Вакуумная печь является незаменимым устройством во многих видах отраслей промышленности. Данную технику применяют в металлургической промышленности, атомной промышленности и в косметологии. Основным преимуществом использования вакуумной печи – это достижение желаемого уровня качества металла и его сплавов, а также достижение высокого уровня стерилизации при проведении различных исследований.
При изготовлении различных металлических детали или конструкций, которые проходят через вакуумную печь, достигают наивысшей степени прочности и надежности.
Содержание:
- Вакуумная печь: устройство
- Вакуумные дуговые печи
- Индукционная вакуумная печь
- Водородные печи
- Вакуумная лабораторная печь
- Печи вакуумные плавильные
- Вакуумные печи промышленные
- Термообработка в вакуумных печах
Вакуумная печь: устройство
В зависимости от назначения и типа вакуумной печи, они имеют свои различия в устройстве. Но в одно и то же время они все имеют схожие элементы. Для создания вакуума необходимо в составе такого оборудования иметь герметичный сосуд. Для решения подобной задачи используются вакуумные камеры цилиндрической или прямоугольной формы. Для лучшей термической обработки используют цилиндрическую форму вакуумной камеры.
Вакуумная печь: устройство
Вторым составляющим элементом любой вакуумной печи является вакуумный насос. В данных установках могут применяться водокольцевые и пластинчато-роторные насосы. Все вакуумные печи проходят аттестацию на предмет безопасности и соответствующим тепловым характеристикам.
Вакуумные дуговые печи
Вакуумные дуговые печи приобрели широкое применение для переплава жаропрочных сплавов и металлов. Плавление происходит за счет протекания электрической дуги между электродами и металла. Во время процесса плавления происходит расход электрода, который в последствии заменяется на новый. В процессе обработки металла исключена возможность загрязнения металла газами и другими шлаковыми отложениями.
Вакуумные дуговые печи
Так как поддержания стабильной электрической дуги при переменном токе в вакууме невозможно, используется электрическая дуга постоянного тока. В зависимости от обрабатываемого металла или сплава используют электрическую дугу различных температур. Длина дуги варьируется от 20 до 50 миллиметров. Этот диапазон длины дуги позволяет безопасно проводить манипуляции с металлом. В противном случае дуга может повредить стенку охладителя, что приведет к взрыву печи.
За счет больших температур в электрической дуге, электрод нагревается и происходит его плавление. Капли расплавленного метала, пройдя через зону электрической дуги, попадают в охладительную камеру и застывают в специальной форме типа слиток.
Электрод представляет собой металлический стержень из металла, который необходимо обработать. Данный стержень имеет круглую форму и изготовлен отливкой либо способом прессования и спекания порошков. Данный электрод помещают в рабочую камеру, прикрепив к токоведущему штоку. Как и камера, так и шток имеет свою систему охлаждения. Управление штока осуществляется при помощи гидравлического или электромеханического привода. Для создания вакуума внутри печи, имеется патрубок, который поддерживает определенное значение вакуума. При помощи отверстий с прочными стеклами оператор может наблюдать за процессом плавления электрода. Для защиты от возможного повреждения системы охлаждения, предусмотрены клапаны для опорожнения увеличенного давления внутри печи.
Индукционная вакуумная печь
Широкое применение индукционные вакуумные печи нашли для плавления металлов высокого плавления, а также варки стекла высшего сорта и получения монокристаллов. Данные печи по конструкции состоят из герметичного кожуха и вакуумного оборудования.
Индукционная вакуумная печь
По типу действия различают два типа печей:
- Периодического действия
- Полунепрерывного действия
Основным отличием от данных печей заключается в процессе загрузки и разгрузки. В печах периодического действия загрузка печи происходит при открытой разряженной печи. В полунепрерывных печах загрузка и разгрузка происходит в закрытой камере без потери вакуума. Данный тип загрузки позволяет получить металл или сплав высокого качества, из-за отсутствия газов в камере плавления.
В состав оборудования индукционных печей входит индуктор, который находится внутри печи. В некоторых печах индуктор выносят за пределы печи. В таком случае конструкция камеры должна быть прозрачной для протекания индукционного поля. В качестве данного прозрачного промежутка выступает газонепроницаемая трубка, изготовленная из кварца. Применение таких печей не целесообразно из-за малого коэффициента полезного действия. Это связано с огромным пустым пространством между индуктором и садкой. Но к достоинствам данного вида печей можно отнести уменьшение объема самой печи. Это в свою очередь ведет к удешевлению и уменьшению общей массы печи.
Индукционная вакуумная печь представлена в двухкамерном исполнении. Одна с камер представляет собой плавильную камеру с поворачивающим тиглем и неподвижной камерой для разлива расплавленного металла по формам. Расплавленный металл может разливаться непосредственно в форму либо по футерованному желобу через поворотное уплотнение.
Индукционные вакуумные печи полунепрерывного действия имеют герметичные шлюзовые затворы. В особенных случаях они дополнительно снабжаются устройствами для нагрева форм до температур в пределах от 500 до 900 градусов с последующим удалением газов. Данные печи рассчитаны на работу в сетях до 400 вольт. Это позволяет безопасно использовать данные печи по назначению.
Водородные печи
Водородные печи востребованы практически во всех отраслях промышленности. В основном данная печь применяется в обработке различных материалов в водородной среде. Это дает несколько преимуществ, особенно в обработке металлов. Благодаря водородной печи имеется возможность обработки готовых металлических изделий.
Водородные печи
Существуют следующие виды водородных печей:
- Водородные печи с рабочим муфельном пространством. Муфель представляет собой емкость с различным объемом. Имен в этих емкостях и происходит обработка материалов с максимальной рабочей температурой в 1300 градусов по Цельсию. Материал изготовления муфелей состоит из жаропрочных материалов. К рабочему пространству подключается два насоса, один создает разрежение в камере, второй создает необходимый вакуум внутри печи.
- Самым практичным видом водородной печи является колпаковый. Он состоит из станины с рабочей арматурой, на которой установлен колпак. Колпак служит для создания нужной температуры, а насосы обеспечивают нужное значение вакуума.
Вакуумная лабораторная печь
Данные вакуумные печи предназначены для обработки термического характера различным металлических и керамических материалов. При помощи термической обработки изменяются в сторону улучшения механические свойства материалов. Помимо термической обработки имеется возможность дегазации материалов.
Вакуумная лабораторная печь
Установка имеет цилиндрическую форму, изготовлена из нержавеющей стали. Габаритные размеры зависят от обрабатываемых материалов. Минимальным наружным диаметром является 440 миллиметров и общей длиной от 500 миллиметров. В качестве охладителя является проточная вода. Для печей, которые предназначены для обработки керамических изделий, в качестве нагревателя выступает фехраль. В зависимости от времени воздействия диапазон рабочих температур составляет от 800 до 1000 градусов.
Печи вакуумные плавильные
Современная промышленность не может сосуществовать без технологического вакуумного оборудования. Основным направлением в использовании вакуумного оборудования является металлургическая промышленность. Плавильные печи созданы для переплавки или изготовления металлов и сплавов различной категории надежности и особенных характеристик. Если вести речь о вакуумных плавильных печах, то здесь в качестве преимуществ можно отметить качественную обработку материалов, быстрый и равномерный нагрев при термической обработке металлов, а также исключена возможность зашлакованности металла.
Печи вакуумные плавильные
Существуют две разновидности таких вакуумных печей, индукционные вакуумные печи и вакуумные печи. Основным отличием данных печей заключается в способе нагрева. В индукционных печах нагрев производится за счет индукции. За счет этого такие печи являются более эффективными и производительнее.
Вакуумные печи промышленные
Вакуумные печи промышленные
При помощи промышленных вакуумных печей производится следующие виды термообработки:
- Отжиг;
- Изготовление порошкового металла;
- Закалка металла при помощи газов;
- Цементация и нитроцементация металла;
- Дегазация металла при литье.
Основными преимуществами обработки материалов в вакууме являются:
- Исключение изменения обрабатываемых заготовок;
- Увеличение качества термообработки с возможность повтора обработки;
- Увеличение механических свойств металла и других материалов;
- Получение готового продукта без дополнительной обработки на других станках.
Основным элементом вакуумной печи является камера нагрева, в которой в процессе работы создается вакуум. К данному сосуду предъявляются особое внимание. Данный сосуд должен быть прочным, а также выдерживать экстремально высокие температуры, без повреждений и изменения в размерности. В нутрии камеры поддерживается вакуум с рабочей температурой до 2500 градусов.
Данные печи нашли свое применение в металлургической промышленности, машиностроении, авиационном производстве и во многих других сферах жизнедеятельности человека.
Термообработка в вакуумных печах
В настоящее время большинство машиностроительных и металлообрабатывающих предприятий используют устаревший вид обработки материалов. Он заключается в закалке металла в окислительной либо защищенной среде с последующим охлаждением в воде, либо масле. Как итог на выходе мы получаем материал не самого высокого класса прочности и качества. Коробление таких материалов составляет до 0,2 миллиметров. Такие материалы или изделия следует отправлять на доработку, что обусловлено дополнительными затратами на их доработку.
Термообработка в вакуумных печах
С развитием технологий люди изобрели такой нагрев и закалку изделий, при которых можно избежать данных негативных последствий. Этого можно достичь при помощи вакуумной термической обработки. Данный вид обработки может производиться как вакууме, так и при наличии инертных газов, улучшающих показатели материала.
При обработке материала в вакууме, происходит равномерный нагрев материала без образования окислов и других негативных последствий на поверхности металла. Так же при помощи таких печей можно добиться полного удаления влаги с поверхности металла. В данном случае заготовку пропускают через нагревательную камеру предварительной подготовки и обжигают под температурой в 600 градусов.
При помощи вакуумной печи происходит нагрев излучением тепла. Но для того, чтобы обогрев произошел в вакуумной среде, данное излучение должно стать видимым. Тепловое излучение становится видимым при температуре от 600 градусов. Если в технологической линии, требуется нагрев материала более низкими температурами, тогда данную печь заполняют инертным газом, например азот. В случае использования азота время нагрева сокращается на половину, чем нагрев в полном вакууме.
Заполнение камеры плавления инертным газом позволяет более качественно прогревать металлические изделия, что в свою очередь снижает уровень напряжений при термической обработки, что служит основными причинами коробления поверхности металла. Тем более что данный вид нагрева позволяет увеличить объемы производства, что в дальнейшем положительно скажется на объемах выпуска продукции.