Was sind die verschiedenen Arten von Vakuumwärmebehandlungsgeräten, die in Öfen verwendet werden?

 

Planen Sie die Installation eines Vakuumofens in Ihrer Industrieanlage für den Erwärmungsprozess. Auch wenn es für Sie nach etwas Schlichtem und Einfachem klingen mag, ist es nicht so. Sie müssen die Gesamtstruktur des Vakuumofens kennen und verstehen, was er beinhaltet, wie er funktioniert, wie hoch die Heiztemperatur, die Wärmebehandlungsausrüstung und alles andere ist.

Ein Vakuumofen kann in verschiedene Kategorien eingeteilt werden und eine ist beladungsmäßig. Je nach Beschickung kann ein Vakuumofen sowohl vertikal als auch horizontal sein. Es kann sich auch um eine kontinuierliche (Mehrkammer) oder eine diskontinuierliche Ausführung handeln. In Bezug auf einen Vakuumofen kann er in einer großen Anzahl von Beschreibungen konfiguriert werden. Wenn wir über das Design des Ofens sprechen, kann dieser kundenspezifisch oder basierend darauf entworfen werden, welche Ladungsgröße wärmebehandelt wird und welche Temperatur und welcher Druck benötigt werden, um zu erreichen, welches Medium während der Ladungskühlung verwendet wird.

Vakuumwärmebehandlung

Die Wärmebehandlung in einem Vakuumofen kann auf der Grundlage verschiedener Faktoren wie Ofendesign, Temperaturregelung sowie des Vakuumniveaus während der Zeit und des Betriebs der Wärmebehandlung definiert werden.

Um den Wärmebehandlungsprozess weiter zu definieren, müssen wir verstehen, aus welchen Komponenten ein Vakuumofen besteht:

• Schiff

• Pumpsystem

• Heizzone

• Kühlsystem

 

• Schiff

Das Gefäß des Vakuumofens wird in ein Heißwanddesign und ein Kaltwanddesign eingeteilt.

Ø    Hot-Wall-Design – Es umfasst eine keramische oder metallische Retorte, die durch die Heiztemperatur definiert wird. Bei dieser Konstruktion ist das Heizsystem außerhalb der metallischen oder keramischen Retorte angeordnet und umfasst eine Induktionsspule und Widerstandsheizelemente. Die Funktionsbeschränkung dieser Konstruktion umfasst die Heizzonenabmessungen und die Temperaturzone (maximal 1100 °C).

Ø   Cold-Wall-Design – Wasser wird in der Regel als Kühlmedium zur Kühlung des Ofens verwendet und während des Hochtemperaturprozesses auf Umgebungstemperatur gehalten. Ein Kaltwanddesign gewährleistet schnelles Aufheizen und Abkühlen, geringen Wärmeverlust, eine geringe freigesetzte Wärmelast, eine hohe Gleichmäßigkeit der Temperaturregelung und einen im Vergleich zum Heißwanddesign höheren Temperaturbereich von 1315 °C im Standard und 1650°C.

Aber es gibt Einschränkungen bei Kaltwandkonstruktionen, die eine stärkere Absorption von Wasserdämpfen und Gasen beinhalten. Da es jedoch viele Vorteile gegenüber dem Design mit heißer Wand bietet, ist es das vorherrschende Design, das derzeit für Hochtemperatur-Vakuumöfen verwendet wird.

• Pumpsystem

Das Pumpsystem des Ofens hängt von mehreren Faktoren ab, darunter:

Ø Gefäßvolumen

Ø Schiffsoberfläche

Ø Ofeninterner Typ

Ø Workload-Ausgasung

Ø Evakuierungszeit nach Enddruck

Auch beim Ausgasen der Arbeitslast ist es wichtig, dass das Prozessvakuumniveau aufrechterhalten wird.

Das Pumpsystem hat zwei Subsysteme:

Ø Pumpen für Grobvakuum auch bekannt als Mikrometerbereich

Ø Pumpen für Hochvakuum auch als Submikrometerbereich bekannt

Bei bestimmten Heizanwendungen kann sogar ein einziges Pumpensystem den gesamten Prozesszyklus und -bereich bewältigen.

Es gibt zwei verschiedene Arten von Pumpen, die im Pumpsystem verwendet werden:

Ø Diffusionspumpen

Ø Mechanische Pumpen

Um einen höheren Vakuumbereich zu erreichen, gibt es andere Arten von Pumpen, die in bestimmten Anwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel:

Ø Kryopumpen

Ø Chemische Getterpumpen

Ø Ionenpumpen

Ø Auswerfer

Ø Turbomolekularpumpen

 

• Heizzone

Für die Heizzonen- oder Heizkammerisolierung kommen folgende Materialien und Ausführungen in Betracht:

Ø Metallische Abschirmungen

Ø Mehrschichtige Isolierung

Ø Alle Graphite einschließlich Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundstoffe, Fasern und Platten

Ø Kombination aus Isoliermaterial und Strahlungsabschirmung

Strahlungsschilde – Diese bestehen aus Wolfram (maximale Betriebstemperatur 2400 °C), Molybdän (maximale Betriebstemperatur 1700 °C) oder Edelstahl oder Nickellegierung (maximale Betriebstemperatur 1150 °C).

Die Heizelemente in einem Heizsystem sind ein großes Problem für einen Vakuumofen, der auf der Grundlage aller erforderlichen Elemente und Faktoren berücksichtigt und ausgewählt werden muss. Für Vakuumheizsysteme werden verschiedene Arten von Heizelementen verwendet, darunter:

Ø Nickel-Chrom-Legierungen – Diese sind ideal für den Einsatz bei einer Betriebstemperatur von bis zu 1150 °C. Wenn die Temperatur jedoch über 800 °C liegt, besteht die Gefahr, dass Chrom verdampft.

Ø Molybdän – Wie oben erwähnt, beträgt die maximale Betriebstemperatur 1700 °C. Bei hohen Temperaturen kann das Material spröde werden und auch die Einwirkung von Wasserdampf und Sauerstoff kann zu Emissionsgradänderungen führen.

Ø Siliziumkarbid – Kann bis zu einer maximalen Temperatur von 1200 °C betrieben werden. Bei höheren Temperaturen und niedrigem Vakuum besteht jedoch die Gefahr, dass das Silizium verdunstet.

Ø Tantal – Es hat einen maximalen Betriebstemperaturbereich von 2400 °C. Bei hohen Temperaturen können bei diesem Material die gleichen Risiken auftreten wie bei Molybdän.

Ø Graphit – Seine maximale Betriebstemperatur beträgt 2000 °C. Mit der Temperatur nimmt die Festigkeit des Graphits zu. Obwohl Graphit empfindlich gegenüber Wasserdampf oder Sauerstoffeinwirkung ist, muss dieses Problem angegangen werden, da aufgrund der Bildung von Kohlenmonoxid die Gefahr einer Verringerung der Metalldicke besteht.

Von der Vakuumwärmebehandlung bis zur Vakuumdurchführung müssen alle Aspekte und Faktoren vollständig bewertet und analysiert werden, um den besten Erwärmungsprozess und die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.