Вакуумные печи

      3.2.5. Ионно-геттерные и магнитные электроразрядные 
насосы. Эти насосы применяются для откачки сверхвысоко- 
вакуумных печей. Откачивающее действие ионно-геттерных 
насосов основано на свойстве слоя вещества (например, 
титана или бария), непрерывно напыляемого на внутрен 
ние поверхности насоса, поглощать большие количества 
таза.

      В ионно-геттерных насосах наряду с химической сорбцией газа геттером (поглощающим веществом) имеет место ионизация газа с последующим внедрением ускоренных ионов в поверхность распыленного геттера. Магнитоэлек-троразрядный насос — это ионно-геттерный насос, в котором для распыления геттера используется газовый разряд в магнитном поле.

      Главные достоинства насосов — отсутствие рабочей жидкости и необходимости постоянной откачки форвакуумным насосом, бесшумность и устойчивость работы при резком ухудшении вакуума. Недостатком магнитных электроразрядных насосов является небольшая скорость откачки инертных газов и значительная масса.

      256

 

      

      3.3. Вспомогательные элементы вакуумных систем 
 
 

      3.3.1. Клапаны и затворы. Вакуумный  клапан — это устройство, позволяющее регулировать или полностью прекращать поток газа в вакуумной системе. Вакуумный затвор— это клапан, позволяющий соединять и разобщать элементы вакуумной системы. Иногда вакуумные затворы выполняют технологические функции, обеспечивая перекрытие загрузочных и разгрузочных проемов электропечи.

      Клапаны и затворы могут иметь ручной или электрический привод.

      

      

      Диаметр проходного отверстия вакуумного трубопровода  обычно  определяется диаметром примыкающего к нему патрубка вакуумного насоса. В соответствии с этим условный   проход     (диаметр проходного сечения) клапанов лежит в пределах 25—80 мм, а затворов — 80—1200 мм.

      Вакуумные затворы технологического назначения чаще всего имеют проходное отверстие прямоугольной формы, площадь которого может равняться нескольким квадратным метрам.

      

      Рис. 3.9. Сильфонный вакуумный клапан

      В электропечестроении обычно применяются сильфон-ные вакуумные клапаны (рис. 3.9). Корпус клапана / — сварной или литой, отверстие в седле 2 клапана перекрывается диском 3 с уплотняющей прокладкой 4. Перемещение   диска производится

      винтовым  штоком 6. Для того чтобы воздух, натекающий внутрь клапана через резьбу штока, не мог попасть в перекрываемый клапаном объем, между диском и крышкой 7 вварен сильфон 5 (гофрированный патрубок с тонкими стенками), легко сжимающийся при открывании клапана и растягивающийся при закрывании.

      Конструкция вакуумного затвора  для откачных систем вакуумных печей показана на рис. 3.10. Заслонка 6 при помощи пружины 10 и серег 5 укреплена на каретке 7. Сама каретка рычагом 4 и промежуточным валиком 11, установленным в подшипниковом узле 3, связана с валом привода / и при его вращении перемещается поступательно 

      9   Зак. 226 

      257

 

      

      

      

      if    5     7    8    6     10     $

      . 

      Рис. ЗЛО. Вакуумный затвор карманного типа

      внутри  корпуса затвора 5. Манжетное уплотнение 2 валика исключает возможность попадания воздуха внутрь объема затвора. Прижим и уплотнение заслонки достигаются благодаря тому, что серьги (нормально находящиеся в наклонном положении) при прижиме к корпусу скрепленного с заслонкой упора 9 выпрямляются.

      Конструкция вакуумных технологических затворов с большими размерами проходных отверстий обычно индивидуальна. Часто эти затворы снабжаются водяным охлаждением или тепловой изоляцией, защищающими отдельные элементы затвора (заслонку, резиновые прокладки) от перегрева излучением из нагревательной камеры печи.

      Иногда  для исследовательских целей  или технологических процессов, связанных с необходимостью напуска в печь дозированных количеств рабочего газа (например, при ионном азотировании), применяются натекатели—вакуумные клапаны, обычно игольчатого типа, разрешающие очень тонко регулировать количество поступающего внутрь печи газа.

      3.3.2. Фильтры. Во многих конструкциях  электрических вакуумных печей имеются материалы, которые могут образовывать пыль. Во время откачки печи пыль, уносимая потоком газов, может попасть в механический насос и вывести его из строя. Для защиты механических вакуум-

      258

 

      

      

      

      ных насосов   от попадания   в  них пыли применяют фильтры.

      

      Рис. 3.11. Тканевый фильтр

      Наибольшее  распространение в откачных системах вакуумных печей получили тканевые фильтры (рис. 3.11). Они состоят из корпуса 5 с отъемным дном 6 и вваренными входным / и выходным 2 патрубками. Внутри корпуса помещен фильтрующий элемент, состоящий из остова 4, закрепленного в корпусе центрирующим стержнем 5 и обтянутого плотной фильтрующей тканью 3. Общая поверхность фильтрующей ткани во много раз превышает сечения входного и выходного отверстий и поэтому его сопротивление откачке невелико. Периодически фильтр разбирают и очищают фильтрующий элемент и стенки корпуса от пыли. Наличие фильтрующей ткани ограничивает температуру откачиваемых через фильтр газов (не выше 50 ^СС).

      3.3.3 Ловушки. При откачке печей  вакуумными механическими насосами с масляным уплотнением или паромас-ляными насосами в печь может поступать испаряющееся в насосах масло. Скорость миграции масла в зависимости от вида насоса и площади его впускного отверстия может составлять от нескольких миллиграммов до нескольких граммов в час. Попавшие в печь пары масла могут наугле-родить и тем самым испортить обрабатываемую загрузку. Кроме того, содержащиеся в откачиваемых из печи газах пары воды, попадая в масло, залитое в насосы, увлажняют его, ухудшая работу насосов.

      Для улавливания паров масла и  воды применяются ловушки. Наиболее соответствуют условиям работы в вакуумных печах адсорбционные и вымораживающие ловушки.

      Адсорбционные ловушки основаны на принципе поглощения определенными веществами — сорбентами — попадающих в ловушку паров масла и влаги. Ловушка представляет собой камеру с тремя последовательными отсеками, заполненными каждый своим сорбентом: активированным углем, обладающим большой адсорбционной емкостью по маслу, активной окисью алюминия и силика-гелем, поглощающими различные углеродсодержащие со- 

      259

 

      

        
 

      

      

 

      Рис. 3.12. Горизонтальная азотная ловушка

      единения  и пары воды. Конструкция ловушки  обеспечивает прохождение откачиваемых газов через сорбент и не позволяет газам пройти, минуя его. Ловушка значительно снижает быстроту откачки системы и, как правило, применяется на линиях форвакуумной откачки.

      Вымораживающие  ловушки основаны на принципе охлаждения и конденсации паров. Наибольшее распространение в электропечестроении для улавливания паров на линиях высоковакуумной откачки получили вымораживающие ловушки, охлаждаемые жидким азотом, и термоэлектрические.

      Азотная ловушка (рис. 3.12) состоит из корпуса  1, внутрь которого введен теплоотводящий стержень 3 (обычно медный), к одному концу которого припаяны отражательные щитки 2. Противоположный конец стержня опущен в сосуд Дьюара 4, заполненный жидким азотом, имеющим температуру —196 °С. Отражательные щитки смонтированы таким образом, что летящие по прямой молекулы газа не могут пройти через ловушку, не столкнувшись со щитками. Благодаря высокой теплопроводности стержня 3 температура отражательных щитков может достигать —170 °С. Столь низкая температура обеспечивает конденсацию паров масла и воды. Применение азотной ловушки уменьшает количество мигрирующего в печь масла в сотни тысяч раз Термоэлектрические ловушки представляют   собой   снаб-

      260

 

      

      3.4. Приборы для измерения давления и обнаружения течи

      3.4.1. Вакуумметры. Для измерения давления  в вакуумных печах применяются вакуумметры — деформационный (диапазон измеряемых давлений 10⁵—10³ Па); термоэлектрический (10²—1(Н Па); ионизационный (Ю-¹— Ю-⁶ Па).

      Деформационный  вакуумметр (рис. 3.19) основан на дефорлмации (свертывании) пружинящей запаянной трубки при понижении в ней давления. Трубка передаточным механизмом связана с указывающей стрелкой.

      Термоэлектрический  вакуумметр состоит из манометрического    преобразователя   (датчика)   и    измерительного 

      

      

                        

       Рис. 3.19. Деформационный вакуумметр

      -*■

      Рис. 3.20. Манометрический преобразователь термопарного вакуумметра

       блока. Вакуумметр основан на свойстве газа изменять теплопроводность при изменении давления. На рис. 3.20 показана схема устройства манометрического преобразователя термоэлектрического вакуумметра. Баллон /, штуцер которого 4 вводится в вакуумное пространство, сообщается с объемом, в котором измеряется давление. Через нить 2 пропускается электрический ток, нагревающий нить. Термопара 3 измеряет температуру нити. Чем выше измеряемое давление, тем температура нити ниже.

      В манометрическом преобразователе  ионизационного вакуумметра (рис. 3.21) осуществляется ионизация разреженного газа потоком электронов, испускаемым раскаленным катодом. Ионный ток, измеряемый измерительным блоком вакуумметра, зависит от давления в преобразователе.

      264

 

      

      каждой  части периода. Время откачки для всего периода определяют по формуле

      ,3-^lg   ^P'~^Po1 (3.36)

      <:■■<) Г,) _

      где / — число частей, на которое разбит период откачки; 5_Ог- — эффективная быстрота откачки в течение г-й части периода.

      Глава четвертая

      ВАКУУМНЫЕ ЭЛЕКТРОПЕЧИ (СОПРОТИВЛЕНИЯ, ДУГОВЫЕ, ПЛАЗМЕННЫЕ, ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ) И УСТАНОВКИ ИОННОГО НАГРЕВА

      ■'' 4.1. Вакуумные электропечи сопротивления

      4.1.1. Области применения и классификация.  Вакуумные электропечи сопротивления разрешают проводить нагрев металлов без их окисления, при этом исключается или делается минимальным взаимодействие металлов с остаточной газовой средой печи (науглероживание, обезуглероживание, азотирование, насыщение газами и т. п.). Высокие защитные свойства вакуума в сравнении с инертными газами видны из такого примера: воздух, заполняющий печь при давлении 10~² Па, соответствует инертной среде, содержащей 0,0008 % кислорода и имеющей точку росы —90 °С.

      Вакуумные электропечи сопротивления создаются  на широкий интервал температур — от 130 до 3000°С.

      Проведение  химико-термических процессов при сравнительно низких давлениях активной газовой среды и повышенной температуре обеспечивает ускорение протекания этих процессов. При высокой температуре и низком остаточном давлении окислы металлов испаряются или диссоциируют, благодаря чему после нагрева детали имеют чистую, блестящую поверхность.

      К числу недостатков вакуумных  электропечей следует отнести их сравнительно высокие стоимость, металлоемкость и трудоемкость в изготовлении. Для охлаждения конструктивных элементов вакуумных печей требуется значительный расход воды.

      Вакуумные электропечи сопротивления нашли  применение для отжига, закалки, спекания изделий из порошков