uitzondering van de middelgrote zanddeeltjes aan de lage temperatuurzijde, is de oorspronkelijke verhouding niet meer te zien en ontstaat een uniforme en fijne structuur. De korrelgrenzen zijn zeer smal en onzuiverheden worden herverdeeld langs de nieuwe korrelgrenzen. De gesinterde laag is een harde schil aan de binnenzijde van de smeltkroeswand, die direct in contact staat met het gesmolten metaal en diverse krachten opvangt. Deze laag is daarom van groot belang voor de smeltkroes.

Losse laag: Tijdens het sinteren is de temperatuur nabij de isolatielaag laag, waardoor magnesiumzand niet kan sinteren of gebonden worden door de glasfase en volledig los blijft. Deze laag bevindt zich aan de buitenkant van de smeltkroes en dient de volgende doelen: ten eerste, door de losse structuur en de slechte warmtegeleiding wordt de warmteoverdracht van de binnenwand van de smeltkroes naar buiten verminderd, waardoor warmteverlies wordt beperkt, isolatie wordt geboden en het thermisch rendement in de smeltkroes wordt verbeterd; ten tweede, de losse laag fungeert ook als beschermlaag. Omdat de gesinterde laag een schil heeft gevormd en in direct contact komt met het vloeibare metaal, is deze gevoelig voor scheuren. Zodra er een scheur ontstaat, zal het gesmolten metaal door de scheur naar buiten sijpelen, terwijl de losse laag door zijn losse structuur minder snel scheurt. Het sijpelen van het metaal uit de binnenlaag wordt door de losse laag tegengehouden, waardoor de sensorring wordt beschermd; ten derde, de losse laag fungeert ook als buffer. Doordat de gesinterde laag een harde schil vormt, treedt er bij verhitting en afkoeling volumeverandering op. Door de losse structuur van deze laag fungeert deze als buffer bij de volumeverandering van de smeltkroes.

Halfgesinterde laag (ook wel overgangslaag genoemd): deze bevindt zich tussen de gesinterde laag en de losse laag en is verdeeld in twee delen. Nabij de gesinterde laag smelten onzuiverheden en herverdelen zich, of binden zich met magnesiumzanddeeltjes. Het magnesiumzand ondergaat gedeeltelijke herkristallisatie, waardoor grote zanddeeltjes bijzonder dicht op elkaar komen te liggen. De delen nabij de losse laag zijn volledig aan elkaar gehecht door een kleeflaag. De halfgesinterde laag fungeert dus zowel als gesinterde laag als losse laag.

25. Hoe kies ik het juiste ovensysteem?

① Maximale oventemperatuur: Bij een isolatielaagdikte van 5-10 mm voor elektrisch gesmolten magnesiumoxide beslaat de gesinterde laag slechts 13-15% van de dikte van de smeltkroes bij een temperatuur van 1800 ℃. Bij een temperatuur van 2000 ℃ is dit 24-27%. Gezien de hoge temperatuurbestendigheid van de smeltkroes is een hogere oventemperatuur wenselijk, maar deze mag niet te hoog oplopen. Bij temperaturen boven de 2000 ℃ ontstaat een honingraatachtige structuur door de sublimatie van magnesiumoxide of de reductie van magnesiumoxide door koolstof, evenals door de intense herkristallisatie van magnesiumoxide. Daarom moet de maximale oventemperatuur onder de 2000 ℃ worden gehouden.

② Opwarmingssnelheid: In de beginfase van het opwarmen moet er voldoende voorverwarming plaatsvinden om vocht effectief uit de vuurvaste materialen te verwijderen. Over het algemeen moet de opwarmingssnelheid laag zijn onder de 1500 ℃; wanneer de oventemperatuur boven de 1500 ℃ komt, begint het elektrisch gesmolten magnesiumoxidezand te sinteren. Op dat moment moet er een hoog vermogen worden gebruikt om de oven snel op te warmen tot de verwachte maximale oventemperatuur.

③ Isolatietijd: Nadat de oventemperatuur de hoogste temperatuur heeft bereikt, moet de isolatie op die temperatuur plaatsvinden. De isolatietijd varieert afhankelijk van het type oven en het materiaal, bijvoorbeeld 15-20 minuten voor kleine elektrische smeltkroezen voor magnesium en 30-40 minuten voor grote en middelgrote elektrische smeltkroezen voor magnesium.

Daarom moeten de opwarmingssnelheid in de oven en het bakken op de hoogste temperatuur hierop worden afgestemd.