CC BY
43Koi стру^ц^ Diibja ^штзрушёb
HYDROGEN ENERGY AND TRANSPORT Structural materials
вакуумный нагрев в технологии, экономике, экологии
Э. H. M ар мер
Member of International Editorial Board
Мармер Эдуард Никитович
Сведения об авторе: кандидат техн. наук, академик РАЕН.
Образование: Московский институт химического машиностроения (1947 г.).
Область научных интересов: создание промышленных вакуумных электропечей сопротивления, высокотемпературное материаловедение.
Публикации: 2 открытия, более 210 статей, 40 авторских свидетельств и патентов, 6 монографий.
In this article it's submitted for consideration some aspects of using of vacuum as protective medium from oxidation at heating. An estimation of economical electric power consumption at keeping of ecological requirements of heating at high level of fire explosive safety is presented too.
Понятие о вакууме
Как известно, планета Земля перемещается в пространстве, имея атмосферу, давление которой на земной поверхности на уровне океанов составляет 0,1 МПа. На горных пиках давление снижается до 0,05-0,04 МПа. Аэронавтика занимает интервал 5-15 км от поверхности, где давление составляет 0,052-0,012 МПа. Искусственные спутники Земли используют зону с давлением в пределах 510-5...810-7 Па, а на Луне, не имеющей собственной атмосферы, и в межзвездном пространстве давление остаточных газов принято считать 10-10...10-23 Па [1].
Физические параметры газов зависят от длины свободного пробега молекул газа (а), которая также изменяется в зависимости от давления. Например, при давлении 0,1 МПа а = (4-5)10-3 см, соответственно, при давлении 10 -2 Па а = 40...50 см, а при 10 10 Па а = 108см = 1000 км.
Во многих направлениях земной цивилизации необходимо изучать среды с внеземными параметрами давления - вакуум. Для этого разрабатывались и разрабатываются откачные системы и конструктивные решения устройств, имитирующих условия на околоземных орбитах вплоть до межпланетных давлений.
Существенное отличие условий в электропечах, работающих в различном вакууме, от усло-
вий аэрокосмонавтики заключается в длительном воздействии высоких температур, которые существенно влияют на величины свободного пробега молекул, коэффициенты теплопроводности, электропроводности, диффузии газовых смесей, а также на взаимодействие с различными материалами, используемыми в качестве нагревателей, теплоизоляции, электроизоляции и других элементов конструкции печей.
Вакуум в печах используется в двух основных направлениях [2]:
1). Создание защитной среды, обеспечивающей безокислительный нагрев. Как удачно сказал один из крупных специалистов по защитным атмосферам, лучшая защитная атмосфера — это ее отсутствие, то есть вакуум. Уровень снижения давления зависит от требований технологий, которые определяют давление 10-10-7Па и температуры до 2500 °С [2].
2). В качестве технологической среды для обезгаживания металлов и сплавов, для рафинирования углеродных материалов, для предварительной термовакуумной обработки изделий из сталей с целью ускорения последующих процессов диффузионного насыщения, в частности борирования и цементации, для получения карбидов кремния и титана из природного сырья и других целей.
Статья поступила в редакцию 22.09.2006 г.
The article has entered in publishing office 22.09.2006
По глубине разрежения уровень вакуума в печах сопротивления является аналогом среды, в которой эксплуатируются самолеты и космические аппараты. Состав остаточной среды вакуумной электропечи любого назначения определяется различными факторами, к числу которых, в частности, следует отнести газовыделение из материалов нагревательного блока. Проведенные во ВНИИЭТО исследования [3, 4, 5] определили температурные зависимости газовыделения различных материалов.
В печах нагреваемых до 1200 °С и откачиваемых паро-масляными насосами снижается содержание паров воды до 1 %, кислорода до 0,1 %, повышается концентрация оксида углерода до 40-60 % и водорода до 60 %. а
Следовательно, в печах, откачиваемых па-ромасляными насосами, состав среды резко изменяется. Некоторое влияние на состав остаточных газов оказывает натекание извне корпусов печей, десорбирующиеся с поверхностей нагревательного блока газы, состоящие из кислорода, азота и паров воды, а также кислород и азот, образующиеся при диссоциации оксидов и нитридов.
Следует учитывать, что паромасляные бус-терные и высоковакуумные насосы создают обратный поток паров вакуумных масел, которые, разлагаясь на нагретых поверхностях, выделяют газообразные углеводороды различного состава.
Пример спектров остаточных газов в печи представлен на рис. 1.
Создание защитной от окисления среды
Уровень остаточных давлений зависит от технологических требований. Для сталей и сплавов
Рис. 1. Спектры остаточных газов нагревательной камеры в процессе выдержки при 1000 °С (выходной сигнал (7 при токе 10 мА в зависимости от молекулярной массы газа М): а — печь без образцов, р = 6,110 е Па; б — печь с образцом из стали Х18Н10Т, р = 110~6Па; в— печь с образцом из металла Х18Н10Т, р = 2,310-4Па
U, В 80
70
60
50
U, В
3,0
2,0
1,0
0
U, В
3,0
2,0
1,0
-Л
40
30
20
10
14 1618 20 М 0 2 14 1618 20 40 М 0 2 14 20 2840М а б в
на основе железа, никеля и хрома обычно используется интервал давлений 10"1-10"2 Па, который обеспечивается бустерными и высоковакуумными паромасляными насосами. Особенности применения таких насосов изложены ранее, а газообразные углеводороды различного состава представлены на рис. 1 [2, 6].
В состав остаточных газов в печах, откачиваемых паромасляными насосами, всегда будет способствовать восстановлению оксидов в виде поверхностных пленок и растворенных в массе металла. Особенно это влияние будет проявляться в изделиях порошковой металлургии, как в самих порошках, в том числе и наноразмерных, так и в изделиях из них.
Сравнение аналогичных процессов термообработки и спекания в вакууме и в эндогазе, а также водороде для сталей и сплавов на основе железа, никеля и хрома представлены в табл. 1.
При исследовании технологических процессов на этих печах были выявлены недостатки
Таблица 1
Сравнительные характеристики аналогичных технологий нагрева сталей в вакууме и в эндогазе [2, 3, 7]
№ Требования технологи- Нагрев в вакууме Нагрев в эндогазе и в водороде
ческих процессов
1 Повышение ресурса пластичности изделий Удаление легколетучих примесей и газов, особенно водорода Возможно дополнительное насыщение водородом
2 Сохранение исходной поверхности Универсальный метод, обеспечивающий светлую поверхность сталей и сплавов на основе никеля Возможно сохранение светлой поверхности для относительно близких по химическому составу изделий.
3 Повышение качества порошков, особенно наноразмерных, перед их прессованием Удаление адсорбированных газов, паров воды, легколетучих примесей при температуре 300.. .400 °С Невозможно
4 Повышение качества изделий после спекания Увеличение плотности, снижение хрупкости, снижение температуры спекания Плотность изделий может быть увеличена лишь при повышении температуры при одном и том же времени выдержки
Таблица 2
Недостатки при использовании вакуума при нагреве и методы их устранения
№ Недостатки Методы их устранения
п/п
1 Увеличенная длительность охлаждения, особенно в печах с твердой керамической и углеродной теплоизоляцией 1. Напуск нейтральных газов (азот, аргон, гелий) при температурах ниже 600...700 °С 2. Принудительная циркуляция нейтрального газа, в том числе с возможностью его охлаждения в теплообменнике 3. Перемещение садки в отдельную камеру охлаждения
2 Испарение отдельных легирующих элементов из сталей и сплавов при нагреве их в вакууме 10-1—10-2 Па Повышение давления при напуске нейтральных газов до 10-100 Па при длительной выдержке
3 Возможность припекания нагреваемых изделий между собой и с деталями контейнеров и этажерок Нанесение на детали керамических порошков методом окунания или разбрызгивания эмульсии из высокодисперсных оксидов алюминия или магния, замешанных на воде, или легко испаряющихся жидкостях
4 Пониженное напряжение между токонесущими элементами в соответствии с законом Пашена для требуемых значений вакуума и температуры Выбор безопасного напряжения при разработке и эксплуатации печей для повышения их надежности
мм. рт. ст.-см
I—I-1-1-1-1
5 5101 5102 5103 Па см
Рис. 2. Зависимость напряжения зажигания и от Р-й при различных температурах для электродов из сплава Х20Н80 в форме «зигзаг - плоскость»: 1 — 20 °С; 2 — 800 °С; 3— 1000 °С; 4 — 1100 °С
Для постоянного разрядного промежутка при снижении давления уменьшается количество молекул и заряженных частиц, но одновременно возрастает длина их свободного пробега, в связи с чем приложенное электрическое поле повышает энергию заряженных частиц.
Пробивное напряжение будет снижаться до тех пор, пока в разрядном промежутке будет соответствующее количество молекул и заряженных частиц. При дальнейшем снижении давления, в соответствии с законом Пашена, пробивное напряжение будет возрастать. Пробивное напряжение зависит как от давления, так и от произведения величины давления на расстояние в разрядном промежутке.
При постоянных расстояниях между электродами в печи давление может повышаться за счет газовыделений, а также за счет образования газовой фазы при восстановлении оксидов и нитридов. Повышение температуры также увеличивает вероятность возникновения пробоя между токонесущими элементами. Это может быть проиллюстрировано на примере сплава Х20Н80 (рис. 2).
В табл. 3 даны рекомендации по выбору безопасного напряжения для электропечей сопротивления в зависимости от температуры, материала электродов и вида газовой среды [3].
При необходимости напряжение может быть повышено в соответствии с законом Пашена, но в этом случае необходима блокировка напряжения по давлению и составу газа.
При более высоких температурах вакуум используется в качестве защитной среды наряду с аргоном и водородом при термообработке и спекании молибдена и вольфрама, а также карбидов металлов 1Уа и Уа подгрупп Периодической системы. Металлы 1Уа и Уа подгрупп могут обрабатываться только в вакууме или в очищенных аргоне или гелии. При этом давление газов в печи будет зависеть от технологических требований в пределах от 10 Па до 0,1 МПа. Для некоторых технологических процессов имеется возможность проводить дегазацию изделий при
при использовании вакуума и даны рекомендации по их устранению, что обобщено в табл. 2.
В соответствии с п. 4 табл. 2 необходимо обратить особое внимание на выбор напряжения между нагревателями, токоподводами и прочими элементами печи.
Известно, что электрический разряд в газе обусловлен столкновением заряженных частиц и возбужденных атомов с молекулами газа, вследствие чего в разрядном промежутке образуются электроны и ионы.
U, В 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200
Таблица 3
Рекомендуемые напряжения питания нагревателей для электропечей сопротивления
Напряжение, В
Материал газ Температура, °С
20 1200 1600 1800 2000 2200
Сплавы сопротивления Воздух 200 170 — — — —
Графит Азот 230 200 140 120 90 60
Графит Аргон 170 170 100 60 30 25
Графит Гелий 120 120 80 60 45 —
Вольфрам Азот 250 220 160 140 135 130
Вольфрам Аргон 170 165 120 95 60 35
Вольфрам Гелий 120 120 100 90 60 45
Молибден Азот 240 200 120 — — 30
Ниобий Аргон 160 130 60 40 20 15
сравнительно низких температурах, а при их повышении вводить инертный газ до давления, при котором упругостью диссоциации и скоростью испарения металлов и соединений можно пренебречь [2, 7,8, 9].
Технологические процессы, в которых вакуум обеспечивает новые свойства материалов
Удаление газов и легколетучих примесей происходит практически на всех режимах нагрева при вакуумной термообработке и спекании. Кроме того, существуют технологические процессы, в которых удаление растворенных газов из изделий дает возможность получать новые необходимые свойства.
Дегазация обычно производится при температурах более 1500 °С. При дегазации металлов и сплавов особое внимание уделяется средствам откачки. Для получения остаточных давлений в пределах 10"4...10"6 Па, при которых не допускается обратная миграция паров масла, ловушки, охлаждаемые жидким азотом, не всегда полностью защищают откачиваемый объем. Для этих целей используются газоразрядные, гете-ромагнитные, турбомолекулярные насосы с соответствующей арматурой. В конструкциях печей в этих случаях используются прогреваемые металлические уплотнения.
Разработанные печи с остаточным давлением 10"4...10"6Па [10] позволяют получать при этих давлениях температуры до 2200 °С. В одной из таких печей внутреннее пространство — 0250; к = 500 мм обезгаживали ниобиевые резонаторы для ядерных исследований.
Нагрев изделий из поликристаллического молибдена в сверхвысоком безмасляном вакууме позволяет получить свойства, эквивалентные монокристаллическому молибдену [11].
К этой же категории следует отнести технологические процессы, связанные с удалением различных веществ в результате взаимодействия элементов, содержащихся на поверхности и в объеме. При образовании в результате реакций газовой фазы в виде оксидов углерода последние легко удаляются вакуумными насосами, тем самым сни-
жая уровень температур реакции при достижении равновесных концентраций. Известно [22], что такой метод является основой рафинирования наноразмерных углеродных материалов от катализаторов взамен химических методов очистки.
Влияние вакуума на химико-металлургические реакции применительно к получению карбидов кремния и титана из природного сырья рассмотрено в работе [12]. Использование вакуума для частичного удаления хрома из высоколегированных сталей дает возможность резко ускорить насыщение поверхности бором и углеродом [13, 14, 15].
Вакуум — основа экономии тепловых потерь
Теплопередача в газовой среде осуществляется сочетанием трех основных факторов: теплопроводности газа, конвекции и излучения. Конвекция в вакууме практически отсутствует. Теплопроводность газов определяется длиной свободного пробега молекул, составляющих газовую среду, и количеством молекул. Как было указано ранее, в вакууме 10-1 Па и 10-2 Па длина свободного пробега составляет соответственно 4...6см и 0,5 м. В связи с этим столкновением молекул между собой можно пренебречь.
Тепловой поток от нагретых поверхностей направлен на водоохлаждаемый корпус печи. Абсолютное значение теплопроводности газа, разреженного до 10-2 Па, зависит от температуры нагретой поверхности (500...600 °С), и при этих параметрах влияние на тепловой поток весьма мало. Следовательно, в вакууме исключена теплопередача за счет конвекции и резко уменьшено влияние теплопроводности. Эти же процессы происходят в порах различных веществ. Теоретическое решение задач теплопередачи для каждого материала в вакууме весьма сложно. Поэтому целесообразно использовать экспериментальные данные для наиболее распространенных теплоизоляционных материалов. Преимущества использования вакуума проявляются при сравнении тепловых потерь через керамическую теплоизоляцию при ее работе на воздухе и в вакууме [16].
В табл. 4 приведены значения коэффициентов теплопроводности на воздухе и в вакууме пористых материалов, используемых в вакуумных печах с рабочей температурой до 1150 °С.
Как следует из этой таблицы, в вакууме коэффициент теплопроводности в полтора раза
ниже, чем на воздухе. Естественно, что этот эффект будет более значительным при других средах, например, в экзо- и эндогазе или в водороде, как это видно из табл. 5 [16].
Следовательно, использование вакуума в печах с рабочей температурой до 1150 °С дает
Таблица 4
Параметры теплоизоляционных материалов на воздухе и в вакууме
Материал П, % Среда Коэффициент теплопроводности (X), Вт/м0.град, при температуре °С Отношение Хвозд/Хвак при температуре °С Средняя величина снижения тепловых потерь, %
400 800 1200 400 800 1200
Шамот ШЛ-0,9 65 Воздух 0,396 0,475 0,547 1,56 1,52 1,46 51
Вакуум 0,253 0,312 0,374
Шамот ШЛ-1,3 53 Воздух 0,558 0,652 0,734 1,5 1,47 1,42 46
Вакуум 0,371 0,442 0,518
Корундовый легковес КЛ-1,3 70 Воздух 0,732 0,658 0,630 1,4 1,52 1,54 49,5
Вакуум 0,521 — —
Муллито-кремнеземистый МКРР-130 93...95 Воздух 0,125 0,250 0,425 2,31 1,58 1,36 67
Вакуум 0,054 0,158 0,313
Примечание: П — пористость материала в %, X и X — коэффициенты теплопроводности в воздухе и в вакууме
Таблица 5
Влияние вакуума на теплопотери печей
0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
700 900 1100 1300 700 900 1100 1300 Средняя температура, °С
Рис. 3. Зависимость коэффициента теплопроводности лампо-Примечание: X — коэффициент теплопроводности в вой сажи (а) и граффитированного войлока ВИН-38-300 (б) газе; X — коэффициент теплопроводности в вакууме; от температуры и окружающей среды: 1 — в вакууме состав эндогаза: СО —20...25 %; Н2 — 40...75 %; С02 — (10-1...10-2 Па); 2 — в аргоне при 0,1 МПа; 3 — в гелии
Среда Отношение коэффициентов теплопроводности Хгаз/Хвак при различных температурах, °С
20 200 400 800 1000 1200
Воздух 5,0 2,67 2,14 1,82 1,85 1,8
Эндогаз 7,5 4,23 3,3 2,9 2,86 2,66
Водород 15 8,2 6,45 5,45 5,25 5,0
X, Вт/м-К 0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
а 3
- 2
____ 1
| |
б 3
- 2
1
| |
0,5 %; СН4 — до 1 %; N2 — остальное
при 0,1 МПа
Таблица 6
Коэффициент теплопроводности низкоплотных углеродных материалов
Наименование материала
Средний коэффициент теплопроводности, Вт/м-К
Температура, °С
600
1000
1300
1600
1800
2000
2200
Примечание
Графитовая крупка
0,776
1,325
1,629
2,16
2,475
[18, 19] V = 18 дм3
Войлок ВПП-66-200
0,654
1,05
1,27
1,63
1,9
[18, 19] V = 18 дм3
Пенококс ВК-20
0,643
1,06
1,33
4,46
5,26
[18, 19] V = 18 дм3
Углеродный теплоизоляционный материал УКМТ
0,1
0,2
0,22
0,27
0,33
0,42
0,65
[20, 21]
Примечание: размер зерен крупки мм 2-1 1-0,6 0,6-0,3 <0,3
% 23 38 23 16
V =18 дм3 — полезный объем печи, в котором определялся коэффициент теплопроводности
снижение потерь на 40-50 % по сравнению с воздухом, в 2-2,5 раза по сравнению с эндога-зом, в пять раз по сравнению с водородом.
При более высоких температурах коэффициент теплопроводности материалов в вакууме сравнивается с аналогичными коэффициентами в аргоне и гелии, что и показано на рис. 3 [17].
Несмотря на сравнительно низкие значения коэффициета теплопроводности сажи, применять ее в вакуумных печах не рекомендуем, поскольку она может частично удаляться вакуумными насосами при первоначальной откачке, а также возможна ее усадка, которая резко изменяет тепловые характеристики печи.
Аналогичные значения коэффициента теплопроводности получены для графитового войлока ВИН-38-300 с объемной массой 0,02-0,06 г/см3.
Таким образом, использование вакуума снижает тепловые потери печей по сравнению с различными газовыми средами: воздух, эндо- и эк-зогазы, водород, аргон, гелий. Кроме того раз-
Возвращаясь еще раз к количеству изготовленных печей, необходимо отметить, что наиболее массовыми являлись элеваторные печи типов СЭВ-3.3/11,5 и СЭВ-5.5/11,5. Предположительно, количество выпущенных печей за 20 лет составило 5000 шт, из которых печей СЭВ-3.3/11,5 — 3,5 тыс. и СЭВ-5.5/11,5 — 1,5 тыс. и, следова- ^ тельно, каждый год изготавливались 175 печей ^ СЭВ-3.3/11,5 и 75 печей СЭВ-5.5/11,5. |
В си
этих печах проводились многочисленные и технологические процессы: отпуск, отжиг, гомогенизация, закалка в масле, в газе, в вакуу- Ц ме, спекание спрессованных изделий, дегазация £ и др. процессы. |
Целесообразно, с учетом срока службы печей ^ 8 лет, дать следующие оценки количества вне- § дренных в течение одного года печей в следую- 0 щих количествах: печь СЭВ-5.5/11,5 — 75 шт., печь СЭВ-5.5/11,5 — 25 шт.
Условно принимая для всех типов печей годовое время работы, равным 1200 ч, и полагая, что вакуумные печи СЭВ-3.3/11,5 и СЭВ-5.5/11,5
Таблица 7
Сравнительные данные по расходу электроэнергии электропечей, работающих в вакууме, на воздухе и в эндогазе
Тип печи Мощность, кВт Время работы печи в году, ч Среда в печи Годовой расход электроэнергии, МВт-ч Увеличение расхода электроэнергии по сравнению с вакуумом, %, МВт-ч
Общая Тепловые потери
СЭВ-3.3/11,5 35 24,5 1200 Вакуум 29,4 —
Воздух 38,2 8,8
Эндогаз 44,8 15,4
СЭВ-5.5/11,5 120 84 1200 Вакуум 100,8 —
Воздух 131,0 30,2
Эндогаз 156,2 55,4
Примечания:
1. Тепловые потери приняты на 30 % меньше мощности печи (экспериментальные данные).
2. Коэффициент фактической работы печи принят 0,2 (обобщенные данные).
3. Снижение тепловых потерь в вакууме принято 30 % по сравнению с воздухом и 55 % по сравнению с эндогазом в соответствии с данными таблиц 4 и 5.
работаны новые композиционные углерод-углеродные материалы, применение которых позволяет существенно снизить тепловые потери вакуумных печей.
В тепловых потерях реальных печей имеются дополнительные факторы, например, короткие тепловые контакты в элементах конструкции печи, зазоры между теплоизоляционными деталями. Поэтому при расчетах данные по коэффициентам теплопередачи необходимо корректировать. Опыт разработки и эксплуатации вакуумных печей различных типов позволяет оценить реальную разницу в тепловых потерях.
В 60-80-х годах прошлого столетия были разработаны и изготовлены более шести тысяч печей различных типов: шахтные, элеваторные, камерные, колпаковые. Полезный объем от 6 дм3 до 27 м3, а мощность — от 15 до 1450 кВт. Основное количество изготовленных печей (80-85 %) представляли элеваторные печи с полезным объемом 20-100 дм3 и мощностью 35-120 кВт. Некоторые параметры этих печей представлены в табл. 7.
при проведении технологических процессов поровну заменяют печи с воздушной атмосферой и эндогазом, годовая экономия электроэнергии на печах СЭВ-3.3/11,5 и СЭВ-5.5/11,5 может быть оценена в 727 и 1235 МВт-ч, соответственно.
Одним из важнейших вопросов использования вакуума в печах является оценка стоимости таких печей по сравнению со стоимостью аналогичных по технологиям печей с использованием эндогазовой атмосферы. Фактически, должно сравниваться вакуумное оборудование и газогенераторы для печей. Поскольку полезные объемы печей отличаются друг от друга, целесообразно стоимости оборудования отнести к единице объема печи.
В работе [2] обобщены результаты расчетов по 10 шахтным и камерным печам с эндогазо-вой атмосферой и по 12 различных типов вакуумных печей, часть которых представлена для двух уровней вакуума (только на форвакуумных насосах и в комплекте с паромасляными бустер-ными насосами).
Полученные зависимости представлены на рис. 4.
3 10 30 100 300 1000 3000
° Рабочий объем печи, дм3
0
Рис. 4. Зависимость удельных капитальных затрат на оборудование от рабочего объема печи • — эндогаз; V — вакуум 10...100 Па; ▼ — вакуум 0,1...1 Па; X — вакуум 10-2...10-3 Па
Рабочий объем печи, дм3
Рис. 5. Зависимость удельных эксплуатационных расходов на оборудование от рабочего объема печи: • — эндогаз; V — вакуум 10...100 Па; ▼ — вакуум 0,1...1 Па; X — вакуум 10-2...10-3 Па
Таблица 8
Характеристики печей при их эксплуатации
№ Процесс Вакуум Эндо- и экзогазы, частично водород
п/п
1 Защита окружающей среды В печах с вакуумом 10-2-10-4 Па выброс газов практически безвреден для окружающей среды Необходимость канализации газов к установкам дожигания и нейтрализации продуктов сгорания с обеспечением контроля состава газов
2 Обеспечение безопасности и комфортных условий для обслуживающего персонала Корпуса вакуумных печей герметичны и охлаждаются водой Корпуса печей с эндогазом не обеспечивают надежной герметичности, поэтому возможно попадание газов в места обслуживания печей. Требуются постоянный контроль газа и соответствующие вентиляционные системы, в том числе для удаления тепловыделений от корпусов печей
3 Пожароопасность Загрузка и выгрузка производится при охлаждении корпуса и крышки Загрузка и выгрузка может производиться при повышенных температурах
4 Взрывоопасность Не подвержены взрыву Попадание эндогаза и водорода в помещение, где расположены печи, создает угрозу взрыва, поэтому необходим постоянный контроль состава газа в помещении
Из рис. 4 следует, что удельные капитальные затраты печей с вакуумом и эндогазом практически одинаковы, хотя для давления 10-100 Па удельные расходы на 30-40 % ниже, чем в эндогазе.
Аналогичным методом рассчитаны эксплуатационные затраты при работе в вакуумных и эндогазовых печах, что представлено на рис. 5.
Таким образом, показано, что удельные затраты на капитальные вложения и на расходы на зксплуатацию практически одинаковы при более высокой экономичности вакуумных процессов.
Природоохранные процессы в вакууме
Снижение тепловых потерь за счет использования вакуума при нагреве уменьшает напряженность электрических сетей.
Некоторые сравнительные эксплуатационные характеристики вакуумных и эндогазовых
печей, влияние на окружающую среду представлены в табл. 8.
Заключение
Использование вакуума при нагреве обеспечивает:
1) безокислительную среду;
2) получение новых свойств веществ;
3) высокую экономичность технологических процессов;
4) экологическую чистоту процессов;
5) пожаро- и взрывобезопасность.
Список литературы
1. Алексеев С. М., Уманский С. П. Высотные и космические скафандры. М.: Машиностроение, 1973.
2. Мармер Э. Н., Мурованная С. Г., Васильев Ю. Э. Электропечи для термовакуумных про-
цессов. / 2-ое изд., переработанное и дополненное. Энергоатомиздат, 1991.
3. Ковалев М. Н. Исследование процессов газовыделения из конструкционных материалов и расчет откачных систем сверхвысоковакуумных электропечей сопротивления. Автореферат кандидатской диссертации, Москва, 1972.
4. Фомин В. М. Исследование высоковакуумных электропечей с экранной теплоизоляцией и влияние неизотермических режимов на выбор откачных систем. Автореферат кандидатской диссертации, Москва, 1972.
5. Ковалев М. Н., Васильев Ю. Э. Вакуумные системы электропечей и их инженерный расчет. М.: Энергоатомиздат, 1983.
6. Мармер Э. Н., Ляхин Ю. П., Истомин Г. Н., Мурованная С. Г. Определение состава остаточных газов в вакуумных печах сопротивления с помощью масс-спектрометра // Труды ВНИИЭТО. Вып. 5. 1973. С. 89-96.
7. Мармер Э. Н., Мурованная С. Г. Электропечи для термовакуумных процессов. М.: Энергия, 1977.
8. 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.
9. 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.
10. Мармер Э. Н., Ковалев М. Н., Паршин Н. И. и др. Электрическое оборудование для высокотемпературного нагрева в сверхвысоком безмасляном вакууме // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. Вып. 2. 1977. С. 96-102.
11. Ажажа В. М., Васютинский Б. М., Дон-де А. Л., Картмазов Г. Н. Применение криогенных насосов при высоковакуумном отжиге молибдена // Украинский физ. журнал, 1969. Т.14. № 1. С. 168-170.
12. Мармер Э. Н. Новый метод определения термодинамических и физико-химических параметров высокотемпературных материалов при 15002500 К // Материаловедение, 2001. №9. С. 11.
13. Минков О. Б. Диффузионное борирование сталей с применением вакуумной термообработки. Автореферат кандидатской диссертации, Москва, 1984.
14. Мармер Э. Н., Усатый Ю. П., Истомин Н. Н. Вакуумная цементация металлокера-мических изделий на железной основе // «По- <( верхностные методы упрочнения металлов и спла- § вов в машиностроении». Материалы семинара £ М. МДНТП им. Ф. Э. Дзержинского, 1983. С. 39-42. 3
15. Минков О. Б., Мурованная С. Г., Гур- з вич О. С. и др. Способ борирования деталей А.С. "5 823456. Опубл. 23.04.81. Бюлл. № 13.
16. Большакова Н. В., Борисанова К. С., Бур- | цев В. И. и др. / Под ред. Гутмана М. Б. Матери- ^ алы для электротермических установок (справоч- § ное пособие). М.: Энергоатомиздат, 1987. ©
17. Мармер Э. Н. Углеграфитовые материалы. Справочник. М.: Металлургия, 1973.
18. Мармер Э. Н., Мальцева Л. Ф., Русин С. П. и др. Исследование свойств графита при высоких температурах в вакууме // Электротермия. Научно-технич. сб. (ЦИПТИЭП), М., 1961. № 3. С. 14-21.
19. Ляхин Ю. П., Мармер Э. Н., Самосеев А. П. Испытание различных теплоизоляционных материалов для футеровки вакуумных печей с графитовым нагревателем // Электротермия. Научно-тех-нич. сб. (ЦИПТИЭП), М., 1961. №89. С. 8-10.
20. 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.
21. Шубин А. А., Прокушин В. Н., Мармер Э. Н. и др. Углерод-углеродные композиционные материалы с низкой плотностью для высокотемпературной теплоизоляции электропечей // Вопросы оборонной техники. Научно-техн. сб., 1998. Сер. 15. Вып. 1(118). С. 28-30.
22. Балаклиенко Ю. М., Мармер Э. Н., Новожилов С. А. Рафинирование углеродных нанот-рубок и нановолокон в вакууме // Альтернативная энергетика и экология, 2005. № 10(30). С. 89-92.
THE 8th ANNUAL EUROPEAN FUELS CONFERENCE
14-15 March 2007, WESTIN HOTEL, Paris, France
Over 250 delegates were in attendance at the 2006 European Fuels Conference, reinforcing its position as the leading event in its field for senior decision makers from all aspects of the downstream industry.
The 2007 event, to be held on 14-15 March 2007 in Paris, will bring you right up to date with all the developments and activities in the industry with detailed analysis, expert opinions and recent case studies from key players in the sector.
This will include discussions on the latest developments in all aspects of fuel industry developments including; auto fuels, marine & bunker fuels, aviation fuels and bio fuels including both strategic planning and technological advances.
The World Refining Association, 25 St George's Road, Cheltenham,
Gloucestershire GL50 3DT
+44 (0)20 7067 1800 +44 (0)1242 529 090
+44 (0)1242 582 157 +44 (0)20 7430 0 552
www.wraconferences.com c.teylor@theenergyexchange.co.uk
http://www.wraconferences.com/wra114overview.html
