钢铁人必看真空感应炉熔炼百问百答.docx
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钢铁人必看真空感应炉熔炼百问百答
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可真空感应炉熔炼是在真空条件下,利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料进行熔炼的,具有熔炼室体积小,抽真空时间和熔炼周期短,便于温度压力控制、可回收易挥发元素、准确控制合金成分的特点。
由于以上特点,现已发展为特殊钢、精密合金、电热合金、高温合金及耐蚀合金等特殊合金生产的重要设备。
1、什么是真空?
某密闭容器里面,由于气体分子数目减少,气体分子作用于单位面积上的压强降低,此时该容器内部压强低于常压,这种比常压低的气态空间就称”真空”。
2、真空感应炉的工作原理?
主要是应用电磁感应的作用,在金属炉料本身产生电流,再依靠金属炉料本身的电阻,按照焦耳——楞次定律,将电能转换为热能,用以熔炼金属。
3、真空感应炉的电磁搅拌是如何形成的?
坩锅中的熔融金属在感应圈产生的磁场中产生电动力,由于集肤效应,熔融金属产生的涡流与感应圈中通过的电流方向相反,产生相互排斥作用;熔融金属受到的排斥力始终指向坩锅的轴线方向,熔融金属也被推向坩锅的中心;又由于感应圈是短线圈,两头有短部效应,所以在感应圈两头相应电动力变小,电动力分布为上下两头小,中间大。
在这种力作用下,金属液首先从中部向坩锅轴线运动,到中心后分别向上和向下流去,此种现象不断的循环下去,便形成金属液体的激烈运动。
实际冶炼时可以清除看到金属液在坩锅中心部分向上隆起,上下翻腾的现象,这就是电磁搅拌。
4、电磁搅拌有何作用?
①可以加速熔炼过程中的物化反应速度;②使被熔融金属液成分均匀;③坩锅内金属液温度趋于一致,导致熔炼中反应彻底完成;④搅拌的结果克服了自身静压力的作用,把坩锅深处的融解气泡翻到液面上来,便于气体排出,减少合金的气体夹杂含量。
⑤猛烈搅拌增强金属液对坩锅的机械冲刷,影响坩锅寿命;⑥加速坩锅耐火材料在高温下的分解,构成对熔融合金的再次污染。
5、什么是真空度?
真空度表示低于一个大气压的气体的稀薄程度,常用压强表示。
6、什么是漏气率?
漏气率指真空设备封闭后单位时间内的压力增高量。
7、什么是集肤效应?
集肤效应指交流电通过导体(冶炼中指炉料)时,在导体截面上出现电流分布不均匀现象,越靠导体表面电流密度越大,越向中心部位电流密度越小的现象。
8、什么是电磁感应?
交变电流通过导线,在其周围产生交变磁场,而把封闭导线放在变化的磁场中,导线内又会产生交变电流。
这种现象称为电磁感应。
9、真空感应炉漏气度计算公式?
P2-P1E=————(Pa/min)△t
10、真空感应炉冶炼的优点有哪些?
①没有空气和炉渣污染,冶炼的合金纯净,性能水平高;②真空下冶炼,创造了良好的去气条件,熔炼出的钢和合金气体含量低;③真空条件下,金属不易氧化;④原料带入的杂质(Pb、Bi等)在真空状态下可以挥发一部分,使材料得到提纯;⑤真空感应炉冶炼时,可以用碳脱氧,脱氧产物是气体,合金纯度高;⑥能准确的调整和控制化学成分;⑦可以使用返回料。
11、真空感应炉冶炼的缺点有哪些?
①设备复杂,价格昂贵,投资大;②维修不方便,冶炼费用高,成本比较高;③冶炼过程中坩埚耐火材料污染金属;④生产批量小,检验工作量较大。
12、真空泵的主要基本参数和含义是什么?
①极限真空度:
真空泵进气口封死情况下,经长时间抽空所能获得的最低压强稳定值(即能获得最高稳定的真空度),称泵的极限真空度。
②抽气速率:
泵在单位时间内所抽出的气体体积称为真空泵的抽气速率。
③最大出口压强:
真空泵正常工作时,在排气口处排出气体的最大压强值。
④前置压强:
为保证真空泵安全运转,在泵的排气口处所需维持的最大压强值。
13、如何选择合理的真空泵组系统?
①真空泵的抽气速率与一定的真空泵入口压强相对应;②机械泵、罗茨泵、油增压泵不能直接向大气排气,必须依靠前级泵建立并维持规定的前置压强,才能正常工作。
14、为什么在电器回路中要加入电容器?
由于感应圈和金属炉料之间距离很大,漏磁非常严重,有用磁通很少,无功功率大,因此在电容性电路上,电流超前于电压,为抵消电感的影响,提高功率因数,必须在回路中并入适当数量的电容器,使电容与电感发生并联谐振,从而提高感应圈功率因数。
15、真空感应炉的主体设备有几部分?
熔炼室、浇注室、真空系统、电源系统。
16、冶炼过程中对真空系统的维护事项?
①真空泵油质、油位正常;②过滤网倒换正常;③各隔离阀门密封正常。
17、冶炼过程中对电源系统的维护事项?
①电容器冷却水温度正常;②变压器油温正常;③电缆冷却水温正常。
18、真空感应炉熔炼对坩锅有哪些要求?
①有高的热稳定性,避免急冷急热产生裂纹;②有高的化学稳定性,防止耐火材料对坩锅污染;③有足够高的耐火度和高温结构强度,用来承受高温和炉料冲击;④坩锅应有高的致密度和光滑的工作表面,以减少坩锅与金属液接触的表面积,降低金属残渣在坩锅表面附着程度。
⑤具有高的绝缘性;⑥烧结过程中体积收缩小;⑦有较低的挥发性和良好的抗水化性;⑧坩锅材料有较小的放气量。
⑨坩锅材料资源丰富,价格低廉。
19、如何提高坩锅的高温性能?
①降低MgO砂中CaO及的含量和CaO/SiO2的比值,以减少液相量和提高产生液相的温度。
②提高晶体晶粒的稳定性。
③使烧结层达到良好的再结晶状况,以减小气孔率,减小晶界宽度,并形成镶嵌结构,构成固相与固相的直接结合,从而降低液相的有害作用。
20、如何选择合适的坩锅几何尺寸?
①坩锅壁厚一般为坩锅(成型)直径的1/8~1/10;②钢液占坩锅容积的75%;③R的角度为45°左右;④炉底厚度一般为炉壁的1.5倍。
21、打结坩锅常用的粘合剂有哪些?
①有机物:
糊精、纸浆废液、有机树脂等;②无机物:
水玻璃、卤水、硼酸、碳酸盐、粘土等。
22、打结坩锅的粘合剂(H3BO3)有什么作用?
硼酸(H3BO3)在一般情况下,经300℃以下加热,即可脱去全部水分,称为硼酐(B2O3)。
①在不高的温度下,部分MgO、Al2O3可以溶入到液态的B2O3中形成一系列过渡产物,加快了MgO·Al2O3的固相扩散从而促进了再结晶,使坩锅烧结层在较低的温度下开始形成,从而降低了烧结温度。
②靠硼酸在中温的熔化和粘结作用,增厚半烧结层,或增加二次烧结前坩锅的强度。
③在含过CaO的镁砂中,靠粘结剂来抑制850℃以下的2CaO·SiO2发生晶型变化。
23、坩锅有几种成型方式,各是什么?
2种方式。
①炉外预制;将坯料(电熔镁、或铝镁尖晶石耐火材料)按一定粒度配比和选择合适的粘合剂混合后,在坩锅模内通过震动、等静压过程成型、坩锅坯体经烘干处理,在高温隧道窑内其最高烧成温度≥1700℃×8h焙烧加工成预制坩锅。
②炉内直接捣打;在合适的粒度配比中加入适量的固态粘合剂,如硼酸等,混合均匀后,采用捣固以达到致密充填,烧结时靠各部分温度不同,形成不同的组织结构。
24、坩锅的烧结结构分几层,是如何形成的,对坩锅质量有何影响?
坩锅烧结结构分为三层,烧结层、半烧结层和松散层。
烧结层:
烤炉时粒度发生再结晶,除低温端有中等砂粒度,其余完全看不出原来的配比,而呈现均匀细致的结构,晶界很窄,杂质重新分布在新晶界上。
烧结层是位于坩锅壁最里面的一层坚硬壳体,它直接与被熔炼金属接触,直接承受各种力作用,所以这一层对坩锅是十分重要的。
松散层:
烧结时靠近绝热层部分温度低,镁砂既不能烧结,也不能被玻璃相粘结,处于完全松散状态。
这一层位于坩锅的最外面,所起作用有:
第一,因为这一层结构松散,热传导能力差,使从坩锅内壁往外传出的热量少,减少热损耗,起到保温作用,提高坩锅内热效率;第二,松散层又是保护层。
因为烧结层已成壳体,直接与液态金属接触,容易产生裂纹,一旦它产生裂纹,熔融液态金属要从裂纹中向外渗出,而松散层由于结构疏松,不易产生裂纹,从里层渗出的金属液被他给挡住,对感应圈起到保护作用;第三,松散层还是一个缓冲区。
因烧结层已成坚硬壳体,受热和冷却时,重要产生总体体积膨胀和收缩现象,由于松散层结构疏松,对坩锅体积变化起到缓冲作用。
半烧结层(亦称过渡层):
位于烧结层和松散层之间,分为两部分,靠近烧结层部分,杂质熔化并重新分布或粘结镁砂粒,镁砂发生部分再结晶,大砂粒显得特别密集;靠近松散层部分,靠近松散层部分完全由粘合剂粘合在一起。
半烧结层兼有烧结层和松散层作用。
25、如何选择烤炉工艺制度?
①最高烤炉温度:
打结坩锅绝热层厚度在5~10mm时,对电熔镁砂来说,1800℃烤炉时,烧结层只占坩锅厚度的13~15%。
2000℃烤炉时占24~27%,从坩锅高温强度考虑,烤炉温度高一些为好,但不易过高,大于2000℃由于氧化镁升华或由于氧化镁被碳还原,以及氧化镁激烈再结晶,形成蜂窝状结构。
因此最高烤炉温度应控制在2000℃以下。
②升温速度:
升温初期,为了有效的去除耐火材料中的水分,应充分的预热,一般在1500℃以下升温速度要缓慢;炉温达到1500℃以上时电熔镁砂开始烧结,这时应采用大功率,以快速升温至预计最高烤炉温度。
③保温时间:
炉温达到最高烤炉温度后,需要在该温度下进行保温,保温时间根据炉型和材质有所不同,如电熔镁小坩锅15~20min,电熔镁大、中坩锅30~40min。
因此,将烤炉时的升温速度和最高烘烤温度下的烘烤时间归纳为:
低温慢速烘烤、高温快速烧结,具有一定保温时间作为一条基本经验来掌握。
26、为什么要进行洗炉?
坩锅经烘烤后:
①烧结层晶界上有大量液相,熔炼时会有一部分进入钢液;②坩锅表面孔隙多,气体和不净物也多;③烧结后降温速度很快,相当数量固熔于方镁石晶粒或玻璃相中的高熔点杂质来不及析出,烧结层未达到最好状态;④炉口和出钢咀部位温度较低。
27、真空下金属液与坩锅耐火材料有哪些反应?
①真空状态下,①耐火材料中的氧化物会发生分解反应:
MgO(固)=Mg(气)+1/2O2(气)AL2O3(固)=2AlO(气)+1/2O2(气)SiO2(固)=SiO(气)+1/2O2(气)②金属液与耐火材料发生下列反应:
Fe(液)+MgO(固)=Mg(气)+[FeO]Fe(液)+SiO2(固)=SiO(气)+[FeO]③随着压强降低,金属液中C的还原能力增加,由于C的还原作用,使坩埚耐火材料受到侵蚀,发生如下反应:
MgO(固)+[C]=Mg(气)+CO(气)AL2O3(固)+3[C]=2【Al】+3CO(气)SiO2(固)+2[C]=[Si]+2CO(气)④另外,金属液中的其它元素也有还原作用,如下:
MgO(固)+[Si]=Mg(气)+SiO(气)SiO2(固)+[Ti]=[Si]+TiO2(气)
28、坩锅干法打结需要注意些什么?
①先检查感应圈绝缘情况,水冷系统是否正常;②打结工具清洁,无锈、无脏物;③坩埚铁皮(石磨芯)座正,与底部垂直,外部包几层黄板纸,易于拔出;④炉底高度必须再感应圈最底匝以上;⑤坩埚底部与炉壁过渡处注意打结质量,防止产生裂纹;⑥每层打结前,前一层必须用钢钎划松3~5mm,再加料打结,防止分层和减少粒度偏析。
29、电熔氧化镁+铝镁尖晶石修炉粒度配比有哪些要求?
电熔镁砂占总量的50~60%,分为粗颗粒、中颗粒、细颗粒;铝镁尖晶石占重量的40~50%,分为粗粉和细粉。
30、熔化期的任务是什么?
化料、去气、去除低熔点有害金属杂质和非金属夹杂物,调整合金液温度,并置于足够的真空度下,为精炼期创造条件。
31、熔化期有何特点?
①炉料逐渐熔化,钢液逐渐形成,钢液相对表面积很大,熔池也比较浅,非常有利于去气和非金属夹杂物去除,去除的夹杂物占总夹杂物的70%以上;②熔化期可以去除大部分气体,氢气可以去除70~80%,氮气可以去除60~70%,氧气可以去除30~40%;③炉料在升温和熔化过程中,放出大量气体,使真空度降低;④炉料在熔化过程中,坩锅壁周围金属料温度最高(尤其中下部),最先熔化,由于涡流热、辐射热、传导热的综合作用,使整个炉料逐渐自动下沉,钢液温度稳定。
32、熔化前需做哪些准备工作?
①熔化前必须对设备进行检查,包括炉体、真空、电器、机械、水冷、测温、浇注等;②炉子必须具备熔炼时合适的真空度
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