วัสดุที่ใช้ในการหลอมเป็นต้นทุนผันแปรที่ใหญ่ที่สุดในการหลอมด้วยการเหนี่ยวนำ และเป็นตัวแปรที่ส่งผลโดยตรงต่ออัตราการหลอม การใช้พลังงาน และคุณภาพของโลหะ การจัดการโปรแกรมการเลือกวัสดุอย่างรอบคอบสามารถลดการใช้พลังงานลงได้ 10-15% และเพิ่มอัตราการหลอมได้ในปริมาณที่ใกล้เคียงกัน เมื่อเทียบกับการใช้เศษโลหะอะไรก็ได้ที่มีอยู่
MONTE INTELLIGENCE ให้คำแนะนำเกี่ยวกับวัสดุที่ใช้ในการหลอมเหล็กด้วยเตาเหนี่ยวนำ บทความนี้ครอบคลุมหลักการเลือก การเตรียม และการจัดการวัสดุสำหรับการหลอมเหล็กและเหล็กกล้าด้วยเตาเหนี่ยวนำ
วัสดุที่ใช้ในการหลอมด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้เป็นหลายประเภท ได้แก่ เศษเหล็กเหลือทิ้งจากโรงหล่อ (เช่น เศษเหล็กจากประตูหล่อ ท่อส่ง และเศษเหล็กหล่อจากกระบวนการผลิตของโรงหล่อเอง) เศษเหล็กที่ซื้อมา (จากผู้ค้าเศษเหล็ก ซึ่งโดยทั่วไปจะคัดแยกตามเกรด) เหล็กดิบ (เหล็กใหม่จากเตาหลอมแบบระเบิดหรือการรีดิวซ์โดยตรง) และสารเติมแต่งโลหะผสม (เช่น เฟอร์โรอัลลอย สารเพิ่มคาร์บอน และวัสดุอื่นๆ ที่เติมเพื่อปรับองค์ประกอบทางเคมี)
ส่วนผสมที่เหมาะสมที่สุดคือส่วนผสมที่ให้องค์ประกอบทางเคมีตามเป้าหมายโดยมีการแก้ไขน้อยที่สุด หลอมเหลวอย่างสม่ำเสมอโดยไม่เกิดการอุดตัน และมีต้นทุนต่ำที่สุดต่อตันของโลหะเหลว การบรรลุถึงอุดมคตินี้จำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างคุณสมบัติทางโลหะวิทยาและต้นทุนของส่วนประกอบแต่ละชนิดในส่วนผสม
การกระจายขนาดของวัสดุที่ใช้ในการหลอมมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพการหลอมในเตาเหนี่ยวนำ กลไกการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ—กระแสไหลวนที่เกิดจากสนามแม่เหล็กสลับ—แทรกซึมเข้าไปในวัสดุจนถึงระดับความลึกที่เรียกว่าความลึกอ้างอิง ซึ่งขึ้นอยู่กับความถี่และคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุ สำหรับเหล็กที่ความถี่ 1000 เฮิรตซ์ ความลึกอ้างอิงอยู่ที่ประมาณ 7 มิลลิเมตร ความร้อนเกิดขึ้นเป็นหลักภายในชั้นผิวนี้ จากนั้นความร้อนจะถูกนำไปยังส่วนภายใน
ชิ้นงานที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนขนาดใหญ่และแข็ง เช่น เหล็กเจาะรูขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 200 มม. จะร้อนเฉพาะบริเวณผิวหน้าภายในระยะ 7 มม. จนกระทั่งความร้อนนำไปยังใจกลาง ผิวหน้าอาจละลายในขณะที่ใจกลางยังเย็นอยู่ ทำให้เกิดการอุดตัน โดยชิ้นส่วนที่ละลายบางส่วนจะก่อตัวเป็นส่วนโค้งขวางเตาหลอมและปิดกั้นไม่ให้ชิ้นงานส่วนที่เหลือไหลลงไปหลอมละลาย ในทางกลับกัน ชิ้นงานที่มีขนาดหลากหลาย ตั้งแต่เศษเหล็กบดขนาด 10 มม. ไปจนถึงเศษเหล็กขนาดใหญ่ 150 มม. จะกระจายตัวในเตาหลอมได้สม่ำเสมอกว่าและหลอมละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากชิ้นส่วนขนาดเล็กจะเติมเต็มช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนขนาดใหญ่และเพิ่มอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรให้มากขึ้น
ความสะอาดของวัตถุดิบในการหลอมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อคุณภาพของโลหะและอายุการใช้งานของวัสดุบุเตาหลอม สนิม (เหล็กออกไซด์) จะเพิ่มปริมาณตะกรัน สิ้นเปลืองพลังงาน (การลด Fe2O3 ให้เป็น Fe ต้องใช้คาร์บอนและพลังงาน) และกัดกร่อนวัสดุบุเตาหลอมซิลิกา (FeO เป็นสารช่วยหลอมละลายสำหรับวัสดุทนไฟซิลิกา ทำให้ลดอายุการใช้งานของวัสดุบุเตาหลอม) น้ำมันและไขมันในวัตถุดิบจะทำให้เกิดควันระหว่างการหลอม ซึ่งเป็นปัญหาต่อสภาพแวดล้อมในโรงงานและการปล่อยมลพิษ และอาจทำให้ไฮโดรเจนเข้าไปในโลหะ ทำให้เกิดรูพรุนในชิ้นงานหล่อ ทรายและสิ่งสกปรกในวัตถุดิบจะเพิ่มปริมาณตะกรันโดยไม่ก่อให้เกิดโลหะที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
การอุ่นวัตถุดิบก่อนหลอมเป็นเทคนิคที่ใช้ในเตาหลอมเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ (มากกว่าประมาณ 5 ตัน) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ การอุ่นวัตถุดิบให้มีอุณหภูมิ 400-600°C ก่อนการหลอมจะช่วยขจัดความชื้น (ลดความเสี่ยงของการระเบิดจากไอน้ำหากวัตถุดิบเปียกสัมผัสกับโลหะหลอมเหลว) เผาไหม้น้ำมันและสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์ (ลดควันและการดูดซับไฮโดรเจน) และลดพลังงานไฟฟ้าที่จำเป็นในเตาหลอม (เครื่องอุ่นวัตถุดิบใช้ก๊าซธรรมชาติซึ่งมีราคาถูกกว่าไฟฟ้า) เครื่องอุ่นวัตถุดิบก่อนหลอมสามารถลดต้นทุนการหลอมโดยรวมได้ 5-10% ขึ้นอยู่กับราคาของก๊าซธรรมชาติและไฟฟ้า
ลำดับการบรรจุวัสดุมีผลต่ออัตราการหลอมและความปลอดภัย การบรรจุครั้งแรกในเตาหลอมที่เย็นควรเป็นชิ้นเล็กๆ ที่เรียงตัวกันได้ดีรอบผนังและช่วยให้เกิดการถ่ายเทความร้อนที่ดีกับขดลวด เพราะจะร้อนเร็วขึ้นและช่วยให้วัสดุบุภายในเตาหลอมมีอุณหภูมิสม่ำเสมอ เมื่อเกิดแอ่งโลหะหลอมเหลวแล้ว จึงค่อยใส่ชิ้นโลหะขนาดใหญ่ลงไป เพราะโลหะหลอมเหลวรอบๆ จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อน การบรรจุครั้งสุดท้ายควรเว้นระยะห่างจากผิวโลหะหลอมเหลวถึงด้านบนของเบ้าหลอมให้เพียงพอสำหรับการกวนและการเติมธาตุผสม
ปัญหาการอุดตันเป็นปัญหาการทำงานที่เตาหลอมเหนี่ยวนำทุกเครื่องเคยประสบมา ชิ้นส่วนของวัสดุที่บรรจุอยู่ภายในเตาหลอมจะอุดตันอยู่เหนือโลหะหลอมเหลว ทำให้วัสดุด้านบนไม่สามารถไหลลงไปด้านล่างได้ โลหะหลอมเหลวด้านล่างจะยังคงร้อนขึ้นและอาจร้อนจัดจนถึงอุณหภูมิที่ทำลายวัสดุทนไฟได้ การป้องกันปัญหาการอุดตันนี้ต้องอาศัยการเลือกขนาดของวัสดุที่บรรจุอย่างเหมาะสม (ไม่ควรมีชิ้นส่วนใดใหญ่กว่าประมาณหนึ่งในสามของเส้นผ่านศูนย์กลางเตาหลอม) การบรรจุอย่างระมัดระวัง (ไม่ควรวางชิ้นส่วนขนาดใหญ่ชิ้นเดียวลงไปโดยวางราบ) และการตรวจสอบอย่างเอาใจใส่ในระหว่างรอบการหลอม
สำหรับโรงหล่อที่หลอมโลหะผสมหลายชนิด การปนเปื้อนข้ามโลหะผสมถือเป็นความเสี่ยงด้านคุณภาพ เตาหลอมที่เพิ่งหลอมเหล็กดัด (ซึ่งมีแมกนีเซียม) แล้วนำเศษเหล็กหล่อสีเทา (ซึ่งไม่ควรมีแมกนีเซียม) มาหลอมต่อ อาจทำให้ชิ้นงานหล่อไม่ได้มาตรฐาน หากวัสดุบุผนังยังคงมีแมกนีเซียมตกค้างจากการหลอมครั้งก่อน วิธีแก้ปัญหาคือ การใช้เตาหลอมเฉพาะสำหรับโลหะผสมแต่ละชนิด หรือการทำความสะอาดเตาหลอมอย่างละเอียดระหว่างการเปลี่ยนโลหะผสม รวมถึงการขูดวัสดุบุผนังเพื่อกำจัดเศษโลหะและตะกรันที่เกาะติดอยู่
MONTE INTELLIGENCE ให้บริการให้คำปรึกษาเกี่ยวกับวัสดุที่ใช้ในการหลอมโลหะ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการเตาหลอมเหนี่ยวนำของเรา รวมถึงข้อกำหนดของเศษโลหะ การเพิ่มประสิทธิภาพส่วนผสมของวัสดุที่ใช้ และการบูรณาการเครื่องอุ่นก่อนการหลอม
หากต้องการคำแนะนำเกี่ยวกับวัสดุที่ใช้ในการหล่อสำหรับโรงหล่อของคุณ โปรดติดต่อ helenxu@cnlymonte.com
