В современном литейном производстве, индукционные печи широко используются благодаря их высокому КПД., чистота, и простота управления. Однако, в процессе плавления, невидимые газы - в первую очередь водород (ЧАС), азот (Н), и кислород (О)- действовать как “невидимые убийцы,” бесшумно проникая в расплавленный металл и создавая значительную скрытую опасность для конечного качества отливки. Наиболее типичным дефектом, вызываемым этими газами, является пористость.. Глубокое понимание источников и опасностей этих газов., в сочетании с освоением передовых стратегий управления, имеет решающее значение для улучшения качества литья и снижения процента брака.
Источники газов: Три основных канала, которые нельзя игнорировать
Газы вводятся в расплавленный металл преимущественно по следующим трем каналам:, которые взаимосвязаны и в совокупности влияют на чистоту расплава.
1.Влажные шихтовые материалы и инструменты
Это наиболее прямой и значительный источник газа., особенно водород, в процессе плавления.
- Исходный механизм: Будь то переработанный лом, легирующие вещества, или различные добавки, если они станут влажными, подвергаются дождю, или загрязнены маслом, эмульсии, или другие водосодержащие вещества при хранении или транспортировке, влага (H₂O) быстро разлагается при высоких температурах. Например, расплавленное железо реагирует с водяным паром при высоких температурах:
- Fe+H2O→FeO+2[ЧАС]
- Полученный атомарный водород [ЧАС] чрезвычайно активен и обладает высокой диффузионной способностью, позволяя ему быстро растворяться в расплавленном металле. Сходным образом, ржавчина (увлажняет) на поверхность шихты будет выделяться кристаллическая вода при высоких температурах, становится важным источником водорода.
- Факторы влияния: Условия хранения шихтовых материалов, погодные условия (сезон дождей, высокая влажность), и достаточность предварительного подогрева напрямую определяют количество влаги, вносимой в печь.. Плавильные инструменты (такие как шлаковые грабли и защитные трубки термопар.) которые не были достаточно предварительно нагреты или запечены, приведет к мгновенному разложению влаги на их поверхности при контакте с высокотемпературным расплавом., что приводит к серьезной локализованной абсорбции водорода.
2.Влажность воздуха и окружающая атмосфера
Водяной пар, азот, и кислород, естественно присутствующий в воздухе, являются постоянным источником газа для расплавленного металла..
- Источник Механизм:
- Водород: Во время плавления и разливки, поверхность расплавленного металла, контактирующая с воздухом, постоянно реагирует с водяными парами атмосферы, вызывая растворение водорода в расплаве. Чем выше влажность окружающей среды, тем выше скорость реакции, и тем сильнее склонность расплава поглощать водород..
- Азот и кислород: В индукционной печи, поверхность ванны расплава находится в непосредственном контакте с атмосферой. Азот (Не) и кислород (O₂.) из воздуха поступают в расплав посредством физического растворения или химических реакций. Растворимость азота и кислорода в металле значительно увеличивается при более высоких температурах плавления.. Например, в расплавленной стали, азот и кислород растворяются в своих атомных состояниях, [Н] и [О].
3.Огнеупорные материалы
Футеровка печи является важным компонентом индукционной печи., но при определенных условиях, он также может стать косвенным источником газа.
- Источник Механизм:
- Новые накладки: Недавно установленные или отремонтированные накладки, кислый ли, нейтральный, или базовый, содержать определенное количество влаги (как физическая вода, так и химически связанная вода). Если подкладка не тщательно и правильно пропечена, эта влага будет постепенно выделяться при нагреве и вступать в контакт с расплавленным металлом., что приводит к увеличению содержания водорода.
- Старые накладки: Использованная футеровка печи может поглощать влагу из воздуха.. Более того, некоторые оксиды в огнеупорных материалах (например SiO₂) может реагировать с некоторыми элементами в расплаве (как С) в особых условиях, производство газов, таких как CO. Хотя это напрямую не вводит H или N, увеличивает общую газосодержание расплава и может спровоцировать другие виды дефектов пористости..
Вред газов: Виновник газовой пористости в отливках
Растворимость газов, растворенных в расплавленном металле, резко снижается при понижении температуры.. В процессе затвердевания, при переходе металла из жидкого состояния в твердое, эти пересыщенные газы выпадают в осадок, образуя пузырьки. Если эти пузыри не успеют вырваться вовремя, они застревают внутри или на поверхности отливки, формирование Газ Пористость.
- Водород Пористость: Это наиболее распространенный тип газовой пористости.. Поскольку растворимость водорода в твердом металле значительно ниже, чем в жидком металле., большое количество водорода выпадает в осадок при затвердевании, атомы объединяются, образуя микропузырьки высокого давления.. Эти поры обычно имеют круглую или овальную форму и распределены внутри отливки., особенно в последних областях, которые закрепились (например, горячие точки).
- Азот Пористость: Азотная пористость особенно заметна при плавке нержавеющей стали., высоколегированные стали, и другие сплавы, содержащие элементы, образующие с азотом стабильные нитриды.. Азотные поры обычно появляются чуть ниже кожицы отливки., маленькие по размеру, и могут иметь булавочную или червеобразную форму при плотном распределении.
- Сложный Пористость: Во многих случаях, пористость возникает в результате совместного действия нескольких газов.. Например, Газ CO, образующийся в результате реакции углерода и кислорода в расплаве., вместе с выпавшими в осадок водородом и азотом, можем вместе образовывать пузыри, усложняет проблему пористости.
Дефекты газовой пористости существенно уменьшают эффективную несущую нагрузку площадь поперечного сечения отливки., ухудшая его механические свойства (например, сила, пластичность, и прочность) и его плотность. Для герметичных отливок, таких как клапаны и корпуса насосов., пористость является критическим и недопустимым дефектом.
Передовые стратегии контроля газа: Комплексная защита от начала до конца
Чтобы производить высококачественные, отливки без пористости, необходимо принять систематическую стратегию контроля газа, охватывающий все этапы от предварительной плавки и плавки в процессе до выпуска после выпуска.
1.Управление источником: Строгий контроль шихтовых материалов
- Сушка шихтовых материалов: Все шихтовые материалы, особенно легкий, тонкий, и материалы, склонные к влаге, такие как стружка и стружка., перед загрузкой в печь должен пройти строгий предварительный нагрев и обжиг, чтобы обеспечить полное удаление влаги и масла.. Рекомендуется установить специальное оборудование для сушки шихты..
- Относящийся к окружающей среде Контроль: Помещение для хранения шихты должно быть сухим и хорошо проветриваемым., защищен от дождя и сырости. В сезоны с повышенной влажностью, осмотр и предварительный нагрев материалов должны быть усилены.
- Подкладка: Строго соблюдайте кривую обжига и время выдержки, предоставленное поставщиком огнеупорных материалов, чтобы обеспечить полное спекание новой или отремонтированной футеровки и удаление всей влаги..
2.Передовые технологии производственного контроля
Вакуумная очистка
Вакуумная индукция таяния (Вим) является одной из наиболее эффективных технологий контроля газосодержания. Его принцип основан на создании вакуумной среды, в которой парциальное давление газов крайне низкое., тем самым резко снижая их растворимость в расплавленном металле..
- Рабочий принцип: Путем плавления в вакууме, растворенные газы, такие как водород и азот, быстро выходят из расплава из-за значительного перепада давления.. Вакуум также эффективно удаляет вредные посторонние элементы с низкой температурой плавления и высоким давлением пара., такие как свинец и цинк. Более того, он способствует реакции углерод-кислород ([В] + [О] → {СО}↑), позволяя откачивать образовавшийся газ CO, достижение глубокой очистки расплава.
- Преимущества: Он может производить сверхчистый расплавленный металл с чрезвычайно низким содержанием газа. (например, Н ≤ 2 ppm, Н ≤ 20 ppm, О ≤ 10 ppm), что делает его важной технологией для производства высокопроизводительных отливок для аэрокосмической отрасли., прецизионный сплав, и другие высокотехнологичные отрасли.
Продувка аргоном (Промывание)
Это высокоэффективный и экономичный метод внутрипечной дегазации и рафинирования..
- Рабочий принцип: Инертный газ — аргон — вводится в расплавленный металл в виде мелких пузырьков через пористую пробку, установленную в нижней или боковой стенке печи., или с помощью погружной копья. Согласно закону парциальных давлений Дальтона, поднимающиеся пузырьки аргона создают ядро с очень низким парциальным давлением для растворенных газов, таких как водород и азот.. Это способствует тому, что растворенные газы диффундируют в пузырьки аргона и выходят вместе с ними из расплава..
- Преимущества: Он не только эффективно удаляет водород и азот, но и перемешивает ванну расплава., что способствует гомогенизации состава и температуры расплава, способствует флотации и удалению включений. Процесс прост в эксплуатации, требует минимальной модификации существующих индукционных печей, и относительно недорогая.
Покрытие из флюса или осушителя
Использование специальных покрывающих веществ для создания физического барьера на поверхности расплавленного металла во время плавки является эффективным способом предотвращения реакции расплава с атмосферой..
- Рабочий принцип:
- Физическая изоляция: Покрывающий агент, или поток, плавится с образованием стабильного слоя шлака, который эффективно изолирует расплав от воздуха, предотвращение вторичной абсорбции газа (водород, азот) и окисление.
- Химическая переработка: Некоторые нефтеперерабатывающие флюсы содержат компоненты, вступающие в реакцию с газами или оксидами в расплаве.. Например, некоторые дегазаторы образуют мелкие пузырьки при высоких температурах., создание “стирка” эффект аналогичен продувке газом. Некоторые раскислители эффективно удаляют кислород из расплава., уменьшение оксидных включений.
- Адсорбция: Некоторые основные или нейтральные флюсы также могут адсорбировать неметаллические включения., помощь в очистке расплава.
- Приложение: Подходящий покрывающий флюс следует выбирать в зависимости от типа плавимого сплава.. Например, при плавке алюминия, экологически чистые нефтеперерабатывающие флюсы на основе хлора или без хлора обычно используются для дегазации и удаления примесей..
Заключение
Газовый контроль при плавке в индукционных печах – это системный технологический процесс.. Все начинается со строгого контроля над такими источниками, как влажные шихтовые материалы., влажность воздуха, и огнеупорные футеровки; продолжает тщательную операционную практику во время плавки; и завершается глубокой очисткой с использованием передовых технологий, таких как вакуумная очистка., продувка аргоном, и высокоэффективные покрывающие флюсы. Только глубоко понимая потенциальный вред, который газы наносят качеству отливки, и применяя комплексный набор стратегий контроля, литейные предприятия смогут стабильно производить высококачественные отливки, соответствующие строгим требованиям и оставаться конкурентоспособными на сложном рынке..
