Вакуумные печи широко применяются в цветной и черной металлургии. Сегодня все чаще, для значительного ускорения процесса, а та же получения качественного результата применяются вакуумные насосы. С их помощью из системы откачивается воздух, который, в ходе термообработки может окислять металл и делать его неоднородным. Выполнение нормализации, закалки, отжига и других процессов термообработки в вакууме значительно увеличивает качество проведения операции.
Навигация:
- Виды вакуумных печей
- Турбомолекулярный насос
- Криогенный насос
- Форвакуумный насос
- Насос Рутса
- Пластинчато-роторный насос вакуумный
- Кулачковый насос вакуумный
- Термическое оборудование
В качестве средства для создания вакуума в печи можно использовать следующие агрегаты:
- Пластинчато-вакуумный насос;
- Водокольцевой насос;
- Насос типа Рутс;
- Кулачковый вакуумный насос;
- Турбомолекулярный насос;
- Диффузионный насос.
При этом, для того, чтобы получить низкое давление в вакуумной печи можно использовать водокольцевой насос, поскольку он способен откачивать воздух, содержащий различные газы и примеси. Он переносит работу с газами высокой температуры и способствует их очистке. Его низкое применение связано с необходимостью постоянно добавлять в систему воду, а так низкой производительностью.
Выбор определенного типа насоса зависит:
- от материала, из которого изготовлен нагревательный элемент. Использование некоторых типов нагревателей недопустимо при высоких давлениях;
- от объема и величины камеры;
- от необходимого уровня вакуума;
- возможность попадания в систему углеводов, которые имеются в масляных вакуумных насосах.
Виды вакуумных печей
На сегодняшний день в черной и цветной металлургии применяют индукционную, дуговую и термическую печь. Данные печи имеют различный принцип работы, который влияет на выбор конкретных моделей вакуумных насосов.
В индукционных печах имеются элементы, которые производят внутренний нагрев металла с помощью электромагнитного поля. Электрический ток поступает в установку, затем преобразуется в электромагнитное поле, которое, за счет высокой мощности, приводит к расплавлению металлов различного типа.
Объект начинает быстро нагреваться за счет того, что энергия электрического тока в нем преобразовывается в тепловую энергию. Как правило, в печах используется именно вихревая энергия, поскольку является наиболее эффективной, позволяющей с высокой эффективностью плавить металлы с различными точками кипения.
Преимущества использования индукционной печи:
- быстрое нагревание объекта за счет использования электромагнитного поля;
- бесконтактный нагрев обеспечивает чистоту плавления;
- тепло выделяется только от объекта, что значительно упрощает создание камеры, которая не подвергается воздействию температуры.
В электродуговой или сталеплавильной печи имеется электрическая дуга, которая используется для получения теплового эффекта. Тепло, которое ей создается, способно справиться с самыми тугоплавкими металлами.
Преимущества использования дуговой печи:
- высокая скорость нагревания металла, которая позволяет вводить большой объем легирующих добавок;
- возможность работы в восстановительной атмосфере для проведения безокислительного плавления;
- низкое содержание оксидных соединений, которые не позволяют получать сплав высокого качества;
- возможность регулировать температуру выплавляемого металла.
Турбомолекулярный насос
Турбомолекулярный насос относится к установкам для создания высокого вакуума. Он применяется для напыления тонкого покрытия, производства полупроводников, датчиков утечки, является составным элементов климатических камер и используется в лабораторных исследованиях, для выполнения которых необходимо создавать высокое давление.
Установки данного типа отличаются тем, что могут работать чисто, не загрязняя откачиваемую среду. Это позволяет использовать в современных аналитических методах для газов, жидкостей и плазмы. Нередко применяется как составной элемент электронного микроскопа, для действия которого так же необходим глубокий вакуум.
Турбомолекулярный насос использоваться в процессах с участием агрессивных газов:
- травлении;
- распылении;
- ионной имплантации;
- литографии.
Криогенный насос
Криогенный насос является единственным, который для создания вакуума выполняет сорбцию или конденсацию газа на рабочую поверхность. Такой принцип работы делает установку необъемной. В ней нет механически двигающихся элементов. В отличие от других установок, создающих глубокий вакуум, крионасос имеет высокую производительность, которая позволяет за считанные секунды откачивать до 4000 литров газов.
Криогенный насос активно используется в системах, предназначенных для нанесения электронной и оптической пленки. Диапазон давлений, в котором установка работает, составляет 10-8 – 10-11 Торр.
Форвакуумный насос
Форвакуумный насос – это установка любого типа, которая необходима для того, чтобы выполнить предварительное разряжение. Установки способны создавать низкий и средний вакуум, который необходим высоковакуумным насосам для выполнения дальнейшего вакуумирования.
Эффективными средствами для создания предварительного разряжения являются следующие установки:
- пластинчато-роторный вакуумный насос;
- насос Рутса;
- кулачковый вакуумный насос.
Обычно, при выборе конкретной форвакуумной модели руководствуются возможностью высоковакуумного насоса. Это является одной из определяющих характеристик, поскольку установки способны начать выполнение вакууммирования с определенного уровня давления, которое должен обеспечить форвакуумный насос. Немаловажным условием для большинства установок является чистота откачивания газа, которую не могут обеспечить все установки.
Насос Рутса
Насос Рутса имеет пользуется популярностью благодаря тому, что имеет простую конструкцию, обеспечивает достаточно высокое быстродействие, не загрязняет откачиваемую среду, надежен и не требует больших денежных затрат на эксплуатацию.
В установках данного типа имеется как минимум две лопасти, которые с высокой степенью синхронизации вращаются в противоположные стороны, захватывая воздух или неагрессивную смесь с двух сторон и проталкивая сжимаемые газы к выходу. Установки не требуют постоянного технического обслуживания, способны к длительной бесперебойной работе.
Износостойкость насосов с принципом работы, который придумали братья Рутс, зависит от правильности расчетов конструкторов. Они должны размеры и форму лопастей так, чтобы при движении они не соприкасались, но, в то же время зазор между ними был минимальный. Насос Рутса можно использовать как форвакуумное оборудование, поскольку он способен создать низкий и средний вакуум за короткий срок, не загрязняя при этом систему.
Пластинчато-роторный насос вакуумный
Пластинчато-вакуумный тип насосов – самый распространённый в мире. Он обеспечивает достаточно высокое давление в системе, при этом показатель быстродействия насоса сохраняется на высоком уровне.
Пластинчато-роторный вакуумный насос состоит:
- из привода с валом. Как правило, производители используют для этого электродвигатель, который запитывается от сети.
- ротора, который находится в непосредственном зацеплении с валом и смещен от центральной оси;
- лопастей, которые двигаются в пазах, уменьшая объем пространства, в котором находится сжимаемые газы;
- корпуса или статора.
Пластинчато-роторные установки чаще всего используются вкупе с высоковакуумными диффузионными, турбомолекулярными установками при необходимости создать глубокий вакуум.
Кулачковый насос вакуумный
В кулачковом насосе основную работу выполняют кулачки, которые находятся в корпусе и выполняют движение в противоположном друг другу направлении. Фиксация кулачков осуществляется на валах, которые располагаются в непосредственной близости с синхронизатором. На них имеются зубчатые колеса, которые осуществляют передачу мощности.
Кулачковые насосы достаточно часто встречаются на промышленных предприятиях, поскольку имеют высокую производительность и могут осуществлять бесперебойную работу. Они применяются для перекачивания различных жидкостей, а так же не теряют своих характеристик при работе с твердыми частицами.
Благодаря своей производительности, они работают с жидкостями, имеющими различную вязкость, которая составляет 1 – 100 мПа. Некоторые кулачковые насосы предназначены для перекачки жидких пищевых продуктов, а так же косметических средств.
Установки данного типа отличаются тем, что перекачивают жидкость без скачков, что позволяет сохранять начальную их структуру. Непрерывный и плавный поток, который ими обеспечивается, может иметь повышенную вязкость. Поэтому она применяется фармацевтическими, косметическими, пищевыми и промышленными предприятиями.
Кулачковый насос имеет следующие преимущества:
- осуществляет гигиеничную перекачку;
- способен работать с продуктами, которые имеют твердую основу;
- подача равномерного потока;
- низкий уровень вибраций;
- прочная конструкция;
- простота в эксплуатации.
Термическое оборудование
К термическому оборудованию относятся камеры тепла/холода, печи термообработки, криогенные насосы и камеры. В этих установках используется действие различных температур для проведения операции. Для ускорения процессов в термическом оборудовании могут применяться вакуумные насосы, которые создают разряженное пространство.
