Вакуумные печи

Вакуумные печи, предназначенные для термической обработки материалов в твердом состоянии, могут быть либо с газовым, либо с электрическим обогревом. Важнейшими узлами вакуумной системы являются источник нагрева, герметичная камера или реторта и вакуумные насосы. Детали для вакуумной обработки помещаются в камеру, которая откачивается и нагревается. В печах с газовым нагревом, естественно, вакуумная камера обогревается снаружи с‘помощью форсунок. В электрических печах нагрев осуществляется путем излучения нагревательного элемента, который может быть помещен как снаружи, так и внутри камеры.

Несмотря на то, что нагрев осуществляется только за счет излучения, в горячей зоне камеры достигается равномерная температура.

Газовые печи могут быть разделены на три категории: шахтные печи, в которых реторты помещаются в колодцы; колпаковые вертикальные, в которых печь располагается над камерой, и горизонтальные печи. Эти три типа печей показаны на фиг. 1, 2 и 3.

В шахтных печах камера может удаляться из печи, и загрузка в нее материала может производиться независимо от того, находится ли она в печи или вне ее. Камера закрывается крышкой с уплотнением. Во избежание окисления внутренних стенок камера перед установкой в печь предварительно откачивается.

В печах колпакового типа обрабатываемый материал помещается на подставку и накрывается ретортой. Попадание воздуха в реторту предотвращается водоохлаждаемым уплотнением между ретортой и подставкой. Реторта откачивается, и над ней устанавливается нагревательная камера.

Преимуществом печей колпакового типа является то, что загружаемые в них детали сохраняют устойчивое положение, в то время как в печах шахтного типа возможно их опрокидывание во время транспортировки. С другой стороны, шахтные печи дешевле и проще, чем колпаковые.

В период охлаждения колпаковая печь снимается с реторты, а в шахтных печах реторта извлекается из печи. Продолжительность охлаждения зависит от вида загрузки. Охлаждение в основном происходит путем отдачи тепла излучением, когда садка выдерживается в вакууме. Садка весом 140—230 кг охлаждается от 1100 до 150° обычно в течение 4 час. Введение инертной атмосферы в реторту при температурах, ниже которых теплоотдача за счет радиации не имеет существенного значения, сокращает продолжительность охлаждения за счет конвекции.

Горизонтальные вакуумные печи обычно имеют стационарные камеры, в которые материал либо загружается свободно, либо зажимается в приспособлении для фиксации его положения в горячей зоне. Последовательность операций вакуумной обработки в этих печах такая же, как и в печах вертикального типа.

Имеется, конечно, много различных конструкций трех основных типов вакуумных газовых печей. Можно упомянуть некоторые из них, например печи с дополнительными охладительными камерами, многокамерные печи или печи, отличающиеся расположением вакуумных соединений.

Как указывалось ранее, электрические печи могут быть подразделены на две категории — печи с внутренним или наружным обогревом.

Кроме того, каждая из этих категорий может иметь конструкцию описанных выше трех основных видов печей с газовым обогревом. Электрические вакуумные печи двух типов показаны на фиг. 4 и 5.

На фиг. 4 представлена колпаковая печь сопротивления. Нагревательный элемент расположен снаружи реторты. Преимуществом такого вида печей является то, что выделение газов из нагревателя и изоляционных материалов не влияет на состояние рабочей зоны. При этом вместе с садкой нагревается вся реторта в целом. Для того чтобы снизить напряжения в стенках реторты при высоких температурах, в замкнутом пространстве печи создается небольшое разрежение. Высокий вакуум используется в рабочем пространстве.

Во второй конструкции печи (фиг. 5) источником тепла служит нагреваемый индукционными токами отражатель. Дополнительные отражательные экраны вокруг рабочего пространства исключают необходимость применения пористых керамических теплоизоляционных материалов. Кожух печи и соединения охлаждаются водой.