Вакуумные печи применяются для создания повышенных температур для создания необходимого уровня давления. Такие условия, прежде всего, необходимы для плавки металлов в условиях вакуума. В этом случае применяется энергия электрической дуги.
Существует несколько разновидностей вакуумных печей. Сами по себе установки этого типа обладают определенными преимуществами и недостатками.
Содержание:
- Конструкция и особенности работы
- Плюсы вакуумных печей
- Недостатки вакуумных печей
- Сфера применения
- Вакуумно-дуговые печи
- Индукционные печи
- Термические печи
- Водородные вакуумные печи
Конструкция и особенности работы
В классической вакуумной печи работа осуществляется в главном узле – герметичной термокамере, которая соединяется с соответствующим вакуумным насосом, способным обеспечивать давление в пределах 5 – 10-5 мм ртутного столба. Есть две большие разновидности печей: ретортные (нагревательные элементы располагаются с внешней стороны рабочей камеры) и камерные (нагреватели монтируются внутри камеры).
Принцип действия агрегата заключается в том, что до начала процесса термической обработки в условиях вакуума, камера печи с установленной внутри нее на специальном столе заготовкой закрывается. Необходимый уровень герметичности осуществляется за счет работы вакуумного насоса, который откачивает из этой камеры воздух. После этого заготовка, расположенная в специализированном тигле огнеупорного типа, начинает сильно нагреваться. Этому способствует высокочастотный индуктор, который отвечает за процесс плавления и нагрева до требуемого температурного показателя. На следующем этапе заготовка некоторое время выдерживается, и камера открывается, предварительно пройдя процесс разгерметизации. После этого можно извлечь из печи обработанные детали и запустить новый цикл спекания.
Конструкция и особенности работы
Плюсы вакуумных печей
Среди преимуществ использования установок этого типа стоит выделить:
- Отсутствие окислительных процессов в процессе обработки металла. Кроме этого не происходит и так называемого обезуглероживания.
- Независимо от того, используется газ или масло, уровень коробления в процессе закалки заготовки минимален;
- Встраиваемое оборудование отличается гибкостью. Вакуумные печи одинаково успешно используются при штучном производстве или при необходимости серийного изготовления элементов разной формы;
- Благодаря работе вакуумной печи в значительной степени сокращается время на термическую и химическую обработку. Это ускоряет производственный процесс и позволяет обрабатывать больше заготовок за меньшее время;
- Стены печи остаются холодными в процессе ее работы;
- Низкое потребление электроэнергии;
- В некоторых современных печах есть режим, который имитирует нормальный отжиг стали;
- Простота ремонта и обслуживания.
Плюсы вакуумных печей
Кроме этого вакуумные установки являются самими автоматизированными среди прочих печных нагревательных установок.
Недостатки вакуумных печей
Прежде всего стоит выделить высокую степень такого оборудования. Это объясняется тем, что рабочие камеры, нагревательные элементы и прочие части печи часто изготавливают из молибдена и вольфрама. Также печи этого типа, в отличие от аналогов атмосферного типа, работают с использованием периферийных устройств, включая вакуумный насос, охладительную систему и прочее. В процессе работы большинства моделей вакуумного типа применяется азот. Также печи практически никогда не комплектуются закалочным баком водяного типа.
Плюсы вакуумных печей
Сфера применения
Вакуумные печи успешно используются в самых разных отраслях. Чаще всего их применяют в ракетостроении, металлургии, космической промышленности, а также в атомной энергетике. Исходя из этого, очевидно, что оборудование этого типа применимо при выплавке стали высочайшего качества.
Есть несколько моделей печей вакуумного типа, который больше подходят для конкретных задач.
Сфера применения
Вакуумно-дуговые печи
Вакуумно-дуговая печь впервые была задействована в атомной энергетике, ракетостроении. Также оборудование этого типа часто применяют в процесс космических исследований. Печи дугового типа подходят для обработки так называемых сверхчистых металлов, которые отличаются особыми физическими и механическими свойствами.
Дуговые вакуумные печи способны создавать большие давления и температуру до 2000 0С. При таких условиях происходит кристаллизация жидкого металла. При этом заготовки не подвержены окислительным процессам.
Вакуумно-дуговые печи
Печи этого типа способны осуществлять плавку, спекание, сушку, термическую обработку и прочие процессы. Также оборудование используется для отжига.
Дуговые печи выпускаются в трех версиях:
- Прямого нагрева. В печах этого типа электрическая дуга располагается между двумя электродами. На нее оказывает воздействие сами плавящиеся металлы;
- С дугой закрытого типа. В этом случае материал, на которые подается нагрева, расположен внутри. Вокруг него находятся электроды. Сама же дуга в таких печах размещается непосредственно под нагревательным материалом. Благодаря излучению дуга оказывает влияние на материал, находящийся внутри установки, создавая для него оптимальные условия плавки. Электрический ток при этом проходит через расплавленный материал;
- Косвенного нагрева. Это относительно новый и отличающийся от других метод работы. В таких печах дугового типа электрическая дуга располагается между электродами и всегда остается активной. Благодаря излучению, исходящему от дуги, происходит образование тепла.
Индукционные печи
Промышленные вакуумные печи этого типа оборудуются высокочастотными индукторами, которые размещаются внутри рабочих камер, из которых в дальнейшем производится откачка воздуха. Оборудование такого типа чаще всего применяется для плавки, а также разливки материалов, отличающихся высокими показателями устойчивости к коррозии и повышенным температурам. Также индукционные печи применимы в процессе выращивания монокристаллов.
Главное отличие данной печи от дуговой заключается в возможности производить тепловую обработку кусковых заготовок, к которым можно отнести лом, бракованные заготовки, куски лома и многое другое. Самой большой популярностью пользуется индукционная печь, оснащенная наклоняемым тиглем огнеупорного типа.
Индукционные печи
Термические печи
Это еще одна вакуумная печь, широко применяемая для термообработки металла. Она позволяет проводить в условиях вакуума закалку, спекание, отжиг и многое другое. Также печи этого типа широко применяются при необходимости проведения цементации и азотирования. Термическое оборудование отличается всеми преимуществами типовых моделей, то есть не создает кислотной среды и не меняет состав поверхности заготовок. При этом готовые изделия, прошедшие обработку в термической печи, отличаются большим сопротивлением к коррозии и износу.
Высокотемпературные печи могут быть оснащены 1,2 или 3 рабочими камерами. Оборудование отличает не только по своим характеристикам, но и по типу размещения (бывают вертикальные и горизонтальные печи).
Термические печи
Водородные вакуумные печи
Вакуумные плавильные печи отличаются наивысшим качеством работы. В таких агрегатах спекание и термообработка может выполняться как в условиях вакуума, так и в водородной среде. В этом случае используется метод косвенного нагрева за счет высокочастотного тока, с условием высокого напряжения и малого количества подаваемого тока. Благодаря этому закалка в вакуумных печах водородного типа требует меньше затрат на электроэнергию.
Конструкция печи отличается высокой прочностью корпуса, а также наличием дополнительных устройств, которые повышают показатели теплоизоляции. Это наиболее надежные и долговечные модели, которые успешно применяются для нагрева заготовок, произведенных из тугоплавких материалов (например, молибдена). Это же и повышает стоимость печей этого типа.
Водородные вакуумные печи
Водородные печи бывают колпакового, камерного, шахтного и толкательного типа.
Сравнить все эти вакуумные печи практически невозможно. Каждая из них отличается техническими характеристиками, предназначением, функциональностью. Единственный критерий, по которому можно оценить оборудование этого типа – это производительность. В этом плане выигрывают водородные печи. Однако все зависит от конкретного производственного процесса и требований предъявляемых к качеству плавки металлов. В некоторых условиях вполне достаточно и более простых печей вакуумного типа.