Numerical modelling of cold crucible induction melting (ccim)

Resum

Esta tesis trata sobre el desarrollo de un modelo numérico del cold crucible induction melting (CCIM)y la fabricación mediante este proceso de componentes de alto valor añadido de titanio y sus aleaciones. El titanio y sus aleaciones se han convertido en un metal muy atractivo para numerosas aplicaciones: prótesis médicas, industria aeroespacial, industria de automoción, generación de energía, deporte e ingeniería marina. La razón radica en sus propiedades atractivas, tales como excelente biocompatibilidad, alta resistencia específica, excelente resistencia a la corrosión, excelente resistencia a la fluencia a alta temperatura y buena resistencia a la fractura. Sin embargo, la aplicación de titanio es a menudo limitada por su coste relativamente alto. Los procesos de fundición conducen a productos de menores costes. Sin embargo, es difícil fundir estas aleaciones por técnicas de moldeo convencionales, debido a la reactividad de titanio a altas temperaturas, que reacciona con el crisol y molde. El proceso CCIM es actualmente el medio más eficaz de la fusión de estas aleaciones. El CCIM es un proceso innovador en la que la fusión y colada del material se realiza bajo vacío o dentro de una atmósfera protectora y donde se utiliza un crisol refrigerado segmentado de cobre en vez de los habituales crisoles cerámicos para evitar cualquier tipo de reacción entre la carga y el crisol. El campo magnético generado por una bobina externa penetra a través de las ranuras de la placa y genera corrientes inducidas en la carga, la cual son los responsables de la fusión debido al calentamiento Joule. Los inconvenientes de este proceso son la baja eficiencia debido al gran porcentaje de calor que se elimina por el sistema de refrigeración y el pequeño recalentamiento de la masa fundida, lo que puede causar problemas de solidificación. En esta tesis, hemos seleccionado el proceso CCIM para fundir y emitir las aleaciones de titanio. El objetivo de esta tesis consiste en aumentar el conocimiento científico sobre el proceso CCIM en régimen tanto de una numérica y un enfoque experimental. La parte principal de la tesis se centra en el desarrollo de una modelización numérica de CCIM para optimizar de los principales parámetros del proceso. La tarea de optimizar sobrecalentamiento derretimiento se enfrenta al reto de encontrar la combinación óptima de la altura del crisol a diámetro, número de espiras del inductor y la sección de crisol, intensidad de corriente y frecuencia. Variación de cualquiera de los factores mencionados después influye en la forma del menisco en estado fundido y, como resultado, el patrón y el balance de energía de flujo. La segunda parte trata de la puesta en marcha de una instalación de CCIM y las fabricaciones de componentes de titanio. Como resultado de este trabajo se han logrado algunos objetivos, siendo los más importantes: a) Desarrollo de modelos numéricos de CCIM. b) Puesta a punto de una instalación CCIM. c) Fundición de piezas de titanio.