Kaj je vakuumsko indukcijsko taljenje?

Vakuumsko taljenje je tehnika taljenja kovin in zlitin, ki se izvaja v vakuumskem okolju.

Ta tehnologija lahko prepreči onesnaženje redkih kovin z atmosfero in ognjevzdržnimi materiali ter ima funkcijo čiščenja in prečiščevanja. Z vakuumskim taljenjem je mogoče pridobiti visokokakovostne kovine in zlitine z nizko vsebnostjo plinov, malo vključkov in majhno segregacijo. Ta metoda je ključna za pridobivanje visokokakovostnih kovinskih materialov visoke čistosti, še posebej primerna za zlitine ali kovine, ki jih je težko taliti in zahtevajo ultra visoko čistost. Metode vakuumskega taljenja vključujejo taljenje z elektronskim žarkom, vakuumsko indukcijsko taljenje, taljenje v vakuumski obločni peči in taljenje v plazemski peči. Na primer, taljenje z elektronskim žarkom uporablja visokoenergijske elektronske žarke za bombardiranje staljenih materialov, njihovo hitro pretvorbo v toplotno energijo in njihovo taljenje. Ta metoda je primerna za taljenje zelo zahtevnih in ultra čistih zlitin ali kovin.

Poleg tega vakuumsko taljenje pomaga izboljšati žilavost, utrujenostno trdnost, odpornost proti koroziji, odpornost proti lezenju pri visokih temperaturah in magnetno prepustnost kovinskih materialov.

Taljenje v vakuumski indukcijski peči je postopek, pri katerem se v kovinskih prevodnikih v vakuumu z elektromagnetno indukcijo ustvarjajo vrtinčni tokovi za segrevanje materiala peči. Odlikuje ga majhna prostornina talilne komore, kratek čas vakuumskega črpanja in talilnega cikla, priročno uravnavanje temperature in tlaka, možnost recikliranja hlapnih elementov ter natančen nadzor sestave zlitine. Zaradi zgoraj navedenih lastnosti se je razvilo v pomembno opremo za proizvodnjo posebnih zlitin, kot so specialno jeklo, precizne zlitine, električno ogrevalne zlitine, visokotemperaturne zlitine in korozijsko odporne zlitine.

1. Kaj je vakuum?

V zaprti posodi se zaradi zmanjšanja števila molekul plina tlak, ki ga molekule plina izvajajo na enoto površine, zmanjša. V tem času je tlak v posodi nižji od normalnega tlaka. Ta vrsta plinskega prostora, v katerem je tlak nižji od normalnega, se imenuje vakuum.

2. Kakšno je načelo delovanja vakuumske indukcijske peči?

Glavna metoda je uporaba elektromagnetne indukcije za ustvarjanje toka v sami kovinski polnitvi, nato pa se zanašanje na upornost same kovinske polnitve za pretvorbo električne energije v toplotno energijo v skladu z Joule-Lenzovim zakonom, ki se uporablja za taljenje kovin.

3. Kako se v vakuumski indukcijski peči tvori elektromagnetno mešanje?

Staljena kovina v lončku ustvarja električno silo v magnetnem polju, ki ga ustvarja indukcijska tuljava. Zaradi površinskega učinka so vrtinčni tokovi, ki jih ustvarja staljena kovina, nasprotni smeri toka, ki poteka skozi indukcijsko tuljavo, kar povzroči medsebojno odbijanje. Odbojna sila na staljeno kovino je vedno usmerjena proti osi lončka, staljena kovina pa je potisnjena tudi proti središču lončka. Ker je indukcijska tuljava kratka tuljava s kratkimi učinki na obeh koncih, se ustrezna električna sila na obeh koncih indukcijske tuljave zmanjša, porazdelitev električne sile pa je manjša na zgornjem in spodnjem koncu ter večja na sredini. Pod vplivom te sile se kovinska tekočina najprej premakne od sredine proti osi lončka, nato pa teče navzgor in navzdol proti središču. Ta pojav še naprej kroži in ustvarja silovito gibanje kovinske tekočine. Med dejanskim taljenjem se lahko odpravi pojav, da se kovinska tekočina v središču lončka dvigne navzgor in prevrne navzgor in navzdol, kar imenujemo elektromagnetno mešanje.

4. Kakšna je funkcija elektromagnetnega mešanja?

① Lahko pospeši hitrost fizikalnih in kemijskih reakcij med taljenjem; ② Poenoti sestavo staljene kovinske tekočine; ③ Temperatura staljene kovine v lončku je običajno konstantna, kar povzroči popoln zaključek reakcije med taljenjem; ④ Rezultat mešanja premaga učinek lastnega statičnega tlaka, tako da raztopljene mehurčke globoko v lončku prevrne na površino tekočine, kar olajša odvajanje plina in zmanjša vsebnost plinskih vključkov v zlitini. Intenzivno mešanje poveča mehansko erozijo staljene kovine na lončku, kar vpliva na njegovo življenjsko dobo; ⑥ Pospeši razgradnjo ognjevzdržnih materialov v lončkih pri visokih temperaturah, kar povzroči ponovno kontaminacijo staljene zlitine.

5. Kaj je stopnja vakuuma?

Stopnja vakuuma predstavlja redkost plina pod enim atmosferskim tlakom, običajno izraženo kot tlak.

6. Kakšna je stopnja puščanja?

Stopnja puščanja se nanaša na količino povečanja tlaka na enoto časa po zaprtju vakuumske opreme.

7. Kaj je učinek kože?

Skin efekt se nanaša na pojav neenakomerne porazdelitve toka po prečnem prerezu prevodnika (ki se nanaša na vložek v talilni peči), ko skozenj teče izmenični tok. Višja kot je gostota površinskega toka prevodnika, nižja je gostota toka proti sredini.

8. Kaj je elektromagnetna indukcija?

Izmenični tok teče skozi žico in ustvarja okoli nje izmenično magnetno polje, medtem ko namestitev zaprte žice v spreminjajoče se magnetno polje ustvarja izmenični tok znotraj žice. Ta pojav se imenuje elektromagnetna indukcija.

10. Katere so prednosti taljenja v vakuumski indukcijski peči?

① Brez onesnaženja zraka in žlindre, staljena zlitina je čista in ima visoko raven zmogljivosti;

② Vakuumsko taljenje ustvarja dobre pogoje za odplinjevanje, kar ima za posledico nizko vsebnost plina v staljenem jeklu in zlitini;

③ V vakuumskih pogojih kovine ne oksidirajo zlahka;

④ Nečistoče (Pb, Bi itd.), ki jih vnesejo surovine, lahko izhlapevajo v vakuumu, kar povzroči čiščenje materiala;

⑤ Med taljenjem v vakuumski indukcijski peči se lahko uporabi deoksidacija ogljika, produkt deoksigenacije pa je plin, kar ima za posledico visoko čistost zlitine;

⑥ Lahko natančno prilagodi in nadzoruje kemično sestavo;

⑦ Vrnjeni materiali se lahko uporabijo.

11. Katere so pomanjkljivosti taljenja v vakuumski indukcijski peči?

① Oprema je kompleksna, draga in zahteva veliko naložbo;

② Neprijetno vzdrževanje, visoki stroški taljenja in relativno visoki stroški;

③ Kontaminacija kovin zaradi ognjevzdržnih materialov v lončkih med postopkom taljenja;

④ Proizvodna serija je majhna, delovna obremenitev pri pregledu pa velika.

12. Kateri so glavni osnovni parametri in pomeni vakuumskih črpalk?

① Ekstremna stopnja vakuuma: Najmanjša stabilna vrednost tlaka (tj. najvišja stabilna stopnja vakuuma), ki jo je mogoče doseči po daljšem obdobju praznjenja, ko je vhod vakuumske črpalke zaprt, se imenuje največja stopnja vakuuma črpalke.

② Hitrost evakuacije: Količina plina, ki jo črpalka izčrpa na enoto časa, se imenuje črpalna hitrost vakuumske črpalke.

③ Najvišji izhodni tlak: Najvišja vrednost tlaka, pri kateri se plin izpušča iz izpušne odprtine vakuumske črpalke med normalnim delovanjem.

④ Predtlak: Najvišja vrednost tlaka, ki jo je treba vzdrževati na izpušni odprtini vakuumske črpalke za zagotovitev varnega delovanja.

13. Kako izbrati razumen sistem vakuumske črpalke?

① Hitrost črpanja vakuumske črpalke ustreza določenemu vhodnemu tlaku vakuumske črpalke;

② Mehanske črpalke, Rootsove črpalke in črpalke za dvig tlaka olja ne morejo neposredno izpuhati v ozračje in se morajo za normalno delovanje zanašati na črpalko sprednje stopnje, da vzpostavi in ​​vzdržuje predpisani predtlak.

14. Zakaj je treba v električna vezja dodati kondenzatorje?

Zaradi velike razdalje med indukcijsko tuljavo in kovinskim materialom peči je magnetno uhajanje zelo resno, uporabni magnetni pretok je zelo nizek, jalova moč pa visoka. Zato v kapacitivnih vezjih tok vodi pred napetostjo. Za izravnavo vpliva induktivnosti in izboljšanje faktorja moči je treba v vezje vključiti ustrezno število električnih posod, tako da lahko kondenzator in induktor resonirata vzporedno, s čimer se izboljša faktor moči indukcijske tuljave.

15. Koliko delov je glavna oprema vakuumske indukcijske peči?

Talilna komora, livna komora, vakuumski sistem, sistem napajanja.

16. Kakšni so vzdrževalni ukrepi za vakuumski sistem med postopkom taljenja?

① Kakovost in nivo olja v vakuumski črpalki sta normalna;

② Filtrirno sito je normalno obrnjeno;

③ Tesnjenje vsakega izolacijskega ventila je normalno.

17. Kakšni so vzdrževalni ukrepi za sistem oskrbe z električno energijo med talilnim procesom?

1. Temperatura hladilne vode kondenzatorja je normalna;

② Temperatura transformatorskega olja je normalna;

③ Temperatura hladilne vode kabla je normalna.

18. Kakšne so zahteve za talilne lončke pri taljenju v vakuumski indukcijski peči?

① Ima visoko toplotno stabilnost, da se prepreči razpoke zaradi hitrega hlajenja in segrevanja;

② Ima visoko kemijsko stabilnost, da prepreči kontaminacijo lončka z ognjevzdržnimi materiali;

③ Imajo zadostno visoko požarno odpornost in konstrukcijsko trdnost pri visokih temperaturah, da prenesejo visoke temperature in vplive materiala peči;

④ Lonček mora imeti visoko gostoto in gladko delovno površino, da se zmanjša površina stika med lončkom in kovinsko tekočino ter da se zmanjša stopnja oprijema kovinskih ostankov na površini lončka.

⑤ Ima visoke izolacijske lastnosti;

⑥ Majhno krčenje volumna med postopkom sintranja;

⑦ Ima nizko hlapnost in dobro odpornost na hidracijo;

⑧ Material lončka sprošča majhno količino plina.

⑨ Lonček ima obilne vire materialov in nizke cene.

19. Kako izboljšati delovanje lončkov pri visokih temperaturah?

① Zmanjšajte vsebnost CaO in razmerje CaO/SiO2 v MgO pesku, da zmanjšate količino tekoče faze in zvišate temperaturo, pri kateri nastaja tekoča faza.

② Izboljšajte stabilnost kristalnih zrn.

③ Doseči dobro stanje rekristalizacije v sintrani plasti, zmanjšati poroznost, zmanjšati širino meja zrn in oblikovati mozaično strukturo, ki tvori neposredno kombinacijo trdne in trdne faze, s čimer se zmanjšajo škodljivi učinki tekoče faze.

20. Kako izbrati ustrezno geometrijsko velikost lončka?

1. Debelina stene lončka je običajno od 1/8 do 1/10 premera lončka (oblikovanega);

② Jeklena tekočina predstavlja 75 % prostornine lončka;

③ Kot R je približno 45 °;

④ Debelina dna peči je običajno 1,5-krat večja od debeline stene peči.

21. Katera lepila se pogosto uporabljajo za vozlanje lončkov?

1 Organske snovi: dekstrin, odpadna tekočina iz celuloze, organska smola itd.;

② Anorganske snovi: natrijev silikat, slanica, borova kislina, karbonat, glina itd.

22. Kakšna je funkcija lepila (H3BO3) za vozlanje lončkov?

Borova kislina (H3BO3) lahko v normalnih okoliščinah odstrani vso vlago s segrevanjem pod 300 ℃ in se imenuje borov anhidrid (B2O3).

① Pri nizkih temperaturah se lahko nekaj MgO in Al2O3 raztopi v tekočem B2O3 in tvori vrsto prehodnih produktov, kar pospeši difuzijo MgO · Al2O3 v trdni fazi in spodbudi rekristalizacijo, zaradi česar se pri nižjih temperaturah tvori sintralna plast lončka, s čimer se zniža temperatura sintranja.

② Z uporabo talilnega in vezavnega učinka borove kisline pri srednji temperaturi se lahko delno sintrana plast zgosti ali poveča trdnost lončka pred sekundarnim sintranjem.

③ V magnezijevem pesku, ki vsebuje CaO, lahko uporaba veziv zavre kristalno transformacijo 2CaO · SiO2 pod 850 ℃.

23. Katere so različne metode oblikovanja lončkov?

Dva načina.

① Predizdelava zunaj peči; Po mešanju surovin (električno taljenih magnezijevih ali aluminijevo-magnezijevih spinelov ognjevzdržnih materialov) z določenim razmerjem velikosti delcev in izbiri ustreznih lepil se te oblikujejo v kalupu lončka z vibracijami in izostatičnim tlakom. Telo lončka se posuši in predela v predizdelani lonček v visokotemperaturni tunelski peči z najvišjo temperaturo žganja ≥ 1700 ℃ × 8 ur.

② Neposredno tolčenje v peči; Dodajte ustrezno količino trdnega lepila, kot je borova kislina, v ustreznem razmerju velikosti delcev, enakomerno premešajte in s tampiranjem dosežete gosto polnjenje. Med sintranjem se zaradi različnih temperatur vsakega dela oblikujejo različne mikrostrukture.

24. Koliko plasti ima sintrana struktura lončka in kakšen je vpliv na kakovost lončka?

Struktura sintranja lončka je razdeljena na tri plasti: sintrano plast, polsintrano plast in ohlapno plast.

Sintrana plast: Med postopkom v pečici se velikost delcev rekristalizira. Razen srednje velikosti delcev peska na koncu nizke temperature prvotnega deleža sploh ni mogoče videti, saj je prisotna enakomerna in fina struktura. Meje zrn so zelo ozke, nečistoče pa se prerazporedijo na novih mejah zrn. Sintrana plast je trda lupina, ki se nahaja na najglobljem delu stene lončka, ki je v neposrednem stiku s staljeno kovino in prenaša različne sile, zato je ta plast zelo pomembna za lonček.

Rahla plast: Med sintranjem je temperatura v bližini izolacijske plasti nizka, zato se magnezijev pesek ne more sintrati ali vezati s stekleno fazo, temveč ostane v popolnoma rahlem stanju. Ta plast se nahaja na najbolj zunanjem delu lončka in služi naslednjim namenom: prvič, zaradi svoje rahle strukture in slabe toplotne prevodnosti se toplota, ki se prenaša iz notranje stene lončka navzven, zmanjša, kar zmanjša toplotne izgube, zagotavlja izolacijo in izboljša toplotno učinkovitost znotraj lončka; drugič, rahla plast je tudi zaščitna plast. Ker je sintrana plast tvorila lupino in pride v neposreden stik s tekočo kovino, je nagnjena k razpokam. Ko razpoka, bo staljena tekoča kovina pronicala iz razpoke, medtem ko je rahla plast zaradi svoje rahle strukture manj nagnjena k razpokam. Kovinska tekočina, ki pronica iz notranje plasti, je blokirana in zagotavlja zaščito zaznavalnega obroča; tretjič, rahla plast je še vedno blažilec. Ker je sintrana plast postala trda lupina, se pri segrevanju in ohlajanju pojavita skupna ekspanzija in krčenje volumna. Zaradi rahle strukture rahle plasti igra vlogo pufra pri spremembi volumna lončka.

Delno sintrana plast (znana tudi kot prehodna plast): nahaja se med sintrano plastjo in ohlapno plastjo, razdeljena na dva dela. V bližini sintrane plasti se nečistoče stopijo in prerazporedijo ali vežejo z delci magnezijevega peska. Magnezijev pesek se delno rekristalizira, veliki delci peska pa so videti še posebej gosti; deli v bližini ohlapne plasti so popolnoma povezani z lepilom. Delno sintrana plast služi kot sintrana in ohlapna plast.

25. Kako izbrati sistem pečice?

① Najvišja temperatura pečice: Če je debelina izolacijske plasti vozlanega lončka 5–10 mm, pri električno taljenem magnezijevem oksidu sintrana plast predstavlja le 13–15 % debeline lončka pri pečenju pri 1800 ℃. Pri pečenju v pečici pri 2000 ℃ predstavlja 24–27 %. Glede na visokotemperaturno trdnost lončka je bolje imeti višjo temperaturo pečice, vendar je ni enostavno doseči previsoko. Ko je temperatura višja od 2000 ℃, se zaradi sublimacije magnezijevega oksida ali redukcije magnezijevega oksida z ogljikom ter intenzivne rekristalizacije magnezijevega oksida oblikuje satjasta struktura. Zato je treba najvišjo temperaturo pečice nadzorovati pod 2000 ℃.

2 Hitrost segrevanja: V zgodnji fazi segrevanja je treba za učinkovito odstranjevanje vlage iz ognjevzdržnih materialov izvesti zadostno predgrevanje. Na splošno mora biti hitrost segrevanja pod 1500 ℃ počasna; ko temperatura peči doseže nad 1500 ℃, se električno taljeni magnezijev pesek začne sintrati. V tem času je treba uporabiti veliko moč, da se pečica hitro segreje na pričakovano najvišjo temperaturo.

③ Čas izolacije: Ko temperatura peči doseže najvišjo temperaturo peči, je treba izolacijo izvesti pri tej temperaturi. Čas izolacije se razlikuje glede na vrsto peči in material, na primer 15–20 minut za majhne električne talilne magnezijeve lončke in 30–40 minut za velike in srednje električne talilne magnezijeve lončke.

Zato je treba ustrezno prilagoditi hitrost segrevanja med peko in pečenje pri najvišji temperaturi.