Trong ngành công nghiệp đúc hiện đại, Lò nung cảm ứng được sử dụng rộng rãi do hiệu suất cao, sạch sẽ, và dễ dàng kiểm soát. Tuy nhiên, trong quá trình nóng chảy, khí vô hình—chủ yếu là hydro (H), nitơ (N), và oxy (ồ)—hành động như “kẻ giết người vô hình,” âm thầm xâm nhập vào kim loại nóng chảy và tạo ra những mối nguy hiểm tiềm ẩn đáng kể cho chất lượng cuối cùng của vật đúc. Khuyết tật điển hình nhất do các loại khí này gây ra là độ xốp. Hiểu biết sâu sắc về nguồn gốc và mối nguy hiểm của các loại khí này, kết hợp với việc nắm vững các chiến lược kiểm soát tiên tiến, là rất quan trọng để cải thiện chất lượng đúc và giảm tỷ lệ phế liệu.
Nguồn khí: Ba kênh chính không thể bỏ qua
Khí được đưa vào kim loại nóng chảy chủ yếu thông qua ba kênh sau:, được kết nối với nhau và ảnh hưởng chung đến độ tinh khiết của sự tan chảy.
1.Vật liệu và dụng cụ tích điện ẩm
Đây là nguồn khí trực tiếp và quan trọng nhất, đặc biệt là hydro, trong quá trình nóng chảy.
- Cơ chế nguồn: Cho dù đó là phế liệu tái chế, chất tạo hợp kim, hoặc các chất phụ gia khác nhau, nếu chúng trở nên ẩm ướt, tiếp xúc với mưa, hoặc bị nhiễm dầu, nhũ tương, hoặc các chất chứa nước khác trong quá trình bảo quản hoặc vận chuyển, độ ẩm (H₂O) sẽ nhanh chóng phân hủy ở nhiệt độ cao. Ví dụ, sắt nóng chảy phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao:
- Fe+H2O→FeO+2[H]
- Hydro nguyên tử thu được [H] cực kỳ tích cực và có khả năng khuếch tán cao, cho phép nó hòa tan nhanh chóng vào kim loại nóng chảy. Tương tự, rỉ sét (hydrat) trên bề mặt vật liệu tích điện sẽ giải phóng nước tinh thể ở nhiệt độ cao, trở thành một nguồn hydro đáng kể.
- Các yếu tố ảnh hưởng: Môi trường lưu trữ của vật liệu sạc, điều kiện thời tiết (mùa mưa, độ ẩm cao), và mức độ làm nóng trước phù hợp đều quyết định trực tiếp lượng hơi ẩm đưa vào lò. Dụng cụ nấu chảy (chẳng hạn như cào xỉ và ống bảo vệ cặp nhiệt điện) chưa được làm nóng hoặc nướng đủ mức sẽ khiến độ ẩm trên bề mặt của chúng bị phân hủy ngay lập tức khi tiếp xúc với chất tan chảy ở nhiệt độ cao., dẫn đến sự hấp thụ hydro cục bộ nghiêm trọng.
2.Độ ẩm không khí và không khí xung quanh
Hơi nước, nitơ, và oxy có tự nhiên trong không khí là nguồn khí liên tục cho kim loại nóng chảy.
- Nguồn Cơ chế:
- Hydro: Trong quá trình nấu chảy và rót, bề mặt kim loại nóng chảy tiếp xúc với không khí liên tục phản ứng với hơi nước trong khí quyển, làm cho hydro hòa tan vào nóng chảy. Độ ẩm môi trường càng cao, tốc độ phản ứng càng nhanh, và xu hướng hấp thụ hydro của tan chảy càng nghiêm trọng.
- Nitơ và oxy: Trong lò cảm ứng, bề mặt của bể nóng chảy tiếp xúc trực tiếp với khí quyển. Nitơ (N₂) và oxy (O₂) từ không khí đi vào chất tan chảy thông qua sự hòa tan vật lý hoặc phản ứng hóa học. Độ hòa tan của nitơ và oxy trong kim loại tăng đáng kể ở nhiệt độ nóng chảy cao hơn. Ví dụ, trong thép nóng chảy, nitơ và oxy hòa tan ở trạng thái nguyên tử, [N] Và [ồ].
3.Vật liệu chịu lửa
Lớp lót lò là thành phần quan trọng của lò cảm ứng, nhưng trong những điều kiện nhất định, nó cũng có thể trở thành nguồn khí đốt gián tiếp.
- Nguồn Cơ chế:
- Lớp lót mới: Lớp lót mới được lắp đặt hoặc vá, dù có tính axit, trung lập, hoặc cơ bản, chứa một lượng ẩm nhất định (cả nước vật lý và nước liên kết hóa học). Nếu lớp lót không được nướng kỹ và đúng cách, Độ ẩm này sẽ thoát ra dần dần trong quá trình gia nhiệt và tiếp xúc với kim loại nóng chảy., dẫn đến tăng hàm lượng hydro.
- Lớp lót cũ: Lớp lót lò đã qua sử dụng có thể hấp thụ độ ẩm từ không khí. Hơn nữa, một số oxit trong vật liệu chịu lửa (chẳng hạn như SiO₂) có thể phản ứng với các yếu tố nhất định trong sự tan chảy (như C) trong điều kiện cụ thể, tạo ra các loại khí như CO. Mặc dù điều này không trực tiếp giới thiệu H hoặc N, nó làm tăng tổng hàm lượng khí tan chảy và có thể gây ra các loại khuyết tật về độ xốp khác.
Tác hại của khí: Thủ phạm của độ xốp khí trong vật đúc
Độ hòa tan của khí hòa tan trong kim loại nóng chảy giảm mạnh khi nhiệt độ giảm. Trong quá trình cố định, khi kim loại chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn, những khí siêu bão hòa này kết tủa tạo thành bong bóng. Nếu những bong bóng này không thoát ra kịp thời, chúng bị mắc kẹt bên trong hoặc trên bề mặt vật đúc, hình thành Khí đốt độ xốp.
- Hydro độ xốp: Đây là loại khí xốp phổ biến nhất. Vì độ hòa tan của hydro trong kim loại rắn thấp hơn nhiều so với kim loại lỏng, một lượng lớn kết tủa hydro trong quá trình đông đặc, với các nguyên tử kết hợp để tạo thành các bong bóng siêu nhỏ áp suất cao. Những lỗ chân lông này thường có hình tròn hoặc hình bầu dục và được phân bố trong vật đúc, đặc biệt là ở những khu vực cuối cùng để củng cố (chẳng hạn như các điểm nóng).
- Nitơ độ xốp: Độ xốp của nitơ đặc biệt nổi bật khi nấu chảy thép không gỉ, thép hợp kim cao, và các hợp kim khác chứa các nguyên tố tạo thành nitrua ổn định với nitơ. Các lỗ khí nitơ thường xuất hiện ngay dưới lớp vật đúc, có kích thước nhỏ, và có thể có dạng hình đinh ghim hoặc hình con sâu với sự phân bố dày đặc.
- Tổ hợp độ xốp: Trong nhiều trường hợp, độ xốp được gây ra bởi hoạt động kết hợp của nhiều loại khí. Ví dụ, Khí CO sinh ra từ phản ứng của cacbon và oxy trong quá trình tan chảy, cùng với hydro và nitơ kết tủa, có thể tạo thành bong bóng cùng nhau, làm cho vấn đề độ xốp trở nên phức tạp hơn.
Khiếm khuyết về độ xốp của khí làm giảm nghiêm trọng diện tích mặt cắt ngang chịu tải hiệu quả của vật đúc, làm suy giảm tính chất cơ học của nó (chẳng hạn như sức mạnh, tính dẻo, và độ dẻo dai) và mật độ của nó. Dùng cho các vật đúc chịu áp lực như van và thân bơm, Độ xốp là một khiếm khuyết nghiêm trọng và không thể chấp nhận được.
Chiến lược kiểm soát khí tiên tiến: Phòng thủ toàn diện từ đầu đến cuối
Để sản xuất chất lượng cao, vật đúc không có độ xốp, phải áp dụng chiến lược kiểm soát khí có hệ thống, bao gồm tất cả các giai đoạn từ nấu chảy trước và nấu chảy trong quá trình đến sau khai thác.
1.Kiểm soát nguồn: Quản lý chặt chẽ vật liệu thu phí
- Vật liệu sấy khô: Tất cả các vật liệu phí, đặc biệt là ánh sáng, gầy, và các vật liệu dễ bị ẩm như tiện và phoi, phải trải qua quá trình làm nóng và nướng trước nghiêm ngặt trước khi nạp vào lò để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn độ ẩm và dầu. Nên thiết lập thiết bị sấy nguyên liệu chuyên dụng.
- Môi trường Điều khiển: Khu vực bảo quản vật liệu sạc phải được giữ khô ráo và thông thoáng, bảo vệ khỏi mưa và điều kiện ẩm ướt. Vào mùa có độ ẩm cao, cần tăng cường kiểm tra và làm nóng sơ bộ vật liệu.
- Lớp lót nướng: Tuân thủ nghiêm ngặt đường cong nướng và thời gian giữ do nhà cung cấp vật liệu chịu lửa cung cấp để đảm bảo rằng lớp lót mới hoặc đã sửa chữa được thiêu kết hoàn toàn và tất cả hơi ẩm được thoát ra ngoài.
2.Công nghệ kiểm soát trong quá trình nâng cao
Tinh chế chân không
Cảm ứng chân không tan chảy (Vim) là một trong những công nghệ hiệu quả nhất để kiểm soát hàm lượng khí. Nguyên lý của nó dựa trên việc tạo ra một môi trường chân không nơi áp suất riêng phần của khí cực kỳ thấp, do đó làm giảm đáng kể khả năng hòa tan của chúng trong kim loại nóng chảy.
- Nguyên tắc làm việc: Bằng cách tan chảy trong chân không, các khí hòa tan như hydro và nitơ nhanh chóng thoát ra khỏi sự tan chảy do chênh lệch áp suất đáng kể. Chân không cũng loại bỏ hiệu quả các nguyên tố lang thang có hại với điểm nóng chảy thấp và áp suất hơi cao, như chì và kẽm. Hơn nữa, nó thúc đẩy phản ứng cacbon-oxy ([C] + [ồ] → {CO}↑), cho phép khí CO thu được được bơm ra ngoài, đạt được sự thanh lọc sâu sắc của sự tan chảy.
- Thuận lợi: Nó có thể tạo ra kim loại nóng chảy siêu sạch với hàm lượng khí cực thấp (ví dụ., H ≤ 2 trang/phút, N ≤ 20 trang/phút, O ≤ 10 trang/phút), làm cho nó trở thành một công nghệ thiết yếu để sản xuất vật đúc hiệu suất cao cho ngành hàng không vũ trụ, hợp kim chính xác, và các ngành công nghiệp cao cấp khác.
Thanh lọc Argon (Đổ rác)
Đây là một phương pháp hiệu quả và kinh tế cao để khử khí và tinh chế trong lò.
- Nguyên tắc làm việc: Khí trơ—argon—được đưa vào kim loại nóng chảy dưới dạng bong bóng mịn thông qua một nút xốp được lắp đặt ở đáy hoặc thành bên của lò., hoặc thông qua một mũi khoan ngâm. Theo định luật áp suất riêng phần của Dalton, các bong bóng argon dâng cao cung cấp cho hạt nhân một áp suất riêng phần rất thấp đối với các khí hòa tan như hydro và nitơ. Điều này khuyến khích các khí hòa tan này khuếch tán vào bong bóng argon và thoát ra khỏi sự tan chảy cùng với chúng..
- Thuận lợi: Nó không chỉ loại bỏ hydro và nitơ một cách hiệu quả mà còn khuấy trộn dung dịch nóng chảy, giúp đồng nhất hóa thành phần và nhiệt độ của chất tan chảy và thúc đẩy quá trình tuyển nổi và loại bỏ các tạp chất. Quá trình này rất đơn giản để vận hành, yêu cầu sửa đổi tối thiểu các lò cảm ứng hiện có, và có chi phí tương đối thấp.
Chất phủ thông lượng hoặc chất hút ẩm
Sử dụng các chất che phủ cụ thể để tạo ra một rào cản vật lý trên bề mặt kim loại nóng chảy trong quá trình nóng chảy là một cách hiệu quả để ngăn chặn sự tan chảy phản ứng với khí quyển.
- Nguyên tắc làm việc:
- Cách ly vật lý: Chất che phủ, hoặc thông lượng, tan chảy để tạo thành một lớp xỉ ổn định cách nhiệt hiệu quả sự tan chảy với không khí, ngăn chặn sự hấp thụ khí thứ cấp (hydro, nitơ) và quá trình oxy hóa.
- Tinh chế hóa học: Một số chất trợ tinh chế có chứa các thành phần phản ứng với khí hoặc oxit trong dung dịch nóng chảy. Ví dụ, một số chất khử khí tạo ra bong bóng mịn ở nhiệt độ cao, tạo ra một “rửa” tác dụng tương tự như tẩy khí. Một số chất khử oxy có hiệu quả loại bỏ oxy khỏi tan chảy, giảm tạp chất oxit.
- Hấp phụ: Một số chất trợ dung cơ bản hoặc trung tính cũng có thể hấp thụ các tạp chất phi kim loại, giúp làm sạch sự tan chảy.
- Ứng dụng: Chất trợ dung phủ thích hợp phải được lựa chọn dựa trên loại hợp kim được nấu chảy. Ví dụ, trong nhôm nóng chảy, Các dòng tinh chế thân thiện với môi trường có gốc clo hoặc không có clo thường được sử dụng để khử khí và loại bỏ tạp chất.
Phần kết luận
Kiểm soát khí trong quá trình nấu chảy lò cảm ứng là một quy trình kỹ thuật có hệ thống. Nó bắt đầu bằng việc kiểm soát chặt chẽ các nguồn như vật liệu tích điện ẩm, độ ẩm không khí, và lớp lót chịu lửa; tiếp tục thực hành vận hành tỉ mỉ trong quá trình nấu chảy; và đạt đến đỉnh cao trong quá trình thanh lọc sâu bằng cách sử dụng các công nghệ tiên tiến như tinh chế chân không, thanh lọc argon, và chất trợ dung phủ hiệu suất cao. Chỉ bằng cách hiểu sâu sắc về tác hại tiềm tàng mà khí gây ra đối với chất lượng đúc và bằng cách áp dụng một bộ chiến lược kiểm soát toàn diện thì các xưởng đúc mới có thể sản xuất một cách nhất quán các vật đúc chất lượng cao, đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt và duy trì khả năng cạnh tranh trong một thị trường đầy thách thức.
