книги из ГПНТБ / Александрова А.Т. Оборудование электровакуумного производства учеб. пособие

фрамового порошка, накаливаемые пропусканием тока низкого на­ пряжения. Поскольку в указанных прессованных трубах могут быть поры именно малого диаметра, через них устанавливаются два на­

впечи не может быть устранено явление термодиффузии, поскольку

вданном случае основными факторами являются размер пор ма­ териала и парциальные давления компонентов.

Таким образом, к камерам водородных печей должны предъяв­ ляться требования по герметичности, аналогичные требованиям, предъявляемым к вакуумным печам. Явление бароэффекта состоит во взаимной диффузии газовых молекул даже в направлении из

Ди/^дзузионныислоиі .

о-»-

Он»-

рг

Рис. 6-2. Эпюра скоростей элементарных газовых потоков через отверстие и схема диффузии газа в пристеночном слое.

ПО

сосуда с более низким давлением в сосуд с более высоким давле­ нием. Возможность возникновения этого явления объясняется схе­ мой, изображенной на рис. 6-2 и иллюстрирующей эпюру скоростей элементарных газовых потоков через отверстие, соединяющее объ­ емы с давлением Рі и Р2 при условии Р \> Р 2.

В соответствии с теорией сплошных сред скорость газовых по­ токов слева направо максимальна в центре отверстия и близка к нулю в слоях, прилегающих к стенке отверстия. В этом слое мо­ жет иметь место равновероятное перемещение газовых молекул вследствие диффузии в обеих направлениях, в том числе из объема с давлением Р2 в объем с давлением Рі.

Диффузия, обусловленная бароэффектом, выдвигает требование герметичности всех коммуникаций, подающих к печам очищенный водород. Аэродинамические эффекты, наблюдаемые в водородных печах, состоят в перемешивании водорода и воздуха у выхода из холодильников. Происходит это в результате значительной разницы плотности воздуха и водорода. Известно, что при атмосферном давлении и О°С плотность водорода равна 0,09 г/л, а сухого воз­ духа — 1,29 г/л.

При открывании дверцы печи в момент выгрузки изделий воз­ дух как бы «оттесняет» потоки водорода, проникая в глубь холо­ дильника (рис. 6-3) и образует в нем завихрения. Если при этом изделие находится близко к выходу и масса его не остыла, может произойти окисление. Для уменьшения влияния аэродинамических

это допускается технологическим процессом. Исключить влияние аэродинамических эффектов можно за счет конструктивных средств.

На рис. 6-4 приведены схемы защитных устройств с примене­ нием азота, который препятствует проникновению воздуха в печь. На схеме 6-4,а защитное устройство является кык бы продолжением канала печи и наклонено к горизонтальной оси последнего под уг­ лом 10°.

Рис. 6-3. Аэродинамический эффект в холодильниках горизонтальных

печей.

1П

5 — загрузочное устройство; 5 —дверца.

Таким образом, загрузочная дверца печи находится ниже уров­ ня рабочего пространства. Водород, поступающий из печи, целиком уходит в газоотводные каналы над камерами загрузки или разгруз­ ки и сгорает в специально предусмотренных трубках, так называе­ мых «свечах». На рис. 6-4,6 показано аналогичное устройство с го­ ризонтальным расположением оси защитного устройства. На рис. 6-4,в, г показаны схемы шлюзовых защитных устройств, при­ меняемых в водородных печах непрерывного действия.

6-4. Конструкции водородных печей

Водородные печи по конструктивным признакам мо­ гут быть классифицированы на две группы: печи -перио­ дического действия и печи непрерывного действия.

Печи периодического действия. Печи этого типа полу­ чили распространение главным образом в индивидуаль­ ном и мелкосерийном производстве, их применение це­ лесообразно тогда, когда режим термической обработки изделия весьма длителен и измеряется десятками и сот­ нями часов, например на операциях обезгаживающего отжига, спекания керамических изделий, термической обработки металлокерамических узлов и др.

К печам этого типа относятся колпаковые печи. Они применяются обычно для пайки, предварительного спе­ кания, отжига и других технологических процессов. На рис. 6-5 показана камера высокотемпературной водород-

112

■о

Рис. 6-5. Высокотемпературная водородная колпаковая печь.

ной печи, рассчитанной на получение рабочей темпера­ туры 2 000—2 500°С. Мощность, потребляемая печами подобного рода, достигает 100 кет и выше.

Печь смонтирована на стальной плите 1 и закрыта колпаком 2. Внутри колпака помещены нагреватель 3, токоподводящее устройство 4 и экраны 5. Основание 1 охлаждается водой, подаваемой по двум кольцевым ка­ налам. Между двойными стенками колпака также цир­ кулирует вода. В верхней части колпака находится за­ грузочное окно, закрытое крышкой, в которую вставлено стекло, позволяющее вести наблюдение за работой печи и контролировать температуру в ней с помощью оптиче­ ского пирометра. В боковой стенке имеется фланец со вставленной алюминиевой фольгой, служащей предохра­ нительным клапаном на случай воспламенения водоро­ да. Фланец охлаждается водой, подаваемой по змееви­ ку. Нагреватель изготовлен из вольфрамовых проволок диаметром 2 мм, концы которых залиты расплавленным никелем. Концы проволок нагревателя закреплены в башмаках. Для предохранения нагревателя от дефор­ мации во время их нагрева предусмотрены проволочные вольфрамовые ободки. Из-за значительного удлинения нагревателя во время его разогрева верхний башмак выполнен подвижным. Натяжение осуществляется гру­ зами с помощью тросов и роликов. Как нижний, так и верхний башмак сделаны из двух частей, стягиваемых пружинами и планками для обеспечивания надежного электрического контакта. Напряжение подается на ниж­ ний башмак через клеммовый зажим, надеваемый на цилиндрическую часть, на верхний — по двум стойкам и затем гибкой шиной (на рисунке не показана). Нижний и верхний башмаки и обе стойки охлаждаются проточ­

В электровакуумной промышленности для отжига, спе­ кания, восстановления окислов порошков вольфрама и молибдена, а также для ряда других операций получили распространение толкательные печи. Одна из конструк­ ций печей этого типа показана на рис. 6-6. Эта печь предназначена для отжига деталей в атмосфере водоро-

114

да при температуре 1 200°С. Отжигаемые детали поме­ щаются в лодочки и перемещаются вдоль печи, проходя последовательно нагрев и охлаждение.

Печь состоит из следующих основных узлов: камеры печи 1, загрузочной камеры 2 с подающим устройством 3, холодильника 4 и разгрузочного устройства 5. Кроме того, имеются маслонапорная станция 6, распределитель­ ное устройство 7 и пульт управления в виде отдельного шкафа (на рисунке не показан).

В корпусе печи прямоугольной формы (рис. 6-7) смонтирован керамический муфель с обмоткой из молиб­ деновой проволоки, являющейся нагревательным элемен­ том. Футеровка выполнена из огнеупорных материалов. Пространство между футеровкой и муфелем заполнено засыпкой из прокаленного глинозема. Продолжением канала муфеля служат, с одной стороны, канал загру­ зочной камеры, с другой — холодильник и канал раз­ грузочного устройства. Загрузочная камера и разгрузоч­ ное устройство в нижней части имеют шлюзовые каме­ ры. Загрузка и выгрузка лодочек с изделиями произво­ дится через боковые дверцы камер, имеющих уплотняю­ щие прокладки. При этом верхние части камер герме­ тически отделяются от нижних крышками загрузочного и разгрузочного столиков. Для обеспечения продувки камер опускание и подъем столиков загрузки и выгрузки сблокированы с подачей газа.

Работа печи производится следующим образом. От­ крыв дверцу загрузочной камеры, помещают лодочку на столик механизма загрузки. После этого дверцу за­ крывают, и полость камеры продувается газом. Далее столик с лодочкой поднимается с помощью гидравличе­

ского цилиндра. Про­

116

Рис. 6-8. Устройство для перемещения изделий в печах непрерывного действия.

ка присоединена фланцами к корпусу печи и к разгру­ зочной камере. После охлаждения лодочка поступает на столик разгрузочного устройства. Столик, связанный со штоком гидравлического цилиндра, опускается, позво­ ляя произвести выгрузку лодочки. Во избежание одно­ временного начала несовместимых операций в конструк­ ции предусмотрена блокировка с помощью конечных вы­ ключателей. Так, пуск толкателц возможен только в том случае, когда столы загрузки и выгрузки находятся в крайнем верхнем положении; опускание столов раз­ грузки и выгрузки возможно только при выдвинутом в крайнее положение толкателе.

Существуют аналогичные печи, в которых проталки­ вание лодочек производится не гидравлическим, а меха­ ническим приводом.

Принципиальная схема подающего устройства, при­ меняемого в печах толкательного типа, изображена на рис. 6-8.

Ходовой винт 2, вращающийся от привода 1, кине­ матика которого ясна из схемы, перемещает каретку 3.

117

118

Рис. 6-9. Водородная печь отжига проволоки.

гель защищается от 'Перегрева циркуляцией охлаждаю­ щей воды. По окончании цикла подачи каретка возвра­ щается вручную в исходное положение.

Представляет интерес водородная печь для отжига тонкой проволоки из тугоплавких металлов, приведенная на рис. 6-9. Особенностью этой печи является наличие муфеля из тонкостенной молибденовой трубки, которая, одновременно является нагревательным элементом. В разъемном корпусе 1 расположены три таких муфеля 2, внутри которых проходит отжигаемая проволока. Од­ ним из основных требований, предъявляемых к печи, является малая тепловая инерционность каждого муфе­ ля. Кроме того, для поддержания стабильного режима обработки должно быть исключено влияние температур­ ного режима одного муфеля на режим соседних му­ фелей.

С этой целью вокруг каждого муфеля предусмотрен змеевик 3 с охлаждающей водой.

Для уменьшения потерь лучистой энергии между зме­ евиками и муфелями установлены экраны 4. Муфели крепятся в контактах 5 и 6, второй из которых подви­ жен для компенсации теплового расширения муфеля.

Груз 7 передает на муфель осевое усилие, склады­ вающееся с усилием, возникающим при термическом рас­ ширении муфеля и не допускающим его прогиба при нагреве. Каждый муфель имеет независимое включение и регулировку температуры. Температурный диапазон печи '800—1700 °С выбирается в зависимости от диамет­ ра проволоки.

Водоохлаждаемые экраны 8 и 9 предназначены для снижения потерь лучистой энергии и одновременно пре­ дохраняют корпус печи от перегрева.

Холодильник 10 предназначен для охлаждения про­ волоки на выходе из печи.

Глава седьмая

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ И РЕГУЛИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА ТЕРМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

7-1. Средства измерения температуры

Простейшим и в то же время одним из наиболее распространен­ ных средств измерения температуры является ртутный стеклянный термометр, основанный иа различии коэффициентов теплового рас­ ширения ртути и стекла или кварца. Возможный диапазон измере-

119