Hva er vakuuminduksjonssmelting?

Vakuumsmelting er en smelteteknikk for metaller og legeringer som utføres i et vakuummiljø.

Denne teknologien kan forhindre at sjeldne metaller blir forurenset av atmosfæren og ildfaste materialer, og har en rengjørende og rensende funksjon. Ved vakuumsmelting kan man oppnå metaller og legeringer av høy kvalitet med lavt gassinnhold, få inneslutninger og liten segregering. Denne metoden er avgjørende for å oppnå metallmaterialer med høy renhet og høy kvalitet, spesielt egnet for legeringer eller metaller som er vanskelige å smelte og krever ultrahøy renhet. Metodene for vakuumsmelting inkluderer elektronstrålesmelting, vakuuminduksjonssmelting, vakuumbueovnsmelting og plasmaovnsmelting. For eksempel bruker elektronstrålesmelting høyenergiske elektronstråler for å bombardere smeltede materialer, raskt omdanne dem til termisk energi og smelte dem. Denne metoden er egnet for smelting av legeringer eller metaller med høy vanskelighetsgrad og ultrahøy renhet.

I tillegg bidrar vakuumsmelting også til å forbedre seighet, utmattingsstyrke, korrosjonsmotstand, krypeevne ved høy temperatur og magnetisk permeabilitet til metallmaterialer.

Vakuuminduksjonsovnsmelting er en prosess der elektromagnetisk induksjon brukes til å generere virvelstrømmer i metallledere under vakuumforhold for å varme opp ovnsmaterialet. Den har egenskapene lite smeltekammervolum, kort vakuumpumpetid og smeltesyklus, praktisk temperatur- og trykkkontroll, resirkulerbarhet av flyktige elementer og nøyaktig kontroll av legeringssammensetningen. På grunn av disse egenskapene har den nå utviklet seg til et viktig utstyr for produksjon av spesiallegeringer som spesialstål, presisjonslegeringer, elektriske oppvarmingslegeringer, høytemperaturlegeringer og korrosjonsbestandige legeringer.

1. Hva er vakuum?

I en lukket beholder, på grunn av reduksjonen i antall gassmolekyler, reduseres trykket som gassmolekylene utøver på en arealenhet. På dette tidspunktet er trykket inne i beholderen lavere enn normalt trykk. Denne typen gassrom som er lavere enn normalt trykk kalles vakuum.

2. Hva er virkemåten til en vakuuminduksjonsovn?

Hovedmetoden er å bruke elektromagnetisk induksjon for å generere strøm i selve metallladningen, og deretter stole på motstanden i selve metallladningen for å konvertere elektrisk energi til termisk energi i henhold til Joule-Lenz-loven, som brukes til å smelte metaller.

3. Hvordan dannes elektromagnetisk omrøring i en vakuuminduksjonsovn?

Det smeltede metallet i digelen genererer elektrisk kraft i magnetfeltet som genereres av induksjonsspolen. På grunn av hudeffekten er virvelstrømmene som genereres av det smeltede metallet motsatt av retningen på strømmen som går gjennom induksjonsspolen, noe som resulterer i gjensidig frastøting. Frastøtingskraften på det smeltede metallet peker alltid mot digelens akse, og det smeltede metallet skyves også mot sentrum av digelen. Fordi induksjonsspolen er en kort spole med korte effekter i begge ender, reduseres den tilsvarende elektriske kraften i begge ender av induksjonsspolen, og fordelingen av elektrisk kraft er mindre i øvre og nedre ende og større i midten. Under denne kraften beveger metallvæsken seg først fra midten mot digelens akse, og strømmer deretter oppover og nedover mot sentrum. Dette fenomenet fortsetter å sirkulere, og danner en voldsom bevegelse av metallvæsken. Under selve smeltingen kan fenomenet med metallvæske som buler oppover og vipper oppover og nedover i midten av digelen elimineres, noe som kalles elektromagnetisk omrøring.

4. Hva er funksjonen til elektromagnetisk omrøring?

① Det kan akselerere hastigheten på fysiske og kjemiske reaksjoner under smelteprosessen; ② Ensarte sammensetningen av det smeltede metallet i væsken; ③ Temperaturen på det smeltede metallet i digelen har en tendens til å være jevn, noe som resulterer i fullstendig fullføring av reaksjonen under smeltingen; ④ Resultatet av omrøring overvinner effekten av sitt eget statiske trykk, og vender de oppløste boblene dypt inne i digelen over på væskeoverflaten, noe som letter gassutslipp og reduserer gassinnholdet i legeringen. Intens omrøring forsterker den mekaniske erosjonen av det smeltede metallet på digelen, noe som påvirker levetiden; ⑥ Akselerere nedbrytningen av ildfaste materialer i digler ved høye temperaturer, noe som resulterer i forurensning av den smeltede legeringen.

5. Hva er vakuumgrad?

Vakuumgrad representerer tynnheten til en gass under ett atmosfæretrykk, vanligvis uttrykt som trykk.

6. Hva er lekkasjeraten?

Lekkasjerate refererer til mengden trykkøkning per tidsenhet etter at vakuumutstyret er lukket.

7. Hva er hudeffekten?

Hudeffekten refererer til fenomenet med ujevn strømfordeling på tverrsnittet av en leder (refererer til ovnsladningen i smelting) når vekselstrøm passerer gjennom den. Jo høyere overflatestrømtettheten til lederen er, desto lavere er strømtettheten mot midten.

8. Hva er elektromagnetisk induksjon?

Vekselstrøm går gjennom en ledning og genererer et vekslende magnetfelt rundt den, mens det å plassere en lukket ledning i et skiftende magnetfelt genererer vekselstrøm inne i ledningen. Dette fenomenet kalles elektromagnetisk induksjon.

10. Hva er fordelene med vakuuminduksjonsovnsmelting?

① Ingen luft- og slaggforurensning, den smeltede legeringen er ren og har høy ytelse;

② Vakuumsmelting skaper gode avgassingsforhold, noe som resulterer i lavt gassinnhold i det smeltede stålet og legeringen;

③ Metaller oksideres ikke lett under vakuumforhold;

④ Urenheter (Pb, Bi, osv.) som innføres av råmaterialer kan fordampe i vakuum, noe som resulterer i materialrensing;

⑤ Under smelting i vakuuminduksjonsovn kan karbondeoksidasjon brukes, og deoksygeneringsproduktet er gass, noe som resulterer i høy legeringsrenhet;

⑥ Kan nøyaktig justere og kontrollere kjemisk sammensetning;

⑦ Returnerte materialer kan brukes.

11. Hva er ulempene med vakuuminduksjonsovnsmelting?

① Utstyret er komplekst, dyrt og krever en stor investering;

② Upraktisk vedlikehold, høye smeltekostnader og relativt høye kostnader;

③ Metallforurensning forårsaket av ildfaste materialer i digler under smelteprosessen;

④ Produksjonspartiet er lite, og inspeksjonsarbeidsmengden er stor.

12. Hva er de viktigste grunnleggende parametrene og betydningene til vakuumpumper?

① Ekstrem vakuumgrad: Den minste stabile trykkverdien (dvs. den høyeste stabile vakuumgraden) som kan oppnås etter en lang periode med tømming når innløpet til en vakuumpumpe er forseglet, kalles pumpens maksimale vakuumgrad.

② Evakueringshastighet: Volumet av gass som utvinnes av en pumpe per tidsenhet kalles pumpehastigheten til en vakuumpumpe.

③ Maksimalt utløpstrykk: Den maksimale trykkverdien der gass slippes ut fra eksosporten til en vakuumpumpe under normal drift.

④ Fortrykk: Den maksimale trykkverdien som må opprettholdes ved vakuumpumpens eksosport for å sikre sikker drift.

13. Hvordan velge et rimelig vakuumpumpesystem?

① Pumpehastigheten til en vakuumpumpe tilsvarer et visst innløpstrykk til vakuumpumpen;

② Mekaniske pumper, rotpumper og oljeboosterpumper kan ikke slippe ut luft direkte til atmosfæren og må stole på fronttrinnspumpen for å etablere og opprettholde det foreskrevne fortrykket for å fungere normalt.

14. Hvorfor må kondensatorer legges til elektriske kretser?

På grunn av den store avstanden mellom induksjonsspolen og metallmaterialet i ovnen, er magnetisk lekkasje svært alvorlig, den nyttige magnetiske fluksen er svært lav, og den reaktive effekten er høy. Derfor leder strømmen spenningen i kapasitive kretser. For å motvirke induktansens påvirkning og forbedre effektfaktoren, er det nødvendig å innlemme et passende antall elektriske beholdere i kretsen, slik at kondensatoren og induktoren kan resonere parallelt, og dermed forbedre effektfaktoren til induksjonsspolen.

15. Hvor mange deler er hovedutstyret i en vakuuminduksjonsovn?

Smeltekammer, hellekammer, vakuumsystem, strømforsyningssystem.

16. Hva er vedlikeholdstiltakene for vakuumsystemet under smelteprosessen?

① Oljekvaliteten og oljenivået på vakuumpumpen er normal;

② Filterskjermen er normalt snudd på hodet;

③ Tetningen av hver isolasjonsventil er normal.

17. Hva er vedlikeholdstiltakene for strømforsyningssystemet under smelteprosessen?

① Kjølevannstemperaturen til kondensatoren er normal;

② Transformatoroljetemperaturen er normal;

③ Kjølevannstemperaturen på kabelen er normal.

18. Hva er kravene til digler i vakuuminduksjonsovnsmelting?

① Har høy termisk stabilitet for å unngå sprekkdannelser forårsaket av rask avkjøling og oppvarming;

② Har høy kjemisk stabilitet for å forhindre forurensning av digelen av ildfaste materialer;

③ Tilstrekkelig høy brannmotstand og høytemperaturstrukturstyrke til å motstå høye temperaturer og støt fra ovnsmateriale;

④ Digelen bør ha høy tetthet og en glatt arbeidsflate for å redusere kontaktflatearealet mellom digelen og metallvæsken, og for å redusere graden av adhesjon av metallrester på overflaten av digelen.

⑤ Har høye isolasjonsegenskaper;

⑥ Liten volumkrymping under sintringsprosessen;

⑦ Har lav flyktighet og god motstand mot hydrering;

⑧ Digelmaterialet har en liten mengde gassutslipp.

⑨ Digelen har rikelig med materialer og lave priser.

19. Hvordan forbedre diglenes høytemperaturytelse?

① Reduser innholdet av CaO og forholdet CaO/SiO2 i MgO-sand for å redusere mengden flytende fase og øke temperaturen der flytende fase genereres.

② Forbedre stabiliteten til krystallkorn.

③ For å oppnå en god omkrystalliseringstilstand i det sintrede laget, redusere porøsiteten, redusere korngrensebredden og danne en mosaikkstruktur, som danner en direkte kombinasjon av faste og faste faser, og dermed redusere de skadelige effektene av væskefasen.

20. Hvordan velge riktig geometrisk størrelse på digelen?

① Veggtykkelsen på digelen er vanligvis 1/8 til 1/10 av diameteren på den dannede digelen;

② Stålvæske utgjør 75 % av digelens volum;

③ R-vinkelen er rundt 45 °;

④ Tykkelsen på ovnsbunnen er vanligvis 1,5 ganger ovnsveggens.

21. Hvilke limtyper brukes ofte til å knyte digler?

① Organisk materiale: dekstrin, flytende masseavfall, organisk harpiks, osv.;

② Uorganiske stoffer: natriumsilikat, saltlake, borsyre, karbonat, leire, etc.

22. Hva er funksjonen til limet (H3BO3) for knyting av digler?

Borsyre (H3BO3) kan fjerne all fuktighet ved oppvarming til under 300 ℃ under normale omstendigheter, og kalles borsyreanhydrid (B2O3).

① Ved lave temperaturer kan noe MgO og Al₂O₃ løse seg opp i flytende B₂O₃ og danne en rekke overgangsprodukter. Dette akselererer diffusjonen av MgO · Al₂O₃ i fast fase og fremmer omkrystallisering. Dette fører til at sintringslaget i digelen dannes ved lavere temperaturer, og reduserer dermed sintringstemperaturen.

② Ved å stole på smelte- og bindingseffekten av borsyre ved middels temperatur, kan det halvsintrede laget tyknes eller styrken til digelen økes før sekundær sintring.

③ I magnesia-sand som inneholder CaO, kan bruk av bindemidler undertrykke krystallomdannelsen av 2CaO · SiO2 under 850 ℃.

23. Hva er de ulike støpemetodene for digler?

To måter.

① Prefabrikasjon utenfor ovnen; Etter blanding av råmaterialene (elektrisk smeltet magnesium eller aluminium-magnesiumspinell-ildfaste materialer) med et visst partikkelstørrelsesforhold og valg av passende lim, formes de i digelformen gjennom vibrasjon og isostatiske trykkprosesser. Digellegemet tørkes og bearbeides til en prefabrikert digel i en høytemperatur tunnelovn med en maksimal brenntemperatur på ≥ 1700 ℃ × 8 timer.

② Direkte banking inne i ovnen; Tilsett en passende mengde fast lim, for eksempel borsyre, til riktig partikkelstørrelsesforhold, bland jevnt, og bruk stamping for å oppnå tett fylling. Under sintring dannes forskjellige mikrostrukturer ved varierende temperaturer på hver del.

24. Hvor mange lag består sintringsstrukturen i digelen av, og hva er innvirkningen på digelens kvalitet?

Sintringsstrukturen til digelen er delt inn i tre lag: sintringslag, halvsintringslag og løst lag.

Sintringslag: Under ovnsprosessen gjennomgår partikkelstørrelsen omkrystallisering. Bortsett fra den middels store sandpartikkelstørrelsen ved lav temperatur, kan ikke den opprinnelige andelen sees i det hele tatt, og en jevn og fin struktur presenteres. Korngrensene er svært smale, og urenheter fordeles på de nye korngrensene. Det sintrede laget er et hardt skall som ligger innerst i digelveggen, som er i direkte kontakt med det smeltede metallet og bærer forskjellige krefter, så dette laget er svært viktig for digelen.

Løst lag: Under sintring er temperaturen nær isolasjonslaget lav, og magnesiumsand kan ikke sintres eller bindes av glassfasen, og forblir i en helt løs tilstand. Dette laget er plassert ytterst i digelen og tjener følgende formål: For det første, på grunn av sin løse struktur og dårlige varmeledningsevne, reduseres varmen som overføres fra digelens indre vegg til utsiden, noe som reduserer varmetapet, gir isolasjon og forbedrer den termiske effektiviteten inne i digelen. For det andre er det løse laget også et beskyttende lag. Fordi det sintrede laget har dannet et skall og kommer i direkte kontakt med det flytende metallet, er det utsatt for sprekker. Når det sprekker, vil det smeltede flytende metallet sive ut fra sprekken, mens det løse laget er mindre utsatt for sprekker på grunn av sin løse struktur. Metallvæsken som siver ut fra det indre laget blokkeres av det, noe som gir beskyttelse for følerringen. For det tredje er det løse laget fortsatt en buffer. Fordi det sintrede laget har blitt et hardt skall, oppstår total volumekspansjon og -kontraksjon når det varmes opp og kjøles ned. På grunn av den løse strukturen til det løse laget, spiller det en bufferrolle i volumendringen til digelen.

Halvsintret lag (også kjent som overgangslag): plassert mellom det sintrede laget og det løse laget, delt i to deler. Nær det sintrede laget smelter urenheter og fordeler seg eller binder seg med magnesiumsandpartiklene. Magnesiumsand gjennomgår delvis omkrystallisering, og store sandpartikler virker spesielt tette; Delene nær det løse laget er fullstendig bundet sammen med lim. Det halvsintrede laget fungerer som både et sintret lag og et løst lag.

25. Hvordan velge ovnsprosesssystem?

① Maksimal ovnstemperatur: Når isolasjonslagets tykkelse i den knutede digelen er 5–10 mm, utgjør det sintrede laget for elektrisk smeltet magnesia bare 13–15 % av digelens tykkelse når den stekes ved 1800 ℃. Når den stekes i en ovn på 2000 ℃, utgjør det 24–27 %. Med tanke på digelens høye temperaturstyrke er det bedre å ha en høyere ovnstemperatur, men det er ikke lett å bli for høy. Når temperaturen er høyere enn 2000 ℃, dannes en bikakelignende struktur på grunn av sublimering av magnesiumoksid eller reduksjon av magnesiumoksid med karbon, samt den intense omkrystalliseringen av magnesiumoksid. Derfor bør den maksimale ovnstemperaturen kontrolleres under 2000 ℃.

② Oppvarmingshastighet: I den tidlige fasen av oppvarmingen, for å effektivt fjerne fuktighet fra ildfaste materialer, bør tilstrekkelig forvarming utføres. Generelt bør oppvarmingshastigheten være lav under 1500 ℃. Når ovnstemperaturen når over 1500 ℃, begynner den elektrisk smeltede magnesia-sanden å sintre. På dette tidspunktet bør høy effekt brukes for raskt å varme opp til forventet maksimal ovnstemperatur.

③ Isolasjonstid: Etter at ovnstemperaturen når den høyeste ovnstemperaturen, må isolasjonen utføres ved den temperaturen. Isolasjonstiden varierer avhengig av ovnstype og materiale, for eksempel 15–20 minutter for små elektriske smeltedigler for magnesium og 30–40 minutter for store og mellomstore elektriske smeltedigler for magnesium.

Derfor bør oppvarmingshastigheten i ovnen og stekingen ved høyeste steketemperatur justeres deretter.