Недостатком электронных ионизационных Датчиков является низкая стойкость раскаленного катода, который при повышении Давления до 1,333 Па (10~ 2 мм рт. ст.) сгорает в течение нескольких минут. Поэтому в последнее время стали выпускать ионизационные лампы ЛМ-3 с иридиевым катодом, покрытым окисью иттрия. При-
|
Рис. 139. Теплоэлектрическне преобразователи: |
Рис. 140. Схематическое изобра |
||
а |
— термопарный датчик ЛТ-2; 1 |
— стеклянный баллон; |
жение конструкции ионизацион |
|
ной лампы ЛМ-2: |
||||
2 |
— нить накала; 3 — термопара; |
6 — датчик сопротив |
||
ления Ml-6; 1 — защитный колпачок (в нерабочем состоя |
/ — катод; 2 — сетка; 3 — кол |
|||
|
нии); 2 — металлический корпус; 3 — рабочая нить |
лектор |
||
менение воздухостойкого иридиевого катода позволяет измерить давление в диапазоне от 133,3 -10“ 2 до 133,3-10" 7 Па (от 10-2 до 10~7 мм рт. ст.) при удовлетворительном сроке службы датчика.
Помимо рассмотренных конструкций датчиков вакуумметров, имеется и много других, но в силу тех или иных особенностей они не получили широкого применения в промышленных установках.
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ
Типичная схема высоковакуумной установки, помимо вакуум ной камеры, насосов, приборов для измерения разрежения, вклю чает и ряд вспомогательных элементов: вакуумпроводы, затворы, фильтры, ловушки, компенсаторы и др.
Вакуумные трубопроводы предназначены для соединения раз личных элементов вакуумных систем. Трубопровод должен быть по возможности малой длины и большого внутреннего диаметра,
347
во всяком случае условный диаметр (проход—ДУ) не должен быть меньше диаметра входного сечения насоса, так как большая длина и малый диаметр уменьшают пропускную способность системы и эффективную скорость откачки.
Вакуумные трубопроводы чаще всего выполняют из бесшовных труб, изготовленных из углеродистой или нержавеющей стали, а также из латуни и меди. Высоковакуумные участки изготавливают, как правило, из неокисляющейся нержавеющей стали. На стороне низкого п среднего вакуума широко применяют вакуумные резиновые шланги, изготовленные из специальных сортов вакуумной резины, которой свойственно малое газовыделенме. В последнее время на этих участках стали широко применять шланги из искусственных синтетических материалов, например из поливинилхлорида и др.
Материал трубопроводов должен соответствовать материалу со прягаемых элементов по коэффициенту теплового расширения, а также в отношении сварки и пайки. Количество сварных, паяных швов и разборных соединений должно быть минимальным. Колена труб рекомендуется делать гнутыми.
Для компенсации неточности изготовления, облегчения монтажа, а также для защиты установок от вибрации механических насосов и компенсации тепловых деформаций в вакуумпроводах преду сматривают так называемые компенсаторы — участки резиновых труб, сильфоны, резиновые диски или тороиды и т. и.
С целью герметичного перекрытия вакуумпроводов, напуска в вакуумную систему определенных количеств газов применяют различные затворы, краны, вентили, натекателп с ручным пли ди станционным управлением при помощи электромагнитных, электромашинных, гидравлических и пневматических приводов.
Для перекрытия трубопроводов низкого вакуума и небольших диаметров применяют вентили (ДУ-25, ДУ-50, ДУ-80), напоминаю щие по конструкции водопроводные и газовые краны, но отличаю щиеся наличием сильфонного уплотнения штока. В высоковакуум ных коммуникациях обычно применяют затворы форточного (ДУ-85,
ДУ-160, ДУ-260, ДУ-380, ДУ-500) или шиберного (ДУ-900, ДУ-1200,
и др.) типа. Затворы шиберного типа большого проходного сечения используют, как правило, в шлюзовых устройствах, позволяющих загружать в камеру крупногабаритные изделия без нарушения ва куума. Корпуса таких затворов изготавливают в виде прямоуголь ных коробок, и при открывании затвора клапанная тарелка и ры чаги запирающего механизма полностью уходят в закрытую часть коробки (карман).
Напуск в вакуумную систему атмосферного воздуха или другого газа, необходимого для проведения технологических операций перед вскрытием вакуумной камеры, осуществляется при помощи натекателей, напоминающих по конструкции игольчатые редукторы, в ко торых при вращении головки медленно перемещается запорная игла и медленно изменяется зазор между иглой и седлом. В резуль тате обеспечивается плавное регулирование количества пропускае мого натекателем газа.
348
В металлургических вакуумных установках откачиваемые газы могут содержать много пыли. При попадании пыли в насосы, в кото рых происходит трение между движущимися частями,- может воз никать заклинивание трущихся поверхностей или резкое увеличе ние их износа. Для защиты механических насосов от пыли па вакуумпроводах устанавливают фильтры.
Распространение получили фильтры тонкой очистки, в основном двух конструкций. В фильтрах одной из этих конструкций фильтру ющим элементом служат слон смоченных вакуумным маслом ВМ-4 металлических колец длиной 15 мм, изготовляемых из стальной трубы диаметром 3/4". В других фильтрах газ фильтруется, проходя через один или два слоя ткани, натянутой па стальной цилиндр с про дольными прорезями.
Недостаток фильтров обеих конструкций заключается в слож ности замены фильтрующих элементов, которые быстро забиваются пылыо, вследствие чего резко снижается пропускная способность системы.
При использовании диффузионных насосов возможно и загрязне ние, происходящее с обратной стороны фильтра вследствие мигра ции из насосов в откачиваемый объем паров масла или другой рабо чей жидкости, достигающее 5 мг/(ч-см2). Для защиты рабочих камер от загрязнения парами рабочей жидкости или продуктами ее раз ложения между насосами и камерой помещают специальные ло вушки.
В вакуумных установках, применяемых в металлургии, поль зуются механическими (отражательными) и конденсационными (вы мораживающими) ловушками. Их конструкция одинакова и отли чаются они режимом охлаждения: температура рабочих; поверхно стей у отражателей примерно равна температуре откачиваемого газа, а у конденсационных ловушек значительно ниже. Рабочие по верхности ловушек выполняют в виде жалюзи, системы диафрагм, колец, пластин, образующих каналы в виде щелей так, чтобы прямо линейно движущиеся пары не могли пройти через них, не столкнув шись с поверхностью ловушки.
Для интенсификации конденсации паров па рабочих поверхно стях ловушки охлаждаются водой (механические) или жидким азо том, фреоном и т. д. (конденсационные). Конденсационные ловушки не только предотвращают миграцию масла, но и являются свое образным высоковакуумным насосом, так как на их рабочих поверх ностях одновременно конденсируются некоторые углеводороды, углекислый и другие газы. Используются они, как правило, в высоко вакуумных установках.
Важнейшее требование, предъявляемое к вакуумным системам, заключается в их герметичности. Установкой мощных насосов можно добиться требуемых давлений даже при наличии неплотностей в си стеме, но при этом в результате протекания атмосферного воздуха в системе будут постоянно находиться вредные газы при таких пар циальных давлениях, что их присутствие может резко отразиться на качестве металла.
349
Для оценки герметичности системы проверяют величину натека ния. Ее определяют по изменению давления в системе за определен ный промежуток времени при закрытых затворах, перекрывающих вакуумпроводы к насосам. Величину натекания рассчитывают по формуле
кт |
V -Л Р |
, |
N = |
— -—■- л - мкм рт. ст/с, |
|
где V -— объем изолированной системы; ЛР — изменение давления |
||
(Па или мкм рт. |
ст.) в системе объемом V за время измерения т. |
|
При отсоединении насосов давление в системе возрастает в ре зультате внутреннего газовыделения, происходящего главным обра зом вследствие десорбции газов, и в результате поступления атмо сферного воздуха через неплотности. Поэтому повышенное натека ние еще не свидетельствует о негерметичности системы. Чтобы уста новить причину повышенного натекания, необходимо установить характер его изменения во времени. Если натекание определяется внутренним газовыделением, то оно постепенно уменьшается, и для достижения допустимых пределов натекания систему достаточно подольше подержать под вакуумом. В случае наличия неплотностей давление в изолированной системе в процессе измерения натекания все время монотонно возрастает. При такой зависимости давления от времени необходимо установить места негерметичности и устра нить ее.
Самым простым способом обнаружения неплотностей является опрессование системы. В систему накачивают сжатый воздух или любой другой газ до давления 200—400 Па (2—4 ат) и подозритель ные места смачивают мыльным раствором.
Опрессованную систему можно проверить также с помощью переносного галлопдного течеискателя ГТИ-3, очень чувствитель ного к присутствию в атмосфере галлондов (реагирует при концен трации галлоидов—фреона, четыреххлористого углерода н др. — составляющей 0,0001%). Для этого при опрессованни в систему добавляют галлоидсодержащий газ и подозрительные места прове ряют щупом, выполненным в виде пистолета, в стволе которого на ходится чувствительный датчик, а в торцовой части — вентилятор
для прокачивания газа через датчик. |
Датчиком служит |
нагретая |
до 800—-900° С платиновая проволока. |
При появлении |
в газовой |
среде галлоидов с поверхности платиновой нити резко возрастает испускание положительных ионов, улавливаемых коллектором. Резкое увеличение силы ионного тока регистрируется стрелочным прибором и генератором звуковых колебаний.
Имеется вакуумная модель галлоидного течеискателя ВАГТИ-4, датчик которого вакуум-плотно подсоединяют к системе, и с его помощью анализируют состав откачиваемых газов. В этом случае обдув подозрительных участков проводится снаружи при непрерыв ной откачке системы насосами.
Гелиевые течеискатели ПТИ-6 и ПТИ-7 представляют собой инди видуальный вакуумный блок с встроенной упрощенной масс-спектро
350
метрической камерой, настроенной на гелий. Гелиевые течеискатели подключают на форвакуумной линии после диффузионных насосов. Собственный вакуумный блок течеискатели отбирает из общего по тока откачиваемых газов небольшие порции и направляет их в массспектрометрическую камеру. Газы ионизируются и полученные ионы разделяются в электрическом или магнитном поле в зависимости от отношения массы иона к заряду. Попадание в систему гелия, которым обдувают снаружи подозрительные места, регистрируется стрелочным прибором и вызывает звуковой сигнал.
Глава 26
ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА В ВАКУУМЕ
Понижение давления над расплавленным металлом существенно отражается на ходе физико-химических процессов, протекающих с участием газовой фазы. К числу важнейших процессов, на которых непосредственно или косвенно отражается уменьшение давления и которые, в конечном счете, определяют качество готового металла, относятся рафинирование расплава от газов и цветных металлов, раскисление углеродом и водородом, рафинирование от неметалли ческих включений, взаимодействие металлического расплава с огне упорной футеровкой, поведение серы.
УДАЛЕНИЕ ГАЗОВ II ЛЕТУЧИХ ПРИМЕСЕЙ
Понижение давления над жидким металлом может вызвать уда ление растворенных в нем газов (водорода и азота). Кроме раство ренных газов, в атмосферу могут удаляться в газообразном состоя нии и металлические примеси, упругость паров которых выше давле ния в системе (рис. 141). Поэтому, несмотря на различное агрегат ное состояние при нормальных условиях и разные формы существо вания в стальном расплаве газов и металлических примесей, суще ствуют общие закономерности их удаления из расплава при вакуум ной плавке или обработке стали.
Удаление растворенных в стали газов при обработке вакуумом обусловлено уменьшением их парциального давления в атмосфере при уменьшении общего давления над металлом в результате вакуу мирования. Как отмечалось, связь между концентрацией двухатом ных газов в растворе и их парциальным давлением в газовой фазе выражается законом Сивертса:
[И] ■kn У Ря,\ [N] —£n ]/APn2-
Необходимо, однако, учитывать, что эти соотношения соблюда ются лишь в том случае, когда двухатомный газ находится в растворе в виде простых частиц— атомов или ионов. При наличии химиче-
351