книги из ГПНТБ / Линчевский Б.В. Применение вакуума в производстве стали
.pdfТаблица 10 Характеристика отечественных бустерных насосов
|
Область |
Скорость |
Предвари |
Предельное |
Потреб |
|||
|
рабочих |
откачки при |
тельное |
ляемая |
||||
Тип насосов |
разрежение |
|||||||
давлений |
10 |
—2 |
мм |
разрежение |
мощность |
|||
|
мм рт. ст. |
|
мм рт. ст. |
мм рт. ст. |
кет |
|||
|
рт. ст, л/сек |
|
БН-3 |
10—3—10_2 |
500 |
0,35 |
5 • 10~4 |
3,5 |
БН-1500 |
10—4—10—2 |
1500 |
2,0 |
5 ■ 10“4 |
14,0 |
БН-4500 |
10-4—10-2 |
4500 |
1,0 |
5 • 10~4 |
25,0 |
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1 Оа |
|
Характеристика проектируемых бустерных насссов |
|
||||
|
|
|
Средня я |
Предвари |
Потреб |
|
Область рабочих |
скорость |
|||
|
тельное |
ляемая |
|||
Тип насоса |
давлений |
|
откачки при |
||
|
мм рт. ст. |
|
2 |
разрежение |
мощность |
|
|
10 мм рт. ст. |
мм рт. ст. |
кет |
|
|
|
|
л/сек |
||
|
|
|
|
|
|
БН-1500-2 |
5 . 10-4 — 1-10-' |
1500 |
2,0 —3,0 |
7,5 |
|
БН-4500-2 |
5 • 10~4 - 1 ■ |
И'-1 |
4500 |
1,0 |
25 |
БН-15000 |
5. Ю-4 - 1-10-' |
15000 |
1,0 |
45 |
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.
|
Типы манометров |
Таблица И |
||
|
|
|||
Тип |
Принцип |
Зависимость показаний |
|
|
от вида |
от абсолютно |
Пределы измерения |
||
манометра |
действия |
мм рт. ст. |
||
|
|
газа |
го давления |
|
Мембранный |
Давление |
Нет |
Да |
760— 1 -10-2 |
Жидкостный |
» |
» |
» |
760— ЫО-2 |
Компрессион |
Давление после |
|
Нет |
10—10—5 |
ный |
сжатия |
|
||
Альфатрон |
Ионизация |
|
Да |
ю—io-4 |
|
а-лучами |
Да |
||
Термопарный |
Теплопровод- |
» |
» |
10—Ю л |
Ионизационный |
ность газа |
|||
Ионизация эле |
» |
|
10—3—10—6 |
|
|
ктронами |
|
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
быть |
применены |
в |
вакуумной |
|
|
|
||
металлургии для измерения дав |
|
|
|
|||||
ления. Давления до 3—5 мм рт. |
|
|
|
|||||
ст. легко измеряются общеиз |
|
|
|
|||||
вестными |
мембранными и U-об- |
|
|
|
||||
разными |
жидкостными маномет |
|
|
|
||||
рами. |
Разность уровней в обоих |
|
|
|
||||
коленах жидкостных |
манометров |
|
|
|
||||
соответствует -измеряемому дав |
|
|
|
|||||
лению; если одно из колен откры |
|
|
|
|||||
то |
и |
сообщается |
с |
атмосферой, |
|
|
|
|
то |
для определения |
абсолютного |
|
|
|
|||
значения |
давления |
необходимо |
|
|
|
|||
знать еще величину барометриче |
Рис. 23. Схема компрессионного |
|||||||
ского |
давления. |
|
|
манометра |
с поднимающимся ре |
|||
и |
П-образные, |
|
зервуаром: |
|||||
|
Мембранные |
— калиброванный |
объем; 2 — колено |
|||||
манометры можно использовать |
камерах |
манометра |
||||||
для определения |
разрежения в |
при |
вакуумировании |
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
Прибор настраивается таким образом, чтобы в щель диафраг мы попадали только ионы гелия, обладающие определенной кри визной траектории.
Техника отыскания течи с помощью гелиевого течеискателя очень проста. К исследуемому объему подсоединяется течеискатель неподалеку от входа к форвакуумному насосу (течеискатель оборудован собственной откачной системой). Затем с на ружной стороны подозрительные места обдуваются гелием. Часть молекул гелия на пути в форвакуумный насос отсасы вается вакуумной системой течеискателя. При попадании гелия в течеискатель срабатывает звуковой сигнал, что указывает на негерметичность обследуемого места.
Следует также упомянуть в заключение о так называемом аммиачном методе отыскания течи. Суть метода состоит в том, что система наполняется аммиаком под небольшим избыточным давлением, а к подозрительным местам, где предполагается на личие течи, прикладывается озатитовая бумага (синька). При отсутствии герметичности бумага темнеет под воздействием ам миака.
Кроме того, можно нагнетать в резервуар углекислый газ, а снаружи обдувать камеру аммиаком. В местах течи появляет ся дымок карбоната аммония. Последний метод дает возмож ность обнаруживать только течи, чувствительные к положитель ному давлению.
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.
/ — вакуумирование в |
ковшах; |
2 — вакуумирование |
струи; |
|
3 — вакуумирование |
порциями |
из |
открытого |
ковша; |
4 — вакуумирование |
инжектируемой |
из открытого |
ковша |
|
|
струи |
|
|
|
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
стали три пониженном давлении. В результате реакции взаимо действия углерода с кислородом, на -протекание которой вакуум влияет благоприятно, восстанавливаются неметаллические вклю чения и понижается содержание кислорода.
Впервые эта дегазация в вакууме в СССР была предложена
А. М. Самариным и Л. М. Новиком 1 |
в 1949 г., |
однако промыш |
ленное освоение началось лишь в |
1952—1953 |
гг. Дальнейшее |
развитие этот метод получил в промышленности Чехословакии, Западной Германии, США.
Известны несколько вариантов дегазации жидкой стали в вакууме.
Можно следующим образом классифицировать применяемые методы дегазации (рис. 26).
1.Вакуумирование в ковшах (схема 1).
2.Вакуумирование струи: а) при переливе из ковша ib ковш; б) шр'и разливке в изложницы (схема 2).
3.Вакуумирование порциями из открытого ковша (схема 3).
4.Вакуумирование инжектируемой из открытого ковша струи (схема 4).
Кроме этих основных промышленных вариантов процесса в литературе сообщается и о других методах бескамерной дегаза ции: например, над верхней частью ковша или изложницы уста навливали вакуумную надставку, корпус ковша или изложница служили стенками вакуумной камеры.
Остановимся более подробно на каждом из указанных спо собов.
Вакуумирование в ковшах
Начиная с 1955 г. вакуумирование в ковшах начали приме нять на заводах СССР: «Днепроспецсталь», им. Дзержинского, Верх-Исетском, на Кузнецком металлургическом комбинате.
На рис. 27 представлена схема вакуумной камеры для обра ботки жидкой стали в ковшах. Такие камеры работают на заво дах «Днепроспецсталь» и им. Дзержинского. Камера завода им. Дзержинского [17] представляет собой сваренный из листо вого железа толщиной 12 мм барабан, установленный в бето нированной яме. Внешний диаметр его 4040 мм, высота около
5300 мм. Стенки камеры изнутри футерованы шамотным кир пичом, а -крышка -пеношамотом. Крышка укреплена на шар нире и -с помощью лебедки может просто и достаточно быстро открываться или закрываться. Герметичность между корпусом камеры и крышкой создается с помощью резиновой плотной про кладки, укладываемой в водоохлаждаемый кольцевой паз, про ходящий по верхнему краю камеры.
Сверху на полусферической крышке имеется наблюдательное окно и устройство для введения в металл легирующих под ва-
1 Авторское свидетельство № 848773, 1948.
4 Б В. Линчевский, А. А. Бертман |
49 |