Ce este topirea prin inducție în vid?

Topirea în vid este o tehnică de topire a metalelor și aliajelor efectuată într-un mediu vid.

Această tehnologie poate preveni contaminarea metalelor rare cu atmosferă și materiale refractare și are funcția de purificare. Prin topirea în vid, se pot obține metale și aliaje de înaltă calitate cu conținut scăzut de gaze, incluziuni puține și segregare mică. Această metodă este crucială pentru obținerea de materiale metalice de înaltă puritate și calitate, fiind potrivită în special pentru aliaje sau metale care sunt dificil de topit și necesită o puritate ultra-înaltă. Metodele de topire în vid includ topirea cu fascicul de electroni, topirea prin inducție în vid, topirea în cuptor cu arc în vid și topirea în cuptor cu plasmă. De exemplu, topirea cu fascicul de electroni utilizează fascicule de electroni cu energie înaltă pentru a bombarda materiale topite, transformându-le rapid în energie termică și topindu-le. Această metodă este potrivită pentru topirea aliajelor sau metalelor de înaltă dificultate și puritate ultra-înaltă.

În plus, topirea în vid ajută și la îmbunătățirea tenacității, rezistenței la oboseală, rezistenței la coroziune, performanței de fluaj la temperaturi ridicate și permeabilității magnetice a materialelor metalice.

Topirea în cuptorul cu inducție în vid este un proces de utilizare a inducției electromagnetice pentru a genera curenți turbionari în conductorii metalici în condiții de vid pentru a încălzi materialul cuptorului. Are caracteristici precum un volum mic al camerei de topire, un timp scurt de pompare în vid și un ciclu de topire scurt, un control convenabil al temperaturii și presiunii, reciclabilitatea elementelor volatile și un control precis al compoziției aliajului. Datorită caracteristicilor de mai sus, a devenit acum un echipament important pentru producerea de aliaje speciale, cum ar fi oțelul special, aliajele de precizie, aliajele pentru încălzire electrică, aliajele pentru temperaturi înalte și aliajele rezistente la coroziune.

1. Ce este vidul?

Într-un recipient închis, din cauza scăderii numărului de molecule de gaz, presiunea exercitată de moleculele de gaz pe unitatea de suprafață scade. În acest moment, presiunea din interiorul recipientului este mai mică decât presiunea normală. Acest tip de spațiu gazos care are o presiune mai mică decât cea normală se numește vid.

2. Care este principiul de funcționare al unui cuptor cu inducție în vid?

Metoda principală este de a aplica inducția electromagnetică pentru a genera curent în sarcina metalică însăși, apoi de a se baza pe rezistența sarcinii metalice în sine pentru a converti energia electrică în energie termică, conform legii Joule-Lenz, care este utilizată pentru topirea metalelor.

3. Cum se formează agitarea electromagnetică într-un cuptor cu inducție în vid?

Metalul topit din creuzet generează forță electrică în câmpul magnetic generat de bobina de inducție. Datorită efectului pelicular, curenții turbionari generați de metalul topit sunt opusi direcției curentului care trece prin bobina de inducție, rezultând o repulsie reciprocă; Forța de repulsie asupra metalului topit este întotdeauna îndreptată spre axa creuzetului, iar metalul topit este, de asemenea, împins spre centrul creuzetului; Datorită faptului că bobina de inducție este o bobină scurtă cu efecte scurte la ambele capete, forța electrică corespunzătoare la ambele capete ale bobinei de inducție scade, iar distribuția forței electrice este mai mică la capetele superioare și inferioare și mai mare la mijloc. Sub această forță, lichidul metalic se deplasează mai întâi din mijloc spre axa creuzetului, apoi curge în sus și în jos spre centru. Acest fenomen continuă să circule, formând o mișcare puternică a lichidului metalic. În timpul topirii propriu-zise, ​​fenomenul de umflare în sus și răsturnare în sus și în jos a lichidului metalic în centrul creuzetului poate fi eliminat, fenomen numit agitare electromagnetică.

4. Care este funcția agitării electromagnetice?

① Poate accelera viteza reacțiilor fizice și chimice în timpul procesului de topire; ② Unifică compoziția metalului topit lichid; ③ Temperatura metalului topit din creuzet tinde să fie constantă, rezultând finalizarea completă a reacției în timpul topirii; ④ Rezultatul agitării depășește efectul propriei presiuni statice, răsturnând bulele dizolvate adânc în creuzet pe suprafața lichidului, facilitând descărcarea gazului și reducând conținutul de incluziuni de gaz din aliaj. Agitarea intensă sporește eroziunea mecanică a metalului topit pe creuzet, afectându-i durata de viață; ⑥ Accelerează descompunerea materialelor refractare din creuzete la temperaturi ridicate, rezultând re-contaminarea aliajului topit.

5. Ce este gradul de vid?

Gradul de vid reprezintă subtilitatea unui gaz sub o presiune atmosferică, exprimată în mod obișnuit ca presiune.

6. Care este rata de scurgere?

Rata de scurgere se referă la creșterea presiunii pe unitatea de timp după închiderea echipamentului de vid.

7. Ce este efectul cutanat?

Efectul pelicular se referă la fenomenul distribuției neuniforme a curentului pe secțiunea transversală a unui conductor (referindu-se la sarcina cuptorului în topire) atunci când trece curent alternativ prin acesta. Cu cât densitatea de curent superficială a conductorului este mai mare, cu atât densitatea de curent spre centru este mai mică.

8. Ce este inducția electromagnetică?

Curentul alternativ trece printr-un fir și generează un câmp magnetic alternativ în jurul acestuia, în timp ce plasarea unui fir închis într-un câmp magnetic variabil generează curent alternativ în interiorul firului. Acest fenomen se numește inducție electromagnetică.

10. Care sunt avantajele topirii în cuptorul cu inducție în vid?

① Fără poluare a aerului și a zgurii, aliajul topit este pur și are un nivel ridicat de performanță;

② Topirea în vid creează condiții bune de degazare, rezultând un conținut scăzut de gaz în oțelul și aliajul topit;

③ În condiții de vid, metalele nu se oxidează ușor;

④ Impuritățile (Pb, Bi etc.) aduse de materiile prime se pot evapora în vid, rezultând purificarea materialului;

5 În timpul topirii în cuptorul cu inducție în vid, se poate utiliza dezoxidarea carbonului, iar produsul de dezoxigenare este gazul, rezultând o puritate ridicată a aliajului;

⑥ Poate ajusta și controla cu precizie compoziția chimică;

⑦ Materialele returnate pot fi utilizate.

11. Care sunt dezavantajele topirii în cuptorul cu inducție în vid?

① Echipamentul este complex, scump și necesită o investiție mare;

② Întreținere incomodă, costuri ridicate de topire și costuri relativ mari;

③ Contaminarea metalelor cauzată de materiale refractare din creuzete în timpul procesului de topire;

④ Lotul de producție este mic, iar volumul de muncă pentru inspecție este mare.

12. Care sunt principalii parametri de bază și semnificațiile pompelor de vid?

① Grad de vid extrem: Valoarea minimă stabilă a presiunii (adică cel mai ridicat grad de vid stabil) care poate fi obținută după o perioadă lungă de golire atunci când orificiul de admisie al unei pompe de vid este etanșat se numește gradul maxim de vid al pompei.

② Debitul de evacuare: Volumul de gaz extras de o pompă pe unitatea de timp se numește debitul de pompare al unei pompe de vid.

③ Presiune maximă de ieșire: Valoarea maximă a presiunii la care gazul este evacuat din orificiul de evacuare al unei pompe de vid în timpul funcționării normale.

④ Presiune inițială: Valoarea maximă a presiunii care trebuie menținută la orificiul de evacuare al pompei de vid pentru a asigura o funcționare în siguranță.

13. Cum să alegi un sistem de pompă de vid rezonabil?

① Debitul de pompare al unei pompe de vid corespunde unei anumite presiuni de intrare a pompei de vid;

② Pompele mecanice, pompele Roots și pompele de pompare a uleiului nu pot evacua direct în atmosferă și trebuie să se bazeze pe pompa din treapta frontală pentru a stabili și menține prepresiunea prescrisă pentru a funcționa normal.

14. De ce trebuie adăugate condensatoare în circuitele electrice?

Datorită distanței mari dintre bobina de inducție și materialul metalic al cuptorului, scurgerile magnetice sunt foarte grave, fluxul magnetic util este foarte scăzut, iar puterea reactivă este mare. Prin urmare, în circuitele capacitive, curentul este mai puternic decât tensiunea. Pentru a compensa influența inductanței și a îmbunătăți factorul de putere, este necesar să se încorporeze un număr adecvat de recipiente electrice în circuit, astfel încât condensatorul și inductorul să poată rezona în paralel, îmbunătățind astfel factorul de putere al bobinei de inducție.

15. Câte componente sunt principalele componente ale unui cuptor cu inducție în vid?

Cameră de topire, cameră de turnare, sistem de vid, sistem de alimentare cu energie electrică.

16. Care sunt măsurile de întreținere pentru sistemul de vid în timpul procesului de topire?

① Calitatea și nivelul uleiului pompei de vid sunt normale;

② Sita filtrului este inversată normal;

③ Etanșarea fiecărei valve de izolare este normală.

17. Care sunt măsurile de întreținere pentru sistemul de alimentare cu energie electrică în timpul procesului de topire?

① Temperatura apei de răcire a condensatorului este normală;

② Temperatura uleiului de transformator este normală;

③ Temperatura apei de răcire a cablului este normală.

18. Care sunt cerințele pentru creuzete în topirea în cuptorul cu inducție în vid?

① Are stabilitate termică ridicată pentru a evita fisurarea cauzată de răcirea și încălzirea rapidă;

② Are stabilitate chimică ridicată pentru a preveni contaminarea creuzetului cu materiale refractare;

③ Având o rezistență suficientă la foc și o rezistență structurală la temperaturi ridicate pentru a rezista la temperaturi ridicate și la impactul materialelor cuptorului;

④ Creuzetul trebuie să aibă o densitate mare și o suprafață de lucru netedă pentru a reduce suprafața de contact dintre creuzet și lichidul metalic și pentru a reduce gradul de aderență a reziduurilor metalice pe suprafața creuzetului.

5 Are proprietăți izolatoare ridicate;

⑥ Contracție volumică mică în timpul procesului de sinterizare;

⑦ Are volatilitate scăzută și rezistență bună la hidratare;

⑧ Materialul creuzetului eliberează o cantitate mică de gaz.

⑨ Creuzetul are resurse abundente de materiale și prețuri mici.

19. Cum se poate îmbunătăți performanța creuzetelor la temperaturi ridicate?

① Reduceți conținutul de CaO și raportul CaO/SiO2 din nisipul de MgO pentru a reduce cantitatea de fază lichidă și a crește temperatura la care se generează faza lichidă.

② Îmbunătățirea stabilității granulelor cristaline.

③ Pentru a obține o stare bună de recristalizare în stratul sinterizat, pentru a reduce porozitatea, a reduce lățimea limitei granulelor și a forma o structură mozaic, formând o combinație directă de faze solide și solide, reducând astfel efectele nocive ale fazei lichide.

20. Cum se alege dimensiunea geometrică potrivită a creuzetului?

① Grosimea peretelui creuzetului este în general de 1/8 până la 1/10 din diametrul creuzetului (format);

② Lichidul de oțel reprezintă 75% din volumul creuzetului;

③ Unghiul lui R este de aproximativ 45°;

④ Grosimea fundului cuptorului este în general de 1,5 ori mai mare decât cea a peretelui cuptorului.

21. Care sunt adezivii utilizați în mod obișnuit pentru înnodarea creuzetelor?

① Materie organică: dextrină, lichid rezidual din celuloză, rășină organică etc.;

② Substanțe anorganice: silicat de sodiu, saramură, acid boric, carbonat, argilă etc.

22. Care este funcția adezivului (H3BO3) pentru înnodarea creuzetelor?

Acidul boric (H3BO3) poate elimina toată umiditatea prin încălzire sub 300 ℃ în condiții normale și se numește anhidridă boronică (B2O3).

① La temperaturi scăzute, o parte din MgO și Al₂O₃ se pot dizolva în B₂O₃ lichid pentru a forma o serie de produse de tranziție, accelerând difuzia în fază solidă a MgO · Al₂O₃ și promovând recristalizarea, determinând formarea stratului de sinterizare al creuzetului la temperaturi mai scăzute, reducând astfel temperatura de sinterizare.

② Bazându-se pe efectul de topire și legare al acidului boric la temperatură medie, stratul semisinterizat poate fi îngroșat sau rezistența creuzetului înainte de sinterizarea secundară poate fi crescută.

③ În nisipul magnezian care conține CaO, utilizarea lianților poate suprima transformarea cristalină a 2CaO · SiO2 sub 850 ℃.

23. Care sunt diferitele metode de turnare pentru creuzete?

Două moduri.

① Prefabricare în afara cuptorului; După amestecarea materiilor prime (materiale refractare de magneziu topit electric sau spinel de aluminiu și magneziu) cu un anumit raport granulometric și selectarea adezivilor adecvați, acestea sunt formate în matrița creuzetului prin procese de vibrații și presiune izostatică. Corpul creuzetului este uscat și prelucrat într-un creuzet prefabricat într-un cuptor tunel la temperatură înaltă, cu o temperatură maximă de ardere de ≥ 1700 ℃ × 8 ore.

② Presare directă în cuptor; Adăugați o cantitate adecvată de adeziv solid, cum ar fi acidul boric, în raportul corespunzător al dimensiunii particulelor, amestecați uniform și folosiți tasarea pentru a obține o umplere densă. În timpul sinterizării, se formează diferite microstructuri prin variația temperaturilor fiecărei piese.

24. Din câte straturi este formată structura de sinterizare a creuzetului și care este impactul asupra calității creuzetului?

Structura de sinterizare a creuzetului este împărțită în trei straturi: strat de sinterizare, strat de semisinterizare și strat liber.

Strat de sinterizare: În timpul procesului de sinterizare în cuptor, dimensiunea particulelor suferă o recristalizare. Cu excepția dimensiunii medii a particulelor de nisip la capătul temperaturii scăzute, proporția originală nu poate fi observată deloc și se prezintă o structură uniformă și fină. Limitele granulelor sunt foarte înguste, iar impuritățile sunt redistribuite pe noile limite ale granulelor. Stratul sinterizat este o coajă dură situată în partea cea mai interioară a peretelui creuzetului, care intră în contact direct cu metalul topit și suportă diverse forțe, deci acest strat este foarte important pentru creuzet.

Strat liber: În timpul sinterizării, temperatura din apropierea stratului izolator este scăzută, iar nisipul de magneziu nu poate fi sinterizat sau lipit de faza vitroasă, rămânând într-o stare complet liberă. Acest strat este situat în partea exterioară a creuzetului și servește următoarelor scopuri: în primul rând, datorită structurii sale libere și a conductivității termice slabe, căldura transferată de la peretele interior al creuzetului către exterior este redusă, reducând pierderile de căldură, asigurând izolație și îmbunătățind eficiența termică din interiorul creuzetului; în al doilea rând, stratul liber este și un strat protector. Deoarece stratul sinterizat a format o cochilie și intră în contact direct cu metalul lichid, este predispus la fisuri. Odată ce se fisurează, metalul lichid topit se va scurge din fisură, în timp ce stratul liber este mai puțin predispus la fisuri datorită structurii sale libere. Lichidul metalic care se scurge din stratul interior este blocat de acesta, oferind protecție inelului de detectare; în al treilea rând, stratul liber este încă un tampon. Datorită faptului că stratul sinterizat a devenit o cochilie dură, expansiunea și contracția volumului general au loc atunci când este încălzit și răcit. Datorită structurii laxe a stratului lax, acesta joacă un rol de tamponare în schimbarea volumului creuzetului.

Strat semisinterizat (cunoscut și sub denumirea de strat de tranziție): situat între stratul sinterizat și stratul liber, împărțit în două părți. În apropierea stratului sinterizat, impuritățile se topesc și se redistribuie sau se leagă de particulele de nisip de magneziu. Nisipul de magneziu suferă o recristalizare parțială, iar particulele mari de nisip apar deosebit de dense; Părțile din apropierea stratului liber sunt complet lipite între ele prin adeziv. Stratul semisinterizat servește atât ca strat sinterizat, cât și ca strat liber.

25. Cum se alege sistemul de procesare al cuptorului?

① Temperatura maximă a cuptorului: Când grosimea stratului de izolație al creuzetului înnodat este de 5-10 mm, pentru magnezia electrofuzionată, stratul sinterizat reprezintă doar 13-15% din grosimea creuzetului la coacerea la 1800 ℃. La coacerea într-un cuptor la 2000 ℃, acesta reprezintă 24-27%. Având în vedere rezistența la temperaturi ridicate a creuzetului, este mai bine să existe o temperatură a cuptorului mai ridicată, dar nu este ușor să o depășească. Când temperatura este mai mare de 2000 ℃, se formează o structură de tip fagure de miere datorită sublimării oxidului de magneziu sau reducerii oxidului de magneziu cu carbon, precum și recristalizării intense a oxidului de magneziu. Prin urmare, temperatura maximă a cuptorului trebuie controlată sub 2000 ℃.

② Viteza de încălzire: În stadiul incipient al încălzirii, pentru a îndepărta eficient umezeala din materialele refractare, trebuie efectuată o preîncălzire suficientă. În general, viteza de încălzire trebuie să fie lentă, sub 1500 ℃; Când temperatura cuptorului atinge peste 1500 ℃, nisipul de magneziu topit electric începe să se sinterizeze. În acest moment, trebuie utilizată o putere mare pentru a se încălzi rapid până la temperatura maximă așteptată a cuptorului.

③ Timp de izolare: După ce temperatura cuptorului atinge cea mai ridicată temperatură a cuptorului, izolarea trebuie efectuată la acea temperatură. Timpul de izolare variază în funcție de tipul și materialul cuptorului, de exemplu 15-20 de minute pentru creuzetele de magneziu de topire electrică mici și 30-40 de minute pentru creuzetele de magneziu de topire electrică mari și medii.

Prin urmare, rata de încălzire în timpul cuptorului și coacerea la cea mai ridicată temperatură de coacere trebuie ajustate în consecință.