VIM - fusione a induzione sottovuoto

Il processo di fusione a induzione sottovuoto (VIM)

Il processo di fusione a induzione sottovuoto (VIM), inizialmente adottato per soddisfare le esigenze metallurgiche di industrie specializzate, si sta rivelando sempre più determinante nella produzione di materiali ad alte prestazioni in numerose applicazioni industriali. Le leghe ottenute attraverso il processo VIM sono utilizzate per supplire a necessità metallurgiche particolarmente severe, come nel caso di superleghe a base nichel per applicazioni in alta temperatura, acciai inossidabili per applicazioni nucleari, leghe a base di cobalto per applicazioni in campo medico, leghe a base di rame di elevata purezza e leghe magnetiche purissime ad alta permeabilità.

Il processo VIM comporta la fusione di metalli ottenuta per mezzo di un campo elettromagnetico a induzione applicato in condizioni di vuoto. La fusione ha luogo in un forno, costituito da un rivestimento refrattario o un crogiolo, collocato all’interno di una bobina a induzione raffreddata ad acqua. Il gruppo forno è integralmente racchiuso in un’apposita camera in acciaio, raffreddata ad acqua, ove una serie di pompe provvedono a creare le opportune condizioni di vuoto affinché il materiale in carica possa essere fuso, affinato e colato sottovuoto o in atmosfera di gas inerte.

Questo processo permette l’affinazione di metalli e di leghe che contengono elementi con notevole affinità a certi gas, come l’ossigeno. I processi di reazione chimica, di dissociazione e di flottazione degli elementi agiscono rimuovendo le impurità dissolte e legate chimicamente. L’analisi della lega può essere accuratamente calibrata, ottenendo così un prodotto finale pulito e omogeneo.

Forni VIM di piccola capacità

Consarc ha sviluppato una serie di forni VIM con capacità compresa tra 2 e 100 kg (acciaio) per la produzione di piccole serie o per applicazioni nel campo della ricerca. Sono disponibili impianti standard, ma Consarc coglie volentieri l’opportunità di progettare un forno che possa adattarsi alle specifiche esigenze ed alla singola applicazione di un cliente.

Progettualmente, Consarc ha previsto che la camera sottovuoto sia raffreddata ad acqua, assicurando così un accesso ottimale per il caricamento e la manutenzione in adeguate condizioni di temperatura, lavorando a lotti. La camera alloggia i sistemi ausiliari standard e anche quelli opzionali forniti da CONSARC per garantire la massima flessibilità operativa e semplicità d’uso.

Tra i sistemi e le funzionalità a richiesta vi sono:

preparazione della carica e aggiunta di alliganti
prelevamento campione
termocoppia a immersione
tavola/carrello per la forma, per la colata di getti multipli in un singolo ciclo
colata centrifuga
portelli di ispezione visiva in cristallo
sistema di pompaggio per alto vuoto
pirometro ottico
sistema di rottura di eventuali ponti

Configurazioni - apertura laterale o superiore

In base all’applicazione richiesta ed allo spazio disponibile, possono essere forniti forni orizzontali con portello di accesso frontale, oppure forni con camera verticale e coperchio con apertura dall’alto.

Per produzione a lotti o semicontinua

Il criterio di tipo modulare adottato da Consarc consente a questa serie di forni VIM di essere convertiti in sistemi VIM per produzione semicontinua o per colata di precisione, ricorrendo successivamente all’aggiunta di una camera per lo stampo.

Forni VIM di grande capacità

Consarc ha progettato e costruito oltre la metà dei sistemi per fusione a induzione sottovuto di grande capacità nel mondo (3 tonnellate o più). Consarc segue la tradizione della consorella Inductotherm, azienda leader nella tecnologia dei forni a induzione, affrontando sfide eccezionali e con un approccio creativo alla soluzione dei problemi. Progettando sistemi VIM di elevata efficienza in grado di soddisfare le necessità uniche di ciascun Cliente, e superandone le aspettative, Consarc ha raggiunto un record impressionante.

Configurazioni - per produzione a lotti o semicontinua

I tecnici Consarc possono progettare e costruire un sistema conforme al Vostro processo, alla lega di Vostro interesse, alle specifiche e alla produzione annua da Voi richieste. Può essere previsto un sistema multicamera per alti volumi e produzione semicontinua, oppure, a fronte di esigenze più contenute, una soluzione economicamente equilibrata che prevede un sistema a camera singola per produzione carica per carica.

Applicazioni

I forni VIM della Consarc sono utilizzati principalmente per la produzione di lingotti di grandi dimensioni (elettrodi) per successiva rifusione e piccole barre tonde (in leghe madri) per la colata di precisione.

Affidabilità

Tutti i forni VIM della Consarc sono efficienti, di semplice utilizzo e progettati per un funzionamento affidabile e compatibile con la massima resa produttiva. Si tratta di unità robuste e affidabili, concepite per durare a lungo anche nel più difficile ambiente industriale.

Manutenzione, pulizia e produttività

I forni a induzione sottovuoto della Consarc sono specificatamente progettati per il severo ambiente che il processo VIM implica. Uno degli aspetti essenziali di questo processo, infatti, comporta la volatilizzazione di gas dissolti e di contaminanti nocivi con tracce metalliche. Pertanto, durante il processo di affinazione si creano vapori metallici che generano polveri e quindi una condizione ambientale pericolosa all’interno della camera.

La Consarc assicura che il forno VIM e la relativa camera sono adeguatamente dimensionati e progettati per funzionare in tali condizioni ambientali e che il forno può essere impiegato per molti cicli fusori consecutivi, senza necessità di procedere ad una pulizia generale tra una fusione e l’altra. Questa semplice filosofia progettuale consente ai forni VIM di offrire la massima produttività operativa possibile. Anche quando l’intervento di pulizia si rende necessario, la camera e le piattaforme circostanti sono realizzate in modo da rendere l’operazione semplice e sicura per gli addetti, adeguatamente equipaggiati.

Concezione del sistema per il vuoto

I sistemi di pompaggio per ottenere il vuoto sono progettati per assicurare solide prestazioni, idonee a soddisfare le esigenze del processo individuale. Tali sistemi di pompaggio prevedono l’impiego di pompe rotative sigillate in olio, pompe a secco, soffianti a lobi, moltiplicatori di pressione ad olio o pompe a diffusione di olio, in base a quanto richiesto dalla specifica installazione. Nei sistemi di maggiori dimensioni, possono essere applicati anche eiettori di vapore.

Sistemi di movimentazione e caricamento del materiale

I nostri forni fusori a induzione sottovuoto offrono una varietà di sistemi per la movimentazione ed il caricamento dei materiali (caricatori verticali a tramoggia e caricatori vibranti orizzontali per caricamento laterale), il prelievo dei campioni, il rovesciamento, il movimento dello stampo, lo spostamento del tundish di colata e la sostituzione rapida delle unità fusorie a induzione con il relativo rivestimento refrattario.

Unità di potenza a induzione

L’energia necessaria alla fusione è fornita da una unità di potenza a induzione statica della Inductotherm. L’alimentazione è prelevata attraverso la camera sottovuoto e raggiunge la bobina del forno fusorio per mezzo di un passaggio sigillato sottovuoto, oppure attraverso uno speciale gruppo di collegamento. Può essere fornito un gruppo di collegamento speciale ad innesto rapido che permette ai gruppi forno/bobina di essere velocemente sostituiti anche "a caldo", riducendo così i tempi morti e incrementando la produttività.

Valvole di isolamento sottovuoto

Consarc progetta e fabbrica anche una propria serie di valvole di isolamento raffreddate ad acqua per supplire alle esigenze delle unità di maggiori dimensioni.

Inserimento di tundish riscaldato

Nella maggior parte dei sistemi di grande capacità viene fornita l’applicazione di un tundish riscaldato. Questo processo consente l’inserimento di un tundish riscaldato senza interferire con la condizione di vuoto all’interno della camera di fusione, migliorando così la qualità del prodotto. Il tundish è costituito da un canale in materiale ceramico preformato che incorpora una serie di paratie, di pareti e di elementi di filtraggio, con un ugello di colata terminale. Quando il metallo viene colato attraverso il tundish, la scoria e le potenziali inclusioni vengono filtrate, assicurando che un flusso di metallo pulito raggiunga l’ugello per una colata scorrevole all’interno degli stampi.

Controlli

I forni a induzione sottovuoto includono i più recenti controlli PLC e PC/SCADA per monitorare con precisione e gestire il processo fusorio. Tali sistemi dispongono inoltre di un’estesa capacità di acquisizione dei dati parametrici relativi al processo fusorio.