1 真空冶金
真空是指稀薄的大氣空間。廣義上真空是指氣體密度低于大氣壓的空間狀態(tài)。真空是對氣體稀薄程度的一種客觀度量。由于氣體密度不易度量,因此改用氣體壓力p來描述。氣體壓力高表示真空度低,反之亦然。
常將真空狀態(tài)按氣體壓力的大小分成4個層次來描述:
(1)低真空,氣體壓力p為105~103Pa;
(2)中真空,氣體壓力p為103~10-'Pa;
(3)高真空,氣體壓力p為10-1~10-6Pa;
(4)超高真空,氣體壓力p小于10-6Pa.
在低于大氣壓或在惰性氣體保護下進行的冶金過程稱為真空冶金。真空冶金在鈦等稀有金屬生產(chǎn)中獲得了廣泛的應用。真空冶金有許多優(yōu)點,特別是可以有效地防止活性金屬在高溫下的氧化,從而能獲得質(zhì)量符合要求的產(chǎn)品。鈦是一種活性金屬,在其生產(chǎn)的許多環(huán)節(jié)中都必須采用真空冶金技術。
產(chǎn)生真空的過程稱為抽真空或排氣,獲得真空的設備稱為真空設備或真空泵。由幾臺泵組合而成的稱為真空機組。氣體壓力p的法定單位為Pa,與其他習用的壓力單位的換算關系為:
1 Torr(托)=1mmHg=103 μmHg=1/760 atm(大氣壓)=1.33 mbar(毫巴)=133.3224 Pa
真空冶金系統(tǒng)管路中的稀薄氣體有4種基本的流動狀態(tài),即湍流、分子流、黏滯流及黏滯-分子流。不同狀態(tài)的氣體流動有不同的性質(zhì)。對它們的判別是按照氣體分子自由程入和管道直徑D之比值入/D的大小來區(qū)分的。由于入值不易測得,用平均壓力則比較容易。所以改用pD值來區(qū)分。判據(jù)分別為:
(1)黏滯流:λ/D<0.01,即pD>0.65;
(2)分子流:λ/D>1/3,即pD<0.02;
(3)黏滯-分子流:0.01<λ/D<1/3,即0.02<pD<0.65.
不同流動狀態(tài)的氣體有不同的特性,并且有不同的傳質(zhì)傳熱速率。氣體在不同流動狀態(tài)下,其流動的流導不同,蒸餾的揮發(fā)速度不同,升溫時的傳熱效率也不一樣,從而影響真空冶金的精制效率、生產(chǎn)周期和熱能利用率。
2 真空設備的特性
眾所周知,泵的抽速不是恒定不變的,它隨系統(tǒng)壓力的變化而變化,是壓力的函數(shù)。幾種冶金中常用的泵的抽速S與泵的最大抽速的比值S/Smx和抽速壓力p之間的關系如圖6-1所示。5種常用泵的最佳抽速范圍和極限真空度如表6-1.
表6-1 5種常用泵的最佳抽速范圍和極限真空度 | |||
序號 | 名稱 | 最佳抽速范圍/Pa | 極限真空度Pa |
1 | 油封式機械泵 | 105~13 | 7×W2 |
2 | 機械增壓泵(羅茨泵) | 102~1 | 7×10-2 |
3 | 油擴散泵 | 7×102~10-3 | 10-7 |
4 | 水環(huán)式真空泵 | 105-7×10-3 | 2×103 |
5 | 油增壓泵 | 10-1 | 7×10-2 |
由表6-1可見,這幾種泵的最佳抽速范圍存在重疊情況,它們的作用是相互補充的。其中,油增壓泵、油擴散泵和機械增壓泵(羅茨泵)必須配有前級泵方能起作用。這幾種泵都有各自的特性。
2.1 油封式機械泵
油封式機械泵包括旋片式、滑閥式和余擺線式3種形式,目前國產(chǎn)貨主要有前兩種。油封式機械泵是常用的也是唯一能在大氣下使用的泵,也是最基本的真空設備。它不僅可以單獨用做主泵,還可用做預抽泵、前級泵和維持泵。它不適用于抽含灰塵的氣體,因灰塵會污染泵油和磨損泵腔,若在這種場合下使用則需加捕集器和收塵器;它也不適用于抽含水汽的氣體,若在這種場合下使用則要加氣鎮(zhèn)閥。此類泵的結構復雜,加工困難,價格也高。典型的國產(chǎn)泵結構如圖6-2和圖6-3所示。
2.2 水環(huán)式真空泵
水環(huán)式真空泵是借水力流速造成的壓力差來抽空的,是一種低真空泵。它結構簡單且緊湊,制造容易,工作可靠,但效率低。泵內(nèi)無轉(zhuǎn)動部分,適用于抽含灰塵、水汽和其他易燃易爆或帶腐蝕性氣體的場合。水環(huán)泵工作原理圖如圖6-4所示。
2.3 機械增壓泵(羅茨泵)
機械增壓泵是一種旋轉(zhuǎn)式變?nèi)菡婵毡?,在最佳壓力范圍?nèi)具有抽速大、效率高、啟動快,對被抽氣體中的灰塵和水蒸氣不敏感,轉(zhuǎn)子不必潤滑,泵腔內(nèi)無油封等特點。由于泵內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子間的間隙較大(約為0.1~0.3mm),因此抽除氫氣類小分子氣體效率低。圖6-5所示為機械增壓泵的結構示意圖。
2.4 油增壓泵
油增壓泵是一種油蒸氣噴射式真空泵,在最佳壓力狀態(tài)下有較大抽速。它適用于系統(tǒng)真空度較高又有大量氣體排出的場合。
可抽任何氣體,對氫的抽氣效率尤其高,它的抽速受預真空度的影響較小,即使預真空泵油被污染的情況下也能正常工作。此類泵的結構簡單,無轉(zhuǎn)動部分,無噪聲,便于操作維護。增壓泵結構如圖6-6和圖6-7所示,國外18B3型增壓泵抽氣速率曲線如圖6-8所示。
2.5 油擴散泵
油擴散泵是一種高真空油蒸氣射流泵,可抽任何氣體,功能不受前級泵的影響,僅在放氣量較少的情況下作主泵用。此類泵無轉(zhuǎn)動部分,結構簡單,操作方便,無噪聲。分餾式油擴散泵結構如圖6-9所示。
本公司經(jīng)營產(chǎn)品分類:鈦棒、鈦管、鈦板、鈦陽極、鈦箔鈦帶、鈦法蘭、鈦絲、鈦靶材、鈦設備、鈦餅鈦環(huán)、鈦標準件、鈦加工件
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