+7 (343) 236 63 23
(многоканальный)
+7 (912) 229 55 23

zio-ural@yandex.ru

Для плавки и дегазации (вакуумирования) расплава

ЗАВОД ИНДУКЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Проектирует и производит установки индукционные плавильные тигельные и индукционные плавильные тигельные печи в полном соответствии с техническим заданием Заказчика. Предлагает технические решения по размещению оборудования с учетом специфических условий Заказчика, подбору современных футеровочных материалов.

Качество  индукционных плавильных установок подтверждено Декларацией о соответствии и Разрешением на применение технических устройств Федеральной Службы по Экологическому, Технологическому и Атомному Надзору.

    

В индукционной тигельной печи объëмом 0,25 тонны по алюминию предполагается проведение технологического процесса плавки алюминия и некоторых алюминиевых сплавов с последующим их рафинированием (дегазации) в вакууме. Оборудование позволит получать высококачественные отливки из алюминия, обладающие как высокой степенью чистоты, так и значительной механической прочностью.

Алюминий как металл с высокой химической активностью в наибольшей степени реагирует с воздухом, газами печной атмосферы, футеровкой печи и т.д. Алюминий в процессе плавки в печах открытого типа реагирует с тремя группами газов:

простыми двухатомными: H2, N2, О2;

газы-окислы: SO2, CO2, H2O и т.д.

другие сложные газы:  СnHn, NH3 и другие

Наиболее часто встречаются газы первой группы, водяные пары и угольный ангидрид из третьей группы. Газы с расплавом образуют химические соединения (нередко приводящие к образованию неметаллических включений) или растворы. В процессе кристаллизации расплава с большим объемным содержанием газа на границы раздела фаз возникает газовый «зародыш», удерживаемый на этой границе за счет собственного поверхностного натяжения, и, растущий за счет диффундирующих в него газов. В определëнный момент пузырек начинает всплывать и, в случае если он не успевает всплыть на поверхность, в отливке образуется газовая пористость. Пузырьки образуются обычно на границах зерен металла, что дополнительно снижает прочность отливки.

Существует три процесса в результате которых происходит насыщение металла газом:

-адсорбция– образование на границе твердое тело(жидкость) – газ тонкого слоя, насыщенного газом. Молекулы газа удерживаются за счет межатомного взаимодействия, т.о. при температурах выше нормальных эффект адсорбции сводится к нулю;

-диффузия– происходит на атомарном уровне только в определенных системах металл-газ как следствие хемосорбции, т.е. предполагает некое «сродство» между металлом и газом.

-абсорбция(растворение) – процесс, при котором газы, попавшие в объем металла по средством диффузии образуют с металлом химические соединения, суспензии или твердые растворы.

Так или иначе загрязнения расплава и, как следствие, образования газовых включений избежать не удаëтся. Для очищения расплава разработан ряд принципиально различных методов.

К группе адсорбционных методов относят рафинирование инертным газом (аргон, азот) и химически активным газом (хлор), хлористыми и фтористыми солями и флюсами на их основе.

К группе неадсорбционных методов относят ультразвуковое рафинирование и рафинирование (дегазация) в вакууме.

Метод рафинирования (дегазации) в вакууме основан на принципе снижения давления, оказываемого на газ, растворенный в металле. Растворимость газа в расплаве выражается следующей формулой (здесь  формулы даны для демонстрации основных принципов и не являются расчетными):

где S – концентрация газа;

К – некий коэффициент;

P внеш. – давление газа над расплавом.

Снижение внешнего давления приводит к быстрому снижению концентрации газа в расплаве.

где P н2 - давление на водород в расплаве;

P мет - гидростатическое давление металла;

6 - поверхностное натяжение;

r – радиус пузырька водорода.

Неметаллические включения при этом либо увлекаются пузырьками газа, либо выпадают в осадок. Вакуумирование (дегазацию) можно осуществлять как в специальных камерах, так и непосредственно в печи с применением вакуумной крышки. Вакуумирование (дегазация) расплава может производиться после расплавления металла в окислительной (не в вакууме) атмосфере. После этого в печи с крышкой оборудованной газоотсосом создаëтся вакуум глубиной до 0,5 мбар. Процесс вакуумирования проходит в течение 10-20 минут. В течение этого времени индуктор закачивает в загрузку мощность, необходимую для компенсации тепловых потерь и электромагнитного перемешивания металла. 

Откачка воздуха из печного пространства в процессе вакуумного рафинирования производится системой вакуумирования посредством соединения выходного штуцера крышки с системой рукавом диаметром 50мм.

Для обеспечения вакуума в камере на уровне 1÷100 мбар используется вакуумная станция производительностью порядка 300 м3/ч.

В течение 15÷20 минут происходит выделение растворенного газа, главным образом водорода,  вследствие превышения его парциального давления над давлением созданной атмосферы и гидростатического давления из расплава и его удаление. При этом происходит фильтрация расплава от различных примесей.

Образцы сплава алюминия

 Проба алюминия
 Слева - плавка алюминия в открытой атмосфере
 (небольшие пузырьки газов равномерно распределены по всему объему расплава).
 Справа - плавка алюминия с последующей дегазацией (вакуумированием)
 5 минут (пузырьки газов объединились в большие пузыри).

 Проба алюминия
 Сверху - плавка алюминия с последующей дегазацией (вакуумированием)
 10 минут (пузырьки газов практически отсутствуют).
 Снизу - плавка алюминия с последующей дегазацией (вакуумированием)
 15 минут (пузырьки газов полностью отсутствуют).
  

Видео