1 真空系統設計注意事項
真空元件,如閥門、捕集器、收塵器、真空泵等相互連接時,要盡量使抽氣管路短而粗,管道流導大,導管直徑一般不小于泵口直徑。為了防止泵體震動,常用軟管減震,并調整裝配誤差。所設計的真空系統要便于測量和檢漏;真空規管要避免設在通過帶水套的殼體上,應設置在主泵入口管道上,要上下直立,勿橫放。
真空系統配置的閥門和管道應符合系統抽氣時間短、使用方便、安全可靠的原則。在機械泵入口管道上要設一個放氣閥。真空系統的排氣要穩定可靠,安裝、拆卸、維修容易,操作方便。在設計真空系統時,應盡量采用新技術,使之具有自動控制和連鎖保護功能,并同時達到能耗低和造價低的目的。
2 主泵的選擇
選擇合適的主泵類型和規格是真空系統設計的關鍵。主泵應根據反應器所要達到的真空度和工作真空度、被抽氣體的種類及其中夾雜灰塵的情況,以及技術經濟指標來確定。圖6-10和圖6-11所示為采用常用的油擴散泵、油增壓泵和機械增壓泵3種類型的中高真空泵作主泵的技術經濟指標比較。如果上述3種泵都適用作某種冶金真空系統的主泵時,必須考察其各自技術經濟指標的優劣,最后確定最佳方案。由此可見,在冶金反應器工作壓力p狀態不同的情況下,選用不同泵組會獲得不同的技術經濟指標。此時必須考察整套真空系統,而不能單獨考察主泵。實踐表明,冶金反應器工作壓力p為0.1~13.3Pa時,以油增壓泵為主泵的真空系統比較經濟;當p<0.13Pa時,以油擴散泵為主泵的排氣系統比較經濟;當p>13.3Pa時,以機械增壓泵為主泵的排氣系統比較經濟。主泵的規格大小是按冶金反應器所需的工作壓力和最大的排氣流量,并同時根據冶金反應器的大小和需用的抽氣時間來確定的。
3配泵
主泵確定后還必須配置合適的前級泵,有時還需配置維持泵及預抽泵。復雜的真空機組常常將幾種泵串聯或并聯使用。前級泵的配置應通過理論計算算出,或根據經驗數據選取,也可參考原機械工業部制定的推薦值。機械增壓泵的前級泵抽速推薦值為機械增壓泵抽速的1/10.油擴散泵和油增壓泵前級泵的推薦抽速見表6-2.
| 表6-2 油擴散泵和油增壓泵前級泵推薦抽速 | ||||||||||
| 油擴散泵抽速/L·s-1 | 180 | 300 | 800 | 1500 | 3000 | 6000 | 14000 | 25000 | 55000 | 100000 |
| 推薦前級泵抽速/L·s-1 | 2 | 4 | 8 | 15 | 30 | 60 | 120 | 240 | 500 | 1000 |
| 油增壓泵抽速/L·s-1 | 200 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 | 14000 | 25000 | 40000 | |
| 推薦前級泵抽速/L·s-1 | 15 | 30 | 30 | 60 | 150 | 300 | 600 | 1200 | 3000 | |
真空系統的設計方案應在實踐中不斷改進,不斷完善。
4 鈦冶金真空系統舉例
鈦冶金中涉及的幾個真空系統的實例都有一些共同點,即系統的工作壓力稍大,真空度較低,反應器內排氣量大并夾帶有較多的固體灰塵。這種真空系統屬中真空系統,應用普遍,一般需要2個以上的泵串聯組成。主泵選用油增壓泵-機械增壓泵,也可以是單一的油增壓泵。下面進行具體介紹。
4.1 真空自耗電弧爐和凝殼爐的真空系統
真空自耗電弧爐是熔煉鈦和鈦合金的主要爐型,它的真空系統如圖6-12所示。這種真空系統具有典型性,特別適用于鈦錠的熔煉。該系統以油增壓泵和機械增壓泵為主泵,兩泵并聯,出口處串聯一機械增壓泵,再串聯前級泵-機械泵。它兼有機械增壓泵和油增壓泵的雙重特點,在真空自耗電弧爐熔煉過程中,在很寬的工作壓力范圍內(130~0.1Pa)啟動快,抽速很大。
凝殼爐是鑄造鈦的主要爐型,它的真空系統如圖6-12所示。它所需要配置的泵組合與自耗電弧爐相似。
4.2 鎂還原煉鈦的真空系統
鎂還原法煉鈦常采用真空蒸餾法精制海綿鈦,采用真空系統能獲得較好的精煉效果。從理論上講,真空系統也可選擇油增壓
泵-機械增壓泵作主泵。實踐表明,采用機械增壓泵作主泵時,初期使用效果良好,但繼續使用后,泵腔轉子和定子間隙很快被蒸發出的MgCl2等固體塵粒堵塞無法繼續運轉。由于生產過程中有大量MgCl2固體塵粒蒸發,如選用機械增壓泵作主泵,則必須采取有效的收塵措施,所以只能用油增壓泵作主泵。主泵采用單一的油擴散泵也不太適宜,這會延長蒸餾時間。這種真空系統的前級泵采用機械泵。
4.3 HDH法制取鈦粉的真空系統
用HDH法制取鈦粉時,在脫氫過程中有大量氫氣揮發,系統真空度很低,一般采用單一的機械泵即可。如要制取低氫鈦粉,真空機組主泵宜用油增壓泵,而不用機械增壓泵,這是因為油增壓泵脫氫效果好,而機械增壓泵脫氫效果差。它的前級泵宜用機械泵。在粉末冶金制取鈦制品時,燒結爐采用機械泵-油增壓泵機組作為真空系統是適宜的。主泵也采用油增壓泵。
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