ИМПУЛЬСНАЯ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОРИСТЫХ АНОДОВ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

FUEL CELL

УДК: 624.351

ИМПУЛЬСНАЯ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОРИСТЫХ АНОДОВ ТВЕРДООКСИДНЫХ

ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

А.А. Соловьев1, Н. С. Сочугов1, А.В. Шипилова1, В.П. Ротштейн1, Н. Ф. Ковшаров2

1Институт сильноточной электроники СО РАН 634055 Томск, пр. Академический, д. 2/3 Тел. (3822) 491-651, факс (3822) 491-651, e-mail: andrewsol@mail.ru

2ООО «Энес», 634055 Томск, пр. Академический, д. 2/3 Тел. (3822) 491-295, факс (3822) 491-420, e-mail: knf12005@yandex.ru

Заключение Совета рецензентов: 15.10.09 Заключение Совета экспертов: 17.10.09 Принято к публикации: 18.10.09

В работе проведена модификация поверхности пористых анодов твердооксидного топливного элемента методом импульсной электронно-пучковой обработки, позволившим существенно изменить микроструктуру поверхностного слоя. Оптимальными, с точки зрения формирования развитой модифицированной поверхности, уменьшения пористости поверхностного слоя анодной подложки, а также улучшения структурных характеристик напыляемого в дальнейшем тонкопленочного электролита, являются режимы пучковой обработки, при которых число импульсов N не превышает 3, а плотность энергии лежит в диапазоне Es = 0,8-2,5 Дж/см2. Такие режимы обработки позволяют снизить газопроницаемость модифицированных образцов более чем в 10 раз по сравнению с исходным значением. Толщина модифицированного слоя во всех режимах обработки составила ~ 0,5-1,5 мкм.

Ключевые слова: водородная энергетика, низкотемпературный твердооксидный топливный элемент, электролит, модификация, импульсная электронно-пучковая обработка.

PULSED ELECTRON-BEAM MODIFICATION OF SURFACE OF POROUS ANODES OF SOLID OXIDE FUEL CELLS

A.A. Soloviev1, N.S. Sochugov1, A.V. Shipilova1, V.P. Rotshtein1, N.F. Kovsharov2

'Institute of high current electronics SB RAS 2/3 Akademichesky ave., Tomsk, 634055 Russia Tel. (3822) 491-651, fax (3822) 491-651, e-mail: andrewsol@mail.ru 2«Enes» Co., Ltd 2/3 Akademichesky ave., Tomsk, 634055 Russia Tel. (3822) 491-295, fax (3822) 491-420, e-mail: knf12005@yandex.ru

Referred: 15.10.09 Expertise: 17.10.09 Accepted: 18.10.09

The modification of a surface of solid oxide fuel cells porous anodes is carried out in this work by a method of the pulsed electron-beam treatment. It has allowed changing a microstructure of a surface layer essentially. The regimes of electron beam treatment at which the number of pulses N does not exceed 3 and the energy density Es = 0.8-2.5 J/cm2 are optimal from the point of view of formation of the advanced modified surface, reduction of porosity of the anode substrate surface layer, and also improvement of structural characteristics of thin-film electrolyte deposited in a next stage. Such regimes of treatment allow decreasing the gas permeability of the modified samples more than in 10 times in comparison with a reference value. Thickness of the modified layer in all regimes of treatment was equal to 0.5-1.5 microns.

Сведения об авторе: канд. техн. наук, научный сотрудник лаборатории прикладной электроники ИСЭ СО РАН. Победитель конкурса инновационных проектов молодых ученых г. Томска (2003 г). Лауреат премии СО РАН для молодых ученых им. академика РАН С.П. Бугаева

Ä(2008 г.).

Образование: Томский политехнический университет (2001 г.).

Область научных интересов: высоковольтная техника, разработка сложных электрофизических установок и технологий нанесения наноструктурных тонкопленочных покрытий; исследование электрических характеристик материалов. Публикации: 27 статей, 3 патента, 11 докладов.

Соловьев А.А.

Статья поступила в редакцию 13.10.2009. Ред. рег. № 618 The article has entered in publishing office 13.10.2009. Ed. reg. No 618

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009

SJL

Шипилова А.В.

Ротштейн В.П.

Сведения об авторе: канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, зав. лабораторией прикладной электроники ИСЭ СО РАН.

Образование: Томский государственный университет (1985 г.).

Область научных интересов: разработка новых конструкционных материалов, оборудования и технологий модификации поверхности твердых тел ионно-плазменными методами; вакуумная и плазменная электроника, водородная энергетика. Организатор и руководитель ряда российских и международных проектов.

Публикации: более 100 статей, 6 патентов, 25 докладов.

Сведения об авторе: аспирант ИСЭ СО РАН.

Образование: Томский государственный университет (2004 г.).

Область научных интересов: исследование структурных, физических и функциональных свойств покрытий; разработка технологий создания и обработки композиционных материалов для водородной энергетики ионно-плазменными методами. Тема диссертационной работы «Получение методом магнетронного распыления тонкопленочных электролитов на анодной основе для твердооксидных топливных элементов».

Публикации: 3 статьи, 4 доклада.

Сведения об авторе: д-р физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории вакуумной электроники ИСЭ СО РАН.

Образование: Томский государственный университет (1966 г.).

Область научных интересов: взаимодействие импульсных электронных пучков с материалами; исследование физических, химических и технологических свойств материалов. Публикации: 95 статей, 7 патентов РФ и 1 патент США, более 50 докладов.

Сведения об авторе: канд. техн. наук, директор ООО «ЭНЕС». Образование: Томский политехнический институт (1974 г.).

Область научных интересов: разработка оборудования и технологий создания новых конструкционных материалов и покрытий. Специалист в области плазменных, лучевых и электронных технологий.

Публикации: 19 статей, 5 патентов.

Ковшаров Н. Ф.

Введение

Большое внимание в ряде ведущих стран мира, в том числе и в России, уделяется разработке твердо-оксидных топливных элементов (ТОТЭ) - одного из наиболее перспективных видов электрохимических генераторов для прямой конверсии химической энергии взаимодействия водорода и кислорода в электрическую энергию. Для создания коммерческого и эффективного ТОТЭ необходимо решить актуальнейшую задачу - снизить его рабочие температуры с 800-1000° С до 500-650° С. Путь решения указанной проблемы лежит в уменьшении толщины его основных функциональных слоев, и в первую очередь электролита [1, 2]. Для обеспечения стабильной и долговременной работы ТОТЭ с высокими электри-

ческими характеристиками электролит должен иметь высокую ионную проводимость, достаточно высокую механическую прочность и термическую стойкость, а также быть газонепроницаемым. Важно отметить, что уменьшение толщины пленки электролита не должно приводить к ухудшению ее газонепроницаемости из-за наличия в пленке различных дефектов, таких как трещины и поры, а также отслаивание пленки от подложки.

При реализации конструкции ТОТЭ с несущим анодом тонкопленочный (толщиной порядка 1-3 мкм) газонепроницаемый (для предотвращения смешивания газов) электролит необходимо получить на поверхности пористой подложки, которая обычно для беспрепятственного прохода газа к трехфазной границе у электролита имеет пористость порядка

28

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

i? M

40% и размеры пор от единиц до десятков мкм. Становится очевидным, что для достижения высокой газонепроницаемости покрытия 2г02:У203 (У82) целесообразно проводить предварительную поверхностную модификацию пористых анодов ТОТЭ с целью создания модифицированных и интерфейсных слоев на их поверхности [3-5].

Для решения задачи нанесения тонкопленочного электролита в данной работе были использованы вакуумные ионно-плазменные методы обработки материалов. В частности, с целью управления размером пор в поверхностном слое пористых анодных подложек нами был использован такой метод модификации, как импульсная электронно-пучковая обработка, один из наиболее перспективных способов модификации поверхности органических, неорганических, а также полимерных материалов. Электронный пучок является эффективным источником сверхбыстрого нагрева поверхности материалов и изделий. При воздействии мощного импульсного электронного пучка на материал происходит импульсный нагрев и расплавление его поверхностного слоя. По окончании импульса пучка нагретый слой быстро охлаждается процессом теплопроводности в глубину материала. Модифицированный таким образом поверхностный слой приобретает субмикро- и нанокристаллическую структуру, обладающую улучшенными характеристиками, имеет меньшую шероховатость [6, 7].

Методом сканирующей электронной микроскопии исследованы структура и морфология поверхности образцов. Проведены измерения газопроницаемости пористых анодных подложек до и после их электронно-пучковой обработки в различных режимах.

Методика эксперимента

Изготовление пористых керамических анодных подложек

В качестве подложек для проведения импульсной электронно-пучковой модификации использовались восстановленные пористые аноды ТОТЭ, полученные в результате высокотемпературного спекания (/ = 1350° С, 2 часа изотермической выдержки) сырой полимерной ленты, произведенной методом шликерного литья (производство фирмы Б8Ь Б1ес1го8с1епсе). Восстановление анодов осуществлялось в атмосфере увлажненного водорода при 800° С с двухчасовой изотермической выдержкой. Готовые анодные подложки представляли собой двухслойную конструкцию диаметром 20 мм, состоящую из основного (толщина 0,5 мм, размер пор 1,5-2 мкм) и функционального (толщина 15 мкм, размер пор ~ 0,6 мкм) слоев. Основной слой играет роль газодиффузионного и имеет размер пор, достаточный для транспортировки топлива к электролиту, а функциональный играет роль электрохимически активного слоя. Изображение структуры излома двухслойного анода приведено на рис. 1.

Рис. 1. Изображение микроструктуры излома двухслойного

анода, полученное методом сканирующей электронной микроскопии: 1 - функциональный слой; 2 - основной слой Fig. 1. SEM microstructure image of bi-layer anode cross-section: 1 - functional layer; 2 - basic layer

Импульсная электронно-пучковая модификация пористых анодных подложек

Модификация поверхностного слоя пористых анодных подложек с целью изменения размера пор их приповерхностного слоя осуществлялась методом импульсной электронно-пучковой обработки. Для этого использовался электронный источник, генерирующий низкоэнергетичный сильноточный пучок с энергией электронов Ее = 10-12 кэВ, током пучка ~ 15 кА, диаметром 70-80 мм и длительностью импульса 2-3,5 мкс [8]. В процессе обработки использовались следующие параметры пучка: плотности энергии пучка Е, = 0,8; 1,5; 2,5; 3,5 и 4,5 Дж/см2; количество импульсов (Щ) в процессе обработки составляло от 1 до 9; скорость закалки из расплава на поверхности достигала ~ 1010 К/с. Рабочее давление в камере находилось на уровне 3,8-10-4 торр.

Измерение газопроницаемости пористых анодных подложек

Измерения газопроницаемости анодных подложек проводились методом, который заключается в помещении исследуемого образца между двумя камерами, в одной из которых создается избыточное давление газа (Ы2) величиной 0,5 атм. В другой камере пузырьковым расходомером измеряется расход прошедшего через образец газа. Зная скорость потока газа через образец, можно по закону Дарси [9] определить его газопроницаемость К, см4/г-с: К = й^АР ■ А , где й -

толщина образца, см; 0> - скорость потока газа, см3/с; АР - разность давления, г/см2; А - площадь поверхности образца, см2.

Результаты и их обсуждение

Параметры, при которых происходила модификация пористых образцов (Ы1/У82) методом импульсной электронно-пучковой обработки (ЭПО), представлены в таблице.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009

Параметры импульсной электронно-пучковой обработки образцов и характеристика их газопроницаемости Pulsed electron-beam modification parameters of anode samples and values of their gas permeability

№ образца Параметры ЭПО Газопроницаемость #10-6, см4/г-с

Плотность энергии пучка Es, Дж/см2 Количество импульсов, N Температура, °С

1 - - 20 768

2 0,8 3 20 140-180

3 1,5 3 20 100-140

4 2,5 3-9 20 40-55

5 2,5 3 700 35-40

6 3,5 3-9 20 55

7 4,5 3-9 20 70-85

Импульсная электронно-пучковая обработка позволяет существенно изменить микроструктуру поверхности пористых образцов. В результате облучения электронным пучком происходит оплавление поверхностного слоя на глубину 1-1,5 мкм (рис. 2). При этом глубина модифицированного слоя практически не зависит от плотности энергии электронного пучка в диапазоне 0,8-4,5 Дж/см2.

Рис. 2. Изображение микроструктуры поперечного излома образца № 4, полученное методом сканирующей электронной микроскопии Fig. 2. SEM microstructure image of sample № 4 cross-section

Рис. 3. Изображение поверхности образца № 4 после импульсной электронно-пучковой обработки, полученное методом сканирующей электронной микроскопии Fig. 3. SEM microstructure image of sample No 4 surface after pulsed electron-beam modification

При Ех < 2,5 Дж и N < 3 оплавление поверхностного слоя приводит к некоторому уменьшению шероховатости поверхности, которая, однако, остается достаточно развитой (рис. 3). Это обстоятельство будет способствовать формированию развитой трехфазной границы между подложкой и напыляемой на нее пленкой У82 электролита, что, в свою очередь, оказывает положительное влияние на электрохимические характеристики ТОТЭ. Газопроницаемость анодов снижается с ~ 770-10-6 см4/г-с (до обработки) до (35-55)-10-6 см4/г-с (после обработки).

При увеличении плотности энергии пучка Е > 2,5 Дж/см2) и количества импульсов N > 3) оплавление поверхностного слоя значительно усиливается и происходит практически полное сглаживание поверхности образцов (рис. 4). Следует отметить, что при таких режимах облучения на поверхности появляется сеть микротрещин шириной от нескольких сотен нанометров до единиц микрон (рис. 5) и такие дефекты, как микрократеры диаметром 20-25 мкм (рис. 6).

Рис. 4. Типичное изображение поверхности образцов № 6, 7 после импульсной электронно-пучковой обработки Fig. 4. Typical image of samples No 6, 7 surface after pulsed electron-beam modification

Из рис. 5 видно, что появляющиеся микротрещины (указаны стрелками) распространяются на всю глубину модифицированного слоя. Трещинообразо-

30 International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

вание связано с формированием в приповерхностном слое, закаленном из жидкого состояния, термических и фазовых напряжений. Появление микрократеров может быть следствием локального перегрева материала подложки в местах расположения вторых фаз с пониженной теплопроводностью. Газопроницаемость анодов после обработки в режимах с плотностью энергии пучка Е, > 2,5 Дж/см2 снижается до значений (55-85)-10-6 см4/г-сек. Очевидно, что трещины микронной ширины и микрократеры не будут закрыты газонепроницаемой пленкой электролита толщиной порядка 1-3 мкм.

Рис. 5. Типичное изображение микроструктуры поперечного излома образцов № 6, 7 Fig. 5. Typical microstructure image of samples No 6, 7 cross-sections

Рис. 6. Кратеры, возникающие на поверхности анодных подложек в результате импульсной электронно-пучковой обработки (образец № 4: Es = 2,5 Дж/см2, N = 6) Fig. 6. Craters emerging on anode surface after pulsed electron-beam modification (sample No 4: Es = 2.5 J/cm2, N = 6)

Как уже отмечалось, ни увеличение числа импульсов воздействия, ни плотности энергии электронного пучка не приводят к росту толщины модифицированного слоя. Это связано с большой пористостью образцов и низкой теплопроводностью керамики, входящей в их состав. Анализ морфологии поверхности модифицированных образцов показал, что во всех режимах облучения происходит закрытие большей части поверхностных пор. Исключение составляют наиболее крупные поры, которые данным методом обработки удалось зарастить лишь частично.

На основании проведенных экспериментов был сделан вывод, что во избежание появления микротрещин и микрократеров на поверхности анодных подложек после ЭПО ее необходимо проводить при низкой плотности энергии пучка электронов, т.е. 0,81,5 Дж/см2. Также было показано, что предварительный нагрев анодных подложек перед импульсной электронно-пучковой обработкой до температуры 600-700° С при одинаковых прочих условиях позволяет уменьшить количество крупных дефектов, таких как микротрещины и микрократеры, на поверхности облученных образцов. Исследования поверхности анодных подложек, обработанных электронным пучком при комнатной температуре и с предварительным нагревом, показали, что на поверхности последних сеть микротрещин менее развитая. Хотя полностью от нее избавиться все же не удается. Уменьшение количества трещин на предварительно нагретых подложках объясняется снижением термомеханических напряжений, возникающих в результате разницы исходной температуры подложки и ее температуры в процессе облучения электронным пучком. Снижение количества микротрещин на предварительно нагретых подложках косвенно подтверждается их меньшей газопроницаемостью по сравнению с образцами, обработанными в тех же режимах, но при комнатной температуре (см. образцы № 4 и 5 в таблице).

Таким образом, предложенный метод модификации пористых анодных подложек перед нанесением тонкопленочного слоя электролита позволяет снизить их газопроницаемость в 10-20 раз и в дальнейшем обеспечит все условия для последующего формирования на нем газонепроницаемого электролита минимальной толщины.

Заключение

В результате проведенных исследований было показано, что импульсная электронно-пучковая обработка является эффективным и перспективным методом модификации пористых анодных подложек ТОТЭ с целью управления пористостью и размерами пор их поверхностного слоя.

Обработка поверхности электронным пучком сопровождается оплавлением поверхностного слоя толщиной порядка 1 мкм. Результатом такой импульсной электронно-пучковой обработки является уменьшение пористости поверхностного слоя, о чем явно свидетельствуют результаты измерения газопроницаемости и анализ морфологии поверхности модифицированных образцов.

Следствием увеличения числа импульсов обработки, также как и увеличения плотности энергии пучка, является практически полное сглаживание поверхности, на которой при этом появляется сетка микротрещин и микрократеры.

С точки зрения улучшения структурных характеристик напыляемого в дальнейшем тонкопленочного

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009

электролита наиболее предпочтительными являются режимы пучковой обработки, при которых число импульсов N не превышает 3, а плотность энергии лежит в диапазоне Es = 1,5-2,5 Дж/см2.

Авторы благодарят К.В. Карлика за облучение образцов электронным пучком.

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».

Список литературы

1. Kek D., Panjan P., Wanzenberg У., Jamnik О. Electrical and microstructural investigations of cermet anode/YSZ thin film systems // Journal of the European Ceramic Society. 2001. Vol. 21. P. 1861-1865.

2. Garcia-Barriocanal J., Rivera Calzada A., Varela M. et. al. Colossal ionic conductivity at interfaces of epitaxial ZrO2:Y2O3/SrTiO3 heterostructures // Science. 2008. Vol. 321. P. 676-680.

3. Wanzenberg E., Tietz F., Panjan P., Stover B. Influence of pre- and post-heat treatment of anode substrates on the properties of DC-sputtered YSZ electrolyte films // Solid state ionics. 2003. Vol. 159. P. 1-8.

4. Vervoort A.G.J., Scanlon P.J., Ridder M., Brongersma H.H., Welzenis R.G. Surface modification of a fuel cell material by ion implantation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2002. Vol. 190. P. 813-816.

5. Hobein B., Tietz F., Stover D., Cekada M., Panjan P. DC Sputtering of yttria-stabilised zirconia films for solid oxide fuel cell applications // Journal of the European Ceramic Society. 2001. Vol. 21. P. 1843-1846.

6. Ротштейн В.П., Гюнцель Р., Марков А.Б., Про-скуровский Д.И., Фам М.Т., Рихтер Э., Шулов В.А. Поверхностная модификация титанового сплава низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком при повышенных начальных температурах // Физика и химия обработки материалов. 2006. № 1. С. 62-72.

7. Rotshtein V.P., Ivanov Yu.F., Proskurovsky D.I., Karlik K.V., Shulepov I.A., Markov A.B. Microstructure of the near-surface layers of austenitic stainless steels irradiated with a low-energy, high-current electron beam // Surface and Coatings Technology. 2004. P. 382-386.

8. Ozur G.E., Proskurovsky D.I., Rotshtein V.P. and Markov A.B. Production and application of low-energy, high-current electron beams // Laser and Particle Beams. 2003. Vol. 21. P. 157-174.

9. Chang-Jiu Li, Xian-Jin Ning, Cheng-Xin Li. // Effect of densification processes on the properties of plasma-sprayed YSZ electrolyte coatings for solid oxide fuel cells // Surface and Coating Technology. 2005. Vol. 190, No. 1. Р. 60-64.

UZBEKISTAN 2009 -4-Я МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА "ЭНЕРГЕТИКА, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ, ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА, КАБЕЛИ, СВЕТОТЕХНИКА, НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ"

POWER

UZBEKISTAN

Время проведения: 23.09.2009 - 25.09.2009 Место проведения: Узбекистан, Ташкент Темы: Энергетика, Электроника и электроэнергетика, Метизная, проволочно-канатная, кабельная

Power Uzbekistan - это

Более 70 компаний-участников; • Посетители-специалисты отрасли из Узбекистана, стран СНГ и дальнего зарубежья; • Технические семинары по энергетике и энергосбережению и презентации; • Целевая рекламная кампания по привлечению посетителей; • Лучшая выставочная площадка Узбекистана Тематика данной выставки позволяет показать развитие и потенциал в таких важнейших областях промышленности, как электроэнергетика, электротехника, строительство, связь, угольная промышленность, нефтегазовый комплекс,

ЖКХ, которые формируют экономику Узбекистана.

Официальная поддержка выставки

ГАК «Узбекэнерго»СО

«Узсувэнерго» при Министерстве сельского и водного хозяйства Республики Узбекистан _Основные тематические разделы_

■ Электрические машины и комплектующие

■ Низковольтная аппаратура

■ Высоковольтное оборудование

■ Оборудование и технологии для угольной промышленности

■ Кабели, провода, аксессуары

■ Электроизоляционные материалы и изоляторы

- Преобразовательная техника

- Электроника и электронные компоненты

- Контрольно-измерительные приборы и автоматика

- Электромонтажное оборудование и электроинструменты

- Энергосберегающие технологии и оборудование

- Альтернативные источники энергии

- Светотехника

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

STRUCTURAL MATERIALS

УДК 621.05.03

Уважаемые читатели!

Мы заканчиваем публикацию научного обзора нашего постоянного корреспондента канд. техн. наук Эдуарда Никитовича Мармера, который является одним из наиболее квалифицированных специалистов в области высокотемпературных материалов, эксплуатирующихся при нагреве в вакууме или в аргоне.

В первой части обзора рассматривалось влияние вакуума на основные элементы печей. Вторая часть посвящена технологическим процессам в вакууме, а третья часть дает представление о конструкциях вакуумных высокотемпературных печей для термообработки и спекания.

Рассматриваемые процессы охватывают температурный интервал от 700 до 2800° С при разрежении от атмосферного давления инертных газов до 10-7 Па.

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВАКУУМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ И СПЕКАНИЯ

Э.Н. Мармер

ООО «Группа компаний ВНИИЭТО» (ВНИИ Электротермического оборудования) 109052, Москва, ул. Нижегородская, 29 Тел. (495) 250-82-52, e-mail: mayovec@yandex.ru

HIGH TEMPERATURE VACUUM TECHNOLOGIES AND ELECTRIC FURNACES FOR THERMAL TREATMENT AND FRITTING

E.N. Marmer

All-Russian Scientific Research Institute of Electrothermical Equipment Group of companies Ltd. 29, Nizhegorodskaya str., Moscow, 109052 Phone (495) 250-82-52, e-mail: mayovec@yandex.ru

СОДЕРЖАНИЕ III части

§ 4. Высокотемпературные вакуумные электропечи...................................................................34

4.1. Критерии оценки качества вакуумных печей....................................................................34

4.2. Высокотемпературные вакуумные печи с нагревателями из тугоплавких металлов...................45

4.2.1. Металлографические аспекты работы тугоплавких металлов в вакуумных печах...............48

4.2.2. Шахтные и элеваторные печи на основе нагревателей из тугоплавких металлов.................51

4.2.3. Камерные печи на основе тугоплавких металлов........................................................53

4.2.4. Сверхвысоковакуумные печи сопротивления (СВВ)...................................................55

4.2.5. Двухколпаковые печи на основе тугоплавких металлов................................................59

4.2.6. Печи с нагревателями из тугоплавких металлов с теплоизоляцией из оксидов.....................60

Статья поступила в редакцию 10.06. 2008. Ред. рег. № 488

The article has entered in publishing office 10.06.2008. Ed. reg. No 488

4.2.7. Протяжные вакуумные печи..................................................................................60

4.2.8. Вакуумные печи контактного нагрева......................................................................61

4.3. Высокотемпературные вакуумные печи на основе углеродных материалов......................................62

4.3.1. Преимущества и недостатки печей с углеродными нагревательными блоками...................62

4.3.2. Шахтные вакуумные печи на основе углеродных материалов....................................... 64

4.3.3. Элеваторные вакуумные печи на основе углеродных материалов....................................67

4.3.4. Камерные вакуумные печи на основе углеродных материалов.......................................68

4.3.5. Вакуумные печи непрерывного действия на основе графита..........................................80

4.3.6. Вакуум-компрессионные печи на основе графита........................................................82

§ 5. Особо высокотемпературные печи сопротивления на температуру 2500° С и выше................83

5.1. Печи на основе карбида ниобия на температуру 2500° С.....................................................83

5.2. Печи сопротивления на основе графита для температур до 2800° С.......................................83

§ 6. Экологические аспекты нагрева в вакууме и техника безопасности.....................................83

§ 7. Экономические преимущества нагрева в вакууме..............................................................87

§ 8. Перспективы развития вакуумных печей сопротивления...................................................88

8.1. Низкотемпературные печи...........................................................................................88

8.2. Средне- и высокотемпературные печи на основе тугоплавких металлов.................................88

8.3. Средне-, высоко- и особо высокотемпературные печи на основе углеродных материалов............89

§ 9. Общее заключение по книге.......................................................................................... 89

Список литературы............................................................................................................ 91

III часть.

Особенности конструирования вакуумных печей сопротивления для основных технологических процессов

§ 4. Высокотемпературные вакуумные электропечи

4.1. Критерии оценки качества вакуумных печей Качество печей, определяющее срок службы и экономичность, проявляется в сравнении таких параметров, как температура, объем рабочего пространства и тепловые потери. Сравнение каждого из перечисленных параметров не дает общей картины качества. Для объективного сравнения нами [87, 151] предложен критерий качества Кмн (критерий Марме-ра и Новожилова), который закономерно связывает эти основные параметры печи:

Кмн РпоЖ

где Рпот - тепловые потери, кВт; I - температура, °С; V - объем рабочего пространства, м3.

Экспериментально определяли этот критерий для различных печей с температурой от 1300 до 3000° С и полезным объемом от 0,5 до 1400 дм3.

Параметры высокотемпературных вакуумных печей, рекламируемых фирмами различных стран, представлены в табл. 163 для камерных печей и в

табл. 164 для шахтных и элеваторных. В них указаны полезные объемы, мощности потерь и температуры, по которым рассчитан критерий Кмн. Для справки там же даются поверхности полезного объема печей, по которым также можно судить о качестве печей.

Однако критерий Кмн является более универсальным, поскольку включает в себя и температуру. Обобщение такого массива вакуумных печей (более 200) целесообразно провести, располагая их на графиках, определяющих зависимость Кмн от объемов рабочего пространства. Следует отметить, что при больших размерах рабочего пространства величина Кмн не превышает 1,4, а при малых размерах она увеличивается до 10. Поэтому этот массив печей разбит на две основные группы.

Считаю, что такая методика рассмотрения больших масс печей может быть использована моими последователями (надеюсь, что они тоже будут). Как правило, инофирмы, рекламирующие свою продукцию, используют оптимальную толщину теплоизоляции, поэтому возможно сравнение печей, применяя разработанный критерий Кмн [87].

Таблица 163

Параметры камерных вакуумных электропечей с указанием стран и фирм

Table 163

Technical data of box-type vacuum electric furnaces, including countries and manufacturers

№ п/п Тип печи и страна-производитель Номинальная температура, °С Полезный объем V, дм3 Поверхность f, дм2 Мощность, кВт Удельн. мощность потерь Рпуд, кВт/дм2 Критерий Кмн, кВт/м3-град

Робщ Р 1 пот

1 СНВГ-4/16,(120х300х120), Россия 1600 4 17,28 8,0 5,6 0,32 0,875

2 СНВГ-4/22, (120х300х120), Россия 2200 4 17,28 13 9,1 0,53 1,03

3 СНВГ-16/16, (200х400х200), Россия 1600 16 40 23 16,1 0,40 0,63

4 СНВГ-16/22, (200х400х200), Россия 2200 16 40 35 24,5 0,61 0,7

5 СНВГ-30/20, (250х550х230), Россия 2000 30 64,3 42 29,4 0,46 0,40

6 СНВГ-9.4,5/16, (200х400х200), Россия 1600 243 243 250 175 0,72 0,45

7 СНВ-5.10.5/13, (500х1000х500), Россия 1300 250 250 201 140 0,56 0,43

8 Workhorse-12.12.12,(305х305х305), Vacuum Industries, США 1600 28 35,8 45 31,5 0,56 0,7

9 Workhorse-12.12.36,(305х910x305), Vacuum Industries, США 2200 85 130 115 91 0,7 0,5

10 НТК-25/18, GERO, Германия (250х400х250) 1800 25 52,5 40 28 0,52 0,62

11 НТК-25/22, GERO, Германия (250х400х250) 2200 25 52,5 60 42 0,8 0,76

12 НТК-80/18, GERO, Германия (400х500х400) 1800 80 112 80 56 0,5 0,39

13 НТК-80/22, GERO, Германия (400х500х400) 2200 80 112 100 70 0,62 0,4

14 НТК-220/18, GERO, Германия (600х600х600) 1800 220 216 120 84 0,39 0,21

15 НТК-220/22, GERO, Германия (600х600х600) 2200 220 216 165 120 0,49 0,22

16 VKUQgr-25/10/25 (250х250х100), Дегусса, Германия 1350 6,25 22,5 25 17,5 0,78 2,07

17 VKUQgr-50/25/50 (500х500х250), Дегусса, Германия 1350 62,5 90 60 42 0,47 0,49

18 VKUQgr-90/30/90 (900х900х300), Дегусса, Германия 1350 243 270 120 84 0,31 0,26

19 VKUQgr-30/30/90 (300х900х300), Дегусса, Германия 1600 81 126 100 70 0,58 0,54

20 VKUQgr-45/35/90 (450х900х350), Дегусса, Германия 1600 142 175,5 120 84 0,43 0,37

21 ДМК-240 (600х450х900), Швеция 1600 240 243 228 160 0,66 0,42

22 VKUQgr-30/30/90 (300х900х300) Дегусса, Германия 1600 81 126 100 70 0,55 0,54

23 COV-300 HS, Balzers (600х900х600), Лихтенштейн 1600 324 288 120 84 0,29 0,16

24 COV-300 HS, Balzers (600х900х600), Лихтенштейн 1600 706 572 170 119 0,21 0,105

25 VGH-40, Kopp (300x500x250), Австрия 1400 37,5 70 56 40 0,57 0,76

26 VGH-100, Kopp (450x600x350), Австрия 1400 94,5 127,5 142 100 0,78 0,75

27 VGH-250, Kopp (600x925x450), Австрия 1400 250 246 210 150 0,6 0,43

28 FH-20H, ULVAC (200x300x150), Япония 1300 9 27 24 16,8 0,62 1,16

3

35

Продолжение табл. 163 Continuation of Table 163

29 FH-45H, ULVAC (450x675x300), Япония 1300 91 120 50 35 0,29 0,3

30 FH-75H, ULVAC (750x1125x500), Япония 1300 422 358 116 81,2 0,23 0,15

31 FH-120H, ULVAC (1200x1800x800), Япония 1300 1728 912 228 160 0,175 0,07

32 VFC-25, IPSEN (200x300x150), Германия 1320 9 27 15 10,5 0,39 0,88

33 VFC-25, IPSEN (200x300x150), Германия 1320 58 98 50 35 0,36 0,46

34 VFC-5, IPSEN (610x910x610), Германия 1320 338,6 296,4 150 105 0,35 0,23

35 VFC-9, IPSEN (760x1220x760), Германия 1320 704,7 485,5 150 105 0,22 0,11

36 VFC-19, IPSEN (1220x1220x910), Германия 1320 1354 742 300 210 0,28 0,12

37 VFC-13, IPSEN (910x12200x760), Германия 1320 844 546 225 157 0,29 0,14

38 Мини-Тюркуаз (250x250x250), ЛПА Und, Франция 1600 15,6 37,5 30 25,5 0,68 1,02

39 СНВЭ-1.3.1/16, экранная (5 экр.) (100x300x100), Россия 1600 3 14 20 17 1,21 3,54

40 СНВЭ-1.3.1/20, экранная (7 экр.) (100x300x100), Россия 2000 3 14 27 22,4 1,6 3,82

41 СНВЭ-2.4.2/16, экранная (200x400x200), Россия 1600 16 40 35 29,7 0,75 1,16

42 СНВЭ-9/18, экранная (150x400x150), Россия 1800 9 28,5 29 24,6 0,86 1,52

43 VKUQgr-50/50/120, Дегусса (500x500x1200), Германия 1600 300 227 500 350 1,54 0,72

44 VKUQgr-50/50/90, Дегусса (500x500x900), Германия 1600 225 186,5 400 280 1,55 0,78

45 VKUQgr-30/30/90, Дегусса (300x300x900), Германия 1600 81 126 250 175 1,39 1,35

46 Модель 1600 GHT, Linn (250x350x300), Германия 1600 26,25 47,5 9 6,3 0,13 0,15

47 Модель 1600 GHT, Linn (250/700/300), Германия 1600 52,5 92 16 11,2 0,12 0,13

48 Модель 1600M GHT, Linn (250x200x250), Германия 1600 12,5 30 6 4,2 0,14 0,21

49 Модель ИТ-1600, Linn (130/190/160), Германия 1600 4 15,2 3,5 2,45 0,16 0,38

50 Модель ИТ-1800 plus, Linn (130/190/160), Германия 1800 4 15,2 5 3,5 0,23 0,45

51 Модель ИТ-1800 plus, Linn (250/200/250), Германия 1800 12,5 30 8 5,6 0,19 0,25

52 Модель BN-1800 plus, Linn (250/350/300), Германия 1800 26,25 47,5 12 8,4 0,18 0,18

53 Серия 706, фирма БРЮ, США (250x250x150) 1315 9,4 22,5 20 14 0,62. 1,13

54 Серия 701, фирма БРЮ, США (400x400x250) 1315 40 60 36 25,2 0,42. 0,48

55 Серия 701, фирма БРЮ, США (600x600x350) 1315 126 126 65 45,5 0,36. 0,27

56 НА-2, Cedimmer, Франция, экранная(250x500x130) 1400 16,25 44,5 30 26,5 0,6 1,16

57 20x20x30, Varian Vacuum, CША, экранная(500x760x500) 1350 190 164 180 153 0,93 0,6

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

Продолжение табл. 163 Continuation of Table 163

58 V250 UA, ОаШео-Spent, Италия, экранная(450х750х300) 1350 101 141,5 70 59,5 0,42 0,44

59 V250 ZA, ОаШео-Spent, Италия, экранная(600х1000х400) 1350 240 248 100 85 0,34 0,26

60 V250 WA, ОаШео-Spent, Италия, экранная(800х1500х600) 1350 720 516 200 170 0,33 0,17

61 536 MU, Torvac Ltd, Англия (650х1200х340) 1400 265 282 220 187 0,66 0,71

62 Сер. 21.19, Vacuum Industr. США, экранная(200х500х200) 1650 20 48 45 38,2 0,80 1,16

63 412-24 SF; The General Engineer. Co. Badelif AO (300х600х300) 1650 54 90 80 68 0,76 0,76

64 L.P.A.I. Mini turqiorstr, Франция (250х500х250) (граф.) 1600 31,2 62,5 80 60 0,96 1,2

65 F.H.H-30. Ulvac-Corp., Япония (300х450х200) (граф.) 1350 27 57 80 60 1,05 1,65

66 12.12.36. Vacuum Industr., США (305х915х305) (граф.) 2100 85 121 135 120 0,99 0,67

67 VCP-18.24.36. Hayes, США (600х1200х600) (граф.) 1600 432 360 350 250 0,69 0,36

68 12.12.36Сер.37-10. Vacuum Industr., США (305х915х305) (граф.) 1700 85 121 115 80 0,66 0,55

69 Сер. 2615-2100. Vacuum Industr., США (150х380х150), графит 2100 8,55 27,5 40 27 0,99 1,5

70 Сер. 3710, 8820. Vacuum Industr., США (200х500х200), графит 1700 20 48 30 21 0,44 0,62

71 Сер. 2100. 8820. Vacuum Industr., США (200х500х200), графит 2100 20 48 45 31,5 0,66 0,75

72 L.P.A.I. Mini turqiorstr, Франция (250х500х250) 2100 31,2 62,5 140 100 1,6 1,53

73 MY-040748 PH. Hayes, США (102х178х1220) 1690 22,15 72 45 31,5 0,44 0,84

74 MY-41296 PH. Hayes, США (102х305х2438) 1690 76 205 105 73,5 0,36 0,57

75 MY-040748 PH. Hayes, США (152х178х914) 1330 24,7 66 82 57,4 0,87 1,74

76 VPT-EH 4020/24 Seco/Warwick (400х600х400), Польша-США 1350 96 80 90 70 0,87 0,55

77 VPT-EH 4025/24 Seco/Warwick (600х600х400), Польша-США 1320 144 168 120 90 0,54 0,47

78 VPT-EH 4035/36 Seco/Warwick (600х900х600), Польша-США 1350 324 289 210 160 0,55 0,37

79 VPT-EH 4050/48 Seco/Warwick (900х1200х600), Польша-США 1320 864 624 310 243 0,38 0,21

80 VPT-EH 4050/60 Seco/Warwick (1000х1500х1000), Польша-США 1320 1500 800 375 262 0,33 0,13

81 СТВ-3.23.1,2/14,5, методическая (300х2300х120), Россия 1450 82,8 200 140 98 0,49 0,82

82 СТВ-5.32.3,5/16, методическая (500х3200х150), Россия 1600 240 431 500 350 0,81 0,91

83 СТВ-9.15.3/20, методическая (900х1500х300), Россия 2000 405 414 545 381 0,92 0,47

84 VMH-091218, Hyes, США (228х305х457), (холостой ход) 1330 31,8 70,6 21 15 0,21 0,35

85 VMH-182436, Hаyes, США (457х610х914), (холостой ход) 1330 254,8 251 84 60 0,24 0,18

86 VMH-101524, экранная, Hаyes, США (254х381х610) 1330 59 97 75 63,7 0,65 0,81

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 37

3

но-технический центр «TATA», 2009

Окончание табл. 163 Ending of Table 163

87 VMH-182436, экранная, Hayes, США (254x381x610) 1330 254,8 251 152 127,7 0,51 0,38

88 VMH-242448, экранная, Hayes, США (610x610x1220) 1330 454 372 300 255 0,68 0,42

89 MY-041296 РН, Hyes, США (102x305x2438), графитовая 1330 75,8 190,6 107 75 0,39 0,74

90 MY-060736, Hyes, США (152x178x914), графитовая 1330 24,7 66 82 57,4 0,87 1,75

91 6615-1315, Vacuum Industries, США (150x150x380), экранная 1315 8,55 27,3 15 12,7 0,47 1,13

92 6615-1650, Vacuum Industries, США (150x150x380), экранная 1650 8,55 27,3 30 25,5 0,93 1,8

93 6615-2100, Vacuum Industries, США (150x150x380), экранная 2100 8,55 27,3 30 25,5 0,93 1,42

94 То же, но на графите 2100 8,55 27,3 30 21 0,77 1,17

95 8820-1315, Vacuum Industries, США (200x200x500), экранная 1315 20 44 20 17 0,39 0,65

96 8820-1650, Vacuum Industries, США (200x200x500), экранная 1650 20 44 45 38,2 0,87 1,16

97 8820-2100, Vacuum Industries, США (200x200x500), экранная 2100 20 44 45 38,2 0,87 0,91

98 То же, но на графите 2100 20 44 45 31,5 0,72 0,75

99 VKUQgr-60/55/90, Дегусси (600x550x900), Германия 1600 297 207 150 105 0,51 0,22

100 VPT-4050/48 Seco/Warwick (900x1200x800), Польша-США 1320 864 552 310 240 0,43 0,21

101 'УР-С-121230 Seco/Warwick (300x760x300), Польша-США 1600 68,4 105,3 120 90 0,85 0,82

102 VP-^151536 Seco/Warwick (900x1200x600), Польша-США 1600 130 166 195 150 0,90 0,72

103 VPT-EH 4050/60 Seco/Warwick (1000x1500x1000), Польша-США 1600 182 202,5 230 180 0,89 0,62

104 Сер. 942 Brew, США (259x300x250) 1600 18,75 37,5 45 31,5 0,84 1,02

105 Сер.3530,1212 24-1315, Vacuum Industries, США (399x600x300) 1315 54 90 45 31,5 0,35 0,44

106 Сер.3530,1212 36-1315, Vacuum Industries, США (399x600x300) 1315 81 126 56 42 0,33 0,39

107 21-GR Lindberg, США (610x915x450) 1650 251 249 150 195 0,42 0,25

108 Сер.4000, Sunbeam, США (915x1220x610) 1650 681 484 226 157 0,32 0,14

Таблица 164 Параметры шахтных и элеваторных вакуумных электропечей с указанием фирм и стран Table 164 Technical data of shaft and elevator vacuum electric furnaces, including manufacturers and countries

№ п/п Тип печи и страна-производитель Номинальная температура, °С Полезный объем V, дм3 Поверхность f, дм2 Мощность, кВт Удельн. мощность потерь Рпуд, кВт/дм2 Критерий КЫR, кВт/м3трад

Робщ Р 1 пот

1 СШВГ-2/22, Россия (100x250) 2200 2 94 13,5 9,45 1,01 1,07

2 СШВГ-5/22, Россия (150x300) 2200 5 17,66 22 15,4 0,87 1,4

3 СШВ-8.8/13, Россия (800x800) 1300 402 300 242 169 0,51 0,32

4 СЭВ-11.5,5/16, Россия (1150x550) 1600 1045 570 355 302 0,53 0,18

Продолжение табл. 164 Continuation of Table 164

5 СГВ-2.4-2/15, Россия (один колпак) 1500 12,56 31,4 25 21,2 0,67 1,12

6 СЭВЭ-3.6/20, Россия (300х600) 2000 42,3 70,65 185 157 2,22 1,86

7 СЭВЭ-2,5.5/22, Россия Р = 10-6Па; (СВВ) (250х500) 2200 24,5 49 380 50% 190 3,88 3,52

8 СЭВ-2,5.5/20, Россия Р = 10"3 Па (250х500) 2000 24,5 49 200 170 3,46 3,47

9 СШВ-8.12/13Э, Россия (800х1200) 1300 603 402 220 187 0,46 0,24

10 СШВ-1.2,5/25, Россия (100х250) 2500 2 9,4 34 28,9 3,07 5,9

11 V-200; Sedimmec, Франция 1300 8,3 23,8 15 12,7 0,53 1,18

12 V-600; Sedimmec, Франция 1300 206 198 120 102 0,52 0,38

13 V-1500; Sedimmec, Франция 1300 2146 922 500 425 0,46 0,15

14 Кристаль-2000, колпаковая ЛПА-инд, Франция (120х240) 2000 2,7 11,3 42 35,2 3,16 6,61

15 W1-100/250; Лейбольд-Хереус, Германия (100х250) 2500 2 9,4 50 42 4,47 8,4

16 MOV 161, Бальцерс, Лихтенштейн 2400 2,8 11,7 60 51 4,36 7,59

17 VSL 10/18. Дегусса, Германия (100х180) 2500 1,4 7,2 26,6 22,6 3,14 6,46

18 W1-200/600; Лейбольд- Хереус, Германия 1600 15,7 37,7 47 40 1,06 1,6

19 MOV25-1, Бальцерс, Лихтенштейн (150/500) 1700 9,0 27,1 26,1 22,1 0,815 1,44

20 Кристаль-1600, колпаковая ЛПА-инд, Франция (150х250) 1600 4,5 15,3 12,6 10,7 0,7 1,49

21 Супер кристаль, колпаковая ЛПА-инд, Франция (300х500) 1600 35,3 61,2 42 35,7 0,58 0,63

22 VSmо, Дегусса, Германия (1000х1200) 1350 942 530 160 136 0,25 0,11

23 Диамант-1350, колпаковая (750х1200) ЛПА-инд, Франция 1350 530 371 120 102 0,27 0,14

24 W1-500/1000мо, Хегеус, Германия 1400 196 196 196 166,6 0,85 0,61

25 VSL-10/18Mo, Дегусса, Германия (100х180) 1700 1,4 7,2 7,7 5,4 0,75 2,27

26 FH-30V Ulvac, Япония (300х300) 1300 21,2 41,3 33 23,1 0,56 0,85

27 FH-60V Ulvac, Япония (600х600) 1300 170 169,5 71 49,7 0,29 0,22

28 FH-75V Ulvac, Япония (750х750) 1300 331 265 116 81,2 0,31 0,19

29 FH-120V Ulvac, Япония (1200х1200) 1300 1350 2265 228 160 0,07 0,09

30 VVFC(BL) 32х21, Ipsen, Германия (200х300) 1320 9,42 25,1 15 10,5 0,42 0,84

31 VVFC(BL) 32х21, Ipsen, Германия (300х523) 1320 37,1 63,6 50 35 0,55 0,71

32 VVFC(BL) 24х30, Ipsen, Германия (610х910) 1320 714 233 112 78 0,33 0,11

33 VVFC(BL) 30х48, Ipsen, Германия (760х1220) 1320 553 382 150 105 0,27 0,14

34 VVFC(BL) (36х36), Ipsen, Гармания (910х910) 1320 592 390 150 105 0,27 0,13

35 VSgr и VSmo-50/50, Дегусса, Германия (500х500) 1350 98 393 50 35 0,09 0,07

36 VSgr и VSmo-50/100, Дегусса, Германия (500х1000) 1350 196 196 100 70 0,36 0,26

I ;*5

,¿AiULS

39

Продолжение табл. 164 Continuation of Table 164

37 VSgr и VSmo120/120, Дегусса, Германия (1200x1200) 1350 1356 2265 300 216 0,09 0,11

38 СЭВ-1.2/22Э; Р = 10"5 Па (СВВ), (100x200), Россия 2200 1,57 7,85 75 50% 37,5 4,78 10,83

39 СЭВЭ-1.7/20; Р = 10-4 Па (СВВ), (100x700), Россия 2000 5,5 23,57 195 50% 97,5 4,14 8,86

40 СШВ-5.15/22, экран. (500x1500), Россия 2200 294 275 535 455 1,65 0,7

41 СШВ-3,5.21/20, экран. (350x2100), Россия 2000 202 250 1620 1380 5,51 3,4

42 СШВ-25.30/20, экран. (2500x3000), Россия 2100 14720 3360 4860 4131 1,23 0,13

43 СЭВ-5.5/21, экран. (500x500), Россия 2100 98 118 400 340 2,88 1,65

44 СШВЛ-0.6.2/16; (60x200) Россия 1600 0,56 4,33 10 7 1,62 7,8

45 СЭВ-5.5/16, экран. (500x500), Россия 1600 98 118 340 289 2,44 1,84

46 То же в водороде 1600 98 118 445 378 3,2 2,4

47 V-1100, экранная, (1000x1400), Sedimmec, Франция 1300 1092 597 300 255 0,43 0,18

48 4205, экранная (1520x1520), Sunbeam, США 1325 2757 1088 350 297 0,27 0,08

49 424-с, экранная (88x114), Brew, США 3000 0,7 4,36 56 47,6 10,9 22,6

50 466 S-4 (100x200), Brew, США 3000 1,57 7,85 55 46,7 5,96 9,91

51 466 S-5, (126x254), Brew, США 2600 3,16 12,54 56 46,7 3,72 5,68

52 428-с, экранная (178x228), Brew, США 3000 5,67 17,71 125 106 6,0 6,23

53 VА3, экранная (200x1400), Sedimmec, Франция 2000 12,56 31,4 70 60 1,91 2,39

54 'УВ3 (340x680), Sedimmec, Франция 2000 61,7 90,7 190 100 1,76 1,3

55 424 (88x114), Brew, США 2400 0,7 4,36 35 30 6,88 17,8

56 426 (126x228), Brew, США 2400 2,84 11,51 55 46,7 4,06 6,81

57 428-3 (178x228), Brew, США 2400 5,67 17,71 60 51 2,88 3,75

58 VА-2 (220x440), экранная, Sedimmec, Франция 1500 16,7 38 35 30 0,79 1,2

59 'УВ-2 (360x720), экранная, Sedimmec, Франция 1500 73,2 101,7 94 80 0,79 0,73

60 V^2 (600x1200), экранная, Sedimmec, Франция 1500 339 282,5 260 220 0,78 0,43

61 VD2 (900x1800), экранная, Sedimmec, Франция 1500 1144 636 600 500 0,79 0,29

62 520-В (76x152), шаxтная, Brew, США 2500 0,7 4,53 15 10,5 2,32 6,0

63 520-С, (76x152), графитовая, Brew, США 3000 0,7 4,53 30 21 4,6 10,0

64 550-В, (126x200), Brew, США 2500 2,5 10,4 30 21 2,02 3,36

65 550-С, (126x200), графитовая, Brew, США 3000 2,5 10,4 65 45,5 4,37 6,07

66 560-В (126x305), графитовая, Brew, США 2500 3,8 14,56 45 31,5 2,16 3,32

67 560-С (126x200), Brew, США 3000 3,8 14,56 85 59,5 4,09 5,22

68 580-В, (178x305), графитовая Brew, США 2500 7,59 22 60 42 1,91 2,21

69 580-С, (178x305), графитовая Brew, США 3000 7,59 22 110 77 3,5 3,38

40

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

£ i

Окончание табл. 164 Ending of Table 164

70 FH.V-30Ulvac, Япония (300х300) 1350 21,2 45,6 80 55 1,21 1,92

71 VCQ-D-2460 (450х608); Hayes, США 1300 96,6 118 105 75 0,64 0,6

72 FVS-24-30-35 (305х355), Hayes, США 1300 26 48,0 30 21 0,43 0,62

73 FVS-32-45-51 (460х518), Hayes, США 1300 85 107 45 31,5 0,29 0,28

74 FVS-42-60-72 (600х710), Hayes, США 1300 200 190 100 70 0,37 0,27

75 FVS-51-76-95 (760х940), Hayes, США 1300 426 315 175 122 0,39 0,22

76 FVS-50-100-100 (1015х1015), Hayes, США 1300 821 485 200 140 0,29 0,13

77 VСТ-06-09 (156х228),, Hayes, США 1630 4,1 14,5 26,5 18,5 1,28 2.77

78 VСТ-09518 (241х457), Hayes, США 1630 21 43,7 45 31,5 0,72 0,92

79 FVS-24-30-35 (305х355), Consarс, США 1300 26 48,6 30 21 0,43 0,62

80 FVS-32-45-51 (400х510), Consarс, США 1300 85 207 45 31,5 0,29 0,28

81 FVS-56-100-100 (1016х1016), Consarc, США 1300 823 486 200 140 0,29 0,13

82 FVS-32-29-41 (280х405), Consarс, США 2190 24,9 47,9 75 52,5 1,1 0,96

83 FVS-32-38-41 (381х405), Consarс, США 2190 46,15 71,2 90 63 0,88 0,62

84 VVPT-EH 50х50 Seco/Warwick, (1250х1250), Польша-США 1320 1533 803 270 270 0,24 0,09

85 VVPT-EH 60х60 Seco/Warwick (1500х1500), Польша-США 1320 2650 1156 375 375 0,23 0,07

86 MOV 010 B, Лихтенштейн (190х600) 2400 17 40 150 105 2,56 2,57

87 NV-2000/60, Польша, 0450х400 2000 60 72,4 130 91 1,26 0,76

88 NV-1700/10, Польша, 0250х210 1700 10 23,4 25 17,5 0,75 1,03

89 NV-2100/10, Польша, 0250х210 1700 10 23,4 45 31,5 1,35 1,5

90 NV-2400/10, Польша, 0250х210 2400 10 23,4 65 45,5 1,94 1,9

91 47-2200, Vacuum Industries, CША (100х180), экранная 2200 1,4 7,2 20 17 2,36 5,51

92 47-3000, Vacuum Industries, CША (100х180), экранная 3000 1,4 7,2 45 38,2 5,31 9,1

93 СШВГ-11.11/13, Россия (1100х1100) 1300 1045 570 396 277 0,42 0,20

94 СШВГ-8.8/13,5, Россия (800х800) 1350 402 301 233 163 0,54 0,3

95 СЭВ3.6/22, Россия (300х800) 2200 42,4 76,6 196 137 1,79 1,47

96 СЭВ-5,5/20, Россия (500х500) 2000 98 118 400 280 2,37 1,43

97 СГВ-8.8/22, Россия (800х800) 2200 402 301 900 630 2,09 0,71

98 VVV-EM-36/36 Seco/Warwick (900х900), Польша-США 1320 572 381 230 180 0,47 0,24

99 Диамант-супер Франция (900х1500) (графит) 1350 954 551 260 200 0,36 0,16

100 Серия 4200 Sunbeam, США (1220х1220)1650 1650 1425 695 175 122 0,18 9,45

101 Серия 4200 Sunbeam, США (1220х1220)1650 1650 2757 1088 250 175 0,16 0,04

102 Hiper-Diamant, I.P.A/OL (1800х1800), Франция 1350 4574 1526 390 300 0,2 0,05

I ;*5

41

Рис. 78. Зависимость Кмн (до 1,4) от полезного объема печи по зонам: 1-я зона - 6 типов; 2-я зона - 17 типов; 3-я зона - 43 типа; 4-я зона - 75 типов; 5-я зона - 8 типов Fig. 78. Кмн (up to 1.4) as a function of furnace working volume by zones: zone 1 - 6 types; zone 2 - 17 types; zone 3 - 43 types; zone 4 - 75 types; zone 5 - 8 types

Рис. 79. Зависимость Кмн (до 10) от полезного объема печи по зонам: 1-я зона - 12 типов; 2-я зона - 9 типов; 3-я зона - 7 типов; 4-я зона - 12 типов; 5-я зона - 8 типов Fig. 79. Кмн (up to 10) as a function of furnace working volume V by zones: zone 1 - 12 types; zone 2 - 9 types; zone 3 - 7 types; zone 4 - 12 types; zone 5 - 8 types

Подсчитанные значения Кмн для 210 типов печей, представленные в табл. 163 и 164 и на рис. 78 и 79, показали:

- с ростом величины полезного объема V значения критерия Кмн снижаются;

- выявлена его линейная зависимость от величины логарифма полезного объема Кмн = А + Big V.

Значения критерия К м

Изменения Кмн в зависимости от полезного объема представлены в табл. 165, а также на рис. 78 для Кмн = = 0,05-1,4 и на рис. 79 и в табл. 166 для Кмн = 1,5-11.

Полученные значения можно условно распределить по зонам. Каждая зона xарактеризуется уровнем тепловьк потерь печей, разработанный разными фирмами. Для значений Кмн = 0,05-1,4 зоны представлены в табл. 165.

Таблица 165

(0,05-1,4) в зависимости от объема рабочего пространства - рис. 78

Table 165

Criterion Кмн (0.05-1.4) as a function of working volume - Fig. 68

Зоны и количество типов печей Формула критерия, кВт/м3трад Полезный объем, дм3 Примечания

Первая зона, 5-6 типов Кмн = (0,575-0,665) - 0,33lgv 3-60 Печи Linn (Германия) двухслойные. Теплоизоляция: войлок и волокна из Al2O3

Вторая зона, 17-18 типов Кмн = (1,26-1,38) - 0,5lgv 3-400 Углеродная теплоизоляция высокого качества

Третья зона, 43 типа Кмн = (1,38-1,58) - 0,49lgf 3-1400 Углеродная теплоизоляция повышенного качества

Четвертая зона, 75 типов Кмн = (1,58-1,75) - 0,49lgf 3-1400 Значительный разброс материалов теплоизоляции, включая частично экранный вариант

Пятая зона, 8 типов Кмн = (1,75-1,95) - 0,48lg V 10-400 Специальные печи, в том числе сверхвысоковакуумные с прогреваемыми корпусами и механическими уплотнениями

Для высоких значений Кмн = 1,5-11 кВт/м -град. Изменение Кмн для каждой зоны представлены в табл. 166.

42

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

\шт\

Таблица 166

Значения критерия Кмн (1,5-11) в зависимости от объема рабочего пространства

Table 166

Criterion Кмн (1.5-11) as a function of working volume

Зоны и количество типов печей Формула критерия, кВт/м3трад Полезный объем, дм3

Первая зона, 12 типов Кмн = (3,6-5,2) - 4,9lgF 0,5-10

Вторая зона, 9 типов Кмн = (5,2-7,5) - 4,9lgV 0,5-16

Третья зона, 7 типов Кмн = (7,5-8,3) - 4,9lgV 0,5-25

Четвертая зона, 12 типов Кмн = (8,3-9,8) - 4,9lgV 0,5-50

Пятая зона, 8 типов Кмн = (9,88-11,4) - 4,9lgV 1-150

Следовательно, если значение Кмн задаваемого полезного объема печи будет больше рекомендуемых в табл. 165 и 166, то необходимо уменьшать тепловые потери как за счет изменения конструктивных особенностей теплоизоляции (толщина, метод крепления и др.), так и за счет замены на материал с более низким коэффициентом теплопроводности [5]. Поэтому основное внимание при анализе величин Кмн должно быть сфокусировано на определении тепловых потерь. Расчеты тепловых потерь для каждой вновь разрабатываемой печи могут быть сделаны по известным коэффициентам теплопроводности. Однако такие расчеты, как правило, трудоемки и в

них не учитываются реальные конструктивные особенности печей, например, зазоры в теплоизоляции в местах стыка отдельных пластин.

Более высокие значения Кмн представлены на рис. 79 и в табл. 166, из которых видно, что такие значения Кмн соответствуют печам с размером рабочего пространства меньше 100 см3. Тем не менее, целесообразно выделить среди 46 типов печей аналогичные зоны, у которых Кмн составляет от 1,5 до 11 кВт/м3град.

Следует отметить, что количество типов печей, представленных на рис. 78 и 79 и в табл. 165 и 166, отличаются на 13 позиций от количества проанализированных типов в табл. 163 и 164, поскольку отдельные параметры, например, Кмн больше 11 или полезный объем V более 1400 дм3, не соответствовали выбранным масштабам для рис. 78 и 79.

В табл. 167 и 168 представлены зависимости критерия Кмн от величины требуемого полезного объема печи для ранее упомянутых зон, характеризующих качество теплоизоляции печей.

Проведенные нами эксперименты показали, что параметры Кмн могут быть подсчитаны при следующих величинах соотношений мощности потерь к общей мощности печей, указанных в рекламах и статьях:

- для печей с теплоизоляцией на основе керамических и углеродных материалов 25-30%, т.е. Рпот = = 0,7-0,75 Робщ;

- для печей с экранной теплоизоляцией 12-15%, т.е. Рпот = 0,85-0,88 Робщ.

Таблица 167

Зависимость выбранного полезного объема от Кмн до 1,4 для различных зон на рис. 78

Table 167

Chosen working volume as a function of кмн up to 1.4 for different zones in Fig. 68

Полезный объем, дм3 Критерий Кмн для различных зон качества и количество печей в зоне, кВт/м3 град

первая зона (6 типов) вторая зона (17 типов) третья зона (43 типа) четвертая зона (75 типов) пятая зона (8 типов)

4 0,38-0,42 0,95-1,07 1,07-1,28 1,28-1,45 более 1,5

8 0,28-0,34 0,8-0,92 0,92-1,14 1,14-1,3 1,3-более 1,5

12 0,21-0,28 0,71-0,83 0,83-1,05 1,05-1,21 1,21-1,39

16 0,17-0,24 0,65-76 0,76-0,98 0,98-1,14 1,14-1,32

25 0,1 -0,17 0,56-0,67 0,67-0,89 0,89-1,06 1,06-1,22

40 0,03-0,1 0,47-0,58 0,58-0,8 0,8-0,96 0,96-1,09

60 менее 0,07 0,37-0,49 0,49-0,68 0,68-0,85 0,85-1,01

100 - 0,26-0,38 0,38-0,6 0,6-0,77 0,77-0,95

200 - 0,11-0,22 0,22-0,45 0,45-0,61 0,61-0,79

300 - 0,02-0,15 0,15-0,37 0,37-0,54 0,54-0,71

400 - 0,07 0,07-0,3 0,3-0,46 0,46-0,65

600 - - ниже 0,01-0,2 0,2-0,38 0,38-0,55

800 - - ниже 0,01-0,15 0,15-0,31 0,31-0,51

1000 - - ниже 0,1 0,1-0,28 0,28-0,46

1200 - - ниже 0,05 0,05-0,25 0,25-0,41

1400 ниже 0,02 0,02-0,2 0,2-0,39

Таблица 168

Зависимость выбранного полезного объема от Кмн (1,5-11) от различным зон на рис. 79 (48 типов)

Table 168

Chosen working volume as a function of Кмн (1.5 to 11) for different zones in Fig. 69 (48 types)

Полезный объем, дм3 Критерий Кмн для различный зон качества, кВт/ м3град

первая зона 12 типов вторая зона 9 типов третья зона 7 типов четвертая зона 12 типов пятая зона 8 типов

0,5 6,7-7,3 7,3-9 9-9,7 9,7-11 -

1,0 5,2-5,9 5,9-7,6 7,6-8,3 8,3-9,8 9,8 - больше 13

2,0 3,7-4,3 4,3-6 6-6,9 6,9-8,4 8,4-10

3,0 2,9-3,7 3,7-5,2 5,2-6 6-7,7 7,7-9,1

4,0 2,3-3,0 3,0-4,7 4,7-5,4 5,4-7,0 7,0-8,6

6,0 1,5-2,0 2,0-3,7 3,7-4,5 4,5-6,2 6,2-7,7

8,0 0,8-1,5 1,5-3,1 3,1-3,9 3,9-5,7 5,7-7,1

12 менее 1 менее 2,3 2,3-3,0 3,0-4,9 4,9-6,1

16 - - 1,6-2,5 2,5-4,3 4,3-5,6

25 - - менее 1,5 1,5-3,4 3,4-4,7

40 - - - менее 1-2,6 2,6-3,7

100 - - - - менее 1,8

На основании проведенных обобщений можно предложить методику расчета мощности вакуумных электропечей сопротивления для температур от 1300 до 3000° С и полезного объема от 0,5 до 1400 дм3.

Методика расчета включает следующие стадии:

1). Основные параметры, получаемые от потребителей: температура, °С; полезный объем, м3; величина разрежения - вакуум, Па.

2). Основываясь на требуемом полезном объеме рабочего пространства печи, можно определить по табл. 167 и 168 критерий Кмн. При этом величина Кмн будет определяться и финансовыми возможностями потребителей, поскольку уровень затрат на теплоизоляцию будет различным.

3). Имея значения величин температуры, полезного объема и критерия Кмн, подсчитывается величина тепловых потерь: Рпот = Кмнг¥, кВт.

4). Определив тепловые потери Рпот, можно подсчитать и общую мощность печи для двух основных категорий:

- в печи с объемной пористой преимущественно керамической и углеродной теплоизоляцией величина тепловых потерь, как ранее указано, составляет 70-75% общей мощности, и поэтому Робщ = 1,3 Рпот;

- в печи с экранной теплоизоляцией тепловые потери составляют 85%, поэтому Робщ = 1,15 Рпот.

5). Полученную мощность потерь следует подтверждать параметрами материалов теплоизоляции и ее геометрическими размерами. Для печей на основе углеродной теплоизоляции этот выбор не представляет затруднений и в основном изложен в [5].

Для печей с экранной теплоизоляцией оптимальный критерий Кмн может быть выдержан только при комбинации экранов со слоями объемных твердых или порошковых материалов. Частично этот метод изложен в [86].

Практическое использование разработанного метода можно проследить на двух примерах.

Пример первый.

1). Полезный объем - 300 дм3 (0,3 м3) при номинальной температуре 1600° С. К этим размерам можно отнести камерные печи с размерами 500х1200х500, 600х800х600 мм и др., а среди шахтных и элеваторных печей - 0500х1500, 0600х1000 мм и др.

2). По табл. 165 и рис. 78 определяем интервал значений Кмн по зонам:

для второй зоны Кмн = 0,02-0,13 (среднее 0,08);

для третьей зоны Кмн = 0,15-0,37 (среднее 0,26).

3). Определяем тепловые потери при графитовой теплоизоляции:

для второй зоны Рпот = 0,08-0,3-1600 = 38,4 кВт;

для третьей зоны Рпот = 0,26-0,3-1600 = 124,8 кВт.

Следовательно, потери увеличиваются в 3,2 раза при использовании менее качественных материалов теплоизоляции.

4). Определение общей мощности печи:

для второй зоны Робщ = 1,3-38,4 = 50 кВт;

для третьей зоны Робщ = 1,3-124,8 = 162 кВт.

Второй пример.

1). Полезный объем - 2 дм3 (0,002 м3) при номинальной температуре 2800° С. Этот объем соответствует шахтным печам 0100, И = 250 мм; 080,

И = 300 мм, а также камерным печам 100х200х100, 80х300х80 мм.

2). По табл. 166 и рис. 79 определяем интервал значений Кмн по зонам:

первая зона - Кмн = 3,7-4,3 (среднее 4,0);

вторая зона - Кмн = 4,3-6,0 (среднее 5,15).

3). Определяем тепловые потери при графитовой теплоизоляции:

для первой зоны Рпот = 4-0,002-2800 = 22,4 кВт;

для второй зоны Рпот = 5,15-0,002-2800 = 28,8 кВт.

Следовательно, на 30% выше.

4). Определение общей мощности печи:

для первой зоны Робщ = 1,3-22,4 = 29 кВт;

для второй зоны Робщ = 1,3-28,8 = 37 кВт.

5). При температуре 2800° С нет материала, способного работать без испарения в вакууме. Обычно при кратковременных режимах используется среда аргона. При атмосферном давлении нейтрального газа увеличение мощности не будет превышать 10%.

Поэтому расчеты, проведенные для двух резко отличающихся вариантов, показывают простоту определения мощности печей по предлагаемому методу.

Таким образом, возможно сделать следующие выводы из предлагаемого метода.

1. Впервые применен аналоговый метод анализа больших масс однотипных явлений применительно к вакуумным печам сопротивления (около 200 типов), в котором в качестве матрицы использован разработанный нами критерий Кмн.

2. Представленная методика расчета тепловых потерь использует предложенный Э.Н. Мармером и С.А. Новожиловым критерий Кмн как для вновь разрабатываемых, так и для печей, рекомендуемых к модернизации в температурном интервале 13003000° С при величинах полезного объема от 0,2 до 1400 дм3. Использование методики проиллюстрировано двумя примерами.

3. Впервые выявлена закономерная связь между теплотехническими параметрами: температурой и тепловыми потерями с физико-техническими параметрами в виде полезного объема нагреваемого вещества, которая может быть аппроксимирована линейной зависимостью Кмн от логарифма величины полезного объема V и представлена формулой Кмн = А + В lgV, в которой А и В - коэффициенты для V в пределах 0,2-1400 дм3 в температурном интервале 1300-3000° С.

4. Разработан ускоренный метод оценки тепловых параметров вакуумных печей на основе созданной матрицы, которая позволяет проводить сравнительный анализ 210 типов вакуумных печей, разработанных фирмами 11 стран.

5. Сравнение уровня тепловых параметров печей позволяет объективно проводить их анализ с целью участия в различных конкурсах и тендерах.

6. Четко выявлено преимущество объемной теплоизоляции по сравнению с экранной при идентичных технологических процессах.

7. Дана предварительная оценка развития вакуумных печей сопротивления для новых технологических процессов.

8. Оценен вклад различных стран в создание высокотемпературных вакуумных электропечей сопротивления различного назначения.

Рассмотренный раздел работы по всем признакам соответствует открытию, но оформление дипломов не производилось в связи с ликвидацией лаборатории и общей деградацией отношения к научным работам в промышленности.

4.2. Высокотемпературные вакуумные печи

с нагревателями из тугоплавких металлов

Как правило, печи на основе тугоплавких металлов состоят из нагревателей, преимущественно вольфрамовых, и теплоизоляции в виде набора экранов из вольфрама, молибдена и др. Тепловые параметры экранной теплоизоляции существенно хуже, чем у компактной, но это сочетание позволяет осуществлять сравнительно высокую скорость нагрева и, что особенно важно, увеличивать скорость охлаждения.

Поэтому в тех случаях, когда существуют технологические требования по ускоренному охлаждению, использование печей с экранной теплоизоляцией оправданно, несмотря на повышенный расход электроэнергии. Кроме того, существуют технологии рафинирования изделий из оксидов, особенно при использовании наноразмерных порошков, в которых процессы рафинирования ускоряются при пониженном давлении.

Особо рассматриваются печи с ультравысоким вакуумом, в которых теплоизоляция безусловно должна состоять из экранов. Такой процесс, как вакуумное ионное азотирование, даже при температурах 600700° С требует металлических нагревателей и экранов.

Средне- и высокотемпературные электропечи имеют весьма широкое распространение в различных областях промышленности, к числу которых следует отнести такие, как:

- электровакуумная, для которой производится обезгаживание, отжиг, спекание оксидов, нитридов, боридов и других соединений, температура которых составляет 1300-2000° С;

- пайка изделий твердыми припоями;

- рафинирование и спекание оксидов урана, плутония, циркония.

Существует еще много технологий для исследования физических и химических явлений, производимых при повышенных температурах.

Во ВНИИЭТО были разработаны и экспериментально исследованы основные (базовые) конструкции печей, в основном камерных, шахтных и элеваторных, а также печей-установок прямого нагрева спекаемых изделий.

Основные конструктивные особенности нагревателей и экранов были рассмотрены в ч. 1 § 5.3.

Поскольку температура нагревателей в исследованных конструкциях существенно выше номинальных температур печей, то, естественно, и срок служ-

3

Ж

•и: -

45

бы определяется стойкостью нагревателей. Еще раз отметим два основных фактора, влияющих на срок службы нагревателей, это:

- скорость испарения, включающая влияние остаточных газов;

- деформация нагревателей за счет ползучести металла и за счет коробления при неравномерном нагреве.

Что касается деформации нагревателей из вольфрама, вследствие ползучести и неравномерности нагрева, то на рис. 80 представлен один из вариантов зигзагообразного нагревателя после длительных испытаний.

Кроме того, такие тугоплавкие металлы, как вольфрам и молибден, подвержены рекристаллизации, вызывающей хрупкость изделий после охлаждения.

Методика оценки температуры нагревателей из прутка изложена в ч. 1 § 5.3, там же показаны пути улучшения их конструктивных форм. Поскольку еще не созданы такие конструкции новых нагревателей, то будут рассмотрены конструкции печей, в которых использованы прутковые вольфрамовые нагреватели.

Таблица 169

Характеристика высоковакуумных элеваторных печей на основе тугоплавких металлов

Table 169

Technical data of refractory metal high-vacuum elevator furnaces

Параметр СЭВ-2.4/20 М02 1СЭВ-2,5.5/20 Э СЭВ-11.5,5/16 ЭМ1

Мощность, кВт 250 200 353

В т. ч. нагревательной камеры 150 180 320

Рабочая температура, °С 2000 2000 1600

Напряжение на нагревателях, В 18,2 19,1 -

Число фаз 3 3 3

Число тепловых зон 1 1 1

Остаточное давление, Па 10-2 10-3 10-3

Расход охлаждающей воды, м3/ч 20 8 17

Размер рабочего пространства, м

диаметр 0,2 0,25 1,1

высота 0,4 0,5 0,55

Габариты, м

ширина 2,35 2,73 5,5

длина 3,35 4,10 4,1

высота 4,35 41,0 6,1

Масса печи, т 5,7 12.9 16,5

Кмн, кВт/м3-град 2,12 2,28 2,1

V

w

b

Рис. 80. Изменение формы зигзагообразного нагревателя шахтной печи: а - исходный; b - после испытаний Fig. 80. Deformation of the zigzag shaft furnace heater: a - before tests; b - after tests

В табл. 169-171 сведены основные характеристики наиболее распространенных вакуумных электропечей с нагревателями из тугоплавких металлов, в основном из вольфрама, с экранной теплоизоляцией. К таким группам печей относятся элеваторные (табл. 169), шахтные (табл. 170) и камерные (табл. 171).

Печи специфического назначения рассматриваются отдельно, например, печи контактного нагрева, сверхвысоковакуумные печи, протяжные печи, печи с оксидной теплоизоляцией.

a

Таблица 170

Характеристика высоковакуумных шахтных печей на основе тугоплавких металлов

Table 170

Technical data of refractory metal high-vacuum shaft furnaces

Параметр СШВЛ-0,6.2/25 СШВЛ-1.2,5/25 СШВ-2.20/20 М02 1СШВ-2.100/20 ОКБ-786 М

Мощность, кВт 40 60 570 2000 270

В т. ч. нагревательной камеры 30 50 540 1920 250

Рабочая температура, °С 2500 2500 2000 2000 2200

Напряжение на нагревателях, В 10 10 18 9,9 и 12,7 13,8

Число фаз 1 3 3 3 3

Число тепловых зон 1 1 4 10 1

Остаточное давление, Па 10-2 10-2 10-2 10-3 10-2

Расход охлаждающей воды, м3/ч 1,5 2,5 20 20 20

Размер рабочего пространства, м

диаметр 0,06 0,1 0,2 0,12 0,3

высота 0,2 0,25 2,0 10,0 0,5

Габариты, м

ширина 1,43 1,5 4,17 5,100 6,95

длина 1,9 3,22 4,65 20, 3

высота 1,9 1,9 11,25 31,04 3

Масса печи, т 1,8 2,3 15,2 17,6 10,5

Кмн, кВт/м3трад 24,2 13,1 3,86 7,52 2,95

Таблица 171

Характеристика высоковакуумных камерных печей на основе тугоплавких металлов

Table 171

Technical data of refractory metal high-vacuum box-type furnaces

Параметр Тип печи

СНВЭ-1.3.1/16И4 СНВЭ-1.3.1/20И2 СНВЭ-2.4.2/16И1 СНВЭ-9/13 СНВЭ-9/18

Мощность, кВт/температура, °С 20/1600 15/1400 13/1300 27/2000 21/1800 16/1600 35/1600 28/1400 24/1300 14/1400 12/1100 29/1800 22/1600 13/1300

В том числе мощность вакуумной системы, кВт 3,1 3,1 7,75 3,1 3,1

Остаточное давление, Па 3-10"3 10-2 6-10"3 10-2 10-2

Расход охлаждающей воды, м3/ч 0,8 1,0 1,5 0,4 1,0

Масса загрузки, кг 15 12 30 20 20

Размеры рабочего пространства, м длина ширина высота 0,30 0,10 0,10 0,30 0,10 0,10 0,40 0,20 0,20 0,40 0,15 0,15 0,40 0,15 0,15

Габаритные размеры, м длина ширина высота 1,65 1,45 1,85 1,65 1,45 1,85 1,90 1,50 1,85 1,80 1,50 1,80 1,80 1,50 1,80

Масса печи 0,8 0,8 0,95 0,9 0,9

Кмн, кВт/м3трад 3,52 3,98 1,06 0,93 1,6

3

tri ir!

47

4.2.1. Металлографические аспекты работы

тугоплавких металлов в вакуумных печах Металлографические исследования тугоплавких металлов после их работы в печах доказали их надежность при соблюдении необходимого уровня давления (10-2-10-3 Па) и отсутствия взаимодействия с керамическими материалами.

Длительный срок (до 200 ч) испытаний тугоплавких металлов непосредственно в качестве нагревателей вакуумных печей показывает, что на поверхности металлов образуются новые фазы и наблюдается повышенная пористость. На рис. 81 представлены микроструктуры металлических нагревателей с указанием температуры и глубины вакуума.

где дано представление о поведении молибдена толщиной 0,25 мм, который используется в печах в качестве экранов и нагревателей, после его нагрева до более высоких температур использования - 2000° С в течение 196 ч, что определило высокую пористость внешних слоев и некоторую карбидизацию поверхности.

b

Рис. 81. Микроструктура образцов вольфрамового нагревателя, нагретого при температуре 2200° С в контакте

с диоксидом циркония (х500): а - образец без контакта с керамикой; b - образец после контакта с оксидом циркония Fig. 81. Microstructure of tungsten heater samples heated at 2200° C in contact with zirconium dioxide (x500): a - sample without contact with ceramics; b - sample after contact with zirconium oxide

Исследования показали, что влияние вакуума в пределах 10-2-10-3 Па практически не сказывается на микроструктуре при температурах 2600-2800° С. На уровне же 2200° С на микроструктуре (рис. 82) наблюдается взаимодействие вольфрама с оксидом циркония даже через 5 часов.

Важно также отметить, что микроструктура сплава вольфрама с молибденом МВ-30-ПМ при температуре 2000° С незначительно отличается от чистых металлов вольфрама и молибдена, как это видно на рис. 83. Таким образом, металлографические исследования подтвердили возможность использования вольфрама в виде прутков в качестве нагревателей вакуумных печей сопротивления в вакууме 10-2-10-3 Па (рис. 82). Контактно же с оксидом циркония его необходимо ограничивать температурой 2200° С, табл. 172 и рис. 81.

Исследование структуры молибдена после его нагрева в различных условиях представлено на рис. 84,

d

Рис. 82. Микроструктура нагревателей из вольфрама после испытаний; х200: а - i = 2600° С; р = 810-2 Па; т = 7 ч; b - i = 2730° С; р = 310-2 Па; т = 14 ч; c - i = 2860° С; р = 110-3 Па; т = 4 ч; d - i = 2860° С; р = 210-2 Па; т = 4 ч Fig. 82. Microstructure of tungsten heaters after tests, x200: a - i = 2600° C; p = 810-2 Pa; т = 7 hr; b - i = 2730° C; p = 310-2 Pa; т = 14 hr; c - i = 2860° C; p = 110-3 Pa; т = 4 hr; d - i = 2860° C; p = 210-2 Pa; т = 4 hr

b

Рис. 83. Микроструктура образцов сплава МВ-30 ПМ при остаточном давлении 10-2-10-3 Па, (х500, не травлено): а - после испытаний в условиях квазизамкнутого объема

при температуре 2000° С в течение 196 ч; b - после испытаний в условиях свободного испарения при температуре 2110° С в течение 12 ч Fig. 83. Microstructure of MV-30 PM alloy samples at residual

pressure of 10-2-10-3 Pa, (x500, no etching): a - after testing in quasi-closed volume at 2000° C for 196 hr; b - after testing with free vaporization at 2110° C for 12 hr

a

48

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

„¿Й

Таблица 172

Результаты взаимодействия тугоплавких металлов с керамикой по величине микротвердости

Table 172

Refractory metal/ceramics interaction according to microhardness

На рис. 86 дается представление о взаимодействии молибдена с оксидом алюминия.

Металл Микротвердость тугоплавких металлов, 107 Па (кг/мм2) при т = 5 ч

исходная после нагрева при температуре, °С

с керамикой без керамики

1450 1600 1800 2200 1450 1600 1800 2200

Мо 210 210 195 195 - 215 200 190 190

W 355 360 355 350 335 350 345 340 330

Nb 120 270 300 340 - 130 130 120 110

a

а -

к Г ..r-íir.. -b

Рис. 85. Микроструктура нагревателя из молибдена после испытаний: а - i = 1430° С; вакуум 10-3 Па при т = 95 ч (х200); b - i = 1670° С; вакуум 10-2 Па при т = 30 ч (х200) Fig. 85. Microstructure of molybdenum heater after tests: a - i = 1430° C; vacuum 10-3 Pa, т = 95 hr (x200); b - i = 1670° C; vacuum 10-2 Pa, т = 30 hr (x200)

1Ш(гХ

Рис. 84. Микроструктура образца молибдена толщиной 0,25 мм (х500, не травлено) после испытаний в квазизамкнутом объеме при температуре 2000° С в течение 196 ч при давлении 10"2-10"3 Па Fig. 84. Microstructure of 0.25 mm thick molybdenum sample (x500, no etching) after testing in quasi-closed volume at 2000° C for 196 hr at a pressure of 10-2-10-3 Pa

На рис. 85 изображена микроструктура молибдена для оценки роста зерен после длительного нагрева при его рабочих температурах.

Рис. 86. Микроструктура молибдена после нагрева в вакууме 10-2 Па (х500): а - Мо, i = 2200° С; b - Мо + А^3 - 1900° С Fig. 86. Microstructure of molybdenum heated in vacuum 10-2 Pa (x500): a - Mo, i = 2200° C; b - Mo + А1203 - 1900° C

Понятно, что взаимодействие молибдена с оксидом алюминия в зависимости от содержания в нем оксида кремния вызывает изменение электропроводности молибдена.

Изменение электросопротивления молибденовых нагревателей в зависимости от содержания оксида кремния в оксиде алюминия, зависящее от температуры испытаний, представлено на рис. 87, что в общем соответствует изменению микротвердости и рекомендациям по предельной температуре печей с аналогичной теплоизоляцией.

Рис. 87. Относительное изменение электросопротивления молибденовых нагревателей, развешенных на высокоглиноземистой футеровке, содержащей 55 (----) и 30 (—) %

SiO2. Цифры на кривых - температуры футеровки, °С Fig. 87. Relative change in electric resistance of molybdenum heaters placed on high-alumina lining containing 55 (- - - -) and 30 (—) % of SiO2. Figures on the curves are lining temperatures, °C

25

№

J '<:<

49

b

Рис. 88. Микроструктура ниобия после нагрева при 1450° С в течение 9 ч: а - образец без контакта с керамикой; b - после контакта с оксидом алюминия Fig. 88. Microstructure of niobium heated at 1450° C for 9 hr: a - without contact with ceramics; b - after contact with aluminum oxide

Микроструктура ниобия при температуре 1450° С представлена на рис. 88.

Поскольку микроструктура ниобия при температурах до 1450° С подтверждает начало взаимодействия с оксидом алюминия, то следует признать возможным использование этого сочетания для печей на основе ниобия при температуре 1400° С.

Как известно, твердость, в том числе микротвердость, коррелируется с механическими характеристиками. Поэтому микротвердость металлических высо-

котемпературных нагревателей, представленных в табл. 172 для различных температур, дает представление о поведении этих материалов в вакууме.

Из табл. 172 следует, что при повышении температур от 1450° С до 2200° С микротвердость снижается не более чем на 15%. По величинам микротвердости просматривается температура начала взаимодействия между высокотемпературными материалами и оксидами А1203 и 2г02, стабилизированными оксидом магния (до 6%).

Так, молибден начинает взаимодействовать с керамикой при 1600° С, а вольфрам - при 2200° С (с гг02).

Ниобий же вступает в реакцию с керамическими материалами при температурах выше 1500° С.

Такие тугоплавкие металлы, как вольфрам и молибден, подвержены рекристаллизации, вызывающей хрупкость изделий после охлаждения. В связи с этим нагреватели из W и Мо, в основном изготавливаемые из прутка 0 4-5мм, имеют срок службы, не превышающий 300 ч для печи СНВЭ-1.3.1/20 и 800 ч для печей СНВЭ-1.3.1/16 и СНВЭ-16/16.

Методика оценки температуры нагревателей из прутка изложена в ч. 1 § 5.3, там же показаны пути улучшения их конструктивных форм. Поскольку еще не созданы более совершенные конструкции новых нагревателей, то будут рассмотрены конструкции печей, в которых использованы прутковые вольфрамовые нагреватели.

В табл. 173 показаны только общие сведения о наиболее часто применяемых вакуумных электропечах с нагревателями из тугоплавких металлов с градацией разделения их на группы, включая специфические направления некоторых из этих групп.

н О о й Размер рабочего пространства, м град

Тип печи & с о ft & р Й С s у а тр не S S ft й Й S о с Основные области применения /т

ем Т Ва i 5 длин ы в ¡=1

Камерные

СНВЭ-1.3.1/16И2 20 1600 610-3 0,1 0,3 0,1 Дегазация, отжиг, спекание 3,54

СНВЭ-1.3.1/16И2 (двухкамерная) 24 1600 610-3 0,1 0,3 0,1 Ускоренное охлаждение, спекание 4,25

СНВЭ-2.4.2/16И1 35 1600 10-2 0,2 0,4 0,2 Дегазация, отжиг, спекание 1,37

СНВЭ-9/13 14 1300 10-2 0,15 0,4 0,15 Дегазация, отжиг, спекание, пайка 1,42

СНВЭ-9/18 29 1800 10-2 0,15 0,4 0,15 Отжиг, спекание, пайка 1,52

СНВЭ-1.3.1/20И2 31 2000 10-2 0,1 0,3 0,1 Отжиг, дегазация, гомогенизация, спекание 4,39

Таблица 173

Основное назначение и некоторые параметры электропечей на основе тугоплавких металлов

Table 173

Major purpose and some parameters of refractory metal electric furnaces

Продолжение табл. 173 Continuation of Table 173

Шахтные

СШВ-8.12/13ЭМ2 353 1300 610-3 0,8 - 1,2 Дегазация, отжиг, спекание сталей, титана 0,45

СШВЭ-1.2,5/25И2 35 2500 6-10"3 0,1 - 0,25 Спекание тугоплавких металлов, оксидов 6,07

СШВ-2.20/20М02 570 2000 10-3 0,2 - 2 Дегазация и отжиг труб и профилей 3,85

СШВ-2.100/20 2000 3000 10-3 0,2 - 10 2,71

Элеваторные

СЭВ-11,5.5,5/16 353 1600 10-2 1,15 - 0,5 Отжиг, дегазация, спекание изделий из тугоплавких металлов и сплавов, оксидов алюминия, циркония, урана 0,3

СЭВ-2,5.5/20Э 200 2000 10-3 0,25 - 0,5 0,48

СЭВ-3.6/20И1 185 2000 10-3 0,3 - 0,6 1,85

Сверхвысоковакуумные - см. отдельную таблицу

Колпаковые и протяжные

СГВ-2.4-2/15И2 (двухколпаковая) 25 1500 6-10"3 0,2 - 0,4 Пайка, отжиг, спекание 1,13

Протяжная печь ОКБ-5307 и печи контактного нагрева (см. отдельную таблицу) 566 2100 10-1 Непрерывный отжиг ленты из ниобия

4.2.2. Шахтные и элеваторные печи на основе тугоплавких металлов Высокотемпературные шахтные электропечи с рабочим объемом до 2 дм3 обеспечивают рабочую температуру до 2500° С и являются самыми высокотемпературными печами с нагревателями из тугоплавких металлов. Основные характеристики таких печей представлены в табл. 170.

Рис. 89. Внешний вид печи СШВЛ-1.2,5/25М01, эксплуатировавшейся в лаборатории вакуумных печей

сопротивления ВНИИЭТО Fig. 89. Appearance of the SShVL-1.2,5/25M01 furnace operated at the VNIIETO Laboratory of Vacuum Resistance Furnaces

Многие исследовательские организации используют эти печи для определения возможности применения различных сочетаний между тугоплавкими металлами в контакте с оксидами, боридами, нитридами, а также для создания новых сплавов и соединений.

Рис

90. Схема конструкции модернизированной

нагревательной камеры Fig. 90. Upgraded heating chamber design

На рис. 89 представлен общий вид печи СШВЛ-1.2,5/25. В буквенном обозначении использовалась буква Л, то есть лабораторная. При модернизации

Ш

51

этой печи буква Л была исключена, поскольку печи этого типа использовались для некоторых технологических процессов.

Теплоизоляция 3, использованная при исследовании, состояла из девяти экранов (пять вольфрамовых и четыре молибденовых). Благодаря компактности теплоизоляции (суммарная толщина пакета экранов около 15 мм) можно было увеличить откачное сечение.

Загрузочная корзина 5 обеспечивала обработку садки массой до 15 кг при температуре до 2500° С. Мелкие детали размещались на этажерке из вольфрамовых дисков, использовался рабочий объем диаметром 100 мм. При садке на различных глубинах устанавливались промежуточные диски с отверстиями, позволяющие измерять температуру дисков для диаметров до 80 и по длине до 300 мм.

Общая компоновка элементов нагревательной камеры позволяла заменять вышедшие из строя нагреватель и экраны без демонтажа других узлов печи, что было невозможно до модернизации.

Чтобы обеспечить загрузку достаточно тяжелой (до 15 кг) садки и уменьшить вероятность механических повреждений печи при загрузке-выгрузке, применялся специальный механизм загрузки. Поворотная колонка механизма во время загрузки-выгрузки фиксируется стопорным устройством в положении, обеспечивающем соосность нагревателя и загрузочной корзины.

015

im

012,5

010

3t

07

05

0100

У

У

300

225

£ 3

2 150

75

2,4 2,45 2S 2,55 2,6 (-1СР) Температура, "С

b

поля использовалась модель абсолютно черного тела в виде вольфрамового цилиндра диаметром 100 мм с, как указывалось ранее, перегородками-диафрагмами (рис. 91, а), температура которых измерялась с помощью оптического пирометра 0МП-021 (рис. 91, Ь).

В соответствии с данными измерений при 2500° С перепад температуры на высоте 250 мм составил 20° С (равномерность при температуре 2500±10° С), на высоте 300 мм он равен 45° С (равномерность 2500±22,5° С). Как видно из графика потребляемой мощности (рис. 92), при температуре 2500° С мощность потерь равна 37,8 кВт, т.е. приблизительно на 25% меньше паспортной мощности немодернизиро-ванной печи.

Рис. 91. Распределение температуры по высоте рабочего

пространства при 2500° C Fig. 91. Distribution of working space temperature with height at 2500° C

После обезгаживания при температуре до 2500° С исследовались температурное поле и энергетические параметры печи. Для определения температурного

Рис. 92. Зависимость потребляемой мощности от температуры в рабочем пространстве Fig. 92. Power consumption as a function of working space temperature

После испытаний в печи осуществлялось спекание вольфрамовых изделий. Масса загрузки 13 кг (вместо 2 кг до модернизации), садка располагалась в зоне диаметром 100 и высотой около 300 мм. Максимальная температура нагрева 2500° С при продолжительности спекания 14-15 ч. При спекании по указанной технологии (13 циклов) отклонений от нормальной работы не наблюдалось, также не отмечено существенной деформации элементов конструкции нагревателя, токоподводов, экранов, загрузочной корзины. Технологический контроль качества обработанных изделий (взятых из различных зон) с учетом плотности, пористости и химического состава подтверждает достаточно высокую равномерность температурного поля в рабочем пространстве.

За счет увеличения зоны равномерности температуры, а следовательно, и массы загрузки производительность печи возросла в 5-6 раз, что обеспечивает годовой экономический эффект в размере более 100 тыс. руб. (в ценах 1972-1975 гг.) на одну печь.

Крупные шахтные электропечи, представленные в табл. 170, предназначались для решения конкретных производственных задач и практически не тиражировались.

a

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

4.2.3. Камерные печи на основе тугоплавких металлов В них использованы зигзагообразные прутковые нагреватели и, как правило, экранная теплоизоляция. Температурные характеристики таких нагревателей, как ранее было показано, существенно выше. Поэтому в табл. 174 дано сравнение пластинчатых нагревателей с прутковыми.

Табл. 174 характеризует направление конструкторских разработок в перспективе.

Разность температур нагреватель-поверхнос Heater/heat insulation surface temper

На основании изложенного были разработаны и изготовлены варианты различных конструкций малых (до 16 дм3) вакуумных высокотемпературных печей с нагревателями из вольфрама и экранами из вольфрама и молибдена. Преимущественно это были печи камерного и шахтного типа. Таких печей изготавливалось 300-500 штук в год. Более крупные печи разрабатывались поштучно; полезный объем их составлял от 25 до 300 дм3.

Таблица 174

теплоизоляции для малых электропечей [5]

Table 174

re contrast for small-size furnaces [5]

Тип печи Материал и конструкция Номинальная температура, °С Отношение поверхностей Температура нагревателя, °С Разность температур, °С Кмн, кВт/м2-град

нагреватель теплоизоляция

СНВЭ-1.3.1/16И4 W, 0 6 мм зигзаг Мо, экраны 5о = 2 мм 1600 0,207 2503 904 3,54

СНВЭ-1.3.1/20И2 W, 0 6 мм зигзаг W и Мо, экраны 2000 0,207 3087 1097 4,39

СНВГ-4/16 УКМ 5 = 5 мм листовой П-образный УМТ-1 5 = 30 мм твердая теплоизоляция 1600 0,73 1753 153 0,78

СНВГ-4/22 УКМ 5 = 5 мм листовой П-образный УМТ-1 5 = 45 мм твердая теплоизоляция 2200 0,73 2402 202 1,03

Примечание: 5о - общая толщина пакета экранов.

Технические характеристики камерных печей представлены в табл. 171.

Среди этих печей наибольший интерес представляет печь с полезным объемом 16 дм3 на температуру 1600° С. Наименование печи при первоначальной разработке было СНВЭ-2.4.2/16И1. Тогда в ней был предусмотрен торцевой нагреватель, который вместе с пакетом экранов мог поворачиваться вокруг верхнего вала, допуская тем самым возможность загрузки и выгрузки садки. Причем привод поворота торцевого нагревателя мог осуществляться с помощью ручного механизма, расположенного вне вакуумной камеры.

Следовательно, этот торец имел возможность поворачиваться на любой угол, обеспечивая тем самым ускорение охлаждения садки. Аналогичный торцевой тепловой узел, но без нагревателя, располагается на стороне, противоположной загрузке.

Некоторые сложности изготовления и неоднократные нарушения контактов при повороте явились основанием для его изъятия из конструкции с частичной усиленной теплоизоляцией торца.

Печь СНВЭ-2.4.2/16И1 была разработана во ВНИИЭТО, и первый экземпляр, изготовленный МЭВЗом, был установлен в ЛВПС для проведения испытаний. Результаты испытаний и опытные отжиги позволили определить производительность печи

как в вакууме, так и в среде азота. Печь, как было упомянуто, была снабжена торцевой теплоизоляцией, которая могла без нарушения вакуума открываться ручным механизмом. Время охлаждения печи определялось при закрытой и открытой теплоизоляции. Параметры печи: Р = 35 кВт; Рваксист. = 7,75 кВт; Рпотерь = 27 кВт. Общий вид печи СНВЭ-2.4.2/16И1 представлен на рис. 93.

Рис. 93. Общий вид печи СНВЭ-2.4.2/16И1 в процессе загрузки-выгрузки Fig. 93. General view of the SNVE-2.4.2/16I1 furnace during charging/drawing

Когда печи таких параметров стали изготавливать на другом заводе (МЗЭТО), были ликвидированы поворотные механизмы, позволяющие открывать торцевую теплоизоляцию без нарушения вакуума, и

i £ i

53

удалены торцевые нагреватели с экранами, которые также могли подниматься вручную после напуска воздуха для выгрузки и загрузки контейнера с изделиями. В этом случае одновременно снизилась равномерность температуры по длине рабочего пространства, резко уменьшилась скорость охлаждения загрузки. После этих упрощений ей было присвоено наименование СНВЭ-16/16. Все другие параметры печи были идентичны печи СНВЭ-2.4.2/16И1.

В этих печах используются нагреватели зигзагообразной формы, выполненные из прутков вольфрама, которые размещаются на боковых сторонах прямоугольного нагревательного блока. Теплоизоляция представляет собой блок из тонкостенных экранов. Нагревательные блоки на основе вольфрама и молибдена имеют низкий уровень газовыделения. Вариант торцевого нагревателя для этих печей был рассмотрен ранее.

Наиболее важным параметром, определяющим производительность печи, как ранее указывалось, является длительность охлаждения печи с садкой применительно к печи СНВЭ-2.4.2/16И1. В табл. 175 сведены данные по времени охлаждения печи с закрытыми и открытыми торцевыми узлами.

Влияние конструктивных особенностей печи СНВЭ-2.4.2/16И1 на длительность охлаждения проявляется при наличии в печи открывающихся без нарушения вакуума торцевых тепловых узлов. Экспериментально это проверено на режиме охлаждения от температуры 1300° С до 100° С, в вакууме 10-2 Па для различных масс до 20 кг, а также в азоте в различных сочетаниях с вакуумом и условиями работы теплоизоляционных узлов, как показано в табл. 175.

Влияние различных методов ускорения охлаждения печи СНВЭ-2.4.2/16И 1 Effects of different furnace cooling acceleration methods for SNVE-2.4.2/16I1

Таблица 175

Table 175

Уровень влияния методов ускорения охлаждения в различных средах и масс загрузки

Загрузка Вак. 10-2 Па-закр. Вак. 10-2Па-откр. Азот 0,1 МПа-закр. Азот 0,1 МПа-откр. Вак. 10-2 Па-закр. Азот 0,1МПа-откр. Вак.-закрыто. Напуск азота с одновременным открытием Вак.10-2 Па-откр. Азот 0,1 МПа-откр.

Без загрузки 2,12 2,14 2,27 4,8 2,29

5 1,94 2 2,92 5,83 3

10 1,46 1 ,75 2,93 5,12 3,5

20 - 1,9 - - 3,18

Таким образом, комбинируя напуск азота с открыванием тепловых узлов, возможно уменьшить длительность охлаждения в 5 раз, тогда как только напуск азота до атмосферного давления эту величину увеличивает только в 3 раза. Наличие открывающихся торцевых тепловых узлов заметно активизирует охлаждение садки и позволяет настойчиво рекламировать их восстановление при модернизации печей СНВЭ-16/16.

Длительность охлаждения в вакууме в зависимости от массы загрузки и температуры разгрузки представлена в табл. 176.

Длительность цикла при номинальной загрузке и охлаждении до 100° С в режиме спекания или дегазации:

Бц = Бн + А + Д,к = 4+2+5,25 = 11,25 ч. Соответственно, производительность 0 = 30/11,25 = 2,67 кг/ч.

При режиме пайки Бц = 1+0,5+5,25 = 6,75 ч и производительность 0 = 30/6,75 = 4,44 кг/ч.

Широкое распространение печи СНВЭ-1.3.1/16 различных модификаций используется, как правило,

для отработки новых технологических процессов. Усредненно срок службы нагревателей составляет порядка 800 ч, но он зависит от квалификации обслуживающего персонала.

Таблица 176

Примеры охлаждения печи в вакууме для материалов с у = 5-6 кг/дм3

Table 176

Examples of furnace vacuum cooling for materials with у = 5-6 kg/dm3

Масса загрузки, кг Длительность охлаждения, ч, до температуры, ° С

300 200 100 50

Без загрузки 1,33 2,0 3,0 3,67

10 2,09 2,73 3,79 4,55

20 2,75 3,45 4,5 5,4

30 3,45 4,22 5,29 6,23

Аналогичная по размерам рабочего пространства печь СНВЭ-1.3.1/20, как было объяснено ранее, имеет срок службы при номинальной температуре около 300 ч.

Равномерность температур в этих печах определяется качеством обслуживания и в некоторых случаях влиянием материалов загрузки, из которых выделяются различные газовые и легколетучие компоненты. Повысить срок службы печей возможно при существенном изменении конструкции, обеспечивающей снижение температуры нагревателей при сохранении номинальной температуры печи.

Двухкамерная печь СНВЭ-1.3.1/16И2 отличается тем, что в этой конструкции предусмотрена камера охлаждения тех же номинальных размеров, но без теплоизоляционных экранов. В печи предусмотрен механизм толкания и направляющие, обеспечивающие перемещение поддона с загрузкой. Между камерами имеется поворотная теплоизоляция. Таким образом, нагрев и охлаждение загрузки производится при одном и том же давлении.

4.2.4. Сверхвысоковакуумные печи сопротивления (СВВ)

Сверхвысоковакуумные печи работают в диапазоне

условии вымораживания мигрирующих паров масла. Однако этот метод не всегда приемлем, поскольку охлаждающая ловушка (как правило, с жидким азотом) в десятки раз уменьшает быстроту откачки насосами, а в некоторых конструкциях все-таки отсутствует гарантия попадания паров масла в откачиваемый объем. Для более глубокого вакуума используются вакуумные насосы, в которых поглощение газов достигается активными пленками. Этот способ и другие методы подробно изложены в работах [282, 283, 284], а для примера некоторые типы насосов будут приведены при рассмотрении конструкций сверхвысоковакуумных печей.

Сверхвысокий вакуум является одной из эффективных сред, используемых при нагреве особо чистых металлов и сплавов, в том числе покрытий нано-размерной толщины. Конструкции СВВ-электро-печей сопротивления существенно отличаются глубиной вакуума от других печей (10-1-10-3 Па). Для

от 10- до 10- Па. Создание такого остаточного давления требует существенного изменения элементов конструкции, а также использования других методов откачки, включая физические и физико-химические особенности поглощения и удаления газов.

Основная задача этого оборудования при осуществлении технологических процессов состоит в удалении адсорбированных элементами печи газов, которые выделяются при повышении температур. Естественно, поток адсорбированных газов должен быть минимальным, что может быть достигнуто использованием двух камер. В рабочую камеру не должен попадать атмосферный воздух, а загрузка и выгрузка изделия осуществляются в этом случае через вторую камеру, иногда называемую форкамерой, в которой предварительно воздух откачивается до давления 10-210-3 Па. Перед перемещением изделий в основную камеру в ней предварительно повышается давление за счет инертного газа (аргона, гелия, ксенона).

Остаточное давление 10-4-10-5 Па может быть достигнуто применением паромасляных насосов при

получения необходимого разрежения (до 10"' Па) внутренние поверхности корпусов и отдельные узлы печи (токоподводы, смотровые окна, вводы термопар и др.) должны подвергаться предварительному прогреву в вакууме при температурах до 350° С с целью удаления из них адсорбированных газов и паров. Поэтому уплотнения всех разъемных соединений выполняются при помощи медных прокладок. Детали, работающие при высоких температурах: нагреватели, экраны, подставки под изделия, - должны быть предварительно термообработаны в других печах при температуре выше рабочих температур, а их толщина и масса, по возможности, должны быть уменьшены.

Как было упомянуто выше, СВВ-печи должны иметь две камеры, то есть представлять собой полунепрерывные установки, в которых обезгаженная камера нагрева не сообщается с атмосферным воздухом, а загрузка и выгрузка осуществляются через вторую камеру. В табл. 177 сведены данные о длительности циклов, из чего видно, что в садочных печах цикл в 2,5-3 раза дольше [280].

Таблица 177

Характеристики СВВ-электропечей

Table 177

Technical data of ultrahigh-vacuum furnaces

Характеристики Печи периодического действия Печи полунепрерывного действия

СВВ-электропечей СШВ-1.8/20Э-И1 1СЭВ-5.10/13Э 1СЭВ-1.2/20-И1 1СЭВЭ-1.7/20И1 1СЭВ-2,5.5/22Э

Номинальная температура, °С 2000 1300 2000 2000 2200

Установленная мощность, кВт 100 240 75 100 3805

Размеры рабочего пространства, м диаметр высота 0,1 0,8 0,5 1,0 0,1 0,2 0,1 0,7 0,25 0,5

Перепад температуры по высоте рабочего пространства, °С, не более ±20 ±15 ±25 ±20 ±25

Давление при номинальной температуре (без изделия), Па 10-5 10-4 10-5 10-4 10-6

3

tri ir»

55

Продолжение табл. 177 Continuation of Table 177

Время выхода печи на номинальную температуру (без изделия), ч 0,5 1,0 0,5 0,5 0,5

Длительность цикла (от загрузки до выгрузки), включая трехчасовую выдержку, ч 24,0 28,0 8,0 8,0 10,0

Типы высоковакуумных насосов, применяемых для откачки камеры: нагревательной загрузочной НОРД-250 (4 шт.) ТМН-200 (2 шт.) ГИН-5 (2 шт.) ТМН-200 (6 шт.) НОРД-250 (1 шт.) ТРИ0Н-150 (1 шт.) ТМН-200 (1 шт.) НОРД-250 (1 шт.) НЭМ-1Т (1 шт.) Н-2Т с сорбц. ловушкой ГИН-5 (2 шт), ТМН-200 (4 шт.) - (СВВ-4) Н-2Т с сорбц. ловушкой

Расход охлаждающей воды, м3/ч 4,0 - 2,5 3,6 7,5

Напряжение питающей системы, В 380/220 380/220 380/220 380/220 380/220

Габаритные размеры, м длина ширина высота 5,21 2,24 2,14 7,2 5,07 5,72 2,45 2,23 2,7 3,5 3,5 3,87 6,65 4,875 5,1

Масса, т 4,6 13,5 2,5 2,25 16,0

Состояние разработки Разработана техническая документация Разработана техническая документация Освоено производством Освоено производством Освоено производством

Печь полунепрерывного действия, схема которой представлена на рис. 94, состоит из нагревательной и загрузочной камер, герметично разделяемых плоским вакуумным затвором. На рис. 94 показана схема СВВ-печи с нижним расположением загрузочной камеры. Каждая из камер имеет автономную систему откачки.

В нагревательной камере используются сверхвы-соковакуумные безмасляные насосы - магнитораз-рядные (НОРД) или гетероионные (ГИН), в загрузочной камере - турбомолекулярные (ТМН) или диффузионные насосы (Н-2Т) с сорбционными ловушками.

Обрабатываемые изделия помещаются в контейнер загрузочной камеры, который с помощью специальных опор закрепляется на тарелке вертикального затвора. Изделия загружаются через люк, затем загрузочная камера откачивается до давления 10-3 Па, после чего открывают плоский затвор и приводят в действие механизм вертикального перемещения, который поднимает изделие в нагревательную камеру. Перемещение происходит до тех пор, пока тарелка вертикального затвора не произведет герметичного отделения нагревательной камеры от загрузочной.

Рис. 94. Схема СВВ-электропечи полунепрерывного

действия: 1 - загрузочная камера; 2 - механизм подъема изделия; 3 - загрузочный люк; 4 - нагревательная камера;

5 - нагреватель; 6 - токоввод; 7 - тепловая изоляция;

8 - подставка под изделие; 9 - уплотняющая тарелка;

10 - плоский вакуумный затвор Fig. 94. Layout of semi-continuous ultra-high vacuum electric furnace: 1 - charging chamber; 2 - hoister; 3 - charging door;

4 - heating chamber; 5 - heating chamber; 6 - current lead;

7 - heat insulation; 8 - support; 9 - packing disk;

10 - flat vacuum lock

Экспериментальные данные, полученные в печи СЭВ-2,5.5/22Э при нагреве деталей из ниобия, приведены ниже:

Температура, °С 20 1350 1700 1800 2000 2100 2200

Остаточное давление, Па 410-7 4,610-7 7,610-7 1.6-10"6 4-10-6 6,510-6 1.13-10-5

При низких давлениях в СВВ-печах можно непосредственно контролировать состав остаточных газов в процессе нагрева. Спектр остаточных газов в высокотемпературных печах в основном состоит из Н2 (М = 2) и СО+^ (М = 28). На рис. 95 показан состав остаточных газов в лабораторной печи, получен-

р, мм рт.ст.

10'

10'

10'

р, мм рт.ст.

10"

ю-

10"

ный с помощью масс-спектрометра ИПДО-2 при различной температуре нагрева. Помимо Н2, СО+^, в спектре имеются небольшие количества Аг (М = 40), паров Н2О (М = 17,18), СН4 (М = 16) и N (М = 14).

Следовательно, зная состав газов, выделившихся из материалов печи, и спектры газов вместе с обрабатываемым изделием, можно оценить уровень и состав газов, выделяющихся из изделий.

Кроме перечисленных элеваторных двухкамерных печей полунепрерывного действия, были разработаны садочные сверхвысоковакуумные печи, которые использовались для термообработки при температурах до 2000° С [280], их технические характеристики представлены в табл. 178.

р, мм рт.ст.

1{Г 8 6 4

1718 28 40 44 Массовое число a

16 18

28 40 Массовое число b

10" в 6 4

> ]0

14 18 28

р, мм рт.ст. А

2-

1°8 6 4

2

10* 8 6 4

10'

044

Массовое число c

1417 d

В 28

Массовое число

Рис. 95. Состав остаточных газов в нагреваемой камере лабораторной печи при P = 1,7-10" мм рт. ст., Т = 20° С (а); 8-10"9 мм рт. ст., 1200° С (b); 3,7-10"8 мм рт. ст., 1600° С (с); 4,1-10"7 мм рт. ст., 2000° С (d) Fig. 95. Composition of residual gases in the heating chamber of laboratory furnace at p = 1.710"9 mm Hg, T = 20° C (a); 8-10"9 mm Hg, T = 1200° C (b); 3.7-10"8 mm Hg, T = 1600° C (с); 4.1-10"7 mm Hg, T = 2000° C (d)

Характеристики СВВ-электропечей периодического действия Technical data of ultrahigh-vacuum batch furnaces

Таблица 178 Table 178

Параметр Тип печи

0КБ-8039 0КБ-1290 1СЭВ-5.10/13 Э

Установленная мощность, кВт 35 90 270

В том числе нагревательной камеры 13 55 180

Рабочая температура, °С 800 2000 1300

Напряжение питающей системы, В 380/220 380/220 380/220

Напряжение на нагревателе (линейное), В 13,4 13,0 37,2

Рабочее давление, Па 10-7 10-6 10-4

Расход охлаждающей воды, м3/ч 1,5 1,5 9,5

Размеры рабочего пространства, м диаметр высота (длина) 0,3 0,7 0,1 0,2 0,5 1,0

Габаритные размеры, м длина ширина высота 3,62 3,4 2,0 2,84 3,03 1,89 6,65 4,87 5,0

Масса электропечи, т 3,0 2,5 16,0

Параметры Насосы

НОРД-250 ТРИОН-150 АВМ-50-1 АВМ-150-1

Предельный вакуум, Па 7-10"7 1,3-10"8 0,7 0,7

Предварительное разрежение для запуска насоса, Па 7 7 - -

Быстрота откачки воздуха, л/с 250 150 50 150

Рис. 96. Схема СВВ-электропечи ОКБ-1290: 1 - наружная теплоизоляция; 2 - нагреватель вспомогательный;

3 - экранная теплоизоляция; 4 - нагреватель рабочий; 5 - откачная система; 6 - рабочая площадка; 7 - коллектор

водоохлаждения; 8 - ввод термопарный Fig. 96. Schematic drawing of the OKB-1290 ultra-high vacuum electric furnace: 1 - outer heat insulation; 2 - standby heater;

3 - heat insulation shield; 4 - main heater; 5 - evacuation

system; 6 - working ground; 7 - water cooling collector;

8 - thermocouple well

Схема одной из этих печей - ОКБ-1290 приведена на рис. 96.

Для безмасляной откачки высоковакуумных электропечей используются магниторазрядные насосы, которые характеризуются надежностью, большим сроком службы, бесшумностью в работе, простотой обслуживания, а также обладают повышенным давлением запуска. Некоторые параметры насосов приведены в табл. 179.

Таблица 179

Технические параметры магниторазрядных насосов

Table 179

Technical data of magnetic-discharge pumps

Для сверхвысоковакуумных печей были разработаны и экспериментально опробованы различные элементы печей. Представляет интерес конструкция токоввода, изображенная на рис. 97 [283].

Рис. 97. Токоввод высоковакуумной электропечи (обозначения - в тексте) Fig. 97. Current lead of high-vacuum furnace (signs - in the text)

Новая конструкция сверхвысоковакуумного токоввода в отличие от ранее разработанной обеспечивает защиту изолятора от механических нагрузок. Токоведущий элемент 1 вакуумно плотно соединен через изолятор 4 с несущим фланцем 2, на который установлена опорная втулка 3. С помощью регулировочных винтов 5 через изоляционные вкладыши 6 токоведущий элемент закрепляется на опорной втулке. Зажимное устройство 7, состоящее из двух стянутых болтами теплоизолированных полуколец, обеспечивает крепление токоведущего элемента на внешней поверхности корпуса электропечи.

Таким образом, токоведущий элемент имеет две точки опоры: одну вне камеры, а другую в камере. Нагрузка на концы токоведущего элемента, создаваемая массой нагревательных элементов и шинопрово-дов 8, передается непосредственно на зажимное устройство или опорную втулку, минуя изолятор.

Таким образом, сформулировано состояние работ и их результаты в области сверхвысоковакуумных электропечей сопротивления с оценкой конструктивных особенностей садочных и полунепрерывных (двухкамерных) печей и некоторых элементов конструкции и специфического вакуумного оборудования.

Необходимо отметить, что эти печи были изготовлены из отечественных материалов с использованием отечественного комплектующего оборудования.

Печь 1СЭВ-2,5.5/22Э была установлена в г.Томске на предприятии, где был размещен опытный атомный реактор. Оценивая значение этой печи, президент Академии наук СССР А.П. Александров направил министру Электротехпрома А.К. Антонову письмо, в котором отметил, что наряду с США и ФРГ в СССР создана электропечь, в которой производится отжиг ниобиевых резонаторов, используемых в ядерной технике.

Печи типов 1СЭВ-1.2/22 и 1СЭВ-1.7/20И1 были поставлены НПО «ЛУЧ» (Минатом, г. Подольск).

Следует отметить, что в этот период (1970-1975 гг.) Министерство электронной промышленности (ми-

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

нистр А.И. Шохин) закупало печи за рубежом (преимущественно в Японии), а затем на своих заводах нестандартного оборудования тиражировало их, используя только импортные материалы и оборудование. Поэтому потребность в отечественных сверхвы-соковакуумных печах резко сократилась.

4.2.5. Двухколпаковые печи на основе тугоплавких металлов Среди колпаковых печей наибольшее распространение получили двухколпаковые печи с экранной теплоизоляцией. Основные характеристики таких печей представлены в табл. 180.

Таблица 180

Основные характеристики двухколпаковых вакуумных электропечей

Table 180

Basic technical data of double-bell vacuum electric furnaces

Параметр Тип печи

СГВ-2.4.-2/15И2 СГВ-2.3/15ЭМ1 (СКБ-7019); СГВ-2.3/15 ЭММ СГН-2.4.-2/13И1

Мощность, кВт 25 55

Мощность тепловых потерь, кВт 15 24 18

Рабочая температура, °С 1500 1500 1300

Вакуум, Па 10-2-10-3 10"2-10"3 Водород, 0,1 МПа

Водород, МПа - - 0,1

Расход охлаждающей воды, м3/ч 1,5 1

Размеры рабочего пространства, м диаметр высота 0,2 0,4 0,2 0,3 0,2 0,4

Габариты, м длина ширина высота 2,21 1,8 2,3 2,53 1,81 3,0 2,21 1,8 3,0

Масса печи, т 2,3 3,0 3,0

Кмн, кВт/м3-град 0,83 1,7 -

Особенностью двухколпаковых печей следует признать тот факт, что эксплуатация каждого колпака, имеющего свой нагревательный блок, производится от единой электрической системы, которая последовательно подсоединяется к каждому колпаку. В этом случае разделяется длительность нагрева и охлаждения для каждого колпака, поскольку каждый из них имеет свою вакуумную систему и может независимо от другого колпака производить загрузку и выгрузку нагреваемых изделий.

Обычно такие печи используются для пайки твердыми припоями, дегазации и термообработки предварительно спеченных изделий из оксидов.

Конструкция электропечи СГВ-2.4-2/15И1 состоит из двух нагревательных камер (колпаков), вакуумной системы, механизма подъема, системы водо-охлаждения, щита управления.

Нагревательная камера (колпак) - вертикальная с водоохлаждением. С верхнего торца она также закрывается водоохлаждаемой крышкой. На колпаке расположены выводы токоподводов и бобышка подвески к механизму подъема колпака.

Внутри корпуса нагревательной камеры расположены экранная теплоизоляция и нагреватель. Теплоизоляция выполнена в виде бокового и верхнего тор-

цевого пакета экранов, набранных из молибденовой жести. Нагреватель состоит из молибденовых полос, соединенных по схеме «звезда». Нагревательная камера устанавливается на секцию, закрепленную на каркасе. В секции размещены нижние торцевые экраны, нагреватель и подставка для установки садки. Снизу секция имеет патрубок для присоединения к затвору вакуумной системы.

Вакуумная система состоит из трех механических насосов, двух диффузионных насосов, вакуумных затворов и необходимого количества вентилей. Вакуумная система обеспечивает раздельную откачку каждой нагревательной камеры как механическими, так и диффузионными насосами.

Для подъема и опускания колпака при загрузке и выгрузке садки имеется механизм подъема, каретка которого перемещается по направляющей колонне с помощью ходового винта с гайкой и электродвигателя.

Система водоохлаждения включает в себя два коллектора с вентилями и две воронки. На линии слива воды установлены струйные реле. Вся контрольно-измерительная аппаратура смонтирована на передней части печи, пусковые кнопки расположены на наклонной панели пульта управления.

^ ir!

59

Измерение вакуума производится соответствующими датчиками, а давление защитного газа - по мано вакуумметру.

Электропитание нагревателя осуществляется от понижающего трансформатора, первичные обмотки которого подключены к тиристорному регулятору напряжения.

В электропечи предусмотрено автоматическое программное и ручное регулирование температуры.

Необходимо обратить внимание, что в табл. 180 дана информация о двухколпаковых печах, разработанных в разное время. Последний вариант - печи типа СГВ-2.4-2/15И1 существенно отличаются от предыдущей конструкции:

- увеличено рабочее пространство на 30%;

- повышена равномерность температур за счет установки нижнего торцевого нагревателя;

- снижена мощность потерь в полтора раза, а общая мощность печи - более чем в два раза.

В табл. 180 также приведены для сравнения сведения о параметрах аналогичной конструкции вакуумной печи, но для нагрева в водороде. Как видно из табл. 180, температура для водородной печи не превышает 1300° С, т.е. на 200° С ниже печи, работающей в вакууме. При температуре 1300° С отношение тепловых потерь в водороде и в вакууме составляет 2,2, а потери в атмосфере печи в гелии, соответственно, 1,7.

Таким образом, рассмотрен еще один вариант использования тугоплавких металлов для вакуумных печей.

4.2.6. Печи с нагревателями из тугоплавких металлов с теплоизоляцией из оксидов

Использование тугоплавких металлов с футеровкой на основе оксидов алюминия и циркония возможно, если требуемые температуры не превышают температур начала взаимодействия металлов с оксидами.

Таблица 181

Температуры эксплуатации нагревателей из тугоплавких металлов, работающих в вакууме, для исключения контакта с керамической футеровкой

Table 181

Working temperatures of refractory metal heaters operating in vacuum for contact with ceramic lining

Материал футеровки Температура начала взаимодействия нагревателей с футеровкой, °С

Молибден Вольфрам Ниобий

AI2O3 (корунд) 1800 1800-1900 1650

Al2O3 - 12% SiO2 1700 1700-1900 1400-1500

Al2O3 - 30% SiO2 1500 1500 1400

Al2O3 - 55% SiO2 1400 1400 1400

ZrO2 стабил. - СаО (6%) или Y2O3 (5%) 1800 1900 1450

Температуры взаимодействия тугоплавких металлов и некоторых оксидов приведены в табл. 181.

Как видно из табл. 181, повышение содержания оксида кремния в оксиде алюминия резко снижает температуру их взаимодействия.

Металлографические исследования взаимодействия тугоплавких металлов с оксидной керамикой подтверждают температуры начала взаимодействия.

Результаты взаимодействия при более высоких температурах представлены на макроструктурах, приведенных в ч. 3 § 4.2.1.

4.2.7. Протяжные вакуумные печи

Протяжные вакуумные печи используются для нагрева проволок, лент, круглых стержней из различных материалов и сплавов, в том числе обладающих сверхпроводимостью.

Основной элемент, определяющий работоспособность таких печей, представляет собой систему динамических вакуумных уплотнений, с помощью которых нагреваемый материал последовательно проходит камеры, каждая из которых откачивается соответствующими вакуумными насосами [275].

Рис. 98. Схема протяжной электропечи типа СКБ-5307: 1 - динамические уплотнения; 2 - секции нагревательной камеры; 3 - камера охлаждения; 4, 5 - механизмы перемещения ленты Fig. 98. Schematic drawing of the SKB-5307 continuous electric furnace: 1 - dynamic seals; 2 - heating chamber sections; 3 - cooling chamber; 4, 5 - strip transfer mechanisms

Нагрев излучением от металлических нагревателей должен соответствовать скорости движения ленты или проволоки. Охлаждение же этих нагретых материалов производится в вакууме до температур ниже 70° С с тем, чтобы не повредить материалы, фиксирующие расположение лент или проволок относительно нагревателя.

По конструкции печи могут быть проходными (линейными) для случая линейного расположения входных и выходных систем динамических уплотнений. Кроме такой схемы, возможны варианты возвратного направления движения лент или проволок.

Схема одной из таких печей представлена на рис. 98, а ее характеристики - в табл. 182.

Естественно, что такие схемы нагрева имеют большое преимущество перед существующими технологиями термообработки, например, в бунтах или рулонах, поскольку в них нельзя добиться равномерности и длительности нагрева, а также надежности свойств по всей длине ленты или проволоки.

Таблица 182

Характеристики печи СКБ-5307

Table 182

Technical data of SKB-5307 furnace

4.2.8. Вакуумные печи контактного нагрева Такие печи иногда называют сварочными аппаратами или печами прямонакального нагрева. Само это наименование четко разъясняет, что нагрев осуществляется при непосредственном пропускании электрического тока через изделие, обычно в виде шта-биков, цилиндров или труб.

Основной недостаток такой технологии - различие в температурах центра и периферии изделия, что может приводить к образованию трещин. Поэтому процесс нагрева предварительно спеченных изделий должен осуществляться весьма длительное время, в связи с чем производительность печей контактного нагрева мала. Некоторые характеристики разработанных ранее печей контактного нагрева представлены в табл. 183.

Наиболее высокие температуры, выше 2500° С, необходимые для спекания вольфрама, тантала и

частично ниобия и молибдена, получают при использовании печей с контактным нагревом непосредственно деталей из указанных металлов.

Таблица 183

Характеристики вакуумных печей контактного нагрева

Table 183

Technical data of contact heating vacuum furnaces

Параметр Тип печи

ЦЭП-202Б СКБ-7013 СКБ-5458

Мощность, кВт 212 270 215

В том числе мощность на нагревателях, кВт 200 250 195

Напряжение, В 20 40 13,3

Остаточное давление, Па 10-1 10-1 10-1

Рабочая температура, °С 2700 2900 2500

Расход охлаждающей воды, м3/ч 9 11 9

Максимальные размеры нагреваемых изделий, мм сечение длина 20x20 600 30x30 600 060 220

Размеры печи, м ширина длина высота 1,7 2,0 3,7 2,8 4,0 2,8 3,39 4,57 2,6

Общая масса, т 2,2 3,9 5,0

Как видно из табл. 183, затрачиваемая мощность на нагрев составляет 195-250 кВт при напряжении 13-40 В, по этим данным легко подсчитать токовую нагрузку, т.е. величина силы тока составляет от 6 до 20 кА.

Соответственно должно выбираться электрооборудование, и особенно конструкция токоподводов. Необходимо отметить, что изделия в виде штабиков или труб после предварительного спекания в вакуумных печах косвенного нагрева при повышенных температурах и соответственного спекания существенно уменьшают свою длину, что накладывает требования к токоподводам.

Спекание металлических труб может обеспечить основу печей для сверхвысоких температур - выше 2500° С. Однако внутренние диаметры труб обычно не превышают 30-40 мм. Эти печи аналогичны по конструкции печам Таммана, в которых для этих целей использовался графит.

Вольфрамовые трубы с внутренним диаметром 30 мм используются различными фирмами, в первую очередь немецкими, и на их основе выпускаются лабораторные вакуумные печи с температурами до 3000° С. Таким образом, высокотемпературное спекание вольфрама и тантала может производиться в контактных аппаратах, поскольку еще не разработаны печи сопротивления на температуры выше 2600-2800° С.

Параметр Номинальное значение

Мощность, включая вспомогательное оборудование, кВт 566

В том числе мощность нагревателей, кВт 450

Число фаз 3

Напряжение на нагревателях, В 28,5

Число регулируемых тепловых зон 3

Рабочая температура, °С до 2100

Остаточное давление, Па 10-1

Максимальное сечение нагреваемой ленты, мм2 0,5x250

Расход охлаждаемой воды, м3/ч 25

Габаритные размеры печи, м ширина длина высота 5,62 11,53 9,95

Общая масса, т 40,2

Что касается молибдена и ниобия, то их спекание из традиционных порошков может быть осуществлено в печах сопротивления при температурах 20002100° С. Однако для промышленного производства целесообразно применять только печи на основе углерода с использованием соответствующих барьерных слоев, что будет рассмотрено позднее.

Рис. 99. Электропечь типа ЦЭП-302 для спекания штабиков из тугоплавких металлов: 1 - вакумный насос типа ВН-1; 2 - сильфоны; 3 - вакуум-провод; 4 - вакуумные вентили; 5 - ловушка; 6 - бустерный насос типа ВН-3; 7 - вакуумная задвижка; 8 - колпак; 9 - основание; 10 - коробка; 11 - уплотнение нижнего токоподвода; 12 - нижний токоподвод; 13 - тепловые экраны; 14 - гляделка; 15 - прижим; 16 - верхний токоподвод; 17 - клещи для зажима токоподводов; 18 - подвод охлаждающей воды;

19 - вакуумная коробка; 20 - вакуумный шланг;

21 - крепление верхнего токоподвода; 22 - уплотнение верхнего токоподвода; 23 - токоподводящий башмак Fig. 99. TsEP-302 electric furnace for sintering refractory metal rods: 1 - VN-1 vacuum pump; 2 - bellows; 3 - vacuum duct; 4 - vacuum valves; 5 - trap; 6 - VN-3 booster pump; 7 - vacuum damper; 8 - bell; 9 - foundation; 10 - box; 11 - bottom current lead seal; 12 - bottom current lead; 13 - thermal shields; 14 - inspection glass; 15 - clamp; 16 - upper current lead; 17 - current lead tongs; 18 - cooling

water supply; 19 - vacuum box; 20 - vacuum hose; 21 - upper current lead fastener; 22 - upper current lead seal;

23 - current carrying shoe

Следует отметить, что концы изделий, соединяемых с водоохлаждаемыми токовводами, остаются неспеченными и их обычно отрезают. Например, для молибденовых штабиков масса отрезанных частей составляет 4-5%.

Штабики из ниобия также могут спекаться при косвенном нагреве в печах на основе графита с использованием барьерного слоя, но остаточное давление должно быть не выше 10-2 Па.

В качестве примера на рис. 99 представлена схема печи контактного нагрева, включая вакуумную систему. С целью уменьшения электрических потерь из-за сильных переменных магнитных полей колпак и основание выполняются из нержавеющей немагнитной стали. Для уменьшения тепловых потерь внутри колпака концентрично нагреваемому образцу установлены экраны. Для наблюдения за ходом спекания и измерения температуры в колпак вварено смотровое окно (гляделка). Для установки штабиков колпак поднимается вручную по направляющим пустотелым колоннам, внутри которых размещены противовесы, уравнивающие массу колпака для облегчения его передвижения.

Токоподводы выполнены из медной трубы и охлаждаются водой. Для подсоединения к ним нагреваемого изделия предусмотрены специальные зажимы в виде клещей. Верхний токоподвод всегда неподвижен, а нижний - подсоединяется гибкими шинами или проводами.

Размеры штабиков для этой печи 20x20x600 мм (по танталу).

Периодичность цикла - 12 ч.

4.3. Высокотемпературные вакуумные печи на основе углеродных материалов 4.3.1. Преимущества и недостатки печей с углеродными нагревательными блоками

Рассмотренные особенности вакуумных печей с металлическими нагревателями выявили их некоторые специфические особенности. В связи с этим целесообразно проанализировать печи на основе углеродных материалов.

Углеродные материалы стабильны при температурах печей до 2200° С.

Эти материалы в изделиях сохраняют их форму, а также электрические, тепловые, прочностные параметры до температуры 2400-2500° С. Повышенная по сравнению с тугоплавкими металлами стойкость к окислению позволяет использовать их при более высоких остаточных давлениях 1-10 Па.

Кроме того, углеродные материалы имеют существенно меньшую удельную массу: в 5-6 раз меньше молибдена и в 10-12 раз меньше вольфрама [5].

Среди углеродных материалов наиболее важное значение для электропечей имеют графиты и углерод-углеродные композиционные материалы.

Наибольший интерес к печам с графитовыми нагревателями проявился в связи с тем, что в 1958 г. вышло Постановление ЦК КПСС и Совмина СССР о развитии производства тепловыделяющих элементов атомных электростанций (ТВЭЛ), по которому требовалось создание высокотемпературных вакуумных электропечей различного назначения с

использованием графита, карбидов, нитридов и т.п. соединений [4].

Для проведения исследований были разработаны и изготовлены специальные установки, обеспечивающие достоверность полученных на них свойств. Результаты наших исследований были использованы при создании преимущественно крупных высокотемпературных вакуумных печей, которые устанавливались на заводах атомной промышленности для спекания изделий из оксидов бериллия, циркония, алюминия и других высокотемпературных материалов.

Допустимые ваттные нагрузки Permissible watt load

В связи с этим был предложен метод оценки стойкости нагревателей из графита по допустимой максимальной поверхностной мощности (ваттной нагрузке), значения которой приведены в табл. 184. Эта удельная мощность определялась сочетанием коэффициентов электросопротивления, теплопроводности, линейного расширения, а также предела прочности при растяжении и геометрических размеров сечения нагревателей [5].

Таблица 184

для графитовых нагревателей

Table 184

i for graphite heaters

Предел прочности при растяжении графита, МПа Допустимые ваттные нагрузки, Вт/см2, для стержневых нагревателей при диаметрах, мм Допустимые ваттные нагрузки, Вт/см2, для плоских нагревателей при толщинах, мм

20 40 60 10 20

5 82 41 27 164 82

10 164 82 54 328 164

15 246 123 82 492 246

20 328 164 107 656 328

Кроме того, можно рекомендовать безопасные напряжения на графитовых нагревателях печей, соответствующие минимальным значениям на зависимости (кривой) Пашена, что показано в табл. 185.

Таблица 185

Рекомендуемые безопасные напряжения на графитовых нагревателях в вакуумных печах

Table 185

Recommended safe voltages on graphite heaters in vacuum furnaces

Результаты определения электросопротивления графита марок ППГ, ГМЗ, МГ при температурах до 2500° С позволили разработать крупные вакуумные электропечи в соответствии с требованиями предприятий атомной промышленности. Обычно для этих печей использовались цилиндрические нагреватели с диаметрами 30-50 мм и длиной до 3 метров,

соединенные из отдельных частей с помощью специальных муфт.

Определение теплопроводности проводилось как для компактного графита при температурах до 2500° С, так и для теплоизоляционных засыпок из порошков графита различной грануляции, а также сажи и графитированного войлока ВИН 38-300. Эти исследования, результаты которых приведены в ч. 1 § 6.2, дали возможность проводить тепловые расчеты печей, а также выбирать необходимые ваттные нагрузки для нагревателей [1, 2, 5]. Определение скорости ползучести проводилось до температуры 2450° С [49, 94].

Учет этих величин создал условия надежной работы спроектированных электропечей.

Как указывалось ранее, наблюдается существенное различие в температурах нагревателя в зависимости от отношения поверхностей излучения для каждой номинальной температуры. Для графитовых печей с номинальными температурами 1300-2200° С в табл. 186 показаны расчетные данные температур нагревателей и разность температур.

Основные области применения печей с углеродными нагревательными элементами кратко представлены в табл. 187. Более подробное описание конструкций печей с учетом ранее разработанных будет рассмотрено при анализе работы отдельных групп печей.

Газовая среда Безопасное напряжение, В, на графитовых нагревателях печей при температуре, °С

30 1600 2000 2200

Азот 230 140 90 60

Аргон 170 100 30 25

Гелий 120 80 45 30

Таблица 186

Изменение температуры нагревателя и разности температур в зависимости от отношения

поверхностей нагревателя и теплоизоляции

Table 186

Heater temperature variation and temperature differences as a function of the heater/heat insulation

surface area ratio

Номинальная температура печей,°С Температура нагревателей, °С, и разность температур, °С, для различных отношений поверхностей

0,8 0,6 0,4 0,3 0,2 0,1

1300 1390 1514 1693 1862 2079 2524

90 214 393 562 779 1224

1600 1707 1855 2068 2257 2527 3057

107 255 468 657 927 1457

1800 1918 2081 2318 2540 2826 3413

118 281 518 740 1026 1613

2000 2130 2309 2568 2811 3125 3768

130 309 568 811 1125 1768

2200 2341 2536 2818 3083 3424 4624

141 336 618 883 1124 1924

Таблица 187

Основное назначение и некоторые параметры электропечей сопротивления на основе углеродных

материалов

Table 187

Major purpose and some parameters of electric resistance furnaces based on carbon materials

Параметры печей Мощность, Температура, Вакуум, Размер рабочего пространства, м Основные области

кВт °С Па диаметр (ширина) длина высота применения

Шахтные СШВ-3.3/13Г СШВ-8.8/13,5И1 СШВГ-11.11/13И1 СШВ-5.15/22М02 СШВГ-8.8/21И1 СШВГ-25.30/21И1 55 242 467 1620 4860 1350 1350 1300 2100 2100 10"1 10"1 10"1 13 13 0,3 0,8 1,1 0,8 2,5 ; 0,3 0,8 1,1 1,5 0,8 3,0 Спекание сталей, гомогенизация сплавов Спекание изделий из оксидов и карбидов

Элеваторные СЭВГ-3.3/13И1 СЭВ-3.6/22 ГМЗ СЭВ-5.5/20М02 70 196 400 1300 2200 2000 10"1 10"1 10-2 0,3 0,3 0,5 - 0,3 0,6 0,5 Спекание и закалка сталей Спекание молибдена Спекание оксидов

Камерные СНВ-5.10.5/13И и др.серии СНВГ (см.отдельную таблицу) 201 1300 10"1 0,5 1 0,5 Спекание твердых сплавов Спекание и закалка сталей

Вакуум-компрессионные печи См. отдельную таблицу

Печи для графитирования углеродных материалов См. отдельную таблицу

Примечание: более подробное описание конструкций печей и их технологических особенностей будет изложено при рассмотрении каждой группы печей.

4.3.2. Шахтные вакуумные печи Шахтные печи при температурах 1300-1350° С в

на основе углеродных материалов основном используются для нагрева под закалку бы-

Разработанные шахтные вакуумные печи охваты- строрежущих сталей и некоторых других сплавов на

вают различные варианты технологических процес- основе никеля. Эти печи также могут применяться

сов с объемом рабочего пространства от 2 дм3 до для спекания изделий из сплавов на основе железа,

15 м3 при температурах от 1300 до 2000° С, что вид- никеля, хрома. но из табл. 188.

Таблица 188

Характеристика шахтных высокотемпературных печей на основе углеродных материалов

Table 188

Technical data of shaft high-temperature furnaces based on carbon materials

Параметр СШВГ-1.2,5/22 ОКБ-671 СКБ-5052 ОКБ-786 СШВ-2.20/ 20М02 1СШВ-2.100/20 ОКБ-645

Общая мощность, кВт 13,5 33 55 270 570 2000 595

В том числе мощность нагревателей, кВт 10,4 - - 250 540 1420 420

Рабочая температура, °С 2200 1800 2000 2200 2000 2000 2000

Напряжение на нагревателях, В - 12 14,9 13,8 18 9,9 и 12,7 35

Число фаз 1 3 3 3 3 3 3

Число тепловых зон 1 3 1 1 4 10 1

Остаточное давление, Па 10-1 10-1 10-1 10-2 10-2 10-3 10-1

Расход охлаждающей воды, м3/ч 0,6 1,0 1,0 20 20 20 1,5

Размеры рабочего пространства, м: диаметр высота 0,1 0,25 0,08 0,15 0,12 0,2 0,3 0,5 0,2 2,0 0,2 10,0 0,26 2,5

Габариты печи, м: ширина длина высота 1,55 1,75 1,85 1,55 1,91 1,7 1,82 1,75 1,3 6,95 3,1 3,0 4,17 1,65 1,25 5,1 20 31,04 4,9 3,7 7,0

Масса печи, т 0,8 0,75 1,0 10,0 15,2 71,6 17,2

Кш, кВт/м3трад 2,30 2,6 3,1 2,95 3,80 2,26 1,53

Параметр СКБ-5117 СШВ-5.15/22 СШВ-3.5.21/ 20И1 СШВГ-8.8/21И1 СШВГ-25.30/ 21И1 СШВ-3.3/13Г СШВ-8.8/13,5И1 СШВ-11.11/13И1

Общая мощность, кВт 560 553 250 1 620 4860 55 233 467

В том числе мощность нагревателей, кВт 400 390 175 1130 3400 38 192 327

Рабочая температура, °С 2000 2200 2000 2100 2100 1350 1350 1300

Напряжение на нагревателях, В 34; 75 - - - - - - -

Число фаз 3 3 3 3 3 3 3 3

Число тепловых зон 1 1 - - - 1 1 1

Остаточное давление, Па 10-2 10-1 10-1 13 13 10-1 1,0 10-1

Расход охлаждающей воды, м3/ч 15 15 10 50,5 200 6 14 25

Размеры рабочего пространства, м: диаметр высота 0,22 1,5 0,5 1,5 0,35 2,1 0,8 0,8 2,5 3,0 0,3 0,3 0,8 0,8 1,1 1,1

Габариты печи, м: ширина длина высота 2,74 6,13 8,16 4,1 7,14 4,0 5,4 4,56 9,78 9,3 4,63 6,85 8,85 7,84 7,46 2,9 2,0 2,2 5.0 3,3 3.01 5,4 4,52 4,67

Масса печи, т 16,7 19,7 16 37,5 94 2,7 7,0 11

Кмн, кВт/м3трад 3,18 0,60 0,43 2,30 0,11 1,34 0,35 0,24

Высокотемпературные же печи служат для спекания преимущественно оксидов алюминия, бериллия, циркония и композиций на их основе, конечно, в комбинации с материалами, создающими барьерный слой с графитом.

В большинстве случаев в качестве нагревателей использовались круглые стержни из графитов марок ППГ и ГМЗ диаметром 30-50 мм. Расположение нагревателей такого сечения вокруг номинального размера рабочего пространства существенно увеличивает внутренний диаметр теплоизоляции и, соответственно, ее наружный размер, что приводило к увеличению размеров корпусов печей.

Использование графита со сравнительно малым электросопротивлением в указанных сечениях требует существенного усложнения при создании токоподво-дов и, соответственно, увеличения расхода меди.

Учитывая хрупкость графита, приходилось применять крупные сечения, а увеличение длины нагревателя компенсировать специальными конструктивными решениями, например, муфтовыми соединениями на резьбе, что, конечно, ослабляло надежность в эксплуатации и создавало трудности при изготовлении, где была необходимость проверять электросопротивление каждого нагревателя и его частей.

Несмотря на недостатки, в середине ХХ века это было преодолено созданием целой гаммы шахтных, а также элеваторных, камерных и других видов печей на основе нагревателей из графита. В качестве теплоизоляции использовались тогда засыпки различной грануляции, графитовые войлоки, сажа, свойства которых изложены в ч. 1 § 6.2.

Для сравнительно малых размеров рабочего пространства использовались графитированные нагреватели, выточенные из графитовых блоков или электродов, которые, конечно, резко сократили размеры печи. Одна из шахтных печей в виде схемы представлена на рис. 100.

Рис. 100. Шахтная вакуумная электропечь СШВ-3.3/13ГМ1: 1 - механизм подъема крышки; 2 - нагреватель; 3 - корпус; 4 - нижняя шторка; 5 - вентилятор; 6 - верхняя крышка;

7 - теплоизоляция; 8 - вакуумная система Fig. 100. SShV-3.3/13 GM1 shaft vacuum electric furnace: 1 - cover hoister; 2 - heater; 3 - body; 4 - bottom blind; 5 - fan; 6 - upper cover; 7 - heat insulation; 8 - vacuum system

Эта печь использовалась для нагрева деталей перед их закалкой в среде нейтрального газа (азота, аргона). Теплоизоляция печи выполнена в виде графитового цилиндра, на который намотан в несколько слоев графитированный войлок, стянутый снаружи металлическим кожухом. В нижней и верхней частях футеровки расположены открывающиеся вручную шторки, изготовленные из графита и теплоизолированные графитированным войлоком.

Нагреватель из графитовых стержней подвешен на двух молибденовых токовводах. В нижней части кожуха под футеровкой расположен диффузор, обеспечивающий подачу направленного потока газа при закалке изделия. В центре верхней крышки установлен вентилятор. При необходимости изменения производительности на его вал могут устанавливаться крыльчатки различных диаметров.

Рис. 101. Шахтная электропечь СКБ-5052 с нагревателем, изготовленным из графитовых трубок: 1 - кожух; 2 - теплоизоляция боковых стенок;

3 - теплоизоляция пода; 4 - теплоизолирующая пробка;

5 - графитовая корзина; 6 - нагреватель;

7 - откачное днище; 8 - монтажная крышка;

9 - загрузочная крышка; 10 - гляделка;

11 - токоподводящий башмак Fig. 101. SKB-5052 shaft electric furnace with a graphite tube heater: 1 - case; 2 - side wall heat insulation; 3 - hearth heat insulation; 4 - heat insulating plug; 5 - graphite basket; 6 - heater; 7 - pumping bottom; 8 - mounting cover; 9 - charging cover; 10 - inspection glass; 11 - current carrying shoe

Как указывалось ранее, нагреватель, изготовленный из графита, был использован в высоковакуумной печи СКБ-5052, схематический разрез которой показан на рис. 101. Нагреватель в виде трубы с

фланцем, а также с прорезью обеспечивал однофазное питание электроэнергией. Нагреватель был теплоизолирован крупкой, засыпаемой в пространство, образованное внутренней графитовой трубой и наружным стальным стаканом.

Торцы печи теплоизолированы полыми графитовыми пробками, заполненными той же крупкой. На верхней пробке укреплена графитовая корзина, в которую помещаются нагреваемые детали. Такую печь целесообразно использовать для рафинирования углеродных нанотрубок, а также для исследований в области высокотемпературного материаловедения.

4.3.3. Элеваторные вакуумные печи на основе углеродных материалов Нагревательные камеры элеваторных печей практически не отличаются от шахтных. Длительность охлаждения в элеваторных печах существенно ниже, поскольку в этих печах предусмотрена вторая камера без теплоизоляции - камера охлаждения. Охлаждение в таких печах ускоряет технологические процессы при спекании и отжиге изделий, но в некоторых случаях возможно осуществление закалки в среде нейтральных газов (азот, аргон).

Садка в этих печах располагается на столике в виде диска, который транспортирует садку в камеру охлаждения, где давление нейтральных газов может повышаться до атмосферного. Ускоренное охлаждение в газовой среде может быть обеспечено использованием вентиляторов, осуществляющих циркуляцию газов. В случае необходимости возможна установка холодильника для охлаждения циркулирующих газов.

Садка перемещается из одной камеры в другую системой механизмов, служащей как для непосредственного перемещения садки, так и для открывания и закрывания теплоизоляционных элементов в виде торцевых заглушек.

Использование механических приводов в элеваторных печах резко повышает стоимость печей, а также требует повышения уровня квалификации обслуживающего персонала. Поэтому количество элеваторных печей существенно меньше, чем шахтных, рассмотренных ранее.

В табл. 189 представлен перечень элеваторных печей, разработанных во ВНИИЭТО.

Для примера на рис. 102 показан схематический разрез элеваторной печи ОКБ-850. Достаточно подробно перечень узлов этой печи представлен в под-рисуночных подписях.

Таблица 189 Table 189

Характеристика элеваторных электропечей на основе графита Technical data of graphite-based elevator electric furnaces

Параметр СЭВ-2,6/22М03 СЭВ-З.6/22ГМЗ СЭВ-5.5/20М02 СЭВ-8.8/22 СЭВ-11.8/13М04 ОКБ-850

Общая мощность, кВт 250 196 400 1000 360 260

В том числе нагревателей, кВт 220 150 300 830 280 220

Рабочая температура, °С 2200 2200 2000 2200 1300 2200

Напряжение на нагревателях, В 35 35 18,5 28 - -

Число фаз 3 3 3 3 3 -

Остаточное давление, Па 6,510-2 10-1 10-2 10-1 10-1 10-2

Расход охлаждающей воды, м3/ч 7 8 20 32 20 7

Размеры рабочего пространства, м: диаметр высота 0,2 0,6 0,3 0,6 0,5 0,5 0,8 0,8 1,1 0,8 0,25 0,6

Габариты печи, м: ширина длина высота 4,4 4,15 4,69 3,49 3,97 4,95 6,81 4.88 5.89 7,44 5,88 8,43 9,3 7,8 7,0 4,5 3,21 4,03

Масса печи, т 9,0 11,7 19,3 35,6 25,3 9,5

Кш, кВт/м3трад 5,3 1,61 1,53 0,93 0,23 3,4

tri ^

67

4.3.4. Камерные вакуумные печи на основе углеродных материалов При анализе конструкции вакуумных печей различного типа, в которых использовались углеродные материалы, выявилось, что во ВНИИЭТО практически не разрабатывались конструкции камерных вакуумных печей на основе традиционных сортов графита, за исключением вакуум-компрессионных печей в двух модификациях.

Типы печей, представленные в табл. 190, используют в качестве нагревателей углерод-углеродные композиционные материалы, а в качестве теплоизоляции или такие же материалы, или различного вида войлоки, свойства которых были рассмотрены в первой части книги.

По температуре эти печи можно подразделить на две группы: среднетемпературные - 1300-1600° С и высокотемпературные - 2000-2200° С. В соответствии с этой градацией определяются и осуществляемые в них технологические процессы, некоторые из них представлены в табл. 190.

Рис. 102. Высокотемпературная элеваторная электропечь ОКБ-850: 1 - гляделка; 2 - крышка; 3 - токоподводящие башмаки; 4 - кожух нагревательной камеры; 5 - нагреватель; 6 - теплоизоляция; 7 - подставка; 8 - подвижный теплоизолированный стол; 9 - каретка; 10 - кожух камеры охлаждения; 11 - водоохлаждаемая заслонка; 12 - привод механизма перемещения каретки; 13 - предохранительный клапан; 14 - загрузочная дверца; 15 - механизм открывания

загрузочной дверцы; 16 - садка Fig. 102. OKB-850 high-temperature elevator electric furnace: 1 - inspection glass; 2 - cover; 3 - current carrying shoes; 4 -heating chamber case; 5 - heater; 6 - heat insulation; 7 - support; 8 - sliding heat insulated table; 9 - carriage; 10 - cooling chamber case; 11 - water cooled shutter; 12 - carriage moving gear; 13 - safety valve; 14 - charging door; 15 - charging door opening mechanism; 16 - charge

Таблица 190

Технические характеристики камерных вакуумных электропечей с нагревательными блоками

из углеродных композиционных материалов

Table 190

Technical data of box-type vacuum electric furnaces with heater packages from carbon composites

Тип печи

6 S 3

Параметр СНВГ-4/16 СНВГ-16/16 СНВГ-4/22 СНВГ-16/22 СНВГ-30/20 ,5/ сК - СН in О in - СН

Мощность, кВт/температура, °С 8/1600 6,8/1400 23/1600 20/1400 13/2200 11/2000 35/2200 30/2000 42/2000 37/1800 250/1600 201/1300

В том числе мощность вакуумной системы, кВт 6/1300 1,1 18/1300 2,75 9,5/2800 1,1 25/1800 2,75 31/1600 7,75 7,75

Объем рабочего пространства, дм3 4 16 4 16 30 243 250

Остаточное давление, Па 1 1 1 1 10-2 10"1 10"1

Расход охлаждающей воды, м3/ч 0,4 1,0 0,4 1,6 1,6 15 18

Продолжение табл. 190 Continuation of Table 190

Масса загрузки, кг 15 35 15 35 60 150 300

Размеры рабочего пространства, м:

длина 0,20 0,4 0,30 0,40 0,55 0,9 1,0

ширина 0,12 0,7 0,12 0,20 0,25 0,6 0,5

высота 0,12 0,2 0,12 0,20 0,23 0,45 0,5

Габаритные размеры, м:

длина 1,68 1,68 1,65 1,90 1,90 4,3 10,4

ширина 1,45 1,45 1,50 1,50 1,50 3,8 7,8

высота 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 3,3 6,67

Масса печи, т 0,8 0,95 0,8 0,95 0,95 8 26,9

Кмн, кВт/м3трад 0,51 0,63 1,03 0,7 0,49 0,45 0,43

Наибольший интерес среди среднетемпературных печей представляет печь СНВГ-5.10.5/13, подробное описание которой будет дано ниже.

Следует отметить, что основные элементы высокотемпературных камерных печей на основе графита были использованы в печах непрерывного действия для спекания твердых сплавов, штабиков молибдена и ниобия, а также магнитных сплавов и т.п. материалов.

4.3.4.1. Камерные вакуумные печи для спекания и закалки при температурах до 1350° С

В качестве примера рассмотрим печь СНВГ-5.10.5/13И1. Эта печь входит в состав агрегата СНВА-5.10.5/7И1, разработанного совместно ВНИИЭТО и СКБ СарЗЭТО [288].

Агрегат состоял из печи СНВГ-5.10.5/13И1, печи для отпуска СНВ-5.10.5/7И1 и моечной машины. Технический проект был разработан ВНИИЭТО, документирование агрегата осуществлялась в СКБ СарЗЭТО, а изготовление - на заводе СарЗЭТО.

14 13 5610

Рис. 103. Камерная электропечь СНВГ-5.10.5/13И1

(наименование узлов печи приведено в тексте) Fig. 103. SNVG-5.10.5/13I1 box-type electric furnace. Names of furnace units are given in the text

Печь СНВГ-5.10.5/13И1, схема которой представлена на рис. 103, является печью полунепрерывного действия, в которой садка весом до 300 кг может перемещаться в камеру нагрева без нарушения в ней вакуума.

Как известно, при температурах до 1250-1300° С производится спекание деталей из сталей различного состава, в том числе для шестерен. В печи возможна также закалка изделий в масле, например, в масле ВЗ-1, охлаждающие свойства которого были представлены ч. 1 § 3.3.

Конструкция печи, представленная на рис. 103, состоит из предкамеры 6 с дверцей 1, закалочного бака 14 с мешалкой 13, камеры нагрева 11, вакуумного технологического затвора 7, механизма стола закалочного бака 3 и вакуумной системы.

Камера нагрева расположена в горизонтальном цилиндрическом корпусе 8 с водоохлаждаемыми стенками и крышками 2 и 12. Боковые нагреватели выполнены из пластин толщиной 3 мм, верхние и нижние - трубчатые гофрированные 11, через которые к садке подается цементационный газ. Футеровка 10 - из компактных изоляционных плит.

Температура в камере нагрева плавно регулируется с помощью тиратронных регуляторов, подающих напряжение на понижающие трансформаторы.

Передняя часть камеры нагрева теплоизолирована заслонкой 9, которая, открываясь, перекрывает излучение от перемещающейся садки к подвижным частям технологического затвора. Вертикально расположенный водоохлаждаемый вакуумный технологический затвор 7 разделяет камеру нагрева 8 и предкамеру 6. Наличие его обеспечивает возможность загрузки садки в нагретую печь, а также выгрузку садки без охлаждения печи, что резко повышает производительность и снижает затраты на электроэнергию. В предкамере и закалочном баке расположен механизм стола закалочного бака 3, с помощью которого осуществляется загрузка-выгрузка контейнера (поддона) в камеру нагрева и в бак. Закалочный бак, в котором предусмотрена мешалка 13, заливается маслом ВЗ-1, параметры которого приведены в ч. 1 § 3.3. Для закалки в газе в предкамере

расположен вентилятор 5 и теплообменники 4 для циркуляции и охлаждения подаваемого газа.

Тепловые потери при холостом ходе печи при температурах 950, 1100, 1200 и 1300° С составляют, соответственно, 6,6; 14,6; 25,1; 47,9 кВт [287].

В печи СНВГ-5.10.5/13И1 могут быть осуществлены следующие технологические процессы: спекание изделий из легированных железных порошков, закалка деталей из быстрорежущих сталей в газе и в масле, цементация, закалка в масле компактных и спеченных изделий на основе железа. В г. Барнауле на Алтайском заводе агрегатов были проведены опытные спекания шестерен, из которых предварительно удаляли стеарат цинка. В качестве типовой детали была выбрана шестерня МН-0909 состава ЖГр0,5Д1,5Х0,8М0,8. Масса садок - 295 и 279 кг (2950 и 2970 шт.). Шестерни располагали в пять рядов из девяти поддонов, размещенных в контейнере из композиционного материала. Все поверхности поддонов и контейнера, соприкасающиеся с шестернями, во избежание взаимодействия были покрыты барьерным слоем.

Спекание проводили при температуре 1250° С в течение 1,5 ч. Качество шестерен оценивалось по плотности и микроструктуре. Пористость шестерен после спекания при анализе более 60 шт. из каждой садки составляла от 14 до 16%, а анализ структуры показал, что диффузионные процессы прошли достаточно полно. Средняя плотность шестерен после спекания в зависимости от места их расположения составляла 6,419-6,484 г/см3, т.е. различие составляло примерно 1%, что свидетельствует о высоком уровне равномерности температуры в нагревательной камере.

Ориентировочная производительность печи при спекании составляет 30-35 кг/ч для цикла 7,5 ч: охлаждение вместе с нагревательной камерой до температуры 700° С, затем перемещение в предкамеру, напуск азота и включение вентилятора.

Закалка в масле ВЗ-1 осуществлялась в баке емкостью 4,5 м3. Некоторые параметры шестерен после закалки см. в ч. 2 § 1.2. Там же помещены параметры закаленных изделий в зависимости от давления азота при закалке.

4.3.4.2. Камерные вакуумные печи спекания при температурах до 1600° С

Камерные печи используются при производстве изделий из твердых сплавов различного состава в интервале температур 1380-1450° С для вольфрам-кобальтовых и до 1550° С для безвольфрамовых.

В описании технологии производства твердых сплавов в вакууме присутствуют этапы, которые должны быть обеспечены конструктивными особенностями камерных вакуумных печей. Одним из таких этапов является удаление пластификаторов из заготовок изделий. Например, удаление наиболее распространенных пластификаторов, состоящих из раствора каучука в бензине (БУНА) или полиэтиленгликоля

(ПЭГ) заканчивается при температурах 500-600° С, как это показано ранее в табл. 90 ч. 2 § 2.5.

Однако при этих температурах после удаления пластификатора заготовки изделия теряют прочность и могут рассыпаться при случайных ударах и при определенном уровне вибраций. Поэтому их перемещение создает определенные трудности, которые могут быть преодолены, если заготовки будут нагреты до 1100-1200° С. При таких температурах уже проявляется припекание гранул твердого сплава, после чего возможна их безопасная транспортировка из одной печи в другую или на склад.

Комплексная загрузка в другую печь для окончательного спекания предусматривает наличие двух печей, что, конечно, влияет на технико-экономические параметры процесса. При так называемом одноступенчатом режиме спекания, когда удаление пластификаторов производится непосредственно в высокотемпературной печи, необходимо иметь в виду резкое увеличение длительности процесса и, соответственно, снижение производительности печей.

Длительность удаления пластификатора определяется весьма малой скоростью нагрева и составляет 6-10 часов. При этом следует отметить, что карбид вольфрама традиционной грануляции (1-5 мкм) при легировании его наноразмерным порошком требует дополнительного снижения скорости нагрева [168].

Поэтому одноступенчатый способ (метод) спекания твердых сплавов не может обеспечить требуемую производительность изделий из твердых сплавов и может быть использован в отдельных случаях и при экспериментальной отработке режимов спекания конкретных изделий.

Другая серьезная проблема печей для спекания твердых сплавов заключается в необходимости резкого охлаждения изделий до того, как выделяемый из раствора кобальта карбид вольфрама успеет коагулировать, создавая существенный рост зерна, ухудшающего режущие свойства изделий.

Другими словами, печи для спекания твердых сплавов должны приближаться к печам для закалки, варианты которых приведены ранее в ч. 3 § 1. Естественно, что целесообразно принять метод закалки в газах в двух вариантах: подача газа в нагревательную камеру с его циркуляцией при условии открывания торцевых элементов теплоизоляции или перемещение загрузки в ту часть печи, где отсутствует теплоизоляция. Метод широко применяется в элеваторных вакуумных печах, рассмотренных ранее. Этот метод был реализован в печах непрерывного действия, однако в них не созданы условия, разделяющие вакуумную среду для спекания и закалочную газовую среду.

Поэтому целесообразно использовать метод открывающихся теплоизоляционных элементов, как это рассмотрено для печи СНВЭ-2.4.2/16 в ч. 3 § 3. Необходимо отметить, что результаты проведенных экспериментов относились к печи со сравнительно малым уровнем потерь через теплоизоляцию, поэто-

му не следует использовать полученные данные без их корректировки. Однако, пока не осуществлена модернизация камерных печей в соответствии с методикой, изложенной в [288], целесообразно оценить производительность печей для окончательного спекания твердых сплавов на примере печей СНВГ-16/16 и СНВГ-30/20, но только после удаления из заготовок пластификаторов.

Для этих печей приводится более подробное описание последовательности расчетов в условно выбранных режимах нагрева и выдержки. Все расчеты выполнены по разработанному нами графоаналитическому методу, в котором использованы результаты экспериментальных работ по печам СНВГ-16/16 и

СНВГ-30/20 [151]. Более наглядное представление о влиянии различных факторов на величины производительности дают выполненные расчеты для печи СНВГ-30/20, они приведены в табл. 191, в которой также представлены удельные расходы электроэнергии и охлаждающей воды. Подробное описание расчетов для печи СНВГ-30/20 дает пример, как следует подходить к определению длительности охлаждения, что в свою очередь определяет производительность печи.

А в табл. 192, 193 сведены расчеты, определяющие производительность печей СНВГ-16/16 и СНВГ-30/20 применительно к спеканию изделий из твердых сплавов.

Таблица 191

Пример расчета теплосодержания Q и времени охлаждения т загрузки различных масс в печи СНВГ-30/20 (g = 60 кг, V = 30 дм3) для спекания и термообработки изделий из Ti, Zr, Y, Cr, оксидов Al, Zr, Y, карбидов Ti, Zr, Y и др. материалов с плотностью у = 5±1 кг/дм3

Table 191

Example calculation of heat capacity Q and cooling time т of different masses charged in the SNVG-30/20 furnace (g = 60 kg, V = 30 dm3) for sintering and heat treatment of products from Ti, Zr, Y, Cr, oxides of Al, Zr, Y, carbides of Ti, Zr, Y and other materials with a density of у = 5±1 kg/dm3

Загрузка, кг Параметры Теплосодержание, Мкал, в зависимости от температуры, °С

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 300 200 100 50

60 q, Мкал 23,76 21,36 18,96 16,56 14,16 11,76 9,36 6,96 3,36 2,16 0,96 0,36

Д2, ккал - 2400 2400 2400 2400 2400 2400 2400 3600 1200 1200 600

ДР, кВт - 2,1 2,9 1,8 2,2 2,0 2,0 2,5 4,5 2,0 2,3 1,3

ДР, ккал/с - 0,50 0,69 0,43 0,52 0,48 0,48 0,6 1,07 0,48 0,55 0,31

TQ, мин, последовательно - 80 136 231 309 391 474 541 597 607 643 675

То же, ч - 1,33 2,26 3,85 5,15 6,52 7,9 9,02 9,55 10,1 10,7 11,25

Тпечи, мин - - - 4 7 12 20 35 80 110 150 180

ТQ + Тпечи, мин - 80 136 235 316 403 494 576 677 717 793 855

То же, ч - 1,33 2,26 3,82 5,27 6,72 8,23 9,6 11,3 12,0 13,2 14,2

40 q, Мкал 15,84 14,24 12,64 11,04 9,44 7,84 6,24 4,64 2,24 1,44 0,64 0,24

Дq, ккал - 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 2400 800 800 400

ДР, кВт - 2,1 2,9 1,8 2,2 2,0 2,0 2,5 4,5 2,0 2,3 1,3

ДР, ккал/с - 0,50 0,69 0,43 0,52 0,48 0,48 0,6 1,07 0,48 0,55 0,31

ТQ, мин, последовательно - 53 92 154 205 260 316 360 398 404 428 450

То же, ч - 0,88 1,53 2,56 3,42 4,34 5,26 6,0 6,63 6,74 7,13 7,5

Тпечи, мин - - - 4 7 12 20 35 80 110 150 180

ТQ + Тпечи, мин - 53 92 158 212 272 336 395 478 514 578 630

То же, ч - 0,88 1,53 2.63 3,53 4,53 5,6 6,7 8,0 8,57 9,83 10,5

Продолжение табл. 191 Continuation of Table 191

О, Мкал 7,92 7,12 6,52 5,52 5,84 3,92 3,12 2,32 1,12 0,72 0,32 0,12

АО, ккал 800 800 800 800 800 800 800 1200 400 400 200

АР, кВт - 2,1 2,9 1,8 2,2 2,0 2,0 2,5 4,5 2,0 2,3 1,3

АР, ккал/с - 0,50 0,69 0,43 0,52 0,48 0,48 0,6 1,07 0,48 0,55 0,31

20 То, мин, последовательно - 27 46 77 102 130 158 180 199 202 214 228

То же, ч - 0,45 0,76 1,28 1,71 2,18 2,63 3,0 3,31 3,37 3,52 3,75

Тпечи, МИн - - - 4 7 12 20 35 80 110 150 180

То + Тпечи, Мин - 27 46 81 109 142 178 215 279 312 364 408

То же, ч - 0,45 0,76 1,35 1,82 2,37 2,97 3,58 4,65 5,2 6,07 6,8

О, Мкал 3,96 3,56 3,16 2,76 2,36 1,96 1,56 1,16 0,56 0,36 0,16 0,06

АО, ккал - 400 400 400 400 400 400 400 600 200 200 100

АР, кВт - 2,1 2,9 1,8 2,2 2,0 2,0 2,5 4,5 2,0 2,3 1,3

АР, ккал/с - 0,50 0,69 0,43 0,52 0,48 0,48 0,6 1,07 0,48 0,55 0,31

10 То, мин, последовательно - 12,6 23 38 51 65 79 90 99,5 101 107 114

То же, ч 0,21 0,38 0,64 0,86 1,01 1,31 1,5 1,6 1,65 1,76 1,8

Тпечи, мин - - - 4 7 12 20 35 80 110 150 180

То + Тпечи, мин - 12,6 23 42 58 77 99 125 179,5 211 257 294

То же, ч - 0,21 0,38 0,7 0,97 1,28 1,65 2,08 2,99 3,52 4,28 4,9

Примечания: AQ - изменение теплосодержания по интервалам температур; АР - изменение мощности по интервалам температур; Tq последовательно - длительность отдельных интервалов температур; тпечи последовательно - длительность охлаждения печи по интервалам температур; AQ и АР - изменение теплосодержания и мощности по отдельным интервалам температур; т - длительность охлаждения загрузки вместе с печью; AQ, АР и Tq + тпечи - теплосодержание, мощность и длительность охлаждения загрузки и печи для каждого температурного интервала.

Таблица 192

Эксплуатационные характеристики печи СНВГ-30/20 для спекания и термообработки в вакууме твердых сплавов WC, TaC, VC, WB и других материалов с плотностью 15±1,5 кг/дм3

Table 192

Performance of the SNVG-30/20 furnace for vacuum sintering and heat treatment of solid alloys of WC, TaC, VC, WB and other materials with a density of 15±1.5 kg/dm3

Вариант режима нагрева и выдержки Масса загрузки, кг Длительность цикла, ч, при охлаждении до i = 100° С Производительность, кг/ч Удельный расход электроэнергии, кВтч/кг Удельный расход воды, м3/кг

60 (номи-

1: нагрев - 4 ч, нальная 12,25 4,0 2,9 0,33

выдержка - 2 ч 40 11,0 3,04 4,26 0,44

(140 кВтч) 20 9,75 2,05 8,34 0,78

10 9,1 1,1 16,5 1,45

2: нагрев - 2 ч, выдержка - 1 ч (70 кВтч) 60 (номинальная 40 20 10 9,28 8,0 6,75 6,1 6,5 5,0 3,0 1,64 1,6 2,3 4,43 8,68 0,25 0,32 0,54 0,98

Примечания: 1. Мощность вакуумных насосов - 2,75 кВт. 2. Расход охлаждающей воды - 1,6 м3/ч.

Таблица 193

Эксплуатационные характеристики печи СНВГ-16/16 для спекания и термообработки в вакууме твердых сплавов и других материалов с плотностью 15±1,5 кг/дм3

Table 193

Performance of the SNVG-16/16 furnace for vacuum sintering and heat treatment of solid alloys and other materials with a density of 15±1.5 kg/dm3

Вариант режима нагрева и выдержки Масса загрузки, кг Длительность цикла, ч, при охлаждении до i = 100° С Производительность, кг/ч Удельный расход электроэнергии, кВтч/кг Удельный расход воды, м3/кг

1: нагрев - 4 ч, выдержка - 2 ч (64 кВтч) 35 (номинальная) 20 10 12,25 9,75 9,1 4,9 2,05 1,1 2,9 8,34 16,5 0,33 0,78 1,45

2: нагрев - 2 ч, выдержка - 1 ч (32 кВтч) 35 (номинальная 20 10 9,3 8,1 7,3 3,76 2,47 1,37 1,64 2,71 5,21 0,26 0,4 0,73

Примечания: 1. Мощность вакуумных насосов - 2,75 кВт. 2. Расход охлаждающей воды - 1,6 м3/ч.

Из приведенных в табл. 192 и 193 данных следует:

- длительность цикла технологического процесса в 2-2,5 раза превышает суммарную длительность нагрева и выдержки при номинальной температуре печей;

- уменьшение массы загрузки в 2-3 раза снижает длительность технологического цикла только на 30-40%;

Таблица 194

Обобщенные эксплуатационные характеристики печи СНВГ-30/20 при загрузке материалами с различной плотностью в кг/дм3: 2±0,3 (графит, нитрид бора и др.); 5±1 (Ti, Zr, Y, ZrO2, ZrC, фианиты и др.); 15±1,5 (твердые сплавы WC, TaC и др.)

Table 194

Summarized performance data of the SNVG-30/20 furnace, when charged with materials of different

density, kg/dm3: 2±0.3 (graphite, boron nitride etc.); 5±1 (Ti, Zr, Y, ZrO2, ZrC, phianites etc.);

15±1.5 (solid alloys of WC, TaC, etc.)

- повышение температуры выгрузки до 200° С снижает длительность цикла на 10-15% по сравнению с температурой выгрузки, равной 100° С.

В табл. 194 для сравнения в печи СНВГ-30/20 просчитаны эксплуатационные характеристики материалов с различной плотностью от 2 до 15 кг/дм3.

Загрузка, кг Длительность цикла с охлаждением, ч, до 100° С для загрузок с плотностью у, кг/дм3 Производительность, кг/ч, для загрузок с плотностью у, кг/дм3 Удельный расход электроэнергии, кВтч/кг, для загрузок у, кг/дм3 Удельный расход воды, м3/кг, для загрузок у, кг/дм3

2±0,3 5±1 15±1,5 2±0,3 5±1 15±1,5 2±0,3 5±1 15±1,5 2±0,3 5±1 15±1,5

1. Для режима: нагрев - 4 ч, выдержка - 2 ч, 140 кВтч

60 36,6 16,7 12,25 1,64 3,6 4,9 4,01 3,1 2,9 0,98 0,45 0,33

40 27,2 13,3 11,0 1,47 2,74 3,04 5,37 4,5 4,76 1,09 0,58 0,44

20 16,7 16,7 9,75 0,12 1,5 2,65 9,3 8,83 8,34 1,34 1,06 0,78

10 13,0 13,0 9,1 1,3 1,03 0,91 17,8 16,8 16,5 2,08 1,65 14,5

2. Для режима: нагрев - 2 ч, выдержка - 1 ч, 70 кВтч

60 33,6 13,7 9,25 1,79 4,38 6,49 2,7 1,79 1,59 0.9 0,36 0,25

40 24,2 11,6 8,0 1,65 3,45 5,0 3,41 2,55 2,3 0,97 0,46 0,32

30 13,7 10,3 6,75 1,46 1,94 2,96 5,38 4,92 4,43 1,1 0,82 0,54

10 10,0 7,3 6,1 1,0 1,37 1,64 9,75 9,0 8,68 1,6 1,17 0,98

В дополнение к перечисленным в таблицах параметрам следует отнести:

1. Использование аргона при охлаждении позволит ускорить процесс на 11% для номинальной загрузки и до 30% при загрузке 10 кг для печи СНВГ-16/16.

2. Выбранные режимы нагрева соответствуют изделиям, из которых предварительно удален пластификатор при температурах до 800-900° С в нейтральной среде, а длительность этой стадии зависит от вида и концентрации пластификатора.

Следует отметить, что в этих печах могут быть осуществлены режимы спекания изделий из порошков карбидосталей, керамики на основе оксида алюминия (особенно из наноразмерных порошков), предварительное спекание изделий из молибдена и вольфрама (с использованием барьерного слоя по отношению к углероду), а также из карбидов вольфрама, тантала, урана, ванадия и нитридов различных веществ в среде азота.

4.3.4.3. Камерные вакуумные печи для высокотемпературного спекания - до 2200° С

Важным методом повышения качества высокотемпературных печей является снижение тепловых потерь. Проведенные расчеты перспектив снижения тепловых потерь камерных печей выполнены применительно к печи СНВГ-16/22 [288]. Анализ теплоизоляционных свойств в условиях контакта с углеродными материалами показал возможность снижения уровня потерь на 15 и более процентов.

Однако снижение уровня потерь в вакуумных печах вызывает соответствующее увеличение длительности охлаждения и тем самым снижает производительность печей. Иными словами, должны быть разработаны два варианта печей, для каждой из которых потребитель сообщает условия эксплуатации печи, включая требования к снижению тепловых потерь и длительности охлаждения в вакууме.

Как было ранее рассмотрено, длительность охлаждения может быть снижена использованием дополнительных конструктивных решений, то есть открывающимися тепловыми узлами без нарушения вакуума, напуском нейтральных газов (азота, аргона или гелия) с возможностью их циркуляции при помощи вентиляционных систем. Однако не следует забывать, что длительность охлаждения определяется еще и теплосодержанием материала садки.

Поэтому увеличение производительности печей, в том числе и садочных, является многофакторной проблемой. Оптимальное решение таких процессов обычно основывается на различных допущениях, характеризующих конкретный технологический процесс с соответствующими технико-экономическими расчетами.

Кроме того, эти печи экологически безвредны как при их эксплуатации, так и для внешней окружающей среды. На примере печи СНВГ-16/22 сформулированы [288] основные требования к вакуумным вы-

сокотемпературным печам, в первую очередь на основе углеродных материалов. Для этого ниже приводятся основные направления в усовершенствовании печей, которые должны обеспечивать повышение их качества и конкурентную способность на международном рынке:

- снижение тепловых потерь;

- повышение срока службы нагревателей;

- повышение экономической эффективности печей;

- повышение равномерности температурного поля;

- снижение трудоемкости при погрузке-разгрузке садки, масса которой превышает 25 кг;

- повышение точности измерения и регулирования температур, особенно при переходе системы управления от термопары к пирометру;

- повышение пожаро- и взрывобезопасности;

- упрощение вакуумной системы с целью снижения расхода на нее электроэнергии;

- повышение уровня комфортности обслуживающего персонала;

- разработка приспособлений для ускоренного охлаждения полезной нагрузки;

- улучшение дизайна печи, включая цветовую гамму;

- организация рекламы, соответствующей современному уровню.

Технические характеристики печи СНВГ-16/22 представлены ранее в табл. 190. В печи в основном использованы углерод-углеродные композиционные материалы. Основная часть потерь печи проходит через теплоизоляцию. Схема нагревательного блока с двухслойной теплоизоляцией приведена на рис. 104. Ранее было определено, что средняя величина тепловых потерь на 30% ниже общей мощности тех печей (в количестве 210 типов), данные о которых были опубликованы.

Рис. 104. Схематический разрез нагревательного блока модернизированной печи СНВГ-16/22: 1 - водоохлаждаемый корпус; 2 - нагреватель из УУКМ с y = 1,3 кг/дм3; 3 - наружный слой теплоизоляции из легковесного УУКМ с y = 0,2 кг/дм3; 4 - внешний слой теплоизоляции;

5 - контейнер из УУКМ; 6 - подовая плита Fig. 104. Schematic section of the heating unit of the upgraded SNVG-16/22 furnace: 1 - water cooled body; 2 - heater from carbon-carbon composite with y = 1.3 kg/dm3; 3 - outer heat insulation layer from lightweight carbon-carbon composite with Y = 0.2 kg/dm3; 4 - outer heat insulation layer; 5 - container from carbon-carbon composite; 6 - hearth plate

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

Поэтому для расчетов тепловые потери этой печи приняты равными 22,4 кВт при коэффициенте теплопроводности для УУКМ с у = 0,18-0,22 кг/дм3 в зависимости от температуры:

t, °С 600 1000 1300 1800 2200

Л, Вт/м К 0,06-0,10 0,09-0,2 0,12-0,23 0,25-0,4 0,4-0,64

Тепловые потери могут быть снижены за счет уменьшения коэффициента излучения, а также за счет использования материалов, у которых коэффициент теплопроводности ниже аналогичного коэффициента у УУКМ. С целью охвата большинства подходящих для модернизации материалов величины их теплопроводности условно были разбиты на 3 группы (табл. 195).

Таблица 195

Изменение величины коэффициента теплопроводности в зависимости от температуры для трех групп материалов

Table 195

Heat conductivity as a function of temperature for three groups of materials

Необходимо отметить, что большинство известных теплоизоляционных материалов имеют ограничение по температуре применения, которая существенно ниже номинальной температуры рассматриваемой печи. Поэтому использовать эти материалы можно только в качестве внешнего слоя теплоизоляции. Кроме того, они могут взаимодействовать с углеродом [5]. Температура контакта двух слоев теплоизоляции была ограничена 1200° С. Эта температура определяет толщину внешнего слоя теплоизоляции, как это видно из табл. 196.

Из табл. 196 следует, что даже при уменьшении внешних слоев на 20% тепловые потери могут быть снижены на 21%, если во внешнем слое используются материалы третьей группы.

Для таких высокотемпературных печей, как СНВГ-16/22, до сих пор не требовалось оценивать производительность, и особенно удельные расходы электроэнергии и охлаждающей воды. Тем не менее, эти вопросы необходимо решить для расчетов экономической эффективности соответствующих технологических процессов, например, при спекании изделий из карбидов кремния, вольфрама, тантала, ниобия, урана и других материалов, температура плавления которых превышает 2500° С.

Таблица 196

Результаты расчета тепловых потерь материалов по интервалам величин их теплопроводности для различных коэффициентов излучения

Table 196

Calculated heat losses of materials according to their heat conductivity for different emissivities

Значение параметров печи

Наименование характеристики по группам теплоизоляции для 8 = 0,8/0,4

I II III

Мощность потерь через теплоизоляцию, кВт 21,9/21,5 19,6/19,5 17,8/17,7

Толщина внешнего слоя теплоизоляции, мм 10/10 9/9 8/8

Температура на внешней стороне 428/515 411/496 395/478

теплоизоляции, °С

Снижение тепловых потерь, % 2,6/4 12,4/13 20,7/21

Кроме затрат мощности на нагрев садки, следует учитывать расход электроэнергии при работе вакуумной системы. Для печи СНВГ-16/22, где предусмотрена работа двух механических вакуумных насосов, их суммарная мощность в этой печи составляет 2,75 кВт. Время работы насосов определяется их участием на всех этапах технологического процесса, и особенно при охлаждении загрузки в вакууме до температуры 100° С.

Анализ работы вакуумной системы показал, что в режиме нагрева и выдержки, когда происходит активное газовыделение, необходима работа двух насосов: НВЗ-20 и 2НВР-5Д, в то время как при охлаждении может быть использован только один насос мощностью 0,55 кВт (2НВР-5Д). За счет этого решения сокращается расход электроэнергии в зависимости от длительности охлаждения.

Полученные данные следует транспонировать на основные величины эксплуатационных параметров: производительность, удельные расходы электроэнергии и воды.

Для примера расчета были использованы два варианта режимов нагрева. В первом режиме нагрев осуществляется 4 ч при выдержке 2 ч, во втором же режиме - нагрев 3 ч при выдержке 1,5 ч; охлаждение в обоих случаях происходило вместе с печью. Для этих режимов рассматривалась номинальная загрузка 35 кг.

На рис. 105 представлено изменение длительности охлаждения в вакууме базовой печи СНВГ-16/22 с номинальной загрузкой для трех величин ее плотности: 2 кг/дм3 (графит, БМ в), 5 кг/дм3 (ггС, ТЮ, У20э, П, гг) и 15 кг/дм3 ^С, ТаС, WB).

Как видно из представленного графика, время охлаждения номинальной загрузки с плотностью 15 кг/дм3 в 7 раз меньше, чем для загрузки с плотно-

Температура, °С Коэффициент теплопроводности Вт/м-К по группам

I II III

600 0,05-0,1 0,02-0,05 0,005-0,02

800 0,1-0,15 0,05-0,1 0,02-0,05

1000 0,15-0,2 0,1-0,15 0,05-0,1

1200 0,2-0,25 0,15-0,2 0,1-0,15

стью 2 кг/дм3. Именно величина длительности охлаждения существенно влияет на расход электроэнергии вакуумными насосами, а также определяет производительность печи в целом.

1,»С

О1. ...........

01 1 10 100 1000

т, мин

Рис. 105. Длительность охлаждения базовой печи СНВГ-16/22 при номинальной загрузке (35 кг) для трех величин плотности: □ - 15 кг/дм3; ▲ - 5 кг/дм3; ■ - 2 кг/дм3 Fig. 105. Cooling time of basic SNVG-16/22 furnace for design charge (35 kg) for three densities: □ - 15 kg/dm3; ▲ - 5 kg/dm3;

■ - 2 kg/dm3

Уменьшение времени охлаждения является основным критерием увеличения производительности вакуумных печей сопротивления. Это связано с тем, что тепловой поток излучения существенно зависит

от температуры поверхностей. Как видно из графиков на рис. 105, остывание с номинальной температуры до уровня 1200-1000° С занимает около часа, в то время как с этого уровня до температуры разгрузки садки (100° С) печь может остывать 10 часов и даже более.

С целью интенсификации охлаждения, как указывалось в ч. 3 § 1, в печи можно предусмотреть открывающиеся теплоизоляционные узлы, которые поворачиваются без нарушения герметичности. Также имеется возможность напуска нейтральных газов (например, аргона) и в случае необходимости осуществлять его циркуляцию. Предельное значение избыточного давления для электропечи СНВГ-16/22 не должно превышать 0,12 МПа.

В печи СНВГ-16/22 напуск газа позволяет сократить время охлаждения в 1,5 раза, что может привести к повышению производительность печи. Кроме того, после напуска газа до уровня атмосферного давления отпадает необходимость в работе вакуумных насосов, что дополнительно снижает электропотребление установки.

Для примера были произведены расчеты печи СНВГ-16/22 после ее частичной модернизации, которая заключалась в применении двухслойной теплоизоляции и оптимизации работы вакуумной системы без напуска нейтрального газа. По этим данным были получены эксплуатационные параметры и произведено их сравнение с аналогичными эксплуатационными параметрами базовой печи СНВГ-16/22. Результаты приведены в табл. 197 и 198.

Таблица 197

Эксплуатационные характеристики печи СНВГ-16/22 в первом режиме при загрузке материалами с различной плотностью. Для режима: нагрев - 4 часа, выдержка - 2 часа

Table 197

Performance of the SNVG-16/22 furnace in the first regime (heating for 4 hours; holding for 2 hours)

for charges of different density

Загрузка, кг Длительность цикла с охлаждением, ч, до 100° С для загрузок с плотностью у, кг/дм3 Производительность, кг/ч, для загрузок с плотностью у, кг/дм3 Удельный расход электроэнергии, кВтч/кг, для загрузок у, кг/дм3 Удельный расход воды, м3/кг, для загрузок у, кг/дм3

2±0,3 5±1 15±1,5 2±0,3 5±1 15±1,5 2±0,3 5±1 15±1,5 2±0,3 5±1 15±1,5

Базовая конструкция

15 11,3 8,2 6,7 1,3 1,8 2,2 12,0 11,2 10,1 0,49 0,38 0,32

25 15,0 9,6 7,2 1,7 2,6 3,5 8,1 6,8 6,2 0,38 0,26 0,21

35 17,5 11,0 7,7 2,0 3,2 4,5 6,3 5,1 4,5 0,32 0,21 0,15

Модернизированная конструкция

15 12,7 8,8 6,9 1,2 1,7 2,2 10.4 9,4 9,0 0,34 0,25 0,21

25 17,4 10,6 7,5 1,4 2,4 3,3 6,8 5,9 5,5 0,27 0,18 0,13

35 20,6 12,3 8,2 1,7 2,8 4,3 5,2 4,4 4,0 0,22 0,14 010

Таблица 198

Эксплуатационные характеристики печи СНВГ-16/22 во втором режиме при загрузке материалами с различной плотностью. Для режима: нагрев - 2 часа, выдержка - 1 час

Table 198

Performance of the SNVG-16/22 furnace in the second regime (heating for 2 hours; holding for 1 hour) for charges of different density

Загрузка, кг Длительность цикла с охлаждением, ч, до 100° С для загрузок с плотностью Y, кг/дм3 Производительность, кг/ч, для загрузок с плотностью у, кг/дм3 Удельный расход электроэнергии, кВтч/кг, для загрузок y, кг/дм3 Удельный расход воды, м3/кг, для загрузок y, кг/дм3

2±0,3 5±1 15±1,5 2±0,3 5±1 15±1,5 2±0,3 5±1 15±1,5 2±0,3 5±1 15±1,5

Базовая конструкция

15 9,8 6,7 5,2 1,5 2,2 2,9 10,2 9,6 9,4 0,42 0,31 0,25

25 13,5 8,1 5,7 1,9 3,1 4,4 6,5 5,9 5,7 0,34 0,22 0,16

35 16,0 9,5 6,2 2,2 3,7 5,6 4,8 4,3 4,1 0,28 0,18 0,12

Модернизированная конструкция

15 11,2 7,3 5,4 1,3 2,1 2,8 8,0 7,1 6,7 0,37 0,26 0,22

25 15,9 9,1 6,0 1,6 2,7 4,2 4,9 4,1 3,8 0,29 0,19 0,13

35 19,1 10,8 6,7 1,8 3,2 5,2 3,6 2,9 2,6 0,26 0,16 0,10

Таким образом, на примере печи СНВГ-16/22 показано, что:

- тепловые потери могут быть снижены на 18-22%;

- срок службы нагревательного блока печи СНВГ-16/22 определяется температурой, представленной ниже:

Температура, °С 1600-1800 1800-2000 2100-2200 Срок службы, ч 4000 2000 1000;

- экономическая эффективность печи может быть оценена по снижению энергопотребления в среднем на 15%, учитывая уменьшение производительности в среднем на 7%;

- равномерность температуры может быть повышена за счет изменения сечения нагревателя и усиления теплоизоляции подовых и сводовых частей;

- снижение трудоемкости при погрузке-разгрузке контейнера с садкой массой ~ 40 кг может быть обеспечено при разработке приспособлений в виде съемных роликовых элементов;

- повышение надежности систем управления температурным режимом печи может быть обеспечено за счет применения бесконтактных (полупроводниковых) элементов и автоматизации всего процесса;

- повышение пожаро- и взрывобезопасности обеспечивается конструктивными особенностями вакуумных печей сопротивления, в том числе и на печи СНВГ-16/22;

- повышение уровня комфортности обслуживания определяется отсутствием газо- и тепловыделений вакуумных печей вообще и печи СНВГ-16/22 в частности;

- ускорение охлаждения может быть осуществлено при напуске нейтральной газовой среды (аргон, азот, гелий) до уровня 0,12 МПа, а также при открывании теплоизоляционных торцов и установке вентиляторов, которые обеспечивают циркуляцию газа.

Рассмотрены основные параметры печей, по которым следует производить усовершенствование (модернизацию) с целью повышения эффективности печей [298].

Как ранее было отмечено, спекание в садочных камерных печах не обеспечивает получения высокой плотности изделий (96-99% от теоретической).

В ч. 2 § 1.5 представлены соображения по процессу горячего прессования в установках непрерывного горячего прессования в вакууме. Для этих процессов целесообразно рассмотреть некоторые теплотехнические параметры основных элементов, особенно для пуансонов, с помощью которых и обеспечивают процесс горячего прессования.

Поэтому к категории камерных печей для температур до 2200° С можно отнести и некоторые элементы горячего прессования, например, пуансонов: верхнего и нижнего, а также пресс-форм, в которых осуществляется процесс прессования.

На рис. 106 схематически представлен разрез пуансонов горячего прессования - верхнего и нижнего.

Конструктивные особенности пуансонов несколько отличаются друг от друга, хотя они должны обеспечивать одинаковые требуемые усилия при измененном тепловом режиме.

Предварительные расчеты показали, что наиболее целесообразными применительно к печам горячего прессования являются пуансоны, диаметры которых условно равняются 50, 100 и 200 мм.

£

77

Рис. 106. Схема пуансонов для горячего прессования:

1 - силовой узел верхнего пуансона; 2 - теплоизоляция верхнего пуансона; 3 - пресс-форма; 4 - садка; 5 - силовой узел нижнего пуансона; 6 - теплоизоляция нижнего пуансона Fig. 106. Schematic drawing of hot molding punches:

1 - power pack of upper punch; 2 - heat insulation of upper punch; 3 - mold; 4 - charge; 5 - power pack of lower punch;

6 - heat insulation of lower punch

При конструировании блока горячего прессования в вакууме необходимо предусмотреть:

- передачу давления от прессов с усилиями соответственно 10, 50 и 160 тонн при оптимальном сечении пуансона;

- снижение теплового потока через пуансоны от температуры 2200 до 100-150° С;

- легкость замены отдельных элементов пуансона;

- конструктивную увязку уплотнения пуансонов с системой охлаждения.

В качестве примера последующие выкладки будут относиться к изделиям, прессуемым в пресс-форме с диаметром пуансона 50 мм.

При номинальном напряжении на сжатие плотных сортов графита (у = 1,75-1,85 кг/дм3) равно ссж = = 250-300 кг/мм2. Однако, учитывая возможные отклонения от технологических особенностей производства графита, для расчета принята величина cb = = 100 кг/мм2. Этого напряжения не должен превышать любой элемент пуансона в процессе прессования.

Как было показано выше, теплопроводность сплошного цилиндра будет зависеть от его сечения. Естественно предположить, что сечение такого цилиндра должно состоять из двух частей, одна из которых передает усилия с напряжением не выше 100 кг/мм2, а вторая - представляет собой внутреннюю полость, которую целесообразно заполнить теплоизоляционным материалом.

Подробнее рассмотрим взаимодействие отдельных частей пуансона. Силовая часть - это цилиндрическая труба, через которую передается усилие от пресса к пресс-форме. Уже отмечалось, что для температур до 2200° С в основном используется графит с плотностью 1,75-1,85 кг/дм3. Усилия прессования при высоких температурах, как было указано ранее, обычно не превышают 0,7-0,8 т/см2, т.е. на порядок ниже, чем при компактировании на воздухе порошковых изделий с пластификатором.

Прочность графита при статических нагрузках достаточно велика [5], поэтому для изделий с диаметрами полезной нагрузки 50, 100 и 200 мм подсчитаны усилия, которые должны передаваться, они составляют, соответственно, 10, 50 и 160 тонн.

Как известно, графит является не только прочным материалом, но и обладает весьма высокой теплопроводностью, что видно из рис. 107, на котором показана зона величин теплопроводности графита с различной плотностью.

Необходимо отметить, что с повышением температуры теплопроводность снижается в 7-8 раз, но все же составляет 25-30 Вт/мград.

Поэтому нецелесообразно полное сечение сжимающего графитового цилиндра размещать от уровня прессования при 2200° С до уровня водоохлаж-даемых стенок корпусов печей и установок для горячего прессования.

X, 8т/м*к

I-1--i--1-L--1-1-1--L-1--L--;.-

0 400 000 1200 1600 2000 2400

Рис. 107. Зависимость коэффициента теплопроводности вдоль структуры графита от температуры с учетом разброса величин [5, 285] Fig. 107. Heat conductivity as a function of temperature along the graphite structure accounting for the spread in values [5, 285]

Поэтому используется метод создания полового пуансона, в котором силовую часть исполняет графитовый цилиндр, а внутренняя полость может быть заполнена теплоизоляционным материалом. В связи с этим выбор сечения цилиндра и соответствующий выбор размеров и материалов теплоизоляции должен основываться не только на прочностных свойствах графита, но и на технологических возможностях изготовления пуансона требуемых размеров.

Например, расчеты могут показать, что толщина стенки графитового цилиндра для пуансона составляет 0,5-1 мм. Но изготовить такой материал для промышленного применения практически невозможно. В этом случае практический опыт подсказывает, что надежная конструкция должна иметь толщину стенки цилиндра не менее 5 мм для номинала 50 мм и, соответственно, 8 и 12 мм для 0 100 и 200 мм. В этой связи изменяется и диаметр теплоизоляционной части пуансона.

Что касается наполнителя тепловой части пуансона, то в качестве него могут быть использованы различные виды легковесных углеродных материалов, коэффициенты теплопроводности которых приведены на рис. 108.

3T/m*K

0,9 -

0,8 -

0,7 -

0,6 -

0,5 -

0,4 -

0,3 -

0,2 -

0,1 ______

0,05

400 600 1200 1600 2000 („с

Рис. 108. Температурная зависимость коэффициента теплопроводности материала с y = 0,18-0,22 кг/дм3

Fig. 108. Heat conductivity of the material with y = 0.18-0.22 kg/dm3 as a function of temperature

Представляет интерес повышение коэффициента теплопроводности с увеличением температуры. То есть компактный пористый и высокоплотный графиты показывают взаимообратную картину при изменении температуры. Поэтому достаточно сложно предусмотреть полное соответствие при охлаждении плотного графита и его пористого аналога. При очень малой теплопроводности заполнения теплоизоляционного блока он будет способствовать сохранению тепла в плотных графитовых элементах. Если же теплоизоляция будет иметь меньшее тепловое сопротивление, то возникнут сложности в расчете необходимой электроэнергии из-за высоких тепловых потерь внутри пуансона.

В идеале это приведет к снижению температур в силовом блоке. Аналогичный процесс будет происходить и в теплоизоляционном блоке.

В связи с этим целесообразно рассмотреть предлагаемый критерий Кмк = XF, где X - коэффициенты теплопроводности графита и теплоизоляции; F - площадь сечения графита и теплоизоляции. При размерностях X - Вт/мград, F - м2, размерность Кмк - Втм/град.

Этот критерий показывает мощность в ваттах, которую следует снимать с изделия при длине, равной 1 м, и для охлаждения его на 1 град.

При совмещении обоих процессов можно записать: 1TFT = где Хг - коэффициент теплопроводности графита; FT - площадь силовой части пуансона; Хш - коэффициент теплопроводности теплоизоляции; F^ - площадь сечения теплоизоляции.

Из этого соотношения может быть определена величина коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала: Хти = X^/F^.

Поскольку для конкретных случаев известны величины Fr и Fm, а также выбран коэффициент теплопроводности плотного графита, то можно по вычисленному коэффициенту теплопроводности теплоизоляции выбрать материал, использование которого может дать экономический эффект.

Фактически это и является отличительной особенностью предлагаемого способа расчета. Транспонирование величины критерия Кмк на требуемое количество градусов, то есть на разность температур, является основой традиционного метода расчета тепловых потерь и может быть выполнено раздельно. Предложенный метод существенно облегчает расчеты и может быть использован в случае нагрева, где опять-таки проявляется целесообразность использования критерия Кмк.

Иными словами, этот критерий закономерно связывает теплотехнические параметры процесса, например, коэффициента теплопроводности и температуры с геометрическими параметрами установки как для охлаждения, так и для нагрева.

Реализация этого метода будет проиллюстрирована на примерах расчета номинальных диаметров пуансонов 50, 100 и 200 мм.

В табл. 199 приведены геометрические параметры пуансонов для указанных номинальных размеров.

С повышением температуры коэффициенты теплопроводности плотных и пористых графитов изменяются, как это видно на рис. 107 и рис. 108.

Температурные зависимости параметров силовой и тепловой зон рассмотрены применительно к температурам 2200, 1600 и 20° С и сведены в табл. 200. Для промежуточных температур эти соотношения могут быть подсчитаны дополнительно.

Таблица 199

Размеры основных элементов пуансонов в зависимости от номинала

Table 199

Dimensions of major parts of punches depending on the nominal size

Номинальный 0, мм Силовая часть Тепловая часть

0нар, см толщина стенки, см сечение 2 стенки, см 0нар, см сечение, см2

50 5 0,5 7,06 4 12,6

100 10 0,8 23,1 8,4 55,1

200 20 1,2 76,3 17,6 24,3

Таблица 200

Сравнение критериев Кмк для различных зон и размеров пуансонов

Table 200

Comparison of the Кмк criteria for different zones and sizes of punches

Номинальный диаметр, мм Температура, °С Коэффициент теплопроводности, Вт/мград, и площадь, м2 Критерии Кмк, Втсм/град

силовая зона тепловая зона силовая зона тепловая зона

50 2200 30 (7,0640-4) 0,5 (12,610-4) 2,110-2 6,3 ■10-4

1600 40 (7,0640-4) 0,25 (12,610-4) 2,810-2 3,210-4

20 150 (7,06-10-4) 0,05 (12,610-4) 10,610-2 6,3 10-5

100 2200 30 (23,1 ■Ю"4) 0,5 (12,610-4) 0,69 2,7540-4

1600 40 (23,1 ■Ю-4) 0,25 (12,610-4) 0,924 1,3840°

20 150 (23,1 ■ 10-4) 0,05 (12,610-4) 3,46 2,7540-5

200 2200 30 (76,3 10-4) 0,5 (24,3 ■Ю-4) 2,29 1,21 ■Ю-2

1600 40 (76,3 10-4) 0,25 (24,340-4) 3,05 0,610-2

20 150 (76,3 ■Ю-4) 0,05 (24,3-10-4) 11,44 1,21 ■Ю-3

Примечание: в скобках после значений коэффициента теплопроводности указана площадь теплового потока.

Следует отметить возможность разрезки на части по длине силовой зоны пуансона, а соединение их может осуществляться с помощью слоя из карбида кремния, имеющего более низкую теплопроводность, но обеспечивающего требуемую прочность.

Результаты расчетов, представленные в табл. 201, показывают, что для обеспечения охлаждения силового элемента пуансона необходимо соответствующее охлаждение теплоизоляционной части того же пуансона. Такое положение может быть достигнуто, если будет обеспечено равенство тепловых потоков силовой и теплоизоляционной частей. Это положение может быть реализовано только в том случае, когда коэффициент теплопроводности тепловой части будет зависеть от соответствующего коэффициента силовой части в соотношении Хтч= Хсч^сх/^тч для каждой температуры.

Реальные величины целесообразно рассматривать для интервала температур, например, 2200-1600° С, 1600-1000° С, 1000-400° С, 400-100° С. Вычисленные значения теплопроводности для каждого размера пуансона дают возможность подобрать соответствующую систему теплоизоляционных материалов, обеспечивающих оптимальную скорость охлаждения пуансона.

Средние величины коэффициентов теплопроводности тепловой части для охлаждения пуансонов с номинальными диаметрами 50, 100 и 200 мм представлены в табл. 201.

Выбор теплоизоляционного материала в зависимости от температуры и коэффициента теплопроводности на основании табл. 200 не представляет трудностей, в том числе и для составления набора элементов теплоизоляции, размещаемых в тепловой зоне пуансона.

Таблица 201

Коэффициенты теплопроводности X (Вт/м■ К) тепловой части пуансонов в зависимости от их диаметров и уровня температур

Table 201

Heat conductivity X, W/m-K, in the thermal part of punches as a function of their diameters and temperatures

Параметр Коэффициент теплопроводности для интервала температур, °С

22001600 16001000 1000500 50050

X для высокоплотного графита 50 60 80 120

Xpj для пуансонов, 0, мм:

50 28,7 33,6 44,8 67,2

100 20,7 25,1 33,5 50,3

200 15,5 12,6 24,8 37,2

4.3.5. Вакуумные печи непрерывного действия

на основе графита Использование электропечей непрерывного действия целесообразно для изделий, идентичных по своим параметрам в массовом производстве, как правило, на специализированном предприятии.

К числу таких технологических процессов можно отнести спекание штабиков из молибдена, изделий из твердых сплавов, карбидов, боридов, нитридов, а также магнитных сплавов различного состава. Однако печи для этих процессов достаточно сложны при разработке и особенно при изготовлении.

Эксплуатация таких печей, обычно круглосуточная, требует высокой квалификации обслуживающе-

го персонала и строгого соблюдения параметров заготовок, подвергаемых нагреву. Учитывая методы контроля изделий после нагрева, легко понять, что необходимо осуществлять комплекс работ от сырья до приемки изделий после их окончательного контроля, в том числе по механическим свойствам, связанным со структурой материала изделий.

Тем не менее, в СССР в середине ХХ века был разработан, изготовлен и внедрен на заводах ряд печей непрерывного действия, технические параметры некоторых из них представлены в табл. 202.

В то же время были получены данные по экспериментальным работам в лаборатории ВНИИЭТО, где была исследована работоспособность основных узлов вакуумных печей непрерывного действия. Причем это было сделано для печей до 1200° С [278], а затем аналогичные данные были получены при температурах до 2000° С. Таким образом, в лаборатории была создана методическая вакуумная электропечь, в которой графитовые контейнеры 200x200x200 перемещались без нарушения вакуума от загрузочной камеры до разгрузочной на расстояние 8 метров.

Таблица 202

Технические характеристики вакуумных электропечей непрерывного действия на основе графита

Table 202

Technical data of graphite-based continuous vacuum electric furnaces

Параметр Тип печи

о ОО 1 CD СТВ-3.23.1,2/14,5 СТВ-5.32.1,5/16И1 СТВ-9.15.3/20И1 0 7 00 - CD СЛВ- 16.128.16/14,5x64 М02 СЛВ- 16.480.16/14,5x160

Мощность, кВт 115 140 300 545 520 1500 4350

Рабочая температура, °С 1600 1450 1600 2000 2000 1450 1450

Рабочее давление, Па 10 10-1 10 1 0-1 10-1 6,5-2660 6,5-2660

Расход охлаждающей воды, м3/ч 2,7 4,5 35 20 35 150 400

Производительность, кг/ч 10 10 35 45(по Nb) 50(по Мо) - -

Размеры рабочего пространства, м: длина ширина высота 2,3 0,3 0,12 2,3 0,3 0,12 3,2 0,5 0,15 1,5 0,9 0,3 1,3 0,92 0,27 6,4 1,1 0,4 1,6 1,1 0,4

Габаритные размеры, м: длина ширина высота 9,62 2,53 2,15 10 3,5 3,2 13,2 7,7 5,3 9.1 7,3 3.2 9,53 8,75 2,93 44 11,5 7,7 115 7,5 8,5

Общая масса печи, т 4 5 31,5 41 34,4 200 715

В соответствии с требованиями промышленности была разработана вакуумная электропечь непрерывного действия для спекания штабиков из молибдена и ниобия, а уже в 1963 г. началось промышленное спекание в печи ОКБ-870. Технологические аспекты спекания штабиков из молибдена были рассмотрены ранее в ч. 2 § 2.3.

Особенностью печей ОКБ-870 и СТВ-9.15.3/20 является предложенная авторами [279] схема, по которой контейнер со штабиками молибдена длиной около 900 мм передавался в вакуум через затвор 0380 мм, затем уже этот контейнер передвигался в камеру нагрева перпендикулярно длинной стороне. По окончании нагрева и выдержки контейнер со штабиками перемещался в камеру охлаждения, в

которой отсутствовала теплоизоляция, затем контейнер своей узкой стороной перемещался в камеру выгрузки аналогичной конструкции.

В других печах, например, в печах 0КБ-8140, СТВ-3.23.1,2/14,5, СТВ-5.32.1,5/16, проводилось спекание магнитов, твердых сплавов (после удаления из них пластификаторов).

Особая роль в печах непрерывного действия принадлежит туннельному варианту - печам серии СЛВ, в которых осуществляется процесс обезуглероживания феррохрома. Некоторые аспекты конструкции туннельных печей целесообразно рассмотреть на примере печи СЛВ-16.128.16/14,5М02, в которой свод и боковые стенки водоохлаждаемого кожуха футерованы огнеупорным и теплоизоляционным

tri ^

81

кирпичом. Функцию пода выполняет теплоизолированная платформа, на которую загружается садка. Платформа перемещается по рельсовому пути. Загрузка и выгрузка платформы-тележки производится через форкамеру.

Для ускорения охлаждения после окончания выдержки нагревательная камера может быть заполнена инертным газом. Нагревателями печи служат графитовые стержни, расположенные на своде. Откачка печи осуществлялась тремя насосами ВН-300, двумя ДВН-1500 и тремя БН-4500.

Удачная конструкция печи 0КБ-870 и отработанный технологический процесс позволил удовлетворить потребности СССР в штабиках молибдена, для чего были изготовлены 25 экземпляров таких печей типа СТВ-9.15.3/20.

Конечно, в настоящее время требуется модернизация как по используемым материалам, так и по некоторым другим узлам, например, по системе автоматического управления (САУ).

К печам непрерывного действия следует отнести установку для непрерывного горячего прессования в вакууме, характеристики которой приведены ранее в ч. 2 § 1.5.

4.3.6. Вакуум-компрессионные печи на основе графита

Характеристики разработанных во ВНИИЭТО вакуумно-компрессионных печей представлены в табл. 203.

Таблица 203

Техническая характеристика вакуумно-компрессионных электропечей

Table 203

Technical data of vacuum compression electric furnaces

Параметр Тип печи

СКБ-5004 СКБ-5105

Общая мощность, кВт 260 430

Напряжение, В: питающей сети на нагревателях 380/220 76 380/220 38

Число фаз 3 3

Рабочая температура, °С 2500 2500

Материал нагревателей графит графит

Возможная атмосфера печи: инертный газ давлением, атм вакуум, Па 50 10-2 100 10-2

Размер рабочего пространства, м: диаметр высота 0,05 0,6 0,15 0,5

Габаритные размеры печи, м: ширина длина высота 2,3 3,9 3,1 3,9 4,5 7,0

Общий вес печи, т 3,5 19,5

Конструкция печи СКБ-5004, работающей при давлении 50 атм, представляет собой герметичный цилиндрический вертикально расположенный толстостенный кожух, внутри которого размещен нагреватель, выполненный из графитовой трубы с внутренним диаметром 50 мм. Нагреватель имеет три продольные прорези, делящие его на три части, соединенные между собой в «звезду». Подвод тока к нагревателю осуществлен при помощи трех медных водоохлаждемых башмаков.

Рис. 109. Схематический разрез двухкаскадной особо высокотемпературной шахтной электропечи: 1 - садка; 2 - корпус; 3 - внутренний нагреватель; 4 - внешний нагреватель; 5 - теплоизоляция внутреннего нагревателя; 6 - теплоизоляция внешнего нагревателя;

7 - загрузочная теплоизоляционная пробка Fig. 109. Schematic section of two-stage ultra-high-temperature

shaft electric furnace: 1 - charge; 2 - body; 3 - internal heater; 4 - external heater; 5 - heat insulation of internal heater; 6 - heat insulation of external heater; 7 - charging heat insulation plug

Теплоизоляция печи выполнена в двух вариантах: в виде графитовой засыпки и графитовых экранов.

Нагреваемая деталь подвешивается к штоку, пропущенному через отверстие в крышке, либо устанавливается на специальной подставке, укрепленной на нижнем фланце.

Печь снабжена тремя гляделками, расположенными на боковой стенке печи, разрешающими наблюдать за нагревателем в трех точках по высоте.

Подобная конструкция была использована в печи СКБ-5105.

Следует обратить внимание на весьма высокие величины мощности, которые обеспечивают температуру 2500° С в среде азота при давлении 50 и 100 атмосфер соответственно в печах, характеристики которых представлены в табл. 203.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

§ 5. Особо высокотемпературные печи сопротивления на температуру 2500° С и выше

Специфика особо высокотемпературных печей сопротивления заключается в выборе материалов. Как было рассмотрено ранее, к таким материалам относятся карбиды, в частности ниобия и циркония, которые при температурах 2500° С и выше сохраняют сравнительно малые величины скорости испарения и диссоциации.

Кроме этих карбидов допускается использование углеграфитовых материалов при температурах 2500° С и выше в среде инертного газа (аргон, гелий) для атмосферного или превышающего его давления до 0,12 МПа.

Общей закономерностью узлов из этих материалов является сравнительно малый срок службы, в связи с чем конструкция печей должна обеспечивать легкость замены выходящих из строя элементов печи.

5.1. Печи на основе карбида ниобия на температуру 2500° С

Ранее в ч. 2 § 5 были рассмотрены технологические приемы изготовления основных элементов из карбида ниобия, которые использовались при создании печей. Для печи с полезным объемом 0100, И = 250 мм были использованы стержневые нагреватели 011 мм и длиной 650 мм. В качестве теплоизоляции была применена засыпка из раздробленных бракованных изделий из того же материала. Эта печь была установлена на предприятии, которое сейчас называется «Центр Келдыша».

Вторая печь с полезным объемом 0150 и И = 300 мм имела и-образные трубчатые нагреватели, общая длина которых обеспечивала равномерность температур по всей высоте нагрева. Как было ранее упомянуто, испытание в течение 275 ч при температурах 2560-2600° С показало, что размер зерна №С остался практически неизменным. В этой печи совместно с «Гиредметом» была отработана вакуумная технология получения монокристаллов карбида кремния с размерами 1-3 мм светло-зеленого цвета.

В предыдущей части книги отмечалось, что разработчики печи на основе карбида ниобия и создатели технологии изготовления изделий были удостоены премии П.Г. Соболевского.

5.2. Печи сопротивления на основе графита для температур до 2800° С

Некоторые соображения по созданию особо высокотемпературных камерных печей изложены в ч. 1 § 10. По-видимому, шахтная печь, рассмотренная ниже, конструктивно может быть более простой. На рис. 109 представлен разрез такой печи.

Ориентировочные размеры, полученные в результате предварительных расчетов, показывают возможность ее размещения в корпусе выпускаемой в настоящее время печи СШВЭ-1.2,5/25. Основной задачей при создании такой печи является тщательный

выбор сортов графита, и особенно теплоизоляционного углеграфитового материала, размещаемого вокруг внутреннего нагревателя. Некоторые сорта таких материалов были рассмотрены в ч. 1 § 1.10 и ч. 2 § 1.5.

Представленная схема, которая условно называется «горшок в горшке», может быть использована также и в виде варианта, при котором внешний нагреватель повернут на 180 градусов, что позволит разместить токовводы по высоте корпуса.

Преимущества двухкаскадных печей заключаются в том, что имеется возможность нагревать садку сначала только с помощью внешнего нагревателя до температуры 2200° С, затем, подавая давление инертного газа, обычно аргона, с помощью автономной системы нагрева, - до более высоких температур. Эти температуры определяются свойствами использованных материалов, особенно теплоизоляции вокруг внутреннего нагревателя.

При высоком качестве материалов может быть достигнута температура 2700-2800° С, которая необходима для осуществления процесса графитации углеграфитовых материалов, а также дает возможность проводить насыщение изделий различными углеродсодержащими газами, например, метаном и ему подобными газами.

Как видно из представленной на рис. 109 схемы, конструкция такой печи-установки позволяет сравнительно легко заменять внутренний нагреватель. Кроме того, предварительный нагрев до температуры 2200° С с помощью внешнего нагревателя удаляет различные примеси из материала садки, что опять-таки способствует увеличению срока службы высокотемпературного нагревателя.

§ 6. Экологические аспекты нагрева в вакууме и техника безопасности

Экологические аспекты нагрева в вакууме целесообразно разделить на две основные группы: проблемы использования в вакуумных технологических процессах и экологическая чистота конструкций электропечей.

По первой группе основные преимущества использования вакуума в различных технологических процессах изложены во второй части книги, особенно при производстве карбида кремния, а также карбидов вольфрама, тантала, титана, циркония.

Во второй группе необходимо рассмотреть преимущества в сравнении вакуумных печей с печами, применяющими контролируемые атмосферы, характеристики которых представлены в табл. 204, а в табл. 205 сведены наиболее важные для экологии температуры и пределы воспламеняемости и взры-ваемости.

Кроме физических параметров контролируемых атмосфер для экологической картины необходимо представить их токсические свойства, предельно допустимые концентрации которых в производственных помещениях даны в табл. 206.

Таблица 204

Классификация контролируемых атмосфер [289]

Table 204

Classification of controlled atmospheres [289]

Тип атмосферы Основные способы получения Условное обозначение атмосферы Типичный химический состав, % Точка

СО СО2 Н2 СН4 n2 росы, °С

Электролиз воды с очисткой от кислорода В - (Н2) - - 100 - -

1. h2-h2o-n2 Диссоциация аммиака В - ДА - - 75 - остальное -40--65

Частичное сжигание водорода а = 0,7-0,9 ПСВ-а - - 7-25 - остальное

2. Н2-СН4- H20-N2 Взаимодействие водорода с древесным углем В-У - - 98-99 2-1 - -40--65

Синтетическая смесь водорода и метана В-У - - 95-99 5-1 -

Частичное сжигание ПС-0,25;

3. h2-h2o-co-n2 углеводородных газов в эндотермическом генераторе при а = 0,25 ПСЭ; эндогаз; КГУ 20 до 1 40 до 1,5 остальное -10--20

3а. Н2-Н2О-СО--CH4-N2 Конверсия метана водяным паром СН4 :Н2О = 1:1 ГГ; ГГ-ВО 25 - 75 до 1,5 - +10--20 (до -65)

4. C0-C02-N2 Газогенераторный процесс КГУ-Н2О 20-34 до 2 до 6 до 1 остальное +-20--25

5. СО-СО2-Н2-- -h2o-n2 -сн4 Частичное сжигание газов а = 0,45-0,6 ПС-а (эндогаз) 8-12 6,0 15-20 - остальное +20--10

Таблица 205

Физические свойства газов и газовых смесей

Table 205

Physical properties of gases and gas mixtures

Наименование Состав газа Плотность, у, кг/м3 Температура воспламенения, °С Пределы воспламенения (взрываемости), % по объему

с воздухом с кислородом

с воздухом с кислородом

Азот n2 1,251 - - - -

Аммиак NH3 0,771 780 700-800 14-33 15-80

Бутан C4H10 2,703 475-550 460-550 1,5-8,5 -

Водород H2 0,0899 550-590 450-590 4,1-75 4,5-95,0

Метан CH4 0,717 650-750 560-700 5,0-15,4 5-60

Окись углерода CO 1,259 610-658 590-658 12,5-75 15-95

Пропан C3H8 2,019 510-580 490-570 2,1-9,5 -

Диссоцииров. аммиак 75% Н2, 25% N2 0,3797 - - 4,0-74,2 -

Экзогаз 15-18% Н2, 10-13% СО, 4-5% СО2, < 1% СН4, ост. N2 1,111 - - 17,5-87,5 -

0,7% Н2, 0,7% СО, 10-13% СО2, ост. N2 1,425 - - - -

Эндогаз 40% Н2, 20% СО, 1% СО2+СН4, ост. N2 0,89 - 8,5-80,0 -

Таблица 206

Предельные концентрации различных газов, допустимые в помещениях, где эксплуатируются печи

Table 206

Limiting concentrations of different gases for rooms, where furnaces are operated

Для безопасной работы на печах с контролируемыми атмосферами необходимо выполнить комплекс организационных и технических мероприятий, к числу которых относятся следующие.

Инженерно-технические работники, занятые на строительстве (монтаже) и эксплуатации газопроводов, агрегатов и приборов, использующих горючие газы, должны перед допуском к работе сдать экзамен на знание «Правил безопасности в газовом хозяйстве», утвержденных Госгортехнадзором, и, если потребуется, на знание ведомственных правил безопасности в объеме выполняемой ими работы.

При работе с установками и печами, заполненными контролируемой атмосферой, имеется, как следует из табл. 206, потенциальная опасность: возможность отравления обслуживающего персонала. Во избежание этого требуется постоянный контроль за составом атмосферы по каждому веществу, упомянутому в табл. 206. Кроме того, необходимо создание специальной системы вентиляции, на эксплуатацию которой потребуются значительные затраты электроэнергии, а также использование автоматизированной системы контроля газов на всех уровнях: при загрузке, нагреве, охлаждении и разгрузке.

Что же касается условий взрыва, то следует отметить, что при концентрации любых компонентов до 4% взрыв невозможен. Условию взрыва активных газов соответствует температура ниже 750° С. Интервал концентраций взрывоопасных смесей газов, представленных в табл. 205, показывает необходимость тщательного контроля состава газовой смеси в печах с контролируемыми атмосферами. Следует учитывать, что взрывоопасные концентрации могут возникнуть и в помещении, где установлена печь, поскольку корпуса этих печей не гарантируют сохранения герметичности в процессе эксплуатации.

Герметичность же при изготовлении корпусов печей определялась [289, 290] керосиновой пробой и промыливанием сварных швов при создании внутри

корпуса давления 30-100 мм водяного столба (2,27,3 мм рт. ст. = 300-970 Па). Такое избыточное давление не может гарантировать требуемого натекания, тем более что прямоугольная форма корпуса при повышении температуры может дать деформацию, снижающую герметичность корпуса.

Для увеличения герметичности сварные швы иногда обмазываются различными пастами, которые при нагреве создают дополнительную газоплотность сварных швов.

Особо рассматриваются режимы напуска взрывоопасных газов в печь, в которой имеется атмосфера воздуха.

Одним из основных правил безопасной работы с горючими газами является недопущение их смешивания с воздухом в объеме, температура в котором ниже 750° С. Поэтому прежде чем вводить горючий газ в какую-либо камеру, находящийся в ней воздух желательно вытеснить инертным (негорючим) газом. Такой процесс называется продувкой.

Опытным путем [289, 290] и расчетами определено, что для вытеснения воздуха из печи и достижения содержания в ней кислорода менее 1% через объем нужно осуществить продувку нейтральным газом, равным пятикратному объему вытесняемого воздуха. Однако уже четырехкратный обмен снижает содержание кислорода в печи до 3% и менее, что достаточно для безопасного ввода в печь контролируемой атмосферы любого состава.

Процессы продувки обязательно должны производиться совместно с контролем оставшейся газовой смеси. В процессе разгрузки садочных печей продувка нейтральным газом производится в обратном порядке. Естественно, работа садочных печей с контролируемой атмосферой требует особого внимания и весьма трудоемка по времени.

Существенным усложнением при эксплуатации печей с контролируемыми атмосферами является необходимость дожигания газовой смеси перед выбросом ее в атмосферу цеха, завода и в окружающую среду. Система, включающая в себя участок дожигания проходящего газа, а также участок нейтрализации продуктов сжигания, должна функционировать как в рабочем режиме печи, так и в процессе продувки до нагрева и после охлаждения.

Сложность эксплуатации печей при необходимости осуществлять продувку до и после нагрева поставила вопрос об использовании вакуумирования садочных печей с контролируемыми атмосферами. Еще в 70-х годах прошлого столетия для этой цели в работе [290] были предложены варианты применения шлюзовых камер, расположенных до и после печи. В том числе эти шлюзовые камеры рассматривались в вакуумном исполнении. Естественно предположить, что в садочных печах с контролируемыми атмосферами, в которых используются нагревательные камеры в вакуумном исполнении, большинство недостатков таких печей могут быть ликвидированы.

Состав примесей Концентрация в воздухе, мг/л

Окись углерода, СО 0,02-0,03

Аммиак, ЫН3 0,02

Сероводород, Н2В 0,01

Сернистый газ, БО2 0,02-0,04

Бензол 0,05

Окись азота 0,005 (в пересчете на N2O5)

Углеводороды 0,3 (в пересчете на С)

В этих печах:

- сравнительно легко контролируется натекание;

- водоохлаждаемые стенки с температурой 2050° С не допускают коробления при нагреве;

- уменьшается слой теплоизоляции, поскольку в печах с контролируемой атмосферой толщина и качество теплоизоляции должны обеспечивать температуру на неохлаждаемой поверхности до 70° С в среде защитных газов. В вакуумных же печах при сравнительно малой толщине теплоизоляции тепловые потери уменьшаются за счет снижения коэффициента теплопроводности в вакууме, а также при наличии вакуумного зазора между теплоизоляцией и корпусом печи. Такой зазор при температуре ниже 500-600° С представляет собой теплоизоляцию высокого уровня.

Кроме того, для вакуумных печей в подавляющем большинстве принята цилиндрическая форма вместо прямоугольного сечения, присущего печам с контролируемыми атмосферами. Это облегчает процесс изготовления, поскольку при вальцовке требуется меньшее количество сварных швов. Надежность работы вакуумных печей обеспечивается и использованием нержавеющих сталей. И хотя использование нержавеющих сталей удорожает конструкцию, но это компенсируется отсутствием коррозии в первую очередь сварных швов, которые в печах с контролируемыми атмосферами требуется регулярно проверять. Кроме коррозии сварные швы подвержены еще и короблению за счет нагрева и охлаждения корпусов печей.

Как уже отмечалось, испытания сварных швов на герметичность при избыточном давлении в 30-100 мм водяного столба с их промыливанием не могут гарантировать от попадания газов в окружающую печь среду, в которой находится обслуживающий персонал.

Что касается безопасности эксплуатации вакуумных печей сопротивления, то необходимо отметить возможность взрыва в случае остановки механического (форвакуумного) насоса, работающего в системе с паромасляным бустерным или высоковакуумным насосами. Воздух через механический насос проходит в паромасляный насос и смешивается с парами масла, образуя взрывчатую смесь. Эта смесь может послужить источником взрыва, если в рабочем пространстве печи имеются детали, нагретые выше 500° С, а также если между отдельными элементами камеры нагрева образуется искра или возникнет самостоятельный разряд в соответствии с законом Пашена.

Предупреждение этих явлений основывается на своевременном контроле за давлением в камере нагрева, а при резком увеличении давления должна срабатывать автоматика, перекрывающая затворы на откачной линии и, конечно, отключающая электроэнергию в случае нагрева.

Возможность взрыва может быть инициирована попаданием воды непосредственно в нагретую камеру из-за разгерметизации токовводов и других участ-

ков с водяным охлаждением. Поэтому перед включением нагрева следует тщательно проверить нате-кание при полном давлении воды во всех контурах системы охлаждения. Напуск же технологического газа (водорода, эндогаза и т.п.) после вакуумирова-ния печи осуществляется по технологии заказчика с учетом возможности измерения давления газа в интервале от 100 Па до 0,1 МПа (от 1 до 760 мм рт. ст.).

Несмотря на указанные возможности взрыва в вакуумных печах, вероятность этого существенно ниже, чем в печах с контролируемыми атмосферами на основе водорода и эндогаза.

О сжигании выделяемого оксида углерода до углекислого газа и его утилизации

Большая проблема в экологическом плане будет ставиться в процессе дожигания оксида углерода (СО) и в меньшей степени водорода, метана и других газов. При этом часть проблемы заключается в подводе кислорода воздуха, обеспечивающего проведение реакций СО + О2 ^ СО2, Н2 + О2^ Н2О, СН4 + О2 * СО2 + Н2О.

Поскольку воздух возможно использовать только из окружающей среды, то вентиляционные системы должны обеспечивать подачу воздуха непосредственно в камеру дожигания. Соответственно, другая вентиляционная система должна обеспечить удаление продуктов реакции после дожигания.

При крупном промышленном производстве карбидов, в первую очередь карбидов кремния и титана, выброс в атмосферу углекислого газа может оказать дополнительное влияние на создание так называемого парникового эффекта.

Одним из направлений использования углекислого газа может быть его конденсация под давлением при пониженной температуре (до -80° С) и превращение его в «сухой лед», используемый в торговле продовольственными товарами (мороженое, холодильные шкафы и т.п.).

Компримирование СО2 в баллонах применимо для дуговой сварки сталей.

Для оценки количества выделяющегося углекислого газа целесообразно более подробно рассмотреть, например, процесс производства карбида кремния из природного сырья (БЮ2) при его взаимодействии с углеродом в вакууме в сравнении с существующей промышленной технологией. Основные характеристики процесса изложены ранее [20].

С этой целью должны быть проанализированы два уравнения:

8Ю2 + 3С = БЮ + 2СО и 2СО + О2 = 2СО2.

В процессе, осуществляемом на печи Ачесона при атмосферном давлении, в составе выделяющихся газов будут и СО, и СО2, разделить которые не представляется возможным. Эта смесь выбрасывается в атмосферу г. Волжска [6].

Для вакуумного варианта технологии процессы, указанные в уравнениях, происходят последовательно

и поддаются анализу. Необходимо отметить, что производительность печи Ачесона составляет 1670 т/г. при среднем выходе годного 8Ю - 13-15%, а вакуумная печь СНВГ-1500/21 - соответственно 375 т/г., но при выходе годного 8Ю - 30-32% (теоретически выход годного составляет 67%). Из этого количества (375 т/г.) может быть получено СО в размере 349 т/г., или 277 м3/г., а в соответствии со вторым уравнением может быть образовано теоретически 548 т/г., углекислого газа.

Годовая производительность абразивного завода в г. Волжске составляет 20 тыс. т. Если вся продукция завода будет производиться на вакуумных печах, то с учетом повышения выхода годного продукта потребуется 24 такие печи. И при принятом коэффициенте 0,3 может быть выделено СО2 ~ 4000 т в год, что составляет ~ 2000 м3/г.

Методика такого расчета показывает возможность оценки влияния газовых составляющих при производстве карбидов, в том числе для расчетов вентиляционных систем подачи воздуха к системам дожигания и для направления полученных потоков в систему утилизации.

В заключение следует отметить, что решение экологических проблем и соблюдение техники безопасности должно осуществляться совместно с созданием новых технологических процессов на основе вакуумных и водородных электропечей сопротивления. Печи же с контролируемыми атмосферами на основе эндо- и экзогазов со временем будут заменены вакуумными, в связи с чем токсические (ядовитые) газовые примеси в помещениях, где расположены печи, в принципе будут отсутствовать.

§ 7. Экономические преимущества нагрева в вакууме

Экономия электроэнергии - главная задача вакуумных печей сопротивления. Основной критерий экономии электроэнергии при использовании вакуума заключается в снижении коэффициента теплопроводности газовой среды и пористых теплоизоляционных материалов. Сравнение газовых сред в реальных условиях печей практически невозможно, поскольку конвективные потери в печах различных конструкций существенно отличаются, а в вакууме, как известно, конвекция практически не наблюдается.

В ранее приведенных табл. 4 и 5 показано соотношение коэффициентов теплопроводности в вакууме для различных материалов, оно по сравнению с воздушной средой в диапазоне температур 400-1200° С составляет 1,5, при тех же температурах для эндогаза - от 3,3 до 2,7, а для водорода - 6,45-5,0. Для более низких температур (20-200° С) это соотношение более существенно: для эндогаза - 7,5-4,2, а для водорода - 15-8,2.

Однако эти значения не следует использовать при сравнении печей с разными атмосферами, поскольку в печах с эндогазовой и водородной средами толщи-

на теплоизоляции в 1,5-3 раза выше, чем в вакуумных печах. Поэтому тепловые потери в печах сопротивления разных типов можно условно оценить как более или менее равноценные.

Естественно, что с повышением температуры влияние различных сред уменьшается, так как увеличивается доля излучения при передаче теплового потока. В высокотемпературных печах с водородной средой на температуру 1750° С теплоизоляция состоит из керамической футеровки с высокой плотностью, слоя керамической засыпки и двух экранов. Конечно, материалы, их стоимость, изготовление из них изделий и некоторые особенности эксплуатации таких печей (см. ч. 3 § 6) требуют весьма значительных расходов. Как указывалось ранее, целесообразно рассматривать технологические процессы спекания и термообработки в печах с целью сравнения вакуумной среды и соответствующих материалов, что определяет экономическую эффективность вакуумной технологии и разумность замены печей на вакуумные при идентичном технологическом процессе.

Сравнение же теплопотерь низкотемпературных вакуумных печей, тиражируемых по 20-150 шт. в год, производилось с эндогазовыми печами с учетом увеличения потерь через теплоизоляцию в тех же конструктивных параметрах вакуумных печей. Результаты расчетов приведены в табл. 6. Условная годовая экономия на примере печи СЭВ-3.3/11,5 составит 1155 МВтч, а для печей СЭВ-5.5/11,5 -1385 МВтч в год.

Таким образом, показана эффективность вакуумных печей за счет сокращения расхода электроэнергии на тысячи МВтч в год, что способствует уменьшению затрат на производство электроэнергии и снижению расходов на энергоносители в виде газа, угля, нефти.

В этой связи следует рассмотреть уровень тепловых потерь в печах для производства карбида кремния, о чем подробно изложено ранее в ч. 2 § 5. Приведенные в табл. 127 удельные расходы электроэнергии дают представление о возможности сокращения расхода электроэнергии только по одному заводу: при расчете по шихте снижение расхода электроэнергии будет 4,37 МВтч/т при объеме производства завода 20 тыс. в год, поэтому эффективность вакуумных печей только для этого завода может составить 874 000 МВтч в год.

Эти расчеты показывают потенциальные преимущества нагрева в вакууме при осуществлении энергоемких технологических процессов.

Значительный экономический эффект может дать ликвидация анализатора, ведущего автоматическое наблюдение за состоянием окружающей среды и практически прекращающего работу печей при превышении предельно допустимых концентраций ядовитых газов, о чем подробно рассмотрено в ч. 3 § 6.

Другая группа приборов, анализирующих предельно допустимые концентрации взрывоопасных

и

•и: -

87

газов в смеси с воздухом, также как и предыдущие, могут быть ликвидированы, поскольку отпадает необходимость работать в непрерывном режиме, включая продувку печей азотом при загрузке и выгрузке садки.

Необходимость продувки садочной печи с соответствующим контролем газовой среды существенно увеличивает рабочий цикл печи, снижая тем самым ее производительность. Кроме того, изготовление, устранение неплотностей и наладка вакуумных печей во многих случаях оказывается дешевле, чем использование печей с эндогазом. Снижение затрат на вентиляционные системы печей с эндогазовой и водородной атмосферами также может дать существенный экономический результат.

Следовательно, дана оценка экономической целесообразности использования вакуума в печах для термообработки и спекания вместо эндогазовой и частично водородной атмосферы.

§ 8. Перспективы развития вакуумных печей сопротивления

Перспективы развития вакуумных печей сопротивления целесообразно рассматривать в двух направлениях: совершенствование имеющихся разработок и разработка новых конструктивных решений в соответствии с требованиями новых и новейших технологических процессов.

Очередное рассмотрение печей по-прежнему определяется их температурными интервалами и выбором материалов для основных элементов печей.

8.1. Низкотемпературные печи

Материал нагревателей практически остается без изменений, а конструкции нагревателей желательно упростить для облегчения их соединения с теплоизоляцией. Следует рассмотреть возможность изготовления нагревателей из листового материала методами фрезерования или штамповки.

Теплоизоляцию целесообразно изготавливать из керамических блоков, а не из индивидуального кирпича. При этом блоки могут быть прямоугольного и лекального сечения, в которых должны быть предусмотрены элементы крепления нагревателей.

Для печей с экранной теплоизоляцией целесообразно использовать листы толщиной 0,1-0,15 мм, а для придания прочности использовать гофрирование и зиговку определенных частей листов.

Для повышения производительности печей необходимо резко увеличить количество печей с камерами охлаждения, для которых предусмотреть промежуточные водоохлаждаемые технологические затворы, перекрывающие тепловой поток из камеры нагрева. В этом случае печи элеваторного и камерного типов образуют двухкамерную систему, позволяющую производить загрузку и выгрузку садки без напуска воздуха в нагреваемую камеру.

Следует обратить внимание на выбор метода перемещения садки из одной камеры в другую, а также на привод технологических затворов, используя электрический и пневматический варианты.

8.2. Средне- и высокотемпературные печи на основе тугоплавких металлов

Основная задача конструкций нагревателей из прутков вольфрама или молибдена заключается в снижении температуры нагревателя. Это может быть достигнуто увеличением площади излучения нагревателя при максимальном его приближении к нагреваемой садке. Для этого целесообразно использовать листовые материалы, из которых возможно изготовление полос или плоских нагревателей.

Одним из решений этой конструкции может быть П-образный нагреватель, ранее описанный для углерод-углеродных композиционных материалов. В качестве материала вместо вольфрама целесообразно использовать сплав МВ-30, свойства которого также были рассмотрены ранее, в том числе и существенное увеличение ресурса пластичности сплава при его нагреве до 400° С.

Для замены молибдена могут быть использованы его сплавы с титаном и другими металлами, например с цирконием.

В то же время возможно использование проволоки или лент из тугоплавких металлов, соединенных или даже спеченных в виде жгутов, но конструктивно приближенных к нагреваемой садке в виде П-образных или кольцевых вариантов конструкции. Плоские нагреватели в конструкциях имеют более низкую температуру, чем прутковые, у них снижается ползучесть, а уменьшение коробления должно решаться конструктивными соображениями.

Использование нагревателей с увеличенной поверхностью и, соответственно, работающих при более низких температурах позволяет повысить срок службы нагревательных блоков печей на основе тугоплавких металлов в 4-5 раз.

С другой стороны, снижение тепловых потерь в существующих печах также может снизить температуру нагревателей и увеличить срок службы нагревательных блоков печей. Что касается экранной теплоизоляции, используемой в этих печах, то, как известно, увеличивать число экранов более семи практически бесполезно. Однако необходимо увеличивать зазоры между экранами, чтобы при их деформации между ними не образовывался контакт.

Поэтому, если нет особых требований по величинам газовыделения и скорости охлаждения садки, целесообразно использовать варианты совмещения экранов с теплоизоляцией из керамики, которая засыпается или размещается между двумя экранами. Выбор материалов, размещаемых между экранами, должен обеспечить существенное снижение тепловых потерь при отсутствии взаимодействия с материалом экрана.

Заслуживает внимания предложенный в работе [86] метод покрытия с одной стороны специальной смесью, которая резко снижает коэффициент излучения экранов, уменьшая тем самым уровень тепло-потерь.

В печах с экранной теплоизоляцией длительность охлаждения, также как и в печах других типов, зависит от теплосодержания садки, в связи с чем увеличение времени охлаждения печей с комбинированной экранно-керамической теплоизоляцией не будет существенно сказываться на производительности таких печей.

Тем не менее, в печах на основе тугоплавких металлов следует предусматривать возможность открывания теплоизоляционных (обычно торцевых) элементов без нарушения вакуума, которая совместно с напуском газа (аргона, азота) может ускорить охлаждение в 2,5-3 раза.

Для использования печей на основе тугоплавких металлов в технологии дегазации наноразмерных порошков и изделий из них дополнительные требования могут быть сведены к качеству систем управления и особенностям нагревателей, поскольку необходимо соблюдать прецизионные условия нагрева по равномерности температуры и скорости ее подъема и охлаждения изделий, особенно из наноразмерных металлов, оксидов и некоторых карбидов. Весьма важным должно быть использование методики равномерности температур как при нагреве, так и при охлаждении.

8.3. Средне-, высоко- и особо высокотемпературные печи на основе углеродных материалов

В среднетемпературных (до 1600° С) печах наиболее важной проблемой является создание установок для закалки в газе. При этом материал контейнера меньше насыщался бы маслом, что в принципе возможно, если совместить закалку в масле с низкотемпературным нагревом на температуру 150-200° С в вакууме для испарения масла из материала контейнера и закаленных изделий, тем самым ликвидируя операции отмывки специальными растворами от масла с последующей сушкой контейнера и изделий.

Для удаления пластификаторов из массы, спекаемой в вакууме в высокотемпературных печах, следует использовать специальные печи на температуру 9001100° С, в которых должна быть предусмотрена возможность подачи защитного газа и его чередования с вакуумом, а также приспособлений для улавливания продуктов диссоциации пластификаторов с учетом требований санитарных и экологических служб.

Высокотемпературные (до 2200° С) печи целесообразно применять в элеваторном варианте для удаления от примесей катализаторов в углеродных на-нотрубках и нановолокнах, т.е. подвергать рафинированию с целью снижения концентрации этих примесей до уровня ниже 0,01% (вес). При этом для медицинских и некоторых других целей загружаемый объем, вероятно, будет равным 1-3 дм3.

Другая технологическая проблема - горячее вакуумное прессование. Для этого необходимо создание серии печь-установка в садочном варианте с номинальным диаметром рабочего пространства 50, 100 и 200 мм на температуру до 2200° С и, что особенно перспективно, создание печей-установок непрерывного действия, обеспечивающих производство значительного количества изделий, например, пластин для бронежилетов, колец для компрессоров трубопроводов для транспортировки природного газа и т.п.

Для обеспечения развития новых технологических процессов необходимо увеличивать производство углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ), расширить номенклатуру, особенно создать серию цилиндрических изделий с номинальным размером внутреннего диаметра 120, 150, 240 мм при разных толщинах стенки (5, 8, 12 мм). Кроме того, организовать производство крепежа (М 8, 10, 12, 16) и изделий из особо прочного материала состава 3Б.

Что касается создания особо высокотемпературных (2700-2800° С) печей, то необходима разработка таких печей для нагрева изделий с полезным объемом 2, 3 и 5 дм3, что возможно сделать на основе особо плотных сортов графита и, что особенно важно, из углеродных теплоизоляционных материалов в виде нитей, тканей, войлоков. Причем эти печи будут необходимы для графитации углеродных материалов и создания установок для разработки новых материалов в области ракетной техники.

Конечно, представленный перечень перспективных работ не исчерпывает потребностей научных, технических и опытных разработок. Для того чтобы реально обеспечивать потребности, необходимо создать центр по испытанию этих конструктивных решений, которые могли бы стать основой создания отечественных высокотемпературных конструкций для применения в основополагающих отраслях оборонной промышленности и в научных подразделениях Академии наук Российской Федерации.

§ 9. Общее заключение по обзору

Бурное развитие нагрева в вакууме наблюдается в мировой практике, в том числе в СССР и Российской Федерации. Поэтому в обзоре обобщены известные материалы и полувековой опыт автора.

К числу основных направлений, рассмотренных в обзоре, следует отнести:

1. Научные: 2 открытия в области высокотемпературных материалов; исследования взаимодействия при высоких температурах практически всех материалов с разреженной газовой средой - вакуумом. Среди этих материалов наиболее важными являются высокотемпературные металлы Периодической системы Д.И. Менделеева, а также тугоплавкие оксиды, карбиды, нитриды, бориды, силициды.

3

Ж

•и: -

89

2. Инженерно-технические: предложен критерий оценки качества вакуумных печей сопротивления; осуществлен критический анализ нагревательных блоков печей 210 типов из 11 стран. В этих печах использовались различные конструкции, в том числе камерные, шахтные, элеваторные, непрерывного действия, вакуумно-компрессионные, при температурах от 700 до 2800° С в вакууме до 10-6 Па, кроме того, приведены новые методики расчета производительности печей и оценены сроки службы нагревателей и теплоизоляции.

3. Технологические: проведен анализ и представлена классификация технологических процессов, используемых в вакууме для нагрева и для производства высокотемпературных материалов, в том числе металлов и их сплавов, а также оксидов, карбидов, нитридов, боридов, силицидов.

4. Экономические преимущества нагрева в вакууме по сравнению с нагревом в контролируемых атмосферах.

Все перечисленные направления рассматривались по температурным интервалам, определяемым условиями применения основных конструкционных материалов:

- 700-1150° С - низкотемпературные печи на основе сплавов сопротивления и с керамической или экранной теплоизоляцией;

- 1200-2000° С - средне- и высокотемпературные печи на основе тугоплавких металлов для нагревателей и экранной теплоизоляции;

- 1200-2200° С - средне- и высокотемпературные печи на основе углеродных материалов;

- 2200-2800° С - особо высокотемпературные печи на основе карбидов и графитовых материалов для нагревателей и теплоизоляции.

Как известно, вакуумные технологии и печи составляют единое целое, обеспечивающее экономику технологических процессов. Для каждого температурного интервала рассмотрены все перечисленные выше направления.

В области низкотемпературных печей впервые показана возможность использования пористой керамики (шамотов-легковесов) в сочетании со сплавами сопротивления на основе проведенных исследований и испытаний вакуумных печей сопротивления для нагрева с целью отжига и с целью закалки в масло, в воду, в газах.

По сравнению с печами с контролируемыми атмосферами тиражирование элеваторных печей СЭВ-3.3/11,5 (150 экз.) и СЭВ-5.5/11,5 (20 экз.) в течение года может сократить расход электроэнергии на 2,5 млн кВтч.

Для средне- и высокотемпературных печей на основе тугоплавких металлов при температурах 12002000° С рассмотрены и даны рекомендации по изменению конструкции нагревателей с целью увеличения срока службы нагревателей и экранов для печей различных типов. В рекомендациях показано, что производительность печи при номинальной загрузке зави-

сит в первую очередь от теплосодержания загрузки, а не от времени охлаждения печи без загрузки.

Была создана уникальная сверхвысоковакуумная печь СЭВ-2,5.5/22 на вакуум 10-6 Па при температуре 2200° С.

В средне- и высокотемпературных печах на основе углерода показана целесообразность использования для температур до 2200° С углерод-углеродных композиционных материалов взамен графита, что повышает надежность работы печей, а кроме того, сокращает тепловые потери за счет уменьшения размеров нагревателей и повышения ремонтоспособно-сти печи.

При использовании этих печей для спекания металлов, оксидов и других высокотемпературных материалов, взаимодействующих при контакте с углеродом, разработан метод создания барьерного слоя, обеспечивающего отсутствие контакта спекаемых материалов с углеродом.

На этом принципе разработана вакуумная технология спекания молибденовых и ниобиевых штаби-ков взамен печей контактного нагрева и созданы печи непрерывного действия, которых было изготовлено более 25 штук.

Перевод на вакуумную технологию производства карбида кремния на Волжском абразивном заводе в объеме 20 тыс. тонн в год может дать снижение электропотребления на 800 млн кВтч в год.

Важным направлением являются вакуумные печи для горячего прессования. Кроме садочных высокотемпературных печей проработана конструкция печи непрерывного действия для горячего прессования в вакууме.

Особо высокотемпературные печи разрабатывались на основе карбида ниобия до 2500° С, а на основе графита - до 2800° С. Печи на основе графита представляют значительный интерес для новых отраслей материаловедения, поэтому их конструкции прорабатывались более подробно, используя различные варианты схем, например, одно- и двухкаскад-ные, шахтные и камерные. К сожалению, не удалось экспериментально проверить эти печи вследствие разгрома лаборатории вакуумных печей сопротивления ВНИИЭТО в 2005-2006 гг.

Материалы, изложенные в обзоре, представляют собой научную и инженерно-техническую основу для модернизации разработанных и создания новых конструктивных решений вакуумных печей сопротивления.

Рассмотренные преимущества нагрева в вакууме позволяют установить высокую экономическую эффективность, экологическую чистоту и пожаровзры-вобезопасность вакуумных печей сопротивления по сравнению с печами, использующими защитные газовые смеси, включая водород.

В обзоре обобщены научные и инженерно-технические работы, позволившие создать высокоэкономичные вакуумные технологии и печи для их осуществления.

Кроме того, обзор дает перспективу развития вакуумных технологий и печей. В связи с этим его можно считать полезным не только для научных и инженерно-технических подразделений, но и для организаций, разрабатывающих государственные программы Российской Федерации, с учетом того, что стоимость отечественных печей в 3-5 раз ниже зарубежных. В условиях кризиса эти цифры могут увеличиваться приблизительно в полтора раза.

Автор выражает искреннюю благодарность кандидату технических наук Владимиру Николаевичу Богину за бесценную помощь в организации журнального варианта этой книги.

Список литературы

1. Мармер Э.Н., Мурованная С.Г., Васильев Ю.Э. Электропечи для термовакуумных процессов. 2-е изд., переработанное и дополненное. М.: Энер-гоатомиздат, 1991.

2. Мармер Э.Н., Мурованная С.Г. Электропечи для термовакуумных процессов. М.: Энергия, 1977.

3. Ляпунов А.И. Новое поколение вакуумных печей для термической обработки // МиТОМ. 2000. № 1. С. 22-27.

4. Альтгаузен А.П. Электропечестроение Советского Союза. «Электро-72». Москва, Сокольники, 1972, июль. Доклады. С. 1-12.

5. Мармер Э.Н. Материалы высокотемпературных вакуумных установок. М.: Физматлит. 2007.

6. Мурованная С.Г. Закалка сталей в вакууме. М.: Машиностроение, 1974.

7. Мармер Э.Н., Вислобоков В.И., Большов А.Г. Вакуумная закалка спеченных стальных шестерен // Порошковая металлургия. 1986. № 10. С. 89-93.

8. Радомысельский И.Д., Шильдин В.В., Ткачен-ко В.Ф. Влияние сред спекания на структурное состояние порошковых нержавеющих сталей // Порошковая металлургия. 1986. № 1. С. 82-86.

9. Минков О.Б. Диффузионное борирование сталей с применением вакуумной термообработки: автореф. канд. дисс. Москва, 1984.

10. Мармер Э.Н., Усатый Ю.П., Истомин Н.Н. Вакуумная цементация металлокерамических изделий на железной основе. Материалы семинара «Поверхностные методы упрочнения металлов и сплавов в машиностроении». М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1983. С. 39-42.

11. Минков О.Б., Мурованная С.Г., Гурвич О.С., Мармер Э.Н., Кауфман В.Г. Способ борирования деталей. А.с. 823456. Опубл. 23.04.81, бюлл. № 13.

12. Ковалев М.Н. Исследование процессов газовыделения из конструкционных материалов и расчет откачных систем сверхвысоковакуумных электропечей сопротивления: автореферат кандидатской диссертации. Москва, 1972.

13. Фомин В.М. Исследование высоковакуумных электропечей с экранной теплоизоляцией и влияние

неизотермических режимов на выбор откачных систем: автореферат кандидатской диссертации. Москва, 1972.

14. Мармер Э.Н., Ковалев М.Н., Паршин Н.И., Соболев С.И., Кондратьев А.И., Шумов Д.С. Электрическое оборудование для высокотемпературного нагрева в сверхвысоком безмасляном вакууме // Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1977. Вып. 2. С. 96-102.

15. Пустовалов В.В. // Огнеупоры. 1961. № 7. С. 302.

16. Жукова Л.М., Потоскаев Г.Г., Савин В.П. Организация производства керамических изделий на основе нитрида алюминия // Технический прогресс в атомной промышленности. 2001. № 1. С. 52-54.

17. Самсонов Г.В., Ерошенко А.И., Островерхов

B.И., Крат В. А., Дубовик Т.В. Карбонитрид бора -высокотемпературный, электроизоляционный и огнеупорный материал // Порошковая металлургия. 1972. № 12. С. 46.

18. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений. Справочное изд. Под ред. Ко-солаповой Т.Я. М.: Металлургия, 1986.

19. Балаклиенко Ю.М., Мармер Э.Н., Новожилов

C.А. Рафинирование углеродных нанотрубок и на-новолокон в вакууме // Альтернативная энергетика и экология - ШАБЕ. 2005. № 10 (30). С. 89-92.

20. Мармер Э.Н., Падалко О.В., Новожилов С.А. О применении экологически чистых вакуумных электропечей сопротивления при получении карбидов кремния и титана из природного сырья // Альтернативная энергетика и экология - 181АЕЕ. 2005. № 10 (30). С. 36-40.

21. Багдасаров Х.С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. М.: Физматлит, 2004.

22. Маурах М.А., Митин Б.С. Жидкие тугоплавкие окислы. М.: Металлургия, 1979.

23. Мармер Э.Н., Васильев Ю.Э. Некоторые экономические аспекты использования оборудования для создания различных сред в электротехнике // Электротехническая промышленность. Сер. Электротермия. 1984. Вып. 1 (251). С. 15-16.

24 Алексеев С.М., Уманский С.П. Высотные и космические скафандры. М.: Машиностроение, 1973.

25. Большакова Н.В., Борисанова К.С., Бурцев В.И. и др. Материалы для электротермических установок (справочное пособие под ред. Гутмана М.Б.). М.: Энергоатомиздат, 1987.

26. Мармер Э.Н. Эффективность нагрева сталей в вакууме при термообработке и спекании. Докл. на семинаре «Технология термической обработки металлов и сплавов». Москва, ДНТП им. Дзержинского, март 1982.

27. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники. М.: Мир, 1964.

28. Несмеянов Ан.Н. Давление пара химических элементов. М.: Изд. АН СССР, 1961.

29. Свенчанский А.Д. Электрические печи сопротивления. М.: Госэнергоиздат, 1975.

30. Мурованная С.Г., Мармер Э.Н. Исследование скорости испарения жаростойких сплавов в вакууме / Исследования в области промышленного электронагрева. Тр. ВНИИЭТО. 1965. Вып. 1. С. 249-260.

31. Мурованная С.Г., Мармер Э.Н. Влияние степени разрежения на свойства сплава Х20Н80 при высоких температурах // МиТОМ. 1968. № 12. С. 35-37.

32. Каменецкая Д.С. О влиянии межмолекулярного взаимодействия на поведение растворов / Проблемы металловедения и физики металлов. Тр. ЦНИИЧМ. М.: Металлургиздат. 1955. Вып. 4. С. 99-106.

33. Bourgette D.T. High-temperature chemical sta-biliti of refractory-base alloys in high vacuum // Trans. Vacuum Metallugy Conf. 1965. P. 57-73.

34. Мармер Э.Н. Поведение нихромов и хрома-лей в вакууме. В кн.: Экспериментальная техника и методы исследования при высоких температурах. М.: Изд-во АН СССР, 1959. С. 780-787.

35. Мармер Э.Н. Материалы вакуумных электропечей. М.: Госэнергоиздат, 1959.

36. Николаенко И.В., Швейкин Г.П. Синтез и физико-механические свойства керамики на основе карбида кремния и сложных оксидов, полученных микроволновым излучением // Огнеупоры и технология керамики. 2001. № 7. С. 18-21.

37. Косолапова Т.Я. Карбиды. М.: Металлургия,

1968.

38. Истомин Г.Н., Мармер Э.Н. Определение срока службы вольфрамовых нагревателей // Электротермия. 1974. Вып. 11 (147). С. 8-9.

39. Пазухин В.А., Фишер А.Я. Разделение и рафинирование металлов в вакууме. М.: Металлургия,

1969.

40. Игнатов Д.В., Иванова Р.С., Абрамова Н.В. Электронографическое и кинетическое исследование взаимодействия тугоплавких металлов и окислов с остаточными газами и парами в вакууме (10-3-10-6 торр) при высоких температурах. В кн.: Структура и свойства жаропрочных металлических материалов. М.: Наука, 1967. С. 300-336.

41. Котельников Р.Б., Башлыков С.Н., Галиакбе-ров В.Г., Каштанов А.И. Особо тугоплавкие элементы и соединения. Справочник. М.: Металлургия, 1969.

42. Anderson H.U., Techn. Report иС^-10135, 1962. In: High Temperature Technology. Washington: Buttervorths, 1964. P. 137.

43. Eisinger J. Adsorption of oxigen on tungsten // J. Chem. Phis. 1959. Vol. 30, No. 2. P. 412-416.

44. Мармер Э.Н., Жуков В.В., Стуканов А.Ф. Экспериментальное определение стойкости вольфрамовых нагревателей в вакууме при температурах до 3273 К // Теплофизика высоких температур. 1965. Т. 3. С. 771-774.

45. Голубцов И.В. Исследование испарения некоторых тугоплавких металлов в вакууме: автореф. дисс. на соиск. ученой степени канд. хим. наук. М.: МГУ, 1966.

46. Zwikker C. // Phisica (Niderland). 1927. No. 7. P. 77.

47. Lungmuir I. A new vacuum gage of extreme sensitiveness // Phys. Rev. 1913. Vol. 1, No. 4. P. 337-338.

48. Котляр А.А., Андреева Р.Т. Определение скоростей испарения в вакууме вольфрама, тантала и некоторых сплавов на их основе. Сборник материалов по вакуумной технике. М.: Госэнергоиздат, 1960. Вып. XXIII. С. 51-59.

49. Мармер Э.Н., Гурвич О.С., Мальцева Л.Ф. Высокотемпературные материалы. М.: Металлургия, 1967.

50. Ажажа В.М., Васютинский Б.М., Донде А.Л., Картмазов Г.Н. Применение криогенных насосов при высоковакуумном отжиге молибдена // Украинский физ. журнал. 1969. Т. 14, № 1. С. 168-170.

51. Истомин Г.Н., Мармер Э.Н., Савранская Л. А. Взаимодействие молибдена с разреженной средой при различных давлениях // Электротермия. 1974. Вып. 12 (148). С. 13-14.

52. Gebhardt E., Fromm E, Jakob D. Vorgange bei der entgasung von niob und tantal // Z. Metallkunde.

1964. Bd. 55, No. 8. P. 432-444.

53. Костылев В.М., Костылева М.Ф. Экспериментальное исследование теплофизических свойств некоторых теплозащитных материалов в условиях вакуума. Сб. «Теплофизические свойства некоторых веществ». М.: Наука, 1971. С. 86.

54. Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов. М.: Мир, 1969.

55. Fromm E., Iehn H. Stationaere zustaende beim gluehen von niob und tantal in sauerstoff // Z. Metallkunde. 1967. Bd. 58, No. 1. P. 61-66.

56. Horz G. Kinetik der sauerstoffaufnahme von metallen der VA-grouppe // Z. Metallkunde. 1968. Bd. 59, No. 4. P. 283-288.

57. Дитрих Н. Электронно-лучевые установки для металлизации стальных лент. Перевод N146/67. Рига: ЛатвИНТИ, 1967.

58. Barret C.A., Rosenblum L. Oxigen, pumping efficiency of refractory metals. NASA - AEG Liquid Metall Corrosion Melting, Washington, 1963. P. 307.

59. Hogan J.F., Limonselly A., Slotnik A. High temperature carbon stability in Nb(Cb)Zr alloys with carbide hardening at ultra-high vacuum. "Pratt and Whitney Aircraft", 1965, October. P. 3-10.

60. Hogan J.F., Limonselly A., Kliry R.E. Reaction rate of columbium-1% zirconium alloy with oxigen at low pressures. "Pratt and Whitney Aircraft", 1965, Sept. P. 3-17.

61. Gebhart E., Rothenbacher R. Untersuchengen in sistem niob-sauerstoff // Z. Metallkunde. 1963. Bd. 54, No. 12. P. 689-692.

62. Delgrosso E.J., Carta J.S., Rickard A. Oxidation of pure colambium (niobium) at low pressures. "Pratt and Whitney Aircraft", 1965, Sept. P. 33-36.

63. Kofstad P., Espevik S. Low-pressure oxidation of niobium at 1200-1700° C // J. Elektrochem. Soc.

1965. Vol. 112, No. 2. P. 153-160.

64. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.А. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980.

65. Юрьев С.Ф., Соколова Г.В., Леонова Н.И., Гольштейн Л.Я. Влияние термической обработки в вакууме на тонкую структуру ниобия // Изд. АН СССР «Металлы». 1971. № 3. С. 176-180.

66. Физико-химические свойства окислов. Справочник под ред. Самсонова Г.В. М.: Металлургия, 1969.

67. Мармер Э.Н. Исследование материалов нагревателей вакуумных электропечей сопротивления: автореф. канд. дисс. Киев, 1963.

68. Мармер Э.Н., Гурвич О.С., Мальцева Л.Ф., Русин В.П., Клыкова Р.С., Чалых Е.Ф. Свойства графита, применяемого в вакуумных электропечах. Исследования в области промышленного электронагрева (Труды ВНИИЭТО), Вып. 2. М.: Энергия, 1967. С. 235-245.

69. Панасюк А. Д. Исследование высокотемпературных термоэлектродных материалов из тугоплавких карбидов. Автореф. канд. дисс. Киев, 1964.

70. Власов В.К., Голубцов И.В. Тезисы доклада к расширенному семинару по высокотемпературным материалам для электропечей и по обмену опытом их эксплуатации. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1968.

71. Дергунова В. С., Левинский Ю.В., Шуршаков А.Н., Кравецкий Г.А. Взаимодействие углерода с тугоплавкими металлами. М.: Металлургия, 1974.

72. Мармер Э.Н. Печь для термической обработки металлов в вакууме // Металловедение и обработка металлов. 1955. № 6. С. 36-40.

73. Мармер Э.Н. Углеграфитовые материалы. Справочник. М.: Металлургия, 1973.

74. Сб. «Исследования при высоких температурах». М.: ИЛ, 1962.

75. Челноков В.С. Автореферат кандидатской диссертации. Москва, 1966.

76. Фомин В.М., Слободской А.П. Вакуумные печи сопротивления с экранной теплоизоляцией. М.: Энергия, 1970.

77. Кацевич Л. С. Расчет и конструирование электрических печей. М.: Госэнергоиздат, 1959.

78. Ковалев М.Н., Васильев Ю.Э. Вакуумные системы электропечей и их инженерный расчет. М.: Энергоатомиздат, 1983.

79. Мармер Э.Н., Ферштер Л.М. Расчет и проектирование вакуумных систем электропечей. М.: Госэнергоиздат, 1960.

80. Гриссел Р.В. В сб. «Очистка деталей электронных приборов». М.: Энергия, 1964.

81. Ляхин Ю.П., Мармер Э.Н. Газовыделение из углеграфитовых материалов // Электротермия. 1971. Вып. 103. С. 14-17.

82. Оллсоп Г., Девис Г., Уатт В. Сб. «Сорбцион-ные процессы в вакууме». М.: Атомиздат, 1966.

83. Вайнштейн Э.Е., Халитов Р.Ш. и др. в сб. «Методы определения и исследование состояния газов в металлах». М.: Наука, 1968.

84. Левина И.А., Ковалев М.Н., Мармер Э.Н. Газовыделение из графитовой ткани. М.: Электротермия. 1976. Вып. 9 (169). С. 9-11.

85. Мармер Э.Н., Лебедев А.В., Новожилов С.А., Попов А.Н. Высокотемпературные вакуумные электропечи сопротивления для термообработки и спекания и перспективы их развития // Сталь. 2005. № 4. С. 115-119.

86. Кац С.М. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы. М.: Металлургия, 1981.

87. Мармер Э.Н., Новожилов С.А. Новый метод определения теплотехнических параметров высокотемпературных вакуумных электропечей сопротивления // Альтернативная энергетика и экология -ШАБЕ. 2007. № 3(47). С. 67-72.

88. Бавер А.И. и др. Сб. «Материалы к совещанию улучшения техники и технологии в электродной промышленности». М.: Изд. НТО Цвет. мет., 1963.

89. Мармер Э.Н., Мальцева Л.Ф., Барабанова Л.Г. Исследование скорости испарения графита // Порошковая металлургия. 1963. № 5 (17). С. 87-93.

90. Печковская К.А. Сажа как усилитель каучука. М.: Химия, 1968.

91. Полубояринов Д.Н., Левина И.А., Мальцева Л.Ф., Савранская Л.М., Мармер Э.Н. Исследование скорости испарения и контактной устойчивости высокоогнеупорной окисной керамики и огнеупорных бетонов к тугоплавким металлам в вакууме / «Электротермия», научн.-техн. сб. (ЦИНТИЭП), 1969. Вып. 89. С. 10.

92. Русин С.П., Гурвич О.С., Мармер Э.Н. Теплопроводность теплоизоляции из графита и карбида ниобия при высоких температурах в вакууме / «Электротермия», научн.-техн. сб. (ЦИНТИЭП), 1964. Вып. 31. С. 15.

93. Мармер Э.Н., Мальцева Л.Ф., Русин С.П., Барабанова Л.Г., Гурвич О.С. Исследование свойств графита при высоких температурах в вакууме / «Электротермия», научн.-техн. сб. (ЦИНТИЭП), 1961. № 3. С. 14-21.

94. Гурвич О.С., Мармер Э.Н. Механические свойства графита, применяющегося в вакуумных электропечах // Порошковая металлургия. 1962. № 2 (8). С. 77-86.

95. Ляхин Ю.П., Мармер Э.Н., Самосеев А.П. Испытание различных теплоизоляционных материалов для футеровки вакуумных печей с графитовым нагревателем / «Электротермия», научн.-техн. сб. (ЦИНТИЭП). М. 1961. № 89. С. 8-10.

96. Свойства конструкционных материалов на основе графита. Справочник. Под ред. В.П. Соседо-ва. М.: Металлургия, 1975.

97. Рогайлин М.И., Чалых Е.Ф. Справочник по углеграфитовым материалам. Л.: Химия, 1974.

98. Мухин В.М. Исследование изменения степени черноты в процессе нагрева изделий и его влияние на тепловыделение в области электропечей сопротивления: автореферат кандидатской диссертации. Москва, 1970. С. 24.

99. Шубин А.А., Прокушин В.Н., Мармер Э.Н., Новожилов С.А., Клейменов В.В. Углерод-углеродные композиционные материалы с низкой плотностью для высокотемпературной теплоизоляции электропечей / Вопросы оборонной техники. Науч-но-техн. сб. 1998. Сер. 15. Вып. 1 (118). С. 28-30.

100. Барабанова Л.Г., Мурованная С.Г., Мармер Э.Н. Исследование теплопроводности при высоких температурах изделий, спрессованных из вольфрамовой путанки // Теплофизика высоких температур. 1969. № 3. С. 583-585.

101. Лукин Е.С. Исследование некоторых свойств керамики из чистых оксидов при высоких температурах: автореферат кандидатской диссертации. Москва, 1965.

102. Kingery W. D. et al. // J. Amer. Ceram. Soc. 1954. Vol. 37, No. 3. P. 107.

103. Lintner R.E. et al. // Metal Progr. 1963. Vol. 84, 85. P. 109.

104. Абрамсон И.Д. Керамика для авиационных изделий. М.: Оборонгиз, 1963.

105. Meelntire H.O. // Foundry Trade J. 1957. Vol. 103, No. 2143. P. 543.

106. Семенов Ю.А. Производство подогреваемых катодов электровакуумных приборов. М.: Гос-энергоиздат, 1962.

107. Исследования при высоких температурах. М.: Изд-во иностр. лит., 1962.

108. Ziegelindustrie. 1954. Vol. 7, No. 21. P. 877.

109. Гузман И.Я., Полубояринов Д.Н. // Огнеупоры. 1959. № 2. С. 71.

110. Техника высоких температур под ред. Кем-пбелла. М.: Изд-во иностр. лит., 1959.

111. Northcott I. Molibdenum. London: Butter-words Sеventific. Publication, 1956.

112. Northcott I. Molibdenium. London: Butter-words Scientific Publication, 1956.

113. Chiochelli V.E.J., Herry E.C. // J. Amer. Ceram. Soc. 1953. Vol. 36, No. 6. P. 180.

114. Мармер Э.Н., Хазанов Э.Е., Барабанова Л.Г. Опыт применения керамических футеровок в высоковакуумных печах // Вестник электропромышленности. 1958. № 3. С. 69-70.

115. Вишневский И.И. и др. Сборник научных трудов УНИИО, вып.6 (LIII). М.: Металлургиздат, 1962. С. 257.

116. Неметаллические тугоплавкие соединения / под ред. Косолаповой Т.Я. М.: Металлургия.

117. Левина И. А. Исследование условий службы керамики из окислов в высокотемпературных вакуумных печах: автореферат кандидатской диссертации. Москва, 1969.

118. Черепанов А.М., Тресвятский С.Г. Высокоогнеупорные материалы и изделия из окислов. М.: Металлургиздат, 1964.

119. Пустовалов В.В. Сборник научных трудов УНИИО, вып.5 (LII). М.: Металлургиздат, 1961. С. 324.

120. Пирогов А.П. // Огнеупоры. 1962. № 6. С. 275.

121. Самсонов Г.В. Нитриды. Киев: «Наукова думка», 1969.

122. Ковенский И.И., Самсонов Г.В. // Физика металлов и металловедение. 1963. Т. 15, Вып. 6. С. 940.

123. Самсонов Г.В., Марковский Л.Я., Жигач А.Ф., Валяшко М.Г. Бор, его соединения и сплавы. Киев: Изд-во АН УССР, 1960.

124. Гурвич О С., Дубовик Т.В., Струк Л.И. Трение и изнашивание пары молибден-карбонитрид бора // Порошковая металлургия. 1980. № 1 (205). С. 89-91.

125. Открытие №138, приоритет 03.11.1999 г. «Закономерная связь между величинами объемной теплоемкости высокотемпературных материалов и температурой их нагрева», авторы: Мармер Э.Н., Попов А.Н., Волохонский Л.А. и Новожилов С. А.

126. Кудряшова Л.В., Орданьян С.С., Мальцева Л.Ф., Мармер Э.Н, Граков В.Е. Твердые растворы №С-ТаС - материал для изготовления нагревателей и футеровки / Доклад на VI конференции «Методы промышленного получения, свойства и области применения тугоплавких карбидов и композитов на их основе», 1982, февраль, г.Волжск.

127. Прокушин В.Н., Шубин А.А., Казаков М.Е. Свойства углеродных композиционных материалов для вакуумных высокотемпературных электропечей // Прогресс в атомной промышленности. 2001. № 1. С. 15.

128. Кржижановский Р.Е., Штерн З.Ю. Теплофи-зические свойства неметаллических материалов (кар-биды). Справочная книга. Л.: Энергия, 1976.

129. Коломоец Н.В. и др. // ЖТФ. 1958. Т. 28. С. 2382.

130. Физико-химические свойства элементов. Справочник. Под ред Самсонова Г.В. Киев: «Нау-кова думка», 1965.

131. Захаренко В.К., Полонский Ю.А. Повышение эффективности работы печей сопротивления с карбидокремниевыми электронагравателями // Электротехника. 1996. № 11. С. 36-38.

132. Андриевский Р. А., Спивак И.И. Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе. Справочник. Челябинск: Металлургия, 1989.

133. Открытие № 152, приоритет 25.10.2000 г. «Закономерность изменения приведенной молярной теплоемкости высокотемпературных соединений от числа атомов в этих соединениях (закономерность Мармера-Попова)», авторы: Мармер Э.Н., Попов А.Н., Гринберг Ю.М., Лебедев А.В. и Новожилов С. А.

134. Свойства элементов, в 2-х частях. Ч.1: Физические свойства. Справочник, 2-е изд. М.: Металлургия, 1976.

135. Смитлз К. Дж. Металлы. Справочное изд. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1980.

136. Мармер Э.Н. Новый метод определения термодинамических и физико-химических параметров

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

высокотемпературных материалов при 1500-2500 К // Материаловедение. 2001. № 9. С. 11.

137. Сб. «Свойства тугоплавких металлов и сплавов». ВИАМ, ОНТИ, 1963.

138. Seifert R.L. // Phys. Rev. 1948. Vol. 73, No. 10. P. 1181.

139. Воронин Н.И., Бейниш А.М. Труды ВИО, 1960. Вып. 29.

140. Андреева Н.А. Исследование диссоциативного испарения и спекания двуокиси циркония в вакууме. Автореферат кандидатской диссертации. Ленинград, 1968. С. 18.

141. Economos L. // Lnd. And Eng. Chem. 1953. Vol. 45, No. 2. P. 46.

142. Моргулис О.М., Усатиков И.Ф. // Огнеупоры. 1965. № 12. С. 42.

143. Самсонов Г.В. и др. // Изв. АН СССР, ОТН, Металлургия и горное дело. 1964. № 4. С. 106.

144. Мармер Э.Н., Буриков А.Г., Рабинович Е.М., Ольшанский Б.Н., Ольшанский А.Б. Массо-унос молибдена при нагреве листов из тугоплавких сплавов в вакууме // Цветные металлы. 1981. № 4. С. 85-86.

145. Jons W.E. Sympos. on vac. met., 1958, Perga-mon Press.

146. Kroll W.E., Schlechter A.W. // Trans. Elektischem. Soc. 1948. Vol. 93.

147. Johnson P. D. // J. Amer. Ceram. Soc. 1950. Vol. 33, No. 5. P. 168.

148. Каменецкий А.Б., Гулько Н.В., Гладкая Н.В. Электроизоляционный материал для электродов, работающих в вакууме // Огнеупоры. 1970. № 5. С. 50-53.

149. www.lanterm.ru

150. Приходько Л.И. Автореферат кандидатской диссертации. Киев, 1968.

151. Мармер Э.Н. Графоаналитический метод расчета эксплуатационных характеристик вакуумных электропечей сопротивления // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2007. № 8 (52). С. 16-19.

152. Мармер Э.Е., Мурованная С.Г., Клыкова Р. С. Определение степени окисления при нагреве в вакууме // МиТОМ. 1971. № 7. С. 65-66.

153. Линецкий Б.Л., Крупин А.В., Опара Б.К. Безокислительный нагрев редких металлов и сплавов в вакууме. М.: Металлургия, 1985.

154. Мармер Э.Н., Мурованная С.Г., Вислобоков В. И. Разработка масла для закалки в вакуумных печах / Современное оборудование и технология термической и химико-термической обработки металлических материалов. Материалы семинара. М., МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1984. С. 82.

155. Мармер Э.Н., Вислобоков В.И., Пузанов А.Ф., Буриков А.Г. Способ вакуумной закалки стальных изделий. Авт. свид. СССР №840145 с приоритетом от 20.02.1981 г.

156. Футорянский Ю.В. Совершенствование технологии термической обработки деталей подшипников на ГПЗ-4 // МиТОМ. 1981. № 10. С. 31-34.

157. Шеремета В.К., Рудакова Н.Я., Чередниченко Г.И., Маскаев А.К., Оразова М.Р., Ткачук Т.И., Процедим П.С., Гарун Я.Е., Мармер Э.Н., Вислобоков В.И., Мурованная С.Г., Громова Н.С., Бойченко А.В. Закалочное масло. Авт. свид. 1247423. Опубл. 30.07.86. БИ № 28.

158. Спектор Я.И., Бурдасова Т.А., Смирнов

A.М., Артемьева В.П., Мармер Э.Н., Вислобоков

B.И. Способ термической обработки стальных деталей. Авт. свид. № 1064629 от 30.06.1981 г., опубл. БИ № 14, 1997.

159. Шубин Р.П., Гринберг М.Я. Нитроцемента-ция деталей машин. М.: Машиностроение, 1975.

160. Мармер Э.Н., Вислобоков В.И., Пузанов А.Ф., Буриков А.Г. Способ вакуумной закалки стальных изделий. Авт. свид. СССР № 840145 от 30.06.1981. БИ № 23.

161. Мурованная С.Г., Ляхин Ю.П., Мармер Э.Н., Клыкова Р.С. Способ светлой закалки деталей. Авт. свид. № 388038 от 22.06.1973. БИ № 28, 1973.

162. Мурованная С.Г., Ляхин Ю.П., Мармер Э.Н., Клыкова Р.С., Курукин В.В., Гурвич О С. Вакуумная установка для термообработки изделий. Авт. свид. № 384894 от 29.05.1973. БИ № 25, 1974.

163. Боголюбов В.С., Усатый Ю.П., Кашин С.Н. Вакуумная цементация и закалка изделий автотракторной промышленности / Современное оборудование и технология термической и химико--термической обработки металлических материалов. М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986. С. 30-35.

164. Криштал М.А., Цепов С.Н. Свойства сталей после высокотемпературной вакуумной цементации // МиТОМ. 1980. № 6. С. 2-7.

165. Мармер Э.Н., Мурованная С.Г., Усатый Ю.П., Кальнер В.Д., Юрасов С.А., Попова А.И. Способ газовой цементации стальных деталей. Авт. свид. № 730875 от 20.04.1980. Опубл. в БИ № 16, 1980.

166. Мармер Э.Н., Усатый Ю.П., Хачатуров

C.С., Акимова А.Ю. Вакуумная цементация втулок из стали 12Х17 для шарошек буровых долот / Поверхностные методы упрочнения металлов и сплавов в машиностроении. Материалы семинара. М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1983. С. 36-39.

167. Гадзырь Н.Ф., Гнесин Г.Г., Михайлик А.А., Бритун В.Ф. Свойства и структурные особенности нанокомпозитных порошков на основе SiC // Порошковая металлургия. 1999. № 7-8. С. 12-16.

168. Иванов А.В., Потоскаев Г.Г., Пушкин В.В., Борисенко Н.И. Особенности применения вакуумных печей для предварительного и окончательного спекания в технологии твердых сплавов // Прогресс в атомной промышленности. Атомпресс. 2001. № 1. С. 22-26.

169. Мармер Э.Н., Балаклиенко Ю.М., Новожилов С.А., Хасанов О.Л., Двилис Э.С. Вакуумное

3

M

•и: -

95

спекание керамики из нанопорошков оксида циркония // Альтернативная энергетика и экология -ISJAEE. 2007. № 6. С. 41-43.

170. Скороход В.В., Солонин С.М. Физико-метал-лургические основы спекания порошков. М.: Металлургия, 1984.

171. Otto G. Vaccuum sintering of stainless steel // Internat. J. Powder Met. and Powder Technology. 1975. Vol. 11, No. 1. P. 19-23.

172. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1984.

173. Дзенеладзе Ж.И., Щеголева Р.П., Голубева Л.С. и др. Порошковая металлургия сталей и сплавов. М.: Металлургия, 1978.

174. Валликиви А.Ю. Кинетика усадки при спекании железографита ЖГр2 // Порошковая металлургия. 1978. № 12. С. 18-21.

175. Радомысельский И.Д., Шильдин В.В., Тка-ченко В. Ф. Влияние сред спекания на механические свойства порошковых наржавеющих сталей // Порошковая металлургия. 1981. № 7. С. 56-60.

176. Радомысельский И.Д., Шильдин В.В., Тка-ченко В.Ф. Влияние сред спекания на структурное состояние порошковых нержавеющих сталей // Порошковая металлургия. 1981. № 6. С. 82-86.

177. Сенотрусов С.К., Сыч В.Я., Чернявская С.Г., Отрощенко В.Г. Влияние вакуумного спекания на рафинирование стали Х18Н15 // Порошковая металлургия. 1980. № 7. С. 21-25.

178. Нельцина И.В., Радомысельский И.Д. Получение и свойства порошковой стали Х25 // Порошковая металлургия. 1982. № 12. С. 35-39.

179. Спеченные материалы для электротехники и электроники. Справочник. Под ред. Гнесина Г.Г. М.: Металлургия, 1981.

180. Быков И.Д., Дубров Г.Л., Бокий В.Ф. и др. Опыт изготовления инструмента из карбидосталей // Порошковая металлургия. 1984. № 5. С. 40-45.

181. Чарчян Г.З., Мидоян Ж.А., Андриасян А.А. Изучение некоторых технологических условий получения карбидосталей на основе быстрорежущей стали / Тезисы докладов XV Всесоюзной науч.-техн. конф. Киев: ИПМ АН УССР. 1985. С. 408-409.

182. Падалко О.В. Спеченные быстрорежущие стали // Порошковая металлургия. Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР. М. 1983. Т. 1. С. 3-76.

183. Пирог В. Д., Бабарицкий К. А. Изделия из порошков, выпускаемых Броварским заводом порошковой металлургии // Сталь. 1980. № 8. С. 89-91.

184. Самсонов Г.В., Ковальченко М.С. Горячее прессование. Киев: Госиздат техн. лит. УССР. 1962.

185. Гаршин А.П., Гропянов В.М., Зайцев Г.П., Семенов С.С. Керамика для машиностроения. М.: Научтехлитиздат, 2003.

186. Новожилов С.А. Оптимизация применения углеродных материалов в конструкциях высокотемпературных электропечей и разработка нового углеродного композиционного материала для нагревателей: автореф. канд. дисс. Москва, 2002.

187. Пушкин А.Л. Выбор конструкции нагревательного устройства к газостату // Серия «Электротермия». 1982. Вып. 12 (196). С. 8-11.

188. Викторов В.С., Пушкин А.Л. Теплофизиче-ские характеристики некоторых волокнистых материалов футеровок высокотемпературных электропечей для газостатов // Серия «Электротермия». 1984. Вып. 9 (259). С. 7-9.

189. Гутман М.Б., Пушкин А.Л., Мальтер В.Л., Викторов В.С., Тришкин В.Л. Газостаты с повышенной рабочей температурой // Серия «Электротермия». 1982. Вып. 11 (237). С. 8-10.

190. Разумов Л.Л., Костиков В.И., Гутман М.Б., Пушкин А.Л. Композиционные материалы углерод-углерод, особенности их производства и применения // Серия «Электротермия». 1983. Вып. 8 (246). С. 7-14.

191. Пушкин А.Л. Исследование конвективного теплообмена в газонаполненных компрессионных электропечах: автореф. канд. диссертации. М., 1978.

192. Линецкий Б.Л., Крупин А.В., Опера Б.К., Раков А.Г. Безокислительный нагрев редких металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1985.

193. Гладков А. С., Амосов В.М., Копецкий Ч.П., Левин А.М. Металлы и сплавы для электровакуумных приборов. М.: Энергия, 1969.

194. Раковский В.С., Силаев А.Ф., Ходкин В.И., Фаткулин О.Х. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов и тугоплавких металлов. М.: Металлургия, 1974.

195. Анциферов В.Н., Устинов В.С., Олесов Ю.Г. Спеченные сплавы титана. М.: Металлургия, 1984.

196. Воробьев Б.Я., Олесов Ю.Г., Дрозденко В.А. Производство изделий из титановых порошков. Киев: Техника, 1976.

197. Чернышев В.Н., Крупин А.В., Павлов И.М. и др. Влияние среды на показатели процессов прокатки / Прокатка штампов и биметаллов в вакууме. М.: Металлургия, 1968. Сб. ХУ! C. 106-110.

198. Калачев В.А., Габидуллин Р.М., Пигузов Ю.В. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980.

199. Устинов В.С., Олесов Ю.Г., Дрозденко

B.А., Антипин Л.Н. Порошковая металлургия титана, 2-е изд. М.: Металлургия, 1981.

200. Жуков Л.Л., Племянникова И.М., Миронова М.Н. и др. Сплавы для нагревателей. М.: Металлургия, 1981.

201 Seybold A.V. Solid solubility of oxygen in co-lambium // J. Metals. 1954. Vol. 6. P. 774-776.

202. Finnemore D.K., Stromberg T.F., Swenson

C.A. Superconducting properties of high-purity niobium // Phys. Rev. 1966. Vol. 149. P. 231-243.

203. Бартель И., Бартель К-Х., Фишер К. и др. Сверхпроводимость и электронная структура сверхчистого ниобия. Получение сверхчистого ниобия // Физика металлов и металловедение. 1973. Т. 35, Вып. 5. С. 921-951.

204. Тантал, ниобий и их сплавы. М.: Металлургия, 1966.

205. ТЪе science and technology of W, Mo, Ta, Nb and their alloys. Oxford: Pergamon Press, 1964. P. 588.

206. Гуревич Я.Б. Горячая прокатка металлов и сплавов в вакууме: автореферат докторской диссертации. М., 1969.

207. Богатырев Ю.М., Фигельман М.А. Электротермическая обработка молибдена // МиТОМ. 1972. № 11. С. 48-50.

208. Мармер Э.Н., Хазанов Э.Е., Синяков А.Ф., Липилина Л.Р. Спекание молибденовых штабиков в печах косвенного нагрева с графитовыми нагревателями. Применение вакуума в металлургии. М.: Изд-во АН СССР, 1963. С. 213-215.

209. Горбачев В.С. Спекание порошкового молибдена в вакуумных печах с нагревателями и футеровкой из графита / Порошковая металлургия. Минск: Высшая школа. 1966. С. 204-207.

210. Савицкий Е.М., Бурханов Г.С., Раскатов М.Н., Михайлов С.М. Эффект термоциклирования монокристаллов вольфрама, полученных электроннолучевой зонной плавкой. М.: Наука, 1966. С. 89-96.

211. Мармер Э.Н., Балаклиенко Ю.М., Новожилов С.А., Хасанов О.Л., Двилис Э.С. Вакуумное спекание керамики из нанопорошков оксида циркония // Альтернативная энергетика и экология -ISJAEE. 2007. № 6 (50). С. 41-43.

212. Мармер Э.Н., Новожилов С.А. Вакуумные электропечи с нагревательными блоками из углеродных композиционных материалов // Технология металлов. 2004. № 8. С. 42-45.

213. Мармер Э.Н., Падалко О.В., Новожилов С.А. О применении экологически чистых вакуумных электропечей сопротивления при получении карбидов кремния и титана из природного сырья // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2005. № 10 (30). С. 36-40.

214. Балаклиенко Ю.М., Мармер Э.Н., Новожилов С.А. Рафинирование углеродных нанотрубок и нановолокон в вакуумных электропечах сопротивления // Там же. С. 89-92.

215. Мармер Э.Н., Балаклиенко Ю.М, Новожилов С.А., Лебедев А.В. Вакуумные электропечи сопротивления для спекания особо высокотемпературных материалов атомной техники // Там же. 2005. № 3. С. 39-42.

216. Мармер Э.Н., Кривошеин Д.А., Вавилкина С.В., Колесников С.А. Определение электросопротивления нагревателей из композиционных углеродных материалов // Цветные металлы. 1989. № 6. С. 74-76.

217. Мармер Э.Н., Кривошеин Д.А. Электропроводность некоторых углеродных материалов // Химия твердого топлива. 1989. № 3. С. 116-123.

218. Мармер Э.Н., Кривошеин Д.А., Вислобоков В.И. Термическая стойкость углеродных материалов, применяемых в конструкциях вакуумных печей сопротивления // МиТОМ. 1989. № 1. С. 28-29.

219. Мармер Э.Н., Кривошеин Д.А., Вавилкина С.В., Колесников С.А. Влияние температуры термообработки на электросопротивление углерод-углеродных композиционных материалов // Химия твердого топлива. 1988. № 1. С. 93-97.

220. Новожилов С.А. Некоторые свойства углеродных композиционных материалов, пропитанных карбидом титана. М.: Атомпресс, 2001. С. 27-29.

221. Буриков А.Г., Мармер Э.Н., Новожилов С.А., Блинов В.Н. Высокотемпературная печь сопротивления. Свидетельство № RU4882 на полезную модель. Опублик. БИ, 1997, № 8.

222. Косолапова Т.Я., Андреева Т.В., Бартниц-кая Т.Б., Гнеси Г.Г., Макаренко Г.Н., Осипова И.И., Прилуцкий Э.В. Неметаллические тугоплавкие соединения. М.: Металлургия, 1985.

223. Рубинчик Л.Е. Водородные электрические печи. М.: Энергия, 1970.

224. Соседов В.П., Чалых Е.Ф. Графитация углеродных материалов. М.: Металлургия, 1987.

225. Мармер Э.Н., Мурованная С.Г., Усатый Ю.П., Кальнер В.Д., Юрасов С.А., Попов А.И. Способ газовой цементации стальных деталей. Авт. свид. № 730875, опубл. 03.05.80, БИ, № 16.

226. Аничкина Н.Л., Боголюбов В.С., Бойко В.В. Исследование свойств сталей при газовом, ионном и вакуумном азотировании // МиТОМ. 1989. № 7.

227. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шапошников В.Н. Регулируемые процессы азотирования в тлеющем разряде / Прогрессивные методы химико-термической обработки. М.: Машиностроение, 1979. С. 142-147.

228. Рябченко С.В. Разработка процессов химико-термической обработки металлов тлеющим разрядом. М.: Машиностроение, 1979. С. 132-141.

229. Сошкин С.М., Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Строение диффузионного слоя при вакуумном азотировании // МиТОМ. 1984. № 7. С. 32-34.

230. Минков О.Б. Борирование высоколегированных сталей с использованием вакуумного нагрева / Поверхностные методы упрочнения металлов и сплавов в машиностроении. Материалы семинара. М.: МД НТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1983. С. 85-88.

231. Чатынян Л. А., Гурвич О.С., Мармер Э.Н., Минков О.Б. Особенности формования боридных покрытий на хромоникелевых аустенитных сталях // Трение и износ. 1982. Т. 3, № 2. С. 316-326.

232. Чатынян Л.А., Гурвич О.С., Мармер Э.Н., Минков О.Б. Влияние внутренних напряжений в боридных покрытиях высоколегированных сталей на их износостойкость в вакууме // Трение и износ. 1983. 7-8. Т. IV, № 4. С. 608-614.

233. Мармер Э.Н., Минков О.Б. Вакуумные печи для термообработки сталей // Электротехника. 1992. № 2. С. 12-14.

234. Орданьян С.С., Вихман С.В., Прилуцкий Э.В. Структура и свойства материалов системы SiC-TiB2 // Порошковая металлургия. 2002. № 1-2. С. 48-51.

235. Шипилова Л.А., Петровский В.Я. Структура, образование, электрофизические и механические

3

M

•и: -

97

характеристики электропроводного карбида кремния // Порошковая металлургия. 2002. № 3-4. С. 41-43.

236. Меерсон Г.А. Вакуум-термическое восстановление окислов тугоплавких металлов углеродом / Применение вакуума в металлургии. М.: Изд-во АН СССР, 1960. С. 115-123.

237. Балаклиенко Ю.М. Рафинирование углеродных наноматериалов от зольных примесей / Вакуумная техника - материалы и технологии. 3-я МНТ конференция. М., КВЦ Сокольники, 2008, март. С. 122-127.

238. Капустин Е.Н. Новое оборудование и перспективные разработки ООО «Вакууммаш» / Вакуумная техника - материалы и технологии. 3-я МНТ конференция. М., КВЦ Сокольники, 2008, март. С. 55-57.

239. Мармер Э.Н., Новожилов С.А., Балаклиенко Ю.М., Лебедев А.В., Падалко О.В. Экологически чистые электропечи для графитации и спекания высокотемпературных материалов и производства карбидов кремния и титана из природного сырья / Тезисы докл. семинара «Перевод промышленного предприятия в режим чистого (ресурсосберегающего) производства-потребления». М., 2004. С. 136-137.

240. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1976.

241. Мальцева Л.Ф. Исследования некоторых физико-химических свойств тугоплавких карбидов в связи с перспективой их использования в элек-тропечестроении. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Киев, 1967. С. 16.

242. Самсонов Г.В., Портной К.И. Сплавы на основе тугоплавких соединений. М.: Оборонгиз, 1961.

243. Самсонов Г.В. и др. // Огнеупоры. 1961. № 7. С. 335.

244. Фесенко В.В., Болгар А.С. // Порошковая металлургия. 1963. № 1. С. 17.

245. Мальцева Л.Ф., Лапшов Ю.К., Мармер Э.Н., Самсонов Г.В. Высокотемпературные нагреватели из карбидов ниобия и циркония // Порошковая металлургия. 1965. № 11(35). С. 87-93.

246. Самсонов Г.В., Киндышева В.С., Кислый П.С., Мальцева Л.Ф., Мармер Э.Н. Применение карбида ниобия в качестве нагревателей электропечей сопротивления // Технология и организация производства. Киев. 1970. № 1. С. 83-86.

247. Выписка из постановления правления НТС Машпрома от 16.12.1970 г. о присуждении премии имени П.Г. Соболевского.

248. Lindman W., Hamijan H. // Amer. Ceram. Soc. 1952. Vol. 35. P. 336.

249. Физико-химические свойства окислов. Справочник (под ред. Г.В. Самсонова). М.: Металлургия, 1969.

250. Самсонов Г.В., Падерно В.Н. // ЖПХ. 1963. Т. XXXVI, вып. 12. С. 2759.

251. Мальцева Л.Ф., Мармер Э.Н. Исследование электросопротивления и теплопроводности некоторых тугоплавких соединений // Электротермия. На-учно-техн. сб. М., 1964. Вып. 31. С. 25-26.

252. Мальцева Л.Ф., Лапшов Ю.К., Мармер Э.Н., Самсонов Г.В. Высокотемпературные нагреватели из карбидов ниобия и циркония // Порошковая металлургия. 1965. № 11 (35). С. 87-93.

253. Граков В.Е., Кудряшова Л.В., Мальцева Л.Ф., Мармер Э.Н., Орданьян С.С. Спеченные материалы для нагревателей на основе карбида ниобия / Авт. свид. № 978606 с приоритетом 19.06.1979 г.

254. Мальцева Л.Ф., Кудряшова Л.В., Орданян С.С., Мармер Э.Н., Савранская Л.А., Граков В.Е. Исследование некоторых физико-технических свойств композиций NbC-TiC с добавками углерода / Доклад на VI конф. «Методы промышленного получения, свойства и области применения тугоплавких карбидов, сплавов и композиций на их основе». 16.02.1982. Волжск.

255. Хасанов О. Л. Методы ультразвукового ком-пактирования нанопорошков в технологии изготовления изделий из конструкционной и функциональной нанокерамики // Нанотехника. 2005. № 2. С. 29-36.

256. Khasanov O.L., Dvilis E.S., Sokolov V.M. Compressibility of the structural and functional ceramic nanopowders // Journ. of the European Cer. Soc. 2007. Vol. 27, № 2-3. P. 749-752.

257. www.irito.ru

258. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения. Справочник. Киев: Наукова думка, 1985.

259. Григорьев О.Н., Прилуцкий Э.В., Трунов Е.Г., Козак И.В. Структура и свойства керамики на основе боридов вольфрама, титана и карбида бора // Порошковая металлургия. 2002. № 3-4. С. 35-40.

260. Мармер Э.Н., Вислобоков В.И., Викулин Л.М. Новая вакуумная электропечь СЭВФ-3.3/11,5 И3 // Отраслевой информационный сборник. 1988. Вып. 10 [10]. С. 1-2.

261. Минков О.Б., Сухарев А.В., Сухарев В.А. Вакуумное электропечное оборудование нового поколения // Metall Russia. 2008. С. 14-17.

262. Мармер Э.Н., Истомин Г.Н., Алферов В.В. Устройство для защиты смотровых окон от запыле-ния / Авт. свид. № 264103, заявл. 26.04.1968.

263. Истомин Г.Н., Фарбер Э.В., Мармер Э.Н., Будзинский О.З. Измерение температуры расплава в электронно-лучевой печи // Электротермия. 1970. Вып. 91. С. 16.

264. Коган А.В. Оптическая пирометрия для измерения малых тел // Электротермия. 1963. № 6. С. 38-41.

265. Мармер Э.Н., Егоров В.Г. Испытание новых приборов для измерения высоких температур // Электротермия. 1963. № 6. С. 15-17.

266. Авт. cвид. № 171416. Тейтельман А.Я., Охлопков В.М., Одиночкин В. Д. Устройство для за-

щиты смотровых окон в высокотемпературных вакуумных установках // БИ. 1963. № 11.

267. Свет Д.Я., Куртев Н.Д. // Приборы и средства автоматизации. 1962. № 2. С. 53.

268. Свет Д.Я. // Измерительная техника. 1960. № 6. С. 26.

269. Альтшулер Я. А. и др. // Приборы и средства автоматики. 1963. № 10. С. 77.

270. Диффузионная сварка материалов. Справочник. Под ред. Казакова Н.Ф. М.: Машиностроение, 1981.

271. Кислый П. С. Высокотемпературные термопары. С. 177-184 [49].

272. Самсонов Г.В., Кислый П.С., Синельникова В.С. Авт. свид. № 123331 // Бюлл. изобр. 1959. № 12.

273. Мармер Э.Н., Гурвич О.С., Мурованная С.Г. Исследования в области вакуумных электропечей для спекания постоянных магнитов // Электротермия, Труды ВНИИЭТО. Вып. 8.

274. Зацепин С.В. Поведение примесей внедрения при вакуумном отжиге трансформаторной стали и их влияние на вторичную рекристаллизацию: Автореферат канд. диссертации. М., 1970.

275. Ляхин Ю.П., Мармер Э.Н. Динамические уплотнения протяжных электропечей // МиТОМ. 1969. № 9. С. 63-67.

276. Лейканд М.С. Конструкции вакуумных электропечей сопротивления. М.: Госэнергоиздат, 1961.

277. Баринов Ю.М., Становой Ю.М., Касаткина Л.И. Усовершенствование нагревательной камеры электропечи СШВЛ-1.2,5/25 М01 // Электротермия. 1976. Вып. 10 (170). С. 11-12.

278. Жуков В.В., Мармер Э.Н., Хазанов Э.Е. Исследование основных узлов методических вакуумных электропечей с рабочей температурой до 1200° С // Электротермия. 1961. № 1. С. 9-11.

279. Пельц Б.Б., Мармер Э.Н. Вакуумная электропечь для спекания тугоплавких металлов и сплавов // Электротермия. 1961. № 2. С. 21-27.

280. Мармер Э.Н., Ковалев М.Н., Паршин Н.И., Соболев С.И., Кондратьев А.И., Шумов Д.С. Электротермическое оборудование для высокотемпературного нагрева в сверхвысоком безмасляном вакууме // Электронная техника, Сер. 1 «Электроника СВЧ». 1977. Вып. 2. С. 96-102.

281. Ковалев М.Н., Мармер Э.Н., Лютенко И.А., Фомин В.М. Печь со сверхвысоким вакуумом для термической обработки // Металловедение и термообработка металлов. 1970. № 8. С. 25-28.

282. Мармер Э.Н., Ковалев М.Н., Кондратьев А.И. Особенности конструирования сверхвысоко-вакуумных электропечей сопротивления // Электротермия. 1968. № 72. С. 44-46.

283. Макарычев И.И., Ковалев М.Н., Кондратьев А.И., Мармер Э.Н. Сверхвысоковакуумные электропечи сопротивления полунепрерывного действия. М.: Энергия. Труды ВНИИЭТО, Вып. 2. С. 33-37.

284. Макарычев И.И., Кондратьев А.И. Сверх-высоковакуумные электропечи сопротивления. М.: Энергия, 1975.

285. Лейканд М.С. Конструкции вакуумных электропечей сопротивления и их узлов. М.: Госэнергоиз-дат, 1961.

286. Мармер Э.Н., Поляк Г.В., Усатый Ю.П., Фомина В.А. Камерный вакуумный агрегат СНВА-5.10.5/7И1 для химико-термической и термической обработки // Электротермия. 1984. № 10 (260). С. 7-8.

287. Поляк Г.В., Усатый Ю.П., Электропечь СНВ-5.10.5/13И1 для вакуумной цементации // МиТОМ. 1986. № 12. С. 58-60.

288. Мармер Э.Н., Кузнецов Д.В. Методика усовершенствования вакуумных печей сопротивления // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2008. № 8. С. 38-42.

289. Маергойз И.И., Петрук А.П. Контролируемые атмосферы в электрических печах. М.: Энергия, 1971.

290. Рубинчик Л.Е. Водородные электрические печи. М.: Энергия, 1970.

291. Чередниченко В.С., Бородачев А.С., Артемьев В.Д. Электрические печи сопротивления. Том 2. Конструкция и эксплуатация электропечей сопротивления. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006.

292. Чередниченко В.С., Бородачев А.С., Артемьев В.Д. Электрические печи сопротивления. Том 1. Теплопередача и расчет электропечей сопротивления. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006.

293. Тимофеева И.И., Прядко Л.Ф., Самсонов Г.В. // Порошковая металлургия. 2008. № 1-2. С. 3-5.

294. Быков А.И., Тимофеева И.И., Клочков Л.А., Рачун А.И., Исаев Л.П., Урбанович В.С., Ристич М.М. Получение и особенности структуры нано-композитных систем Ti-N-B; Ti-N-C // Порошковая металлургия. 2008. № 1-2. С. 62-72.

295. Ковальченко М.С., Самсонов Г.В. Развитие работ по теории и технологии тугоплавких соединений и материалов на их основе // Порошковая металлургия. 2008. С. 5-11.

296. Мармер Э.Н., Кузнецов Д.В. Высокотемпературные вакуумные печи для спекания изделий атомной энергетики // Тяжелое машиностроение. 2009. № 9. С. 29-31.

297. Мармер Э.Н., Балаклиенко Ю.М., Новожилов С.А., Хасанов О.Л. Спекание изделий из оксидов циркония и алюминия и из борида циркония. Отчет о совместной работе ВНИИЭТО и НТЦ «Спектр» ТПУ, июнь 2005 г.

298. Мармер Э.Н. Пятьдесят лет при вакуумных печах (прошлое в будущем). М., 2007.

299. Солонин М.И., Лякишев Н.П., Калин Б.А., Коновалов И.И. Перспективные материалы и технологии новых материалов атомной техники. М.: МИФИ, 2003.

3

99