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真空檢漏技術(shù)在自耗電弧爐維修中的應(yīng)用
2016-10-11 11:10
本文結(jié)合真空檢漏的概念及意義，根據(jù)真空自耗電弧爐真空系統(tǒng)的特點(diǎn)，詳細(xì)講述了真空檢漏的原理及其注意事項(xiàng)，通過實(shí)際生產(chǎn)過程中實(shí)際的檢漏過程總結(jié)出了檢漏儀應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)，對今后實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。
真空自耗電弧爐是目前世界上熔煉鈦、鋯等稀有金屬的主要設(shè)備，由于其在真空下能有效的降低金屬及其合金中的氣體含量，更準(zhǔn)確的控制化學(xué)成分，改善鑄錠的質(zhì)量等優(yōu)勢，因而被廣泛應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)中針對核級鋯材來講熔煉真空度及漏氣率是電弧爐比較重要的工藝參數(shù)，由于種種原因真空漏氣率往往無法不能達(dá)到工藝參數(shù)的要求而影響生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，如何快速的發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，是真空維修過程中的關(guān)鍵。
1、真空檢漏的分類與方法
1.1、真空檢漏的概念
真空檢漏就是檢測真空系統(tǒng)的漏氣部位及其大小的過程。漏氣分為實(shí)漏和虛漏兩種。實(shí)漏主要是由于氣體通過系統(tǒng)上的漏孔或間隙從高壓側(cè)流向低壓側(cè)的過程，屬于設(shè)備自身問題，也是本文研究與解決的重點(diǎn)問題；虛漏主要是由于材料放氣、解吸、凝結(jié)氣體的再蒸發(fā)等原因引起的氣體壓力升高的現(xiàn)象，主要通過長時(shí)間的抽空將發(fā)出的氣體抽出系統(tǒng)外便可以正常使用和生產(chǎn)。
1.2、真空檢漏的分類
真空檢漏可以分為兩大類。靠前，充壓檢漏法；第二：真空檢漏法。
①充壓檢漏法：指在被檢件內(nèi)部充入一定壓力的示漏物質(zhì)，如果被檢件上有漏孔，示漏物質(zhì)從漏孔漏出，用一定的方法或儀器在被檢件外部檢測出漏孔漏出的示漏物質(zhì)的方法。主要有升壓法、聽音法、氣泡法等。
②真空檢漏法：指將管道和檢漏器的敏感元件處于真空狀態(tài)，在管道的外部施加示漏物質(zhì)，如果有漏孔，示漏物質(zhì)就會通過漏孔進(jìn)入被檢件和敏感元素空間，由敏感元件檢測出示漏物質(zhì)的方法。主要有真空計(jì)法、靜態(tài)升壓法、氦質(zhì)譜檢漏儀法。
2、真空自耗電弧爐的系統(tǒng)特點(diǎn)及檢漏要點(diǎn)
真空自耗電弧爐熔煉作為公司核級鋯材生產(chǎn)的靠前道工序，其要求的真空度及漏氣率非常嚴(yán)格，只有當(dāng)漏氣率達(dá)到0.65 Pa/min 以下才允許熔煉，由于真空自耗電弧爐真空部分包括前級真空泵、大小羅茨泵、真空管道以及上爐室和坩堝部分，真空爐室部分容積大，漏點(diǎn)多的特點(diǎn)，任何一個(gè)地方發(fā)生微小的漏氣都可能造成真空度降低而無法滿足熔煉工藝要求，因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.chvacuum.com/)認(rèn)為采用上述充壓檢漏法顯然是無法達(dá)到檢測要求的，通常采用借助于系統(tǒng)自身的真空系統(tǒng)的真空檢漏法，目前分廠主要采用氦質(zhì)譜檢漏儀來檢測電弧爐的漏點(diǎn)。
2.1、真空自耗電弧爐真空系統(tǒng)配置簡介
如圖1 所示是電弧爐真空系統(tǒng)原理圖。它是由機(jī)械泵、羅茨泵、油增壓泵、蝶閥等組成的。其中大羅茨泵與油增壓泵并聯(lián)使用，當(dāng)壓強(qiáng)大于1Pa 通常采用機(jī)械泵與大小羅茨泵共同抽空，當(dāng)壓強(qiáng)小于1Pa 時(shí)通常采用機(jī)械泵、羅茨泵與油增壓泵共同抽空完成。
2.2、真空檢漏的要點(diǎn)與步驟：
2.2.1、初步判斷漏氣屬于實(shí)漏還是虛漏；是真空管路漏氣還是真空熔煉室漏氣
方法：抽空一定時(shí)間后關(guān)閉圖1 中4 號閥，記錄熔煉室內(nèi)的起始真空度并且連續(xù)記錄5min，記錄每分鐘起始爐室內(nèi)壓強(qiáng)分別P0，P1，P2，P3，P4，P5，當(dāng)(P5-P0)/5>0.65 Pa/min 證明真空爐室內(nèi)的漏率未滿足工藝要求，此時(shí)再計(jì)算每分鐘的壓升率， 如果(P1-P0)≈(P2-P1)≈(P3-P2)≈(P4-P3)≈(P5-P4)時(shí)，應(yīng)當(dāng)判定真空爐室存在漏氣現(xiàn)象，屬于實(shí)漏。如果當(dāng)(P1-P0)>(P2-P1)>(P3-P2)>(P4-P3)>(P5-P4)時(shí)，應(yīng)當(dāng)判定真空室屬于虛漏，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加長抽空時(shí)間或檢查管道是否漏氣。根據(jù)該方法以及判定的漏點(diǎn)的大致區(qū)域位置用氦質(zhì)譜檢漏儀或其它方法檢漏。
2.2.2、氦質(zhì)譜檢漏儀正確使用
1.氦質(zhì)譜檢漏儀的工作原理
分廠現(xiàn)使用的是合肥皖儀科技生產(chǎn)的SFJ-261型檢漏儀，該檢漏儀比較小可檢漏率能達(dá)到5×10-12Pa·m3/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真空自耗電弧爐極限漏率4×10-3Pa·m3/s 的要求，檢漏口14 的比較大檢漏壓強(qiáng)為1000Pa，其內(nèi)部原理圖如圖2 所示。
工作條件：
①檢漏儀要工作必須使檢漏儀內(nèi)部真空系統(tǒng)正常工作，因此檢漏儀機(jī)械泵8、分子泵1 和電磁閥V1 串聯(lián)工作，達(dá)到質(zhì)譜室所需要的高真空，滿足離子源可靠工作時(shí)即達(dá)到檢漏儀工作條件，即我們所說的自檢通過。
②滿足檢漏口14 達(dá)到1000 Pa 以下，由于真空自耗電弧爐容積約2~3m3，因此無法使用檢漏儀自身的真空泵進(jìn)行爐室抽空，必須使用電弧爐的真空系統(tǒng)作為檢漏儀的輔助系統(tǒng)對其抽空，從而滿足檢漏口1000 Pa 以下的使用要求。
2.檢漏儀在電弧爐真空系統(tǒng)中的連接
檢漏儀原理圖中14 檢漏口的位置通常可以連接在圖1 中虛線A 或B 的位置，因?yàn)檫@兩處均能達(dá)到檢漏儀檢漏口小于1000 Pa 的工作要求，對于粗檢兩個(gè)位置都能夠達(dá)到要求，但對于系統(tǒng)的小漏，位置的選擇則相當(dāng)關(guān)鍵，對于核級鋯鑄錠的生產(chǎn)來說，當(dāng)漏率介于0.65~1.5 Pa/min 時(shí)更要注意位置的選擇。主要原因是由于：該型號的檢漏儀分為檢測大漏、中漏和微漏，當(dāng)檢漏口14的壓強(qiáng)100 PaPa<Pa<1000 Pa 時(shí)檢漏儀V1 和V2打開，氦氣部分分子沿分子泵排氣口逆流進(jìn)入質(zhì)譜室，因此只有當(dāng)氦氣分子較多時(shí)才能被檢測到；當(dāng)壓強(qiáng)10 Pa<Pa<100 Pa 時(shí)，檢漏儀關(guān)閉V2，打開V3，V1 閥，此時(shí)氦氣分子較多沿4 處分子泵進(jìn)氣口1 逆流進(jìn)入質(zhì)譜室中，可以檢測到系統(tǒng)的中漏；當(dāng)Pa <10 Pa 時(shí)，檢漏儀關(guān)閉V3，打來V4、V1 閥，此時(shí)氦氣分子大部分沿15 處分子泵進(jìn)氣口2 逆流進(jìn)入質(zhì)譜室中，達(dá)到檢測微漏的效果。
由于在正常工作時(shí)機(jī)械泵進(jìn)氣口A 處的真空度受管道氣密性及泵本身的抽空能力等因素的影響，通常真空度可能在20~200 Pa 的范圍內(nèi)，因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.chvacuum.com/)認(rèn)為對于檢測中漏來說，有可能導(dǎo)致檢漏儀的V3 閥無法打開，使得中漏的部分漏孔無法檢測出來，這也是為什么在現(xiàn)場檢漏過程中有時(shí)無法檢測出漏點(diǎn)的主要原因。
小羅茨泵進(jìn)氣口B 處實(shí)際上是機(jī)械泵與羅茨泵在聯(lián)合抽空，真空度通常保證在10~30 Pa 范圍內(nèi)，能夠保證檢漏儀在中漏的范圍內(nèi)進(jìn)行工作，即氦氣從4 或15 處逆流進(jìn)入質(zhì)譜室中，保證檢漏儀的穩(wěn)定可靠工作。
2.2.3、檢漏工作的實(shí)施
只要正確的做好檢漏范圍的預(yù)判和正確連接好檢漏儀后就具備了檢漏的前提，應(yīng)當(dāng)按照如下步驟進(jìn)行查、檢漏工作：
①正常啟動電弧爐真空系統(tǒng)，當(dāng)爐室達(dá)到穩(wěn)定的中真空度后，通常在10 Pa 以下，打開檢漏儀開始進(jìn)行工作；
②按照先高后低、先近后遠(yuǎn)的順序依次對爐室各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行噴氦，針對真空自耗電弧爐而言合理的檢漏路線應(yīng)當(dāng)依次是電極桿動密封處———觀察孔玻璃處———爐頭法蘭———坩堝法蘭———真空檢測排———真空管道———真空擋板閥———大、小羅茨。
③外部無法噴氦檢漏部位的檢查。外部不易噴氦檢查到的部位主要有：a. 電弧爐支撐桿動密封；b.氣動卡頭密封；c.坩堝底墊密封；d.真空爐室內(nèi)隔層焊縫處的滲漏；e. 氣動真空擋板閥內(nèi)部蓋板密封。
a和b的泄露需要制作專用電極桿端頭盲板，將電極桿下部的紫銅導(dǎo)電法蘭拆下并將制作好的帶有密封圈的盲板用螺栓固定在原導(dǎo)電法蘭處，重新抽空并對爐室測壓升率，如果壓升率顯著下降則可以證明是此處導(dǎo)致漏氣。
c 主要靠替代更換法，重新裝配另外一組坩堝進(jìn)行壓升率對比試驗(yàn)的方法。
d 需要采用隔層內(nèi)部噴氦打壓的方式，將電弧爐水排上所有的出水閥門全部關(guān)閉并關(guān)閉除爐室進(jìn)水閥外的其他進(jìn)水閥門，在水排進(jìn)口對爐
室隔層進(jìn)行噴氦打壓，將壓力充到0.1MPa 后，重復(fù)檢漏儀的檢漏操作，如果隔層滲氣，氣體將進(jìn)入爐室被檢漏儀檢測。
e 通過開、停泵檢測壓升率的方式檢測。如果擋板閥內(nèi)部蓋板漏氣，則在閥門關(guān)閉的情況下，停止系統(tǒng)真空泵工作和不停止的情況下壓升率會有較明顯的變化。
3、結(jié)論
以上通過對檢漏概念、檢漏儀原理及電弧爐檢漏的步驟的詳細(xì)介紹，找到了真空自耗電弧爐檢漏的步驟及要點(diǎn)，使其整個(gè)過程更加清晰化、模式化。本文在實(shí)際的工作中對現(xiàn)場的實(shí)際工作有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)希望本文對相關(guān)行業(yè)解決類似問題有所幫助。
參考文獻(xiàn)
[1] 姜波.真空檢漏在維修中的應(yīng)用[J].機(jī)械制造，2006，(4):65-67.
[2] 李軍仁，付保全，李強(qiáng)，等. 真空自耗電弧爐真空系統(tǒng)檢漏[J]. 真空，2005，(5):37-39.
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