книги из ГПНТБ / Линчевский Б.В. Применение вакуума в производстве стали

Таблица 10 Характеристика отечественных бустерных насосов

На рис. 21 приведены номограммы для расчета скорости от качки и диаметра вакуум-проводов.

Для того чтобы определить скорость откачки по номограмме I нужно знать объем системы, конечное давление и время откач­ ки. Например, если объем системы составляет 10,0 м3 (шкала Л), а требуемое разрежение 0,1 мм (шкала В), то, соединяя со­ ответствующие значения на шкалах А и В прямой линией и про­ водя из точки пересечения прямой (а) с линией Б прямую (61 через шкалу Г (время откачки в нашем примере 10 мин.), полу­ чаем на шкале В решение (в нашем примере 10,0 м3/мин).

Для определения диаметра вакуум-провода нужно знать дав­ ление, скорость откачки и длину вакуумной линии (рис. 21, II). Если давление составляет 0,15 мм рт. ст., а скорость откачки 1,0 м31мин, то, соединяя эти значения на шкале А и Г прямой линией, получаем точку пересечения с вспомогательной линией В. Далее, соединяя точку О прямой линией со значением длины ва­ куум-провода, отложенным на шкале Д, и продолжая прямую, за точку О до пересечения со шкалой Б, получаем искомое ре-

40

шение, т. е. диаметр вакуум-провода в дюймах. В нашем приме­ ре диаметр вакуум-провода должен быть не менее 1,5 дюй­ мов.

Рис. 21. Номограммы для расчета быстроты от­ качки и диаметра вакуум-проводов

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Для измерения вакуума существует большое число различ­ ных манометров, отличающихся друг от друга принципом изме­ рения и конструкцией.

В вакуумной металлургии приходится измерять давления от

41

760 до 10 5—Ю^льи рт. ст. Схематически типы манометров и со­ ответствующие им пределы измерения представлены в табл. 11.

Рис. 22. Укороченный U-образный манометр (диапазон измере­ ний 0,3—100 мм рт. ст., точность измерения ±0,3 мм рт. ст.) [161

Следует отметить, что точность измерения резко уменьшается с уменьшением давления. Погрешности при измерении давления

42

порядка I О"1—10"5 мм рт. ст. достигают 100%, а более низкие давления можно лишь оценить по порядку величины.

Только показания манометров, непосредственно измеряющих давление, не зависят от вида газа. В большинстве случаев со­ став газа известен лишь приблизительно. Кроме того, при рабо­ те насосов создается поток газа, вызывающий определенный пе­ репад давления. Пары, присутствующие в системе, также иска­ жают результаты измерений всех манометров, за исключением компрессионного. Таким образом, следует иметь в виду, что ряд специфических обстоятельств ис­ ключает возможность точного из­ мерения давления.

Перейдем к краткому описа­ нию приборов, которые могут

металла. Для измерения давлений меньше 1 мм удобно приме­ нять наклонный капиллярный манометр (пис. 22). Точность из­ мерения такого манометра достигает ± 0,3 мм рт. ст. в диапа­ зоне от 0,1 до 100 мм рт. ст. В качестве наполнителя маномет­ ра лучше использовать вакуумные масла, обладающие низкой упругостью пара и сравнительно небольшой плотностью, что увеличивает точность отсчета. Рекомендуется также применять борвольфрамовокислый кадмий, представляющий собой жид­ кость с удельным весом 3,28, которая практически не абсорби­ рует газы и не вспенивается в вакууме. Такие манометры целесо­ образно применять для измерения давления в индукционных ва­ куумных печах, работающих при давлении не ниже 0,1 мм рт. ст. Широкое распространение в лабораторной практике и в промышенности получил компрессионный манометр Мак-Леода (рис. 23). Принцип его действия заключается в том, что газ сжи-

43

мается в калиброванном капилляре настолько, что это давление уже можно непосредственно замерить. Сжатие газа производит­ ся подъемом уровня ртути. Мерой давления является разность уровней ртути h в капиллярах 1 и 2. С помощью манометра Мак­ Леода, подбирая соответствующие капилляры, можно измерять давление до 10-5 ,и.и рт. ст., однако измерение требует затраты до­ вольно значительного времени. От этих недостатков свободен ра­ диоактивный манометр — альфатрон (рис. 24). Известно, что ио­ низация газа прямо пропорциональна давлению; измерение дав

ления альфатроном сводится к измерению ионизации газа в еди­ ницу времени альфа-частицами, испускаемыми препаратом радия, так как величина ионных токов зависит от давления и массы радия. При весе радия 10-6 г и давлении ICC3 мм рт. ст. сила то­ ка составляет всего 10~15 а. поэтому требуется значительное уси­ ление для регистрации ионного тока. Тем не менее, альфатрон имеет существенные преимущества по сравнению с другими ти­ пами манометров, так как он обладает широким рабочим диапазомом и практически неограниченным сроком службы.

44

Наиболее распространены термопарные вакуумметры ЛТ-2 с указывающим прибором ВТ-2. В этих манометрах термопарой измеряется температура нити, нагреваемой током определенной силы. Накал нити зависит от теплопроводности газа, определяе­ мой его давлением. Тепловые манометры дают устойчивые пока­ зания только при давлениях, превышающих 10 3 мм рт. ст.

Однако даже в этом диапазоне давлений нить постепенно по­ крывается налетом окислов. и показания манометра меняются.

Для измерения давлений ниже 10-3 мм рт. ст. целесообразно пользоваться ионизационными манометрами. Ионизационный ма­ нометр почти не чувствителен к вибрации и является почти без­ ынерционным прибором. По принципу действия ионизационный манометр подобен альфатрону. Электроны, испускаемые нака­ ленным катодом, устремляются к аноду; сталкиваясь по пути с молекулами они образуют положительные ионы, которые улав­ ливаются сеткой. Анодный ток является мерой ионизации газа в единицу времени, которая пропорциональна давлению. Рабо­ чая область давлений ионизационного манометра 10-3 мм рт. ст. и ниже. При более высоких давлениях быстро сгорает нить катода. Одним из преимуществ вакуумметров, основанных на измерении электрических параметров, является возможность вести автома­ тическую непрерывную запись измерений и регулировать давле­ ние в системе.

ТЕЧЕИСКАТЕЛИ

Одной из наиболее сложных задач вакуумной техники яв­ ляется отыскание течи, так как при существующих мощных от­ качных системах можно поддерживать низкое давление даже в том случае, когда система не герметична. В этом случае создается «динамический» вакуум. Это приводит к тому, что по­ верхность металла непрерывно окисляется кислородом, который прокачивается через систему, и преимущества вакуумной плавки теряются.

Для ликвидации неплотностей в сварных швах, резиновых, -сальниковых уплотнениях, в пришлифованных и фланцевых соединениях необходимы приборы, обнаруживающие течь, т. е. место проникновения воздуха в откачиваемый объем.

Отечественная промышленность выпускает два типа течеискателей, пригодных для обнаружения течи в металлических сис­ темах. Наиболее простым является галоидный течеискатель ти­ па ГТИ-2, который реагирует на присутствие в атмосфере ионов галоидов. Чаще всего в качестве источника хлора применяют ■фреон или СС14, которым наполняют исследуемую систему. Ин­ дикатором служит лампа с платиновым цилиндром, который на­ гревается до 850—950°. В присутствии ионов хлора эмиссия ио­ нов с поверхности платины резко возрастает. Измеряя ионный ток микроамперметром можно судить о наличии хлора в воздухе. Фреон, просачивающийся через неплотности системы, засасы­

45

вается в трубку с помощью вентилятора. Для вакуумной метал­ лургии галлоидный течеискатель очень удобен. В лаборатории, а также при эксплуатации высоковакуумных установок широко применяется гелиевый масспектрометрический течеискатель. Принцип действия прибора показан на рис. 25. Масспектрометр состоит из источника ионов, электромагнита, собирающего кол-

Рис. 25. Схема гелиевого течеискателя:

1 — ионизатор; 2 — магнит; 3 — антикатод; 4 — щель с диафрагмой; 5 — насос форвакуумный; б—диффузионный насос

лектора и диафрагмы со щелью. Траектория ионов в магнитном поле зависит от массы:

где .Ио — масса иона;

г— радиус кривизны траектории;

и— ускоряющее напряжение;

Н —напряженность магнитного поля; п — число элементарных зарядов иона.

Откачиваемый из системы газ попадает частично в т^чеиска^ тель и ионизируется. Ионы в зависимости от своей массы летяг по разным траекториям.

46

ДЕГАЗАЦИЯ ЖИДКОЙ СТАЛИ

МЕТОДЫ ВАКУУМИРОВАНИЯ

Развитие машиностроительной, электротехнической и ряда новых отраслей промышленности требует значительного улуч­ шения качества металла.

Рис. 26. Схемы вакуумной обработки металла.

Надежным методом улучшения свойств стали является дега­ зация в вакууме. Во время дегазации из стали удаляется водо­ род и азот вследствие снижения их растворимости в жидкой

48