Водородные вакуумные печи, их особенности и применение в промышленности

При обработке различных материалов, особенно металлов, важную роль занимает термическое воздействие. Для этого существуют специальные промышленные печи, в которых происходит сушка, запекание, закалка и прочие подобные процессы. Уже давно стало понятно, что для термообработки лучше использовать не обычные печи, а вакуумные. Использование вакуумного оборудования позволяет избежать взаимодействия материала в печи с воздухом, что благоприятно влияет на весь процесс.

Особенности водородных печей

Водородные печи называют ещё водородно-вакуумными. Особенностью их конструкции является подача водорода, который способен обеспечить более качественную обработку материалов в печи. Бывает и так, что вместо водорода применяют диссоциированный аммиак. Вакуумные печи с подачей аммиака чаще всего используются в массовом производстве, так как данные печи относятся к агрегатам непрерывного действия.

Водородные печи для спекания чаще всего применяются на металлургических предприятиях, в которых есть крупные литейные цеха. Так же водородные вакуумные печи используются на предприятиях, специализирующихся на обжиге керамики. Примером популярной в производстве вакуумной водородной печи является печь толкательная водородная ПТВ-6. Данная модель имеет полуавтоматическую загрузку, автоматическое проталкивание и выгрузку готовых изделий.

Водородные печи бывают различных типов, камерные или колпаковые, но конструкция различных водородных печей омет схожие особенности.

Конструкция водородных вакуумных печей

Большинство водородных печей имеют схожую конструкцию. Каждая вакуумная водородная печь имеет следующие элементы:

1. Рабочая камера. Как правило, она расположена вертикально. Лучшим материалом для камеры водородной вакуумной печи является нержавеющая сталь. В камере имеются нагревательные элементы. Они, как правило, изготавливаются из вольфрама. В качестве изолирующего материала используется нержавеющая сталь, вольфрам и молибден;
2. Система охлаждения. Вакуумные водородные камеры являются сложными агрегатами, поэтому они имеют системы охлаждения. Данная система должна охлаждать стенки и фланцы камеры, а так же электрические вводы. В системах имеется ёмкость для воды и бесперебойный источник питания. Кроме того, система охлаждения двухконтурная, оснащённая теплообменником. Благодаря такому уровню оснащённости, система способна работать даже при отключении вакуумной водородной печи от электросети и водопроводной системы;
3. Газовая система. Именно эта система превращает вакуумную печь в водородную. Данная система обеспечивает подачу водорода или азота в рабочую камеру. За счёт электронных регуляторов можно регулировать поступление газа в рабочую камеру. Кроме того, можно регулировать подачу водорода вручную. Водород утилизируется за счёт сжигания на выходе из рабочей камеры;
4. Вакуумная система. За счёт данной системы происходит откачка газов из рабочей камеры. Вакуумная система состоит из сухого насоса спирального типа, вакуумметра, электромагнитного клапана;
5. Привод загрузочного фланца. Данная система вакуумного водородного насоса обеспечивает загрузку материалов в камеру. Данный привод электромеханический, он имеет плавный спуск и торможение;
6. Панель управления. Именно панель управления отвечает за работу вакуумной водородной камеры. Оператор может полностью управлять агрегатом с помощью панели управления.

Некоторые водородные печи намного сложнее, чем описанная выше, но существуют и более простые модели.

Особенности проходной водородной печи

Водородная вакуумная печь проходного типа нужна для спекания металла и керамики в водородной среде. Это муфельная электропечь конвейерного типа. Рабочая камера нагрева имеет подвод водорода и состоит из монолитной части с муфелем. Муфель сделан из стали марки ХН45. На муфеле имеются шлюзовые камеры, имеющие азотную завесу. Водород подаётся непосредственно в муфель.

В вакуумной водородной печи имеются восемь температурных зон, каждая из которых регулируется независимо друг от друга. В качестве материала нагревательных элементов используется карбид кремния. Футеровка у печей этого типа двухслойная. В качестве первого слоя используется материал типа ТЕРМОИЗОЛ-1300. Вакуумная водородная печь этого типа работает по следующему алгоритму:

1. Детали, которые нужно подвергнуть термообработке, нужно разместить на конвейерной ленте. Данная лента изготовлена из качественной жаростойкой стали марки Х20Н80;
2. Сама лента функционирует за счёт специального лентонатяжительного механизма и приводного устройства;
3. Внутри детали подвергаются необходимой термообработке.

Печь данного типа имеет полный комплекс разнообразных датчиков, систем безопасности, блокировок. Кроме того, имеются система выхода отходящего водорода, системы расхода и давления подаваемого водорода и азота. Так как проходная вакуумная печь была спроектирована с применением футеровочных материалов высокого качества, а так же герметичности муфеля, печь данного типа не нуждается во внешней герметизации, поэтому нет нужды монтировать водяную охлаждающую систему.

Водородные вакуумные печи на основе корундовых муфелей и капсюлей

Вакуумные водородные печи данного типа имеют свои особенности:

1. Вместо водорода в печах данного типа имеется возможность использования диссоциированного аммиака;
2. Загрузка деталей с печи данного типа проходит по другой системе. Вместо конвейерных лент тут используются специальные корундовые капсюли. Ещё их часто называют лодочками. Данные детали в капсюлях проталкиваются через корундовый муфель. Толкатель может быть как электромеханическим, так и ручного типа;
3. С двух сторон муфеля имеется огневая или азотная завеса, часто устанавливаются форкамеры, если это необходимо;
4. Нагревательным элементом является специальная молибденовая проволока, которая намотана на муфель с внешней стороны. Подобная конструкция муфеля позволяет поднять температуру внутри его до 1 700 градусов;
5. Бывают печи с одним муфелем, а бывают вакуумные водородные печи с двумя или более муфелями;
6. Рабочая зона нагрева может достигать 1 метра, а сама камера имеет длину до 1,3 метра.

Практически все вакуумные водородные печи данного типа относятся к агрегатам непрерывного действия, поэтому они больше всего подходят для крупных предприятий.