Мармер, Мурованная, Васильев – Электропечи для термовакуумных процессов (1991) (1074336), страница 2
Текст из файла (страница 2)
10 -24 -40 -61 -76 —.90 -101 необходимо специально прнготовлать с контролем в ннх концентрации примесей активных газов. При решении вопроса о применении инертных и защитных газов сдедует учитывать помимо их высокой стоимости наличие в них приме. сей активных газов н паров воды (табл. 1.1) . Например, в аргоне марки А содержится до 0,003% кислорода„0,01% азота и 0,03 г/мв паров воды.
Такая концентрация паров воды достигается прн остаточном давлении воздуха 1 — 10 Па (табл. 1.2), которое дегко создать в промышленных условиях. В этих условиях возможно получение остаточного давления 10 з— 10". э Па, при котором концентрация активных газов, например кислорода, снижается до 10 7%. Постижение и контроль такого уровня концентрации кислорода в инертных газах в промышленных условиях пока не осуществимы.
В СССР темп роста производства вакуумных печей почти в три раза превышает темп роста производства печей с другими атмосферами, К .1990 г. намечается удвоение обьема выпуска вакуумных печей с комплексной системой автоматизации на базе микропроцессорной техники. Вакуум в плавильном процессе играет как защитную функцию— исключает взаиьюдействие жидкого металла с воздухом, так и технологическую — при пониженном давлении из жидкого металла более полно удаляются газы, летучие примеси.
Зто позволяет получать в плавильных вакуумных печах металлы и сплавы с повышенными прочностными я пластическими характеристиками. 12. Характеристики остаточных еред вакуумных печей Состав остаточной среды вакуумной электропечи определяется рядом факторов: 1. Как известно„в воздухе'ггри нормальных условиях содержится 79% г1з, 20% Оэ, 1% Аг и другие компоненты. Кроме того, в нем постоянно присутствуют пары воды. При 20 'С предельное количество водяных паров составляет 17,3 г~мэ или 1,5% по объему. При относителъной влажности 50% обьемная концентрация паров воды будет составлять примерно 1%.
Проведенные исследования состава остаточной среды в различных типах вакуумных злектропечей показывают [3, 19], что в печах, отка. чиваемых паромаслянымя насосами, наблюдаются следующие особенности: а) при нагреве печи до 1200 С содержание паров воды снижается до 1%; 6) концентрация кислорода при 1000 С и выше составляет до 10"з%, т. е. на 2 — 3 порядка ниже, чем в воздухе при атмосферном давлении; в) относительное количество азота при тех же температурах снижается до 1%, т.е.
на 1-2 порядка ниже, чем в воздухе; г) содержание оксида углерода при 1000 'С и въпае составляет 40 — б0%„ д) концентрация водорода повъшпется от десятых долей при комнатной температуре до б0% при 1000 'С и выше. Следовательно, состав остаточной средь~ вакуумной печи в процессе нагрева качественно изменяется. Увеличиваются концентрации оксида углерода и водорода, являющихся восстановителями лля многих видов оксгпшых пленок, 'которые могут быть на поверхности нагреваемого металла. Содержание окисляющпх реагентов 1кнслорода и паров волы) при нагреве существенно уменьшается, 2.
Степень герметичности печи определяется натеканием„которое может значительно влюпь на состав остаточных газов. По супюству натекание должно быть минимальным и оно наряду с температурой и остаточным давлением должно характеризовать технологический процесс. я :;: 3. На состав остаточных газов оказывают влияние газы, десорбируюП1иеся с поверхностей элементов печи. :..:Сушеспмнное влияние может оказывать время контактирования этих элементов с воздухом или иным газом, которым заполняется ' геиь в процессе загрузки и выгрузки обрабатываемых деталей.
;:-4. Средства откачки печи также влияют на состав остаточных газов. Например, вследствие миграции в печь паров масла паромасляйых н механических насосов, а также вследствие избирательной откачци газов насосами сорбцнонного действия 1электроразрядными, гетйерно-ионными, криогеннымн) :..Попадание газов в камеру нагрева определяется многими причинами. :,', Кислород может попасть в печь прн десорбцни с поверхностей после зпполнения печи воздухом, при диссоциации оксидов и кислородсодер йШШгх веществ, прн натеканви воздуха через неплотности печи. :-' Десорбцня кислорода происходит с керамических материалов во леем диапазоне температур, с металлических, углеграфитовых и других материалов — только при 300 — 400 'С.
Выше этих температур кислород вступает в химическую реакцию и может выделяться в виде Газпобразных соединений, обычно окиси углерода и углекислого газа или в виде легколетучих оксидов металлов. При более высоких температурах на поверхностях могут происходить реакции взаимодействия вдсорбированного и хемосорбированного кислорода с водородом и углеродсодержашими газами. . Диссоциация оксидов и кислородсодержаших соединений происходит'в зоне максимальных температур, т.
е. практически в печной камере, Продукты диссоциацнн оказывают влияняе на нагреватель и нагреваемый материал. К числу элементов печи, изготовляемых из кислородсодержаших соединений, следует отнести фугеровку нз огнеупорных материалов, керамические изоляторы, находящиеся под напряжением, керамические подставки под садку и пр. В табл.
13 приведены значения парциального давления кислорода прл двссоциации оксидов А1эОз и $1Оз, обычно применяемых для изготовления фугеровок. изоляторов, бус для термопар н других элементов конструкции вакуумных электропечей. Реже используются иэделия на основе диоксида циркония; его параметры приведены и в 3 1.7, 42. Определение термодинамической вероятности образования оксидов металлов Юа, Ча, Иа подгрупп Периодической системы цроизводнтся при сравнении значений упругостей днссоциацни оксидов, используемых в качестве элементов злектропечей, и оксидов, могуших образоваться на поверхности нагреваемых металлов (см. табл. 13).
Если давление кислорода при диссоциация материалов для элементов электро- печей будет больше, чем при диссоциацин оксидов ивгреваемых метэл- аа и О О О ч 7 О "! О а4 ча О О и ! О а О \ т т О О т1 ач ° Ч Ю Т~аТФТТии О Ь О О О О О О а а ~ ч аа О ач ач а а Ф а'а ю Ф и щ ча ю ач Ъ- й ач 1 иО Ф ча ч ае и О О ю ча а Е ач ач и ° Ч Ф а ач а$ ааъ 'Ф Г а ма $ О ач и О ач ° Вб 'лов,'то на поверхности этих металлов могут образоваться окснды, н йпэтоыу такое сочетание материалов является неприемлемым.
Напри. ыер, прн температуре 1600 К над оксидом алюминия создается дав'ленвв кислорода 7,6 . 10"Е Па, а над оконцами молибдена и волъфра- ~,';(3,3 + 5,2) . 1О е Па, поэтому для нагрева этих металлов можно йяпольэовягь нагревательные камеры вакуумных электролечей на д'„попе' оксида алюминия. Лля других же элементов, представленных йотой таблице, окснд алюминия не пригоден, поэтому следует выбирать друтой керамический материал, в частности диоксид циркойня, нлн пспользовать бескерамнческие конструкции нагревательных камер.
::-,,Если диссоциация оксидов происходит в зоне максимальных темйаратур, то кислород, попадаюшнй через неплотности печи, должен щкаикнуть к нагретым элементам печной камеры и к обрабатываенюыу материалу, прежде чем он вступит в химическое взаимодействие. 101к,'известно, теплоизоляция иэ экранов н керамики образует камеру, 'прямой пролет в которую молекул кислорода практически невозмо1йеп. Сталкиваюшиеся с нагретыми поверхностями молекулы кислорода в соответствии со своимя термодинамическими характеристиками вйтупят с этими поверхностямн во взаимодействие, и вероятность достняюння нми печной камеры и обрабатываемого материала весьма мала.
'...:,В тех случаях когда отсутствует теплонзоляцня, процесс взаимодеййтвия может осушествляться беспрепятственно, например в контактцьгтх аппаратах или при охлаждении садки в отделенной от нагревательного пространства камере. -;;:::, Пари поды присутствуют в вакуумной камере в основном за счет цесорбплн с поверхностей конструкционных элементов печи, особенно керамических, адсорбировавшнх влагу прн нх контакте с воздухом.
: —;Азот в составе остаточных газов может содержаться за счет десорб. йпя с поверхностей конструктивных элементов печи и садки после пх контакта с воздухом, натекания через неплотностн печи и днссоциацпи пнтрндов, нэ которых пзготовляютсл футеровки, злектроизоляднонные детали, узлы трения. ' '-'' В табл. 1А представлены значения парцнального давления азота 4рп диссоциация нвтридной керамики и ннтрндов основных металлов И', Уа и Ма подгрупп. Иэ этих данных следует, что при более низкой эпрутостн диссоциаллн ннтридов нагреваемых металлов по сравнению с аналогичной величиной ннтридной керамики на поверхности металлов могут образоваться ингриды.
если же„наоборот, упругости .дисеоциацни ннтрццов нагренаемого металла валле, чем у деталей иэ йитрпдной керамики, то образование ннтридов на поверхности металл» термодинамически невозможно. Например, при температуре 1600 К для Айч упругость диссоциация составляет 2,82 10 з Па, а у ингрида титана — 1,3 10 е Па. Значит, образование ннтрнла титана возможно.
При нагреве в тех же условиях молибдена, у которого упругость дис- 11 мз «% ое ! 1 1 1 ~" '~' ! ° ~ ~ оо оо м м о а о оо е 'о'о'о О'о о о'о ° ~ ~ ~ ~ ° ч $ м оо о ч о ф ч о ° <~ о ое мз сч 46 ~ еО и ~ ю Ю ооо "о ооо еъ ое «ъ «1 ° Ъ Ю Ю ! $ ю ТТТ оооо ч е ю м ю е ю ~6 ч~ ю$ Ф$ Фъ ю$ еФ е ео ч ао м~ е1 еъ м1 о ч ею ч е1 ° Ф о о о ч о ч .ч е о ~ ео 1 о о е1 оо Т оо оо ° о е 1 4 о о, о оЪ ч е1 оо дя(лапин составляет 1,3 10е Па, образование ингрида молибдена нелозвюжно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
