Углубленный анализ физических трудностей в процессе распыления..
Изучение того, как поддерживать постоянное металлостатическое давление и температуру в нижнем разливочном сопле с помощью точного индукционного нагрева и обратной связи с термопарой., предотвращение нестабильности качества порошка, вызванной соплом “замораживание” (засорение) или колебания расхода.
я. АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ТРУДНОСТЕЙ В ПРОЦЕССЕ ДОСНОВОГО РАСПЫЛЕНИЯ
Гидродинамическая и термодинамическая среда в нижнем разливочном сопле чрезвычайно сурова., в первую очередь сталкивается с двумя основными физическими проблемами:
1. “Замораживание” (Засорение) и скала с тепловым градиентом: Когда расплавленный металл покидает тигель и попадает в направляющую трубку. (сопло), отношение площади поверхности к объему резко увеличивается, приводит к быстрой потере тепла. Одновременно, непосредственно под соплом находится высокоскоростной, Высокое давление, и чрезвычайно низкотемпературный распыляющий газовый поток (обычно аргон или азот высокой чистоты). Этот экстремальный температурный градиент легко приводит к тому, что расплавленный металл на кончике сопла локально падает ниже линии ликвидуса., мгновенно увеличивая вязкость или даже затвердевая. Это вызывает “замораживание” (засорение) инцидент, непосредственно приводящие к вынужденному прерыванию процесса.
2. Спад статического давления и колебания расхода: По закону Торричелли, массовый расход расплавленного металла ṁ тесно связан с высотой уровня жидкости h в тигле:
ṁ = C_d · A · ρ · √2gh
(Где C_d — коэффициент расхода, А — площадь поперечного сечения сопла., ρ — плотность расплавленного металла, и g - ускорение свободного падения)
По мере продвижения атомизации, уровень жидкости h в тигле постоянно падает, и донное статическое давление неуклонно падает. Без механизма компенсации, скорость истечения расплавленного металла будет постепенно замедляться. Это приводит к Соотношение газа и металла (ГМР) дрейфовать на протяжении всего цикла распыления, что приводит к образованию более крупного порошка на ранних стадиях и более мелкого порошка на более поздних стадиях., серьезно ухудшает консистенцию порошка от партии к партии.
II. Анти-“Замораживание” Стратегии: Точный индукционный нагрев и обратная связь по температуре с обратной связью
Полностью решить проблему затвердевания направляющей трубки, полагаться исключительно на кондуктивное остаточное тепло основного плавильного тигля далеко не достаточно.. Современные высокотехнологичные системы производства порошков должны инвестировать значительные средства в систему направляющих для разливки..
- Независимая зона высокочастотного индукционного нагрева: Установите независимую, небольшая индукционная катушка вокруг сопла. Из-за небольшого объема насадки, более целесообразно использовать высокочастотный, высокоточный инверторный источник питания IGBT для независимой подачи электроэнергии. Эта конфигурация обеспечивает быстрый отклик и точную подачу энергии., специально разработан для компенсации тепловых потерь, вызванных излучением и подсосом высокоскоростного газового потока.
- “Близкий контакт” Измерение температуры термопарой и обратная связь миллисекундного уровня: Ключ к контролю заключается в достоверности данных о температуре.. Быстрое реагирование, термопары, устойчивые к высоким температурам (например Тип B или Тип S) должен быть встроен снаружи направляющей трубки или внутри изоляционной втулки (как можно ближе к каналу течения расплава). Эта температурная кривая в реальном времени интегрируется в систему управления ПЛК, образуя замкнутый контур.. Когда система обнаруживает небольшую тенденцию к снижению температуры, источник питания IGBT может мгновенно увеличивать мощность в течение миллисекунд., “запирание” температура в заданном диапазоне перегрева.
- Совместимость с высококачественными огнеупорными материалами: Чтобы предотвратить растрескивание сопла при высокотемпературной эрозии., что приводит к образованию неметаллических включений и влияет на чистоту порошка, направляющая трубка обычно изготавливается из циркония высокой чистоты или специальной композитной керамики.. Эти материалы не только устойчивы к эрозии, но и обладают специфической теплопроводностью., формирование превосходного теплоизоляционного поля в сочетании с индукционной катушкой.
Iii. Контроль колебаний потока: Технологии постоянного уровня жидкости и компенсации статического давления
Для обеспечения непрерывного и стабильного качества порошка, необходимо преодолеть естественный распад, вызванный √2gh.. В настоящее время, самые передовые стратегии контроля уровня жидкости и стабилизации потока в отрасли в основном включают в себя следующие:
1. Высокоточное управление стопорным стержнем с сервоприводом: Внутри тигля с нижней разливкой установлен термостойкий керамический стопорный стержень, приводимый в движение прецизионным серводвигателем.. За счет точной настройки кольцевого зазора между головкой стопорного стержня и седлом форсунки., коэффициент расхода C_d динамически изменяется. Система может рассчитывать скорость потери массы расплавленного металла в режиме реального времени с помощью нижних тензодатчиков., автоматически контролирующий подъем и опускание стопорного стержня. Таким образом, когда уровень жидкости h падает, зазор расширяется для принудительного поддержания постоянного расхода ṁ.
2. Контроль постоянного уровня жидкости в промковше (Система перелива промковша): Для крупномасштабных линий непрерывной плавки и литья или высокопроизводительных линий по производству порошков., режим, в котором основной индукционная печь наклоняется и льется в “промковш,” с последующей нижней разливкой из промковша, может быть принят. Координируя скорость наклона основной печи с помощью радара уровня жидкости или лазерного указателя уровня внутри промковша., уровень жидкости h в промковше постоянно поддерживается в пределах крайне малых колебаний (например, постоянная при 150 мм ± 5 мм), тем самым обеспечивая почти абсолютно постоянное физическое статическое давление.
3. Технология компенсации перепада давления в камере печи: Это более продвинутый, бесконтактный метод управления потоком. Плавильная камера выполнена герметичной., кабина с регулируемым давлением. По мере падения уровня жидкости, система ПЛК автоматически впрыскивает незначительное количество инертного газа в плавильную камеру на основе теоретических кривых или моделей цифровых двойников, медленно увеличивая давление газа P_gas на поверхности расплава. В этот момент, формула общего донного давления становится:
P_total = P_gas + пгх
За счет линейного увеличения давления газа P_gas, линейное уменьшение ρgh прекрасно компенсируется, обеспечение того, чтобы давление выброса в сопле оставалось прямым от начала до конца.
Заключение
В современной промышленной области порошковой металлургии, тот, кто сможет приручить “огонь и газ” насадка для нижней заливки будет определять цену на рынке высококачественных порошков. За счет внедрения высокочастотного локализованного индукционного нагрева IGBT., обратная связь с термопарой с обратной связью, и точные стратегии компенсации статического давления, не только риски простоя, вызванные “замораживание” быть полностью устранен, но общая эффективность оборудования (ОЕЕ) и выход пороха всего оборудования также может быть поднят на новую высоту. Это также является основным техническим барьером для современных производителей оборудования для индукционного нагрева, которые превращаются в системных интеграторов с высокой добавленной стоимостью..
