Čo je to vákuové indukčné tavenie?

Vákuové tavenie je technika tavenia kovov a zliatin vykonávaná vo vákuovom prostredí.

Táto technológia dokáže zabrániť kontaminácii vzácnych kovov atmosférou a žiaruvzdornými materiálmi a má funkciu čistenia a prečisťovania. Vákuovým tavením je možné získať vysokokvalitné kovy a zliatiny s nízkym obsahom plynu, malým počtom inklúzií a malou segregáciou. Táto metóda je kľúčová pre získanie vysoko čistých a kvalitných kovových materiálov, obzvlášť vhodná pre zliatiny alebo kovy, ktoré sa ťažko tavia a vyžadujú ultravysokú čistotu. Medzi metódy vákuového tavenia patrí tavenie elektrónovým lúčom, vákuové indukčné tavenie, tavenie vo vákuovej oblúkovej peci a tavenie v plazmovej peci. Napríklad tavenie elektrónovým lúčom využíva vysokoenergetické elektrónové lúče na bombardovanie roztavených materiálov, ich rýchlu premenu na tepelnú energiu a ich tavenie. Táto metóda je vhodná na tavenie vysoko obtiažnych a ultravysoko čistých zliatin alebo kovov.

Okrem toho vákuové tavenie pomáha zlepšiť húževnatosť, únavovú pevnosť, odolnosť proti korózii, odolnosť proti tečeniu pri vysokých teplotách a magnetickú permeabilitu kovových materiálov.

Tavenie vo vákuovej indukčnej peci je proces využívajúci elektromagnetickú indukciu na generovanie vírivých prúdov v kovových vodičoch vo vákuových podmienkach na ohrev materiálu pece. Vyznačuje sa malým objemom taviacej komory, krátkym časom vákuového odsávania a tavného cyklu, pohodlnou reguláciou teploty a tlaku, recyklovateľnosťou prchavých prvkov a presnou reguláciou zloženia zliatiny. Vďaka vyššie uvedeným vlastnostiam sa teraz vyvinulo do dôležitého zariadenia na výrobu špeciálnych zliatin, ako sú špeciálne ocele, presné zliatiny, zliatiny na elektrické vykurovanie, vysokoteplotné zliatiny a zliatiny odolné voči korózii.

1. Čo je vákuum?

V uzavretej nádobe sa v dôsledku zníženia počtu molekúl plynu znižuje tlak vyvíjaný molekulami plynu na jednotku plochy. V tomto čase je tlak vo vnútri nádoby nižší ako normálny tlak. Tento typ plynného priestoru, v ktorom je tlak nižší ako normálny tlak, sa nazýva vákuum.

2. Aký je princíp fungovania vákuovej indukčnej pece?

Hlavnou metódou je použitie elektromagnetickej indukcie na generovanie prúdu v samotnej kovovej náplni a následné spoliehanie sa na odpor samotnej kovovej náplne na premenu elektrickej energie na tepelnú energiu podľa Joule-Lenzovho zákona, ktorý sa používa na tavenie kovov.

3. Ako vzniká elektromagnetické miešanie vo vákuovej indukčnej peci?

Roztavený kov v tégliku generuje elektrickú silu v magnetickom poli generovanom indukčnou cievkou. V dôsledku povrchového efektu sú vírivé prúdy generované roztaveným kovom opačné ako smer prúdu prechádzajúceho indukčnou cievkou, čo vedie k vzájomnému odpudzovaniu. Odpudivá sila pôsobiaca na roztavený kov vždy smeruje k osi téglika a roztavený kov je tiež tlačený smerom do stredu téglika. Vzhľadom na to, že indukčná cievka je krátka cievka s krátkymi účinkami na oboch koncoch, zodpovedajúca elektrická sila na oboch koncoch indukčnej cievky sa znižuje a rozloženie elektrickej sily je menšie na hornom a dolnom konci a väčšie v strede. Pod vplyvom tejto sily sa kovová kvapalina najprv pohybuje od stredu smerom k osi téglika a potom prúdi nahor a nadol smerom do stredu. Tento jav naďalej cirkuluje a vytvára prudký pohyb kovovej kvapaliny. Počas samotného tavenia je možné eliminovať jav vydutia kovovej kvapaliny nahor a prevrátenia nahor a nadol v strede téglika, čo sa nazýva elektromagnetické miešanie.

4. Aká je funkcia elektromagnetického miešania?

① Môže urýchliť rýchlosť fyzikálnych a chemických reakcií počas procesu tavenia; ② Zjednotiť zloženie roztaveného kovu; ③ Teplota roztaveného kovu v tégliku má tendenciu byť konzistentná, čo vedie k úplnému ukončeniu reakcie počas tavenia; ④ Výsledok miešania prekonáva účinok vlastného statického tlaku, čím prevracia rozpustené bubliny hlboko v tégliku na povrch kvapaliny, uľahčuje vypúšťanie plynu a znižuje obsah plynných inklúzií v zliatine. Intenzívne miešanie zvyšuje mechanickú eróziu roztaveného kovu na tégliku, čo ovplyvňuje jeho životnosť; ⑥ Urýchľuje rozklad žiaruvzdorných materiálov v téglikoch pri vysokých teplotách, čo vedie k opätovnej kontaminácii roztavenej zliatiny.

5. Čo je to stupeň vákua?

Stupeň vákua predstavuje riedkosť plynu pri tlaku pod jednou atmosférou, bežne vyjadrenom ako tlak.

6. Aká je miera úniku?

Miera úniku sa vzťahuje na množstvo zvýšenia tlaku za jednotku času po zatvorení vákuového zariadenia.

7. Čo je to kožný efekt?

Skin efekt sa vzťahuje na jav nerovnomerného rozloženia prúdu na priereze vodiča (vzťahuje sa na vsádzku pece pri tavení), keď ním prechádza striedavý prúd. Čím vyššia je povrchová hustota prúdu vodiča, tým nižšia je hustota prúdu smerom k stredu.

8. Čo je elektromagnetická indukcia?

Striedavý prúd prechádza vodičom a vytvára okolo neho striedavé magnetické pole, zatiaľ čo umiestnenie uzavretého vodiča do meniaceho sa magnetického poľa vytvára striedavý prúd vo vnútri vodiča. Tento jav sa nazýva elektromagnetická indukcia.

10. Aké sú výhody tavenia vo vákuovej indukčnej peci?

① Žiadne znečistenie ovzdušia a trosky, roztavená zliatina je čistá a má vysokú úroveň výkonu;

② Vákuové tavenie vytvára dobré podmienky na odplyňovanie, čo vedie k nízkemu obsahu plynu v roztavenej oceli a zliatine;

③ Vo vákuu kovy ľahko neoxidujú;

④ Nečistoty (Pb, Bi atď.) prinesené surovinami sa môžu odparovať vo vákuu, čo vedie k čisteniu materiálu;

⑤ Počas tavenia vo vákuovej indukčnej peci sa môže použiť deoxidácia uhlíka a produktom deoxygenácie je plyn, čo vedie k vysokej čistote zliatiny;

⑥ Dokáže presne upraviť a kontrolovať chemické zloženie;

⑦ Vrátené materiály je možné použiť.

11. Aké sú nevýhody tavenia vo vákuovej indukčnej peci?

① Zariadenie je zložité, drahé a vyžaduje si veľkú investíciu;

② Nepohodlná údržba, vysoké náklady na tavenie a relatívne vysoké náklady;

③ Kontaminácia kovov spôsobená žiaruvzdornými materiálmi v téglikoch počas procesu tavenia;

④ Výrobná dávka je malá a pracovné zaťaženie kontroly je veľké.

12. Aké sú hlavné základné parametre a významy vákuových vývev?

① Extrémny stupeň vákua: Minimálna hodnota stabilného tlaku (t. j. najvyšší stabilný stupeň vákua), ktorú možno dosiahnuť po dlhom období vyprázdňovania, keď je vstup vákuového čerpadla utesnený, sa nazýva maximálny stupeň vákua čerpadla.

② Rýchlosť odsávania: Objem plynu odsávaného čerpadlom za jednotku času sa nazýva čerpacia rýchlosť vákuového čerpadla.

③ Maximálny výstupný tlak: Maximálna hodnota tlaku, pri ktorej plyn vystupuje z výfukového otvoru vákuového čerpadla počas normálnej prevádzky.

④ Predbežný tlak: Maximálna hodnota tlaku, ktorú je potrebné udržiavať na výfukovom otvore vákuového čerpadla, aby sa zabezpečila bezpečná prevádzka.

13. Ako si vybrať rozumný systém vákuového čerpadla?

① Čerpacia rýchlosť vákuového čerpadla zodpovedá určitému vstupnému tlaku vákuového čerpadla;

② Mechanické čerpadlá, Rootsove čerpadlá a olejové posilňovacie čerpadlá nemôžu priamo vypúšťať plyn do atmosféry a musia sa spoliehať na predbežné čerpadlo, ktoré vytvorí a udrží predpísaný predtlak, aby mohli normálne fungovať.

14. Prečo je potrebné do elektrických obvodov pridávať kondenzátory?

Vzhľadom na veľkú vzdialenosť medzi indukčnou cievkou a kovovým materiálom pece je magnetický únik veľmi závažný, užitočný magnetický tok je veľmi nízky a jalový výkon je vysoký. Preto v kapacitných obvodoch prúd predbieha napätie. Na kompenzáciu vplyvu indukčnosti a zlepšenie účinníka je potrebné do obvodu zahrnúť vhodný počet elektrických nádob, aby kondenzátor a induktor mohli rezonovať paralelne, čím sa zlepší účinník indukčnej cievky.

15. Z koľkých častí pozostáva hlavné zariadenie vákuovej indukčnej pece?

Taviaca komora, lejacia komora, vákuový systém, systém napájania.

16. Aké sú opatrenia na údržbu vákuového systému počas procesu tavenia?

① Kvalita a hladina oleja vo vákuovom čerpadle sú normálne;

② Filtračné sito je normálne obrátené;

③ Tesnenie každého uzatváracieho ventilu je normálne.

17. Aké sú opatrenia na údržbu systému napájania počas procesu tavenia?

① Teplota chladiacej vody kondenzátora je normálna;

② Teplota transformátorového oleja je normálna;

③ Teplota chladiacej vody kábla je normálna.

18. Aké sú požiadavky na tégliky pri tavení vo vákuovej indukčnej peci?

① Má vysokú tepelnú stabilitu, aby sa zabránilo praskaniu spôsobenému rýchlym chladením a zahrievaním;

② Má vysokú chemickú stabilitu, aby sa zabránilo kontaminácii téglika žiaruvzdornými materiálmi;

③ Dostatočne vysoká požiarna odolnosť a konštrukčná pevnosť pri vysokých teplotách, aby odolala vysokým teplotám a nárazom materiálu pece;

④ Téglik by mal mať vysokú hustotu a hladký pracovný povrch, aby sa znížila plocha kontaktu medzi téglikom a kovovou kvapalinou a aby sa znížil stupeň priľnavosti kovových zvyškov na povrchu téglika.

⑤ Má vysoké izolačné vlastnosti;

⑥ Malé zmršťovanie objemu počas procesu spekania;

⑦ Má nízku prchavosť a dobrú odolnosť voči hydratácii;

⑧ Materiál téglika uvoľňuje malé množstvo plynu.

⑨ Téglik má bohaté zdroje materiálov a nízke ceny.

19. Ako zlepšiť výkon téglikov pri vysokých teplotách?

① Znížte obsah CaO a pomer CaO/SiO2 v MgO piesku, aby ste znížili množstvo kvapalnej fázy a zvýšili teplotu, pri ktorej sa kvapalná fáza vytvára.

② Zlepšiť stabilitu kryštálových zŕn.

③ Dosiahnuť dobrý stav rekryštalizácie v spekanej vrstve, znížiť pórovitosť, zmenšiť šírku hraníc zŕn a vytvoriť mozaikovú štruktúru, ktorá vytvára priamu kombináciu pevnej a pevnej fázy, čím sa znížia škodlivé účinky kvapalnej fázy.

20. Ako zvoliť vhodnú geometrickú veľkosť téglika?

① Hrúbka steny téglika je vo všeobecnosti 1/8 až 1/10 priemeru téglika (vytvoreného);

② Oceľová kvapalina tvorí 75 % objemu téglika;

③ Uhol R je približne 45 °;

④ Hrúbka dna pece je vo všeobecnosti 1,5-krát väčšia ako hrúbka steny pece.

21. Aké sú bežne používané lepidlá na uzlovanie téglikov?

① Organická hmota: dextrín, odpadová buničina, organická živica atď.;

② Anorganické látky: kremičitan sodný, soľanka, kyselina boritá, uhličitan, íl atď.

22. Aká je funkcia lepidla (H3BO3) na uzlovanie téglikov?

Kyselina boritá (H3BO3) dokáže za normálnych okolností odstrániť všetku vlhkosť zahriatím pod 300 ℃ a nazýva sa anhydrid kyseliny boritej (B2O3).

① Pri nízkych teplotách sa časť MgO a Al2O3 môže rozpustiť v kvapalnom B2O3 za vzniku série prechodných produktov, čím sa urýchli difúzia MgO · Al2O3 v tuhej fáze a podporí sa rekryštalizácia, čo spôsobí, že sa pri nižších teplotách tvorí spekacia vrstva téglika, čím sa zníži teplota spekania.

② Spoliehaním sa na taviaci a spojovací účinok kyseliny boritej pri strednej teplote je možné zahustiť polospekanú vrstvu alebo zvýšiť pevnosť téglika pred sekundárnym spekaním.

③ V magnéziovom piesku obsahujúcom CaO môže použitie spojív potlačiť kryštalickú transformáciu 2CaO · SiO2 pod 850 ℃.

23. Aké sú rôzne metódy tvarovania téglikov?

Dva spôsoby.

① Prefabrikácia mimo pece; Po zmiešaní surovín (žiaruvzdorné materiály na báze elektricky taveného horčíka alebo hliníkovo-horečnatého spinelu) s určitým pomerom veľkosti častíc a výbere vhodných lepidiel sa tieto tvarujú vo forme téglika vibráciami a izostatickým tlakom. Teleso téglika sa suší a spracováva do prefabrikovaného téglika vo vysokoteplotnej tunelovej peci s maximálnou teplotou vypaľovania ≥ 1700 ℃ × 8 hodín.

② Priame búchanie vo vnútri pece; Pridajte vhodné množstvo pevného lepidla, ako je kyselina boritá, do príslušného pomeru veľkosti častíc, rovnomerne premiešajte a pomocou ubíjania dosiahnite hustú výplň. Počas spekania sa v dôsledku rôznych teplôt každej časti vytvárajú rôzne mikroštruktúry.

24. Z koľkých vrstiev je vytvorená spekacia štruktúra téglika a aký je vplyv na kvalitu téglika?

Spekacia štruktúra téglika je rozdelená do troch vrstiev: spekacia vrstva, polospekacia vrstva a sypká vrstva.

Spekacia vrstva: Počas procesu v peci dochádza k rekryštalizácii veľkosti častíc. S výnimkou strednej veľkosti častíc piesku na konci s nízkou teplotou nie je pôvodný pomer vôbec viditeľný a je prítomná jednotná a jemná štruktúra. Hranice zŕn sú veľmi úzke a nečistoty sú prerozdeľované na nových hraniciach zŕn. Spekaná vrstva je tvrdá škrupina nachádzajúca sa vo vnútornej časti steny téglika, ktorá je v priamom kontakte s roztaveným kovom a prenáša rôzne sily, takže táto vrstva je pre téglik veľmi dôležitá.

Sypká vrstva: Počas spekania je teplota v blízkosti izolačnej vrstvy nízka a horčíkový piesok sa nemôže spekať ani spojiť so sklenenou fázou, takže zostáva v úplne sypkom stave. Táto vrstva sa nachádza v najvzdialenejšej časti téglika a slúži na nasledujúce účely: po prvé, vďaka svojej sypkej štruktúre a nízkej tepelnej vodivosti sa znižuje teplo prenášané z vnútornej steny téglika smerom von, čo znižuje tepelné straty, zabezpečuje izoláciu a zlepšuje tepelnú účinnosť vo vnútri téglika; po druhé, sypká vrstva je tiež ochrannou vrstvou. Pretože spekaná vrstva vytvorila škrupinu a prichádza do priameho kontaktu s tekutým kovom, je náchylná na praskanie. Po prasknutí roztavený tekutý kov presakuje z trhliny, zatiaľ čo sypká vrstva je vďaka svojej sypkej štruktúre menej náchylná na praskanie. Kovová kvapalina presakujúca z vnútornej vrstvy je ňou blokovaná, čím poskytuje ochranu snímaciemu krúžku; po tretie, sypká vrstva stále slúži ako tlmič. Vzhľadom na to, že spekaná vrstva sa stala tvrdou škrupinou, dochádza pri zahrievaní a chladení k celkovej objemovej expanzii a kontrakcii. Vďaka sypkej štruktúre sypkej vrstvy zohráva táto tlmiacu úlohu pri zmene objemu téglika.

Polospekaná vrstva (tiež známa ako prechodová vrstva): nachádza sa medzi spekanou vrstvou a sypkou vrstvou a je rozdelená na dve časti. V blízkosti spekanej vrstvy sa nečistoty tavia a prerozdeľujú alebo viažu s časticami horčíkového piesku. Horčíkový piesok podlieha čiastočnej rekryštalizácii a veľké častice piesku sa javia ako obzvlášť husté; Časti v blízkosti sypkej vrstvy sú úplne spojené lepidlom. Polospekaná vrstva slúži ako spekaná aj sypká vrstva.

25. Ako si vybrať systém spracovania v peci?

① Maximálna teplota pece: Ak je hrúbka izolačnej vrstvy uzlového téglika 5 – 10 mm, pri elektricky tavenom magnéziu tvorí spekaná vrstva iba 13 – 15 % hrúbky téglika pri pečení pri teplote 1800 ℃. Pri pečení v peci pri teplote 2000 ℃ predstavuje 24 – 27 %. Vzhľadom na odolnosť téglika voči vysokým teplotám je lepšie mať vyššiu teplotu pece, ale nie je ľahké ju dosiahnuť príliš vysoko. Keď je teplota vyššia ako 2000 ℃, v dôsledku sublimácie oxidu horečnatého alebo redukcie oxidu horečnatého uhlíkom, ako aj intenzívnej rekryštalizácie oxidu horečnatého, vytvára včeliu štruktúru. Preto by sa maximálna teplota pece mala udržiavať pod 2000 ℃.

2 Rýchlosť ohrevu: V počiatočnej fáze ohrevu by sa mala vykonať dostatočná predhrievacia fáza, aby sa účinne odstránila vlhkosť zo žiaruvzdorných materiálov. Vo všeobecnosti by mala byť rýchlosť ohrevu pod 1500 ℃ pomalá; keď teplota pece dosiahne viac ako 1500 ℃, elektricky tavený magnéziový piesok začne spekať. V tomto čase by sa mal použiť vysoký výkon na rýchle zahriatie na očakávanú maximálnu teplotu pece.

③ Doba izolácie: Keď teplota pece dosiahne najvyššiu teplotu pece, je potrebné vykonať izoláciu pri tejto teplote. Doba izolácie sa líši v závislosti od typu pece a materiálu, napríklad 15 – 20 minút pre malé elektrické taviace horčíkové tégliky a 30 – 40 minút pre veľké a stredné elektrické taviace horčíkové tégliky.

Preto by sa mala rýchlosť ohrevu počas pečenia a pečenie pri najvyššej teplote upraviť zodpovedajúcim spôsobom.