Vad är vakuuminduktionssmältning?

Vakuumsmältning är en smältteknik för metaller och legeringar som utförs i vakuummiljö.

Denna teknik kan förhindra att sällsynta metaller kontamineras av atmosfären och eldfasta material, och har en renings- och rensningsfunktion. Genom vakuumsmältning kan högkvalitativa metaller och legeringar med låg gashalt, få inneslutningar och liten segregering erhållas. Denna metod är avgörande för att erhålla högrenhet och högkvalitativa metallmaterial, särskilt lämplig för legeringar eller metaller som är svåra att smälta och kräver ultrahög renhet. Metoderna för vakuumsmältning inkluderar elektronstrålesmältning, vakuuminduktionssmältning, vakuumbågsugnssmältning och plasmaugnssmältning. Till exempel använder elektronstrålesmältning högenergiska elektronstrålar för att bombardera smälta material, snabbt omvandla dem till termisk energi och smälta dem. Denna metod är lämplig för smältning av legeringar eller metaller med hög svårighetsgrad och ultrahög renhet.

Dessutom bidrar vakuumsmältning också till att förbättra segheten, utmattningshållfastheten, korrosionsbeständigheten, krypförmågan vid höga temperaturer och magnetisk permeabilitet hos metallmaterial.

Vakuuminduktionssmältning är en process där elektromagnetisk induktion genererar virvelströmmar i metallledare under vakuumförhållanden för att värma upp ugnsmaterialet. Den har egenskaper som liten smältkammarvolym, kort vakuumpumpningstid och smältcykel, bekväm temperatur- och tryckkontroll, återvinningsbarhet av flyktiga element och noggrann kontroll av legeringssammansättningen. På grund av ovanstående egenskaper har den nu utvecklats till en viktig utrustning för produktion av speciallegeringar såsom specialstål, precisionslegeringar, elektriska värmelegeringar, högtemperaturlegeringar och korrosionsbeständiga legeringar.

1. Vad är vakuum?

I en sluten behållare minskar trycket som gasmolekylerna utövar på en ytenhet på grund av minskningen av antalet gasmolekyler. Vid denna tidpunkt är trycket inuti behållaren lägre än normalt tryck. Denna typ av gasutrymme som är lägre än normalt tryck kallas vakuum.

2. Vad är funktionsprincipen för en vakuuminduktionsugn?

Den huvudsakliga metoden är att tillämpa elektromagnetisk induktion för att generera ström i själva metallladdningen, och sedan förlita sig på själva metallladdningens resistans för att omvandla elektrisk energi till termisk energi enligt Joule-Lenz-lagen, som används för att smälta metaller.

3. Hur bildas elektromagnetisk omrörning i en vakuuminduktionsugn?

Den smälta metallen i degeln genererar elektrisk kraft i magnetfältet som genereras av induktionsspolen. På grund av hudeffekten är virvelströmmarna som genereras av den smälta metallen motsatta riktningen för strömmen som passerar genom induktionsspolen, vilket resulterar i ömsesidig repulsion; Den repulsiva kraften på den smälta metallen pekar alltid mot degelns axel, och den smälta metallen trycks också mot degelns centrum; På grund av att induktionsspolen är en kort spole med korta effekter i båda ändar minskar motsvarande elektriska kraft i båda ändar av induktionsspolen, och fördelningen av elektrisk kraft är mindre vid de övre och nedre ändarna och större i mitten. Under denna kraft rör sig metallvätskan först från mitten mot degelns axel och strömmar sedan uppåt och nedåt mot centrum. Detta fenomen fortsätter att cirkulera och bildar en kraftig rörelse av metallvätskan. Under själva smältningen kan fenomenet med metallvätska som bular uppåt och vänder uppåt och nedåt i degelns centrum elimineras, vilket kallas elektromagnetisk omrörning.

4. Vilken funktion har elektromagnetisk omrörning?

① Det kan accelerera hastigheten för fysikaliska och kemiska reaktioner under smältprocessen; ② Enhetliggöra sammansättningen av den smälta metallvätskan; ③ Temperaturen på den smälta metallen i degeln tenderar att vara jämn, vilket resulterar i att reaktionen fullbordas fullständigt under smältningen; ④ Resultatet av omrörningen övervinner effekten av sitt eget statiska tryck, vilket vänds de upplösta bubblorna djupt inne i degeln ner på vätskeytan, vilket underlättar gasutsläpp och minskar gasinnehållet i legeringen. Intensiv omrörning förstärker den mekaniska erosionen av den smälta metallen på degeln, vilket påverkar dess livslängd; ⑥ Accelererar nedbrytningen av eldfasta material i deglar vid höga temperaturer, vilket resulterar i återkontaminering av den smälta legeringen.

5. Vad är vakuumgrad?

Vakuumgrad representerar tunnheten hos en gas under ett atmosfärstryck, vanligtvis uttryckt som tryck.

6. Vad är läckagehastigheten?

Läckagehastighet avser mängden tryckökning per tidsenhet efter att vakuumutrustningen stängts.

7. Vad är hudeffekten?

Skinneffekten hänvisar till fenomenet med ojämn strömfördelning över en ledares tvärsnitt (hänvisar till ugnsladdningen vid smältning) när växelström passerar genom den. Ju högre ytströmtätheten hos ledaren är, desto lägre är strömtätheten mot mitten.

8. Vad är elektromagnetisk induktion?

Växelström passerar genom en tråd och genererar ett alternerande magnetfält runt den, medan att placera en sluten tråd i ett föränderligt magnetfält genererar växelström inuti tråden. Detta fenomen kallas elektromagnetisk induktion.

10. Vilka är fördelarna med smältning i vakuuminduktionsugn?

① Ingen luft- och slaggförorening, den smälta legeringen är ren och har hög prestanda;

② Vakuumsmältning skapar goda avgasningsförhållanden, vilket resulterar i låg gashalt i det smälta stålet och legeringen;

③ Metaller oxideras inte lätt under vakuumförhållanden;

④ Föroreningar (Pb, Bi, etc.) som förs in från råmaterial kan avdunsta i vakuum, vilket resulterar i materialrening;

⑤ Under smältning i vakuuminduktionsugn kan koldeoxidation användas, och deoxideringsprodukten är gas, vilket resulterar i hög legeringsrenhet;

⑥ Kan exakt justera och kontrollera den kemiska sammansättningen;

⑦ Returnerat material kan användas.

11. Vilka är nackdelarna med smältning i vakuuminduktionsugn?

① Utrustningen är komplex, dyr och kräver en stor investering;

② Obekvämt underhåll, höga smältkostnader och relativt höga kostnader;

③ Metallförorening orsakad av eldfasta material i deglar under smältprocessen;

④ Produktionspartiet är litet och inspektionsarbetsbelastningen är stor.

12. Vilka är de viktigaste grundläggande parametrarna och betydelserna av vakuumpumpar?

① Extrem vakuumgrad: Det lägsta stabila tryckvärdet (dvs. den högsta stabila vakuumgraden) som kan erhållas efter en lång tömningsperiod när inloppet till en vakuumpump är stängt kallas pumpens maximala vakuumgrad.

② Evakueringshastighet: Volymen gas som extraheras av en pump per tidsenhet kallas pumphastigheten för en vakuumpump.

③ Maximalt utloppstryck: Det maximala tryckvärdet vid vilket gas släpps ut från en vakuumpump utloppsport under normal drift.

④ Förtryck: Det maximala tryckvärdet som måste bibehållas vid vakuumpumpens avgasport för att säkerställa säker drift.

13. Hur väljer man ett rimligt vakuumpumpsystem?

① Pumphastigheten för en vakuumpump motsvarar ett visst inloppstryck för vakuumpumpen;

② Mekaniska pumpar, rotpumpar och oljetrycksboosterpumpar kan inte släppa ut direkt i atmosfären och måste förlita sig på frontstegspumpen för att upprätta och bibehålla det föreskrivna förtrycket för att fungera normalt.

14. Varför behöver kondensatorer läggas till i elektriska kretsar?

På grund av det stora avståndet mellan induktionsspolen och metallen i ugnsmaterialet är magnetiskt läckage mycket allvarligt, det användbara magnetiska flödet är mycket lågt och den reaktiva effekten är hög. Därför leder strömmen spänningen i kapacitiva kretsar. För att kompensera för induktansens inverkan och förbättra effektfaktorn är det nödvändigt att integrera ett lämpligt antal elektriska behållare i kretsen, så att kondensatorn och induktorn kan resonera parallellt och därigenom förbättra induktionsspolens effektfaktor.

15. Hur många delar är huvudutrustningen i en vakuuminduktionsugn?

Smältkammare, hällkammare, vakuumsystem, strömförsörjningssystem.

16. Vilka underhållsåtgärder vidtas för vakuumsystemet under smältprocessen?

① Oljekvaliteten och oljenivån i vakuumpumpen är normala;

② Filterskärmen är normalt omvänd;

③ Tätningen hos varje avstängningsventil är normal.

17. Vilka underhållsåtgärder vidtas för kraftförsörjningssystemet under smältprocessen?

① Kondensatorns kylvattentemperatur är normal;

② Transformatoroljetemperaturen är normal;

③ Kabelns kylvattentemperatur är normal.

18. Vilka är kraven för smältdeglar vid vakuuminduktionsugn?

① Har hög termisk stabilitet för att undvika sprickbildning orsakad av snabb kylning och uppvärmning;

② Har hög kemisk stabilitet för att förhindra kontaminering av degeln av eldfasta material;

③ Tillräcklig brandmotståndskraft och hög temperaturstrukturstyrka för att motstå höga temperaturer och stötar från ugnsmaterialet;

④ Degeln bör ha en hög densitet och en slät arbetsyta för att minska kontaktytan mellan degeln och metallvätskan, och för att minska graden av vidhäftning av metallrester på degelns yta.

⑤ Har höga isoleringsegenskaper;

⑥ Liten volymkrympning under sintringsprocessen;

⑦ Har låg flyktighet och god motståndskraft mot hydratisering;

⑧ Degelmaterialet frigör en liten mängd gas.

⑨ Degeln har rikliga materialresurser och låga priser.

19. Hur kan man förbättra deglarnas högtemperaturprestanda?

① Minska halten CaO och förhållandet CaO/SiO2 i MgO-sanden för att minska mängden vätskefas och öka temperaturen vid vilken vätskefas genereras.

② Förbättra kristallkornens stabilitet.

③ För att uppnå ett bra omkristallisationstillstånd i det sintrade lagret, för att minska porositeten, minska korngränsbredden och bilda en mosaikstruktur, vilket bildar en direkt kombination av fasta och fasta faser, varigenom de skadliga effekterna av vätskefasen minskas.

20. Hur väljer man lämplig geometrisk storlek på degeln?

① Degelns väggtjocklek är i allmänhet 1/8 till 1/10 av degelns diameter (formad);

② Stålvätska står för 75 % av degelns volym;

③ R-vinkeln är cirka 45 °;

④ Ugnsbotten är i allmänhet 1,5 gånger tjockare än ugnsväggen.

21. Vilka är de vanligaste limmen för att knyta deglar?

① Organiskt material: dextrin, flytande massaavfall, organiskt harts, etc.;

② Oorganiska ämnen: natriumsilikat, saltlösning, borsyra, karbonat, lera etc.

22. Vilken funktion har limmet (H3BO3) för att knyta deglar?

Borsyra (H3BO3) kan avlägsna all fukt genom uppvärmning till under 300 ℃ under normala omständigheter och kallas borsyraanhydrid (B2O3).

① Vid låga temperaturer kan en del MgO och Al₂O₃ lösas upp i flytande B₂O₃ och bilda en serie övergångsprodukter, vilket accelererar fastfasdiffusionen av MgO · Al₂O₃ och främjar omkristallisation, vilket gör att sintringsskiktet i degeln bildas vid lägre temperaturer, vilket sänker sintringstemperaturen.

② Genom att förlita sig på borsyrans smält- och bindningseffekt vid medeltemperatur kan det halvsintrade skiktet förtjockas eller degelns hållfasthet ökas före sekundärsintring.

③ I magnesia-sand som innehåller CaO kan användningen av bindemedel undertrycka kristallomvandlingen av 2CaO · SiO2 under 850 ℃.

23. Vilka olika gjutningsmetoder finns det för deglar?

Två sätt.

① Prefabricering utanför ugnen; Efter blandning av råmaterialen (elektriskt smält magnesium eller aluminiummagnesiumspinell eldfasta material) med ett visst partikelstorleksförhållande och val av lämpliga lim, formas de i degelformen genom vibration och isostatiska tryckprocesser. Degelkroppen torkas och bearbetas till en prefabricerad degel i en högtemperaturtunnelugn med en maximal bränntemperatur på ≥ 1700 ℃ × 8 timmar.

② Direkt bankning inuti ugnen; Tillsätt en lämplig mängd fast lim, såsom borsyra, till lämplig partikelstorleksförhållande, blanda jämnt och använd stampning för att uppnå tät fyllning. Under sintring bildas olika mikrostrukturer genom att variera temperaturen för varje del.

24. Hur många lager består degelns sintringsstruktur av, och vilken inverkan har det på degelns kvalitet?

Sintringsstrukturen i degeln är uppdelad i tre lager: sintringsskikt, halvsintringsskikt och löst skikt.

Sinterskikt: Under ugnsprocessen genomgår partikelstorleken omkristallisation. Förutom den medelstora sandpartikelstorleken vid låg temperatur, kan den ursprungliga proportionen inte ses alls, och en enhetlig och fin struktur presenteras. Korngränserna är mycket smala, och föroreningar omfördelas på de nya korngränserna. Det sintrade skiktet är ett hårt skal som är beläget längst in på degelväggen, vilket är i direkt kontakt med den smälta metallen och bär olika krafter, så detta skikt är mycket viktigt för degeln.

Löst lager: Under sintring är temperaturen nära isoleringsskiktet låg, och magnesiumsand kan inte sintras eller bindas av glasfasen, utan förblir i ett helt löst tillstånd. Detta lager är beläget ytterst i degeln och tjänar följande syften: för det första, på grund av sin lösa struktur och dåliga värmeledningsförmåga, minskas värmen som överförs från degelns innervägg till utsidan, vilket minskar värmeförlusten, ger isolering och förbättrar den termiska effektiviteten inuti degeln. För det andra är det lösa lagret också ett skyddande lager. Eftersom det sintrade lagret har bildat ett skal och kommer i direkt kontakt med den flytande metallen är det benäget att spricka. När det spricker kommer den smälta flytande metallen att sippra ut från sprickan, medan det lösa lagret är mindre benäget att spricka på grund av sin lösa struktur. Metallvätskan som sipprar ut från det inre lagret blockeras av det, vilket ger skydd för avkänningsringen. För det tredje är det lösa lagret fortfarande en buffert. På grund av att det sintrade lagret har blivit ett hårt skal, sker total volymutvidgning och sammandragning vid uppvärmning och kylning. På grund av det lösa lagrets lösa struktur spelar det en buffrande roll i degelns volymförändring.

Halvsintrat lager (även känt som övergångslager): beläget mellan det sintrade lagret och det lösa lagret, uppdelat i två delar. Nära det sintrade lagret smälter föroreningar och omfördelas eller binds med magnesiumsandpartiklar. Magnesiumsand genomgår partiell omkristallisation, och stora sandpartiklar verkar särskilt täta; delarna nära det lösa lagret är helt sammanbundna med lim. Det halvsintrade lagret fungerar som både ett sintrat lager och ett löst lager.

25. Hur väljer man ugnsprocessen?

① Maximal ugnstemperatur: När isoleringsskiktets tjocklek i den knutna degeln är 5–10 mm, för elektriskt smält magnesia, står det sintrade skiktet endast för 13–15 % av degelns tjocklek vid bakning vid 1800 ℃. Vid bakning i en ugn på 2000 ℃ står det för 24–27 %. Med tanke på degelns högtemperaturhållfasthet är det bättre att ha en högre ugnstemperatur, men det är inte lätt att bli för hög. När temperaturen är högre än 2000 ℃ bildas en bikakeliknande struktur på grund av sublimering av magnesiumoxid eller reduktion av magnesiumoxid med kol, samt den intensiva omkristallisationen av magnesiumoxid. Därför bör den maximala ugnstemperaturen kontrolleras under 2000 ℃.

② Uppvärmningshastighet: I det tidiga skedet av uppvärmningen, för att effektivt avlägsna fukt från eldfasta material, bör tillräcklig förvärmning utföras. Generellt bör uppvärmningshastigheten vara långsam under 1500 ℃; När ugnstemperaturen når över 1500 ℃ börjar den elektriskt smälta magnesiasanden att sintra. Vid denna tidpunkt bör hög effekt användas för att snabbt värma upp till den förväntade maximala ugnstemperaturen.

③ Isoleringstid: När ugnstemperaturen når den högsta ugnstemperaturen måste isoleringen utföras vid den temperaturen. Isoleringstiden varierar beroende på ugnstyp och material, till exempel 15–20 minuter för små elektriska magnesiumsmältdeglar och 30–40 minuter för stora och medelstora elektriska magnesiumsmältdeglar.

Därför bör uppvärmningshastigheten under ugnen och gräddningen vid högsta gräddningstemperatur justeras i enlighet därmed.