RU2037558C1 - Vacuum furnace - Google Patents

Vacuum furnace Download PDF

Info

Publication number
RU2037558C1
RU2037558C1 SU5002317A RU2037558C1 RU 2037558 C1 RU2037558 C1 RU 2037558C1 SU 5002317 A SU5002317 A SU 5002317A RU 2037558 C1 RU2037558 C1 RU 2037558C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipe
vacuum
anode
cathode
heater
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Original Assignee
Научно-производственное предприятие "Новатех"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное предприятие "Новатех" filed Critical Научно-производственное предприятие "Новатех"
Priority to SU5002317 priority Critical patent/RU2037558C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2037558C1 publication Critical patent/RU2037558C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemical thermal treatment. SUBSTANCE: furnace has vacuum chamber with systems of vacuum air evacuation and working gas feeding and also heater, located inside vacuum chamber. Heater has integral-cold cathode, anode, one end fixed to vacuum chamber inner surface pipe of heat-resistant electrical insulating material and also screen. Screen is made optically low-transparent, transparent for electrons and is located between cathode and free end of pipe. Anode is located in pipe cavity in zone of pipe fixed butt. Pipe is located coaxially with anode and cathode. After vacuum chamber air evacuation, pressure is created in pipe cavity by working gas feeding system, under which vacuum-arc discharge existence is provided. Then direct current source voltage is applied to cathode and anode, that excite vacuum-arc discharge between cathode and anode. Heat energy of formed inside pipe gas column plasma is used to realize corresponding technological processes with pieces, located in vacuum chamber There are versions of furnace manufacture to realize technical processes, requiring lowered pressure in vacuum chamber relatively to pressure in pipe, and for realization of chemical-thermal treatment of pieces. EFFECT: vacuum furnace is used for chemical thermal treatment and pieces vacuum bake-out. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для вакуумного обжига изделий, а также для проведения процесса химико-термической обработки. The invention relates to mechanical engineering and can be used for vacuum firing of products, as well as for carrying out the process of chemical-thermal treatment.

В металлургических процессах при вакуумной плавке металлов широко используются печи, в которых применяется вакуумно-дуговой разряд. В этих печах в качестве катода используется расплавляемый металл, а анодом является охлаждаемый тигель, в который стекает расплавленный металл. Между катодом и анодом в вакууме возбуждается вакуумно-дуговой разряд, в котором средой, проводящей электрический ток в междуэлектродном промежутке, являются ионизированные пары металла [1]
Недостатком известных печей является то, что, как правило, они работают при токах в сотни и тысячи ампер, в связи с этим сопротивление столба плазмы с ростом тока пропорционально падает, поэтому мощность, выделяемая в разряде, пропорциональна току разряда. Таким образом, чтобы повысить мощность печи, необходимо увеличивать ток разряда, что усложняет конструкцию печи из-за большого сечения токоподводящих цепей.
In metallurgical processes during vacuum melting of metals, furnaces are widely used, in which a vacuum-arc discharge is used. In these furnaces, a molten metal is used as a cathode, and the anode is a cooled crucible into which molten metal flows. A vacuum-arc discharge is excited between a cathode and an anode in a vacuum, in which ionized metal vapors are a medium conducting electric current in the interelectrode gap [1]
A disadvantage of the known furnaces is that, as a rule, they operate at currents of hundreds and thousands of amperes, in connection with this, the resistance of the plasma column decreases proportionally with increasing current, so the power released in the discharge is proportional to the discharge current. Thus, in order to increase the power of the furnace, it is necessary to increase the discharge current, which complicates the design of the furnace due to the large cross section of the current-supply circuits.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является вакуумная печь, прогреваемая джоулевым теплом, выделяющимся при прохождении электрического тока по проводнику из тугоплавкого металла (W, Mo, Ta, Nb) [2]
К недостатку таких печей следует отнести высокую стоимость и дефицитность нагревателей из тугоплавких металлов; постепенное разрушение материала нагревателя из-за реакций металла, находящегося при высокой температуре с остаточной газовой атмосферой. Указанные причины повышают эксплуатационные затраты.
The closest solution in terms of technical nature and the achieved result is a vacuum furnace heated by Joule heat released during the passage of electric current through a conductor of refractory metal (W, Mo, Ta, Nb) [2]
The disadvantage of such furnaces is the high cost and scarcity of heaters made of refractory metals; gradual destruction of the heater material due to reactions of a metal at high temperature with a residual gas atmosphere. These reasons increase operating costs.

Цель изобретения снижение эксплуатационных затрат. The purpose of the invention is the reduction of operating costs.

Цель достигается тем, что вакуумная печь, содержащая вакуумную камеру с системой вакуумной откачки и нагреватель, дополнительно снабжена системой подачи рабочего газа, а нагреватель содержит интегрально-холодный катод, анод, прикрепленную к внутренней поверхности камеры расположенным со стороны анода торцом трубу из термостойкого электроизоляционного материала и оптически непрозрачный проницаемый для электронов экран, расположенный между катодом и незакрепленным концом трубы, а анод расположен в полости трубы в зоне ее закрепленного торца. Кроме того, она снабжена кожухом в виде стакана, открытый концевой участок которого установлен концентрично незакрепленному концу трубы с радиальным зазором, упомянутые катод и экран расположены в полости кожуха, а вход системы подачи рабочего газа расположен в полости трубы в зоне, ограниченной ее закрепленным торцом. The goal is achieved in that the vacuum furnace containing a vacuum chamber with a vacuum pumping system and a heater is additionally equipped with a working gas supply system, and the heater contains an integrally-cold cathode, an anode attached to the inner surface of the chamber by an end face located on the side of the anode from a heat-resistant electrical insulating material and an optically opaque electron-permeable screen located between the cathode and the non-fixed end of the pipe, and the anode is located in the cavity of the pipe in the area of its fixed about the butt. In addition, it is equipped with a casing in the form of a cup, the open end portion of which is installed concentrically to the loose end of the pipe with a radial clearance, the cathode and the screen are located in the cavity of the casing, and the inlet of the working gas supply system is located in the pipe cavity in the area bounded by its fixed end.

Помимо этого она снабжена дополнительными источниками постоянного тока и анодом, который установлен концентрично наружной поверхности трубы в зоне ее закрепленного конца и соединен с дополнительным источником постоянного тока, отрицательный полюс которого соединен с интегрально-холодным катодом нагревателя. Причем она снабжена дополнительной трубой с дном, выполненной из термостойкого электроизоляционного материала и установленной концентрично трубе нагревателя с предназначенным для прохождения плазмы зазором относительно наружной и обращенной в сторону дна торцовой поверхности трубы нагревателя. In addition, it is equipped with additional direct current sources and an anode, which is mounted concentrically on the outer surface of the pipe in the area of its fixed end and is connected to an additional direct current source, the negative pole of which is connected to the integral cold cathode of the heater. Moreover, it is equipped with an additional pipe with a bottom made of heat-resistant insulating material and mounted concentrically to the heater pipe with a gap intended for the passage of plasma relative to the outer and facing the bottom of the end surface of the heater pipe.

На фиг. 1 представлена вакуумная печь, в которой рабочее давление определяется рабочим давлением в трубе нагревателя; на фиг.2 представлена вакуумная печь, в которой рабочее давление ниже, чем рабочее давление в трубе нагревателя; на фиг. 3 представлена вакуумная печь для проведения процесса химико-термической обработки; на фиг.4 представлена вакуумная печь с повышенной удельной мощностью излучения. In FIG. 1 shows a vacuum furnace in which the working pressure is determined by the working pressure in the heater pipe; figure 2 presents a vacuum furnace in which the working pressure is lower than the working pressure in the heater pipe; in FIG. 3 shows a vacuum furnace for carrying out the process of chemical-thermal treatment; figure 4 presents a vacuum furnace with a high specific radiation power.

В вакуумной печи (фиг.1) по оси цилиндрической вакуумной камеры 1 установлена керамическая труба 2 нагревателя. У нижнего конца трубы 2 установлен анод 3; у верхнего конца трубы установлен интегрально-холодный катод 4. Катод 4 отделен от конца трубы оптически непрозрачным, но проницаемым для электронов экраном 5 с профилем поперечного сечения в виде шеврона. Труба 2, анод 3, катод 4, экран 5 образуют нагреватель. Нагреваемые изделия 6 располагаются в печи симметрично трубе 2 нагревателя вдоль стенок цилиндрической вакуумной камеры. Система вакуумной откачки (на чертеже не показана) подсоединяется к патрубку 7 вакуумной камеры 1. Подача рабочего газа в вакуумную камеру 1 печи производится через игольчатый натекатель 8 системы подачи рабочего газа. Электропитание нагревателя вакуумной печи производится от источника 9 постоянного тока. В вакуумной печи (фиг.2) катод 4 и экран 5 размещены в корпусе 10, который имеет цилиндрический патрубок 11, диаметр которого превышает диаметр трубы 2, посредством чего между наружной поверхностью верхнего конца трубы 2 и обращенной к ней внутренней поверхностью патрубка 11 образован кольцевой щелевой зазор 12, обеспечивающий высокое сопротивление для протекания газа из трубы 2 в объем вакуумной камеры 1. In the vacuum furnace (Fig. 1), a ceramic pipe 2 of the heater is installed along the axis of the cylindrical vacuum chamber 1. At the lower end of the pipe 2 is installed anode 3; an integral cold cathode 4 is installed at the upper end of the tube. The cathode 4 is separated from the end of the tube by an optically opaque but electron permeable screen 5 with a cross-sectional profile in the form of a chevron. Pipe 2, anode 3, cathode 4, screen 5 form a heater. Heated products 6 are located in the furnace symmetrically to the heater pipe 2 along the walls of the cylindrical vacuum chamber. The vacuum pumping system (not shown in the drawing) is connected to the nozzle 7 of the vacuum chamber 1. The working gas is supplied to the vacuum chamber 1 of the furnace through a needle leak 8 of the working gas supply system. The power of the heater of the vacuum furnace is produced from a source 9 of direct current. In the vacuum furnace (Fig. 2), the cathode 4 and the screen 5 are placed in the housing 10, which has a cylindrical pipe 11, the diameter of which exceeds the diameter of the pipe 2, whereby between the outer surface of the upper end of the pipe 2 and the inner surface of the pipe 11 facing it is formed slotted gap 12, providing high resistance for the flow of gas from the pipe 2 into the volume of the vacuum chamber 1.

На фиг.3 снаружи трубы 2, в ее нижней части, симметрично оси установлен дополнительный анод 13, подключенный к источнику 14 постоянного тока. In figure 3, outside the pipe 2, in its lower part, symmetrically to the axis, an additional anode 13 is mounted, connected to a direct current source 14.

На фиг. 4 коаксиально трубе 2 установлена дополнительная наружная труба 14 с дном 15, изготовленная из термостойкого электроизоляционного материала. In FIG. 4, coaxial to the pipe 2, an additional outer pipe 14 with a bottom 15 is installed, made of heat-resistant electrical insulation material.

Работает вакуумная печь по фиг.1 следующим образом. The vacuum oven of FIG. 1 operates as follows.

Системой вакуумной откачки вакуумная камера 1 откачивается до низкого давления, а затем через игольчатый натекатель 8 осуществляется подача рабочего газа до давления, при котором обеспечивается возможность существования вакуумно-дугового разряда в трубе 2 между интегрально-холодным катодом 4 и анодом 3. От источника 9 на электроды нагревателя (катод 4 и анод 3) подается напряжение, между катодом 4 и анодом 3 возбуждается вакуумно-дуговой разряд. Давление, при котором обеспечивается возможность существования разряда, зависит от рода рабочего газа (им может быть, например, аргон или азот), диаметра и длины трубы. The vacuum pumping system, the vacuum chamber 1 is pumped out to low pressure, and then through the needle leakage 8, the working gas is supplied to a pressure at which the vacuum-arc discharge in the pipe 2 is possible between the integral cold cathode 4 and anode 3. From source 9 to heater electrodes (cathode 4 and anode 3) voltage is applied, a vacuum-arc discharge is excited between the cathode 4 and anode 3. The pressure at which a discharge is possible depends on the type of working gas (it can be, for example, argon or nitrogen), the diameter and length of the pipe.

Диапазон рабочих давлений разряда лежит в области давлений 1˙10-1 10 Па. Для работы нагревателя реализуется так называемый двухступенчатый вакуумно-дуговой разряд. Этот разряд состоит из двух разнородных в физическом отношении областей: область между катодом 4 и экраном 5 заполнена металлогазовой плазмой, область между экраном 5 и анодом 3 заполнена чисто газовой плазмой, ионы металла, генерируемые катодом, за пределы экрана 5 не проникают, поскольку распространяются от катода по прямолинейным траекториям. Положительный стол газовой плазмы заполняет внутренность трубы. Сквозь этот столб проходит весь электронный ток разряда. Напряженность электрического поля внутри трубы определяется родом рабочего газа, диаметром трубы и величиной давления внутри трубы и, как правило, составляет 0,5-1 В/см при использовании в качестве рабочего газа аргона и 1-2 В/см при использовании азота. Большие значения напряженности соответствуют меньшим диаметрам трубы и применению в качестве рабочего газа- азота. Выполнение трубы из электроизоляционного материала обусловлено возможностью образования на электропроводящих стенках (если труба выполнена, например, из тугоплавкого металла, диполярных дуговых разрядов). Pегулирование мощности нагревателя производится изменением силы тока дуги. Температура поверхности нагревателя определяется из выражений
(ip˙ (Up Uвх))/S 5,72˙10-12 ˙ Е˙ (Ттр 4ст 4), где ip сила тока разряда через трубу нагревателя;
Up напряжение на разряде;
Uвх напряжение между катодом и входом в трубу;
Uвх зависит от давления и рода рабочего газа. Минимальное значение Uвх для аргона составляет примерно 36 В, для азота примерно 45 В;
S площадь внешней поверхности трубы;
Е коэффициент излучения материала керамической трубы;
Ттр температура излучающей поверхности трубы;
Тст температура поверхности, на которую падает излучение.
The range of operating discharge pressures lies in the pressure range 1˙10 -1 10 Pa. For the operation of the heater, the so-called two-stage vacuum-arc discharge is implemented. This discharge consists of two physically heterogeneous regions: the region between the cathode 4 and the screen 5 is filled with metal-gas plasma, the region between the screen 5 and the anode 3 is filled with pure gas plasma, the metal ions generated by the cathode do not penetrate the screen 5, since they propagate from cathode along straight paths. A positive gas plasma table fills the inside of the pipe. Through this pillar passes the entire electronic discharge current. The electric field inside the pipe is determined by the type of working gas, the diameter of the pipe and the pressure inside the pipe and, as a rule, is 0.5-1 V / cm when using argon as the working gas and 1-2 V / cm when using nitrogen. Larger values of tension correspond to smaller pipe diameters and to use nitrogen as a working gas. The implementation of the pipe from an insulating material is due to the possibility of formation on electrically conductive walls (if the pipe is made, for example, of refractory metal, dipolar arc discharges). Heater power is controlled by changing the arc current. The surface temperature of the heater is determined from the expressions
(i p ˙ (U p U in )) / S 5.72˙10 -12 ˙ Е˙ (T Tr 4 -T St 4 ), where i p is the discharge current through the heater pipe;
U p discharge voltage;
U I voltage between the cathode and the entrance to the pipe;
U in depends on the pressure and type of working gas. The minimum value of U in for argon is about 36 V, for nitrogen about 45 V;
S is the surface area of the pipe;
E is the emissivity of the material of the ceramic pipe;
T Tr the temperature of the radiating surface of the pipe;
T article the temperature of the surface on which the radiation falls.

К недостатку вышеописанной печи следует отнести то обстоятельство, что рабочее давление в ней определяется давлением, необходимым для работы нагревателя (10-1 10 Па). Если для проведения технологического процесса необходимо более низкое давление, то применяют печь, изображенную на фиг.2. В этой печи рабочий газ поступает через натекатель 8, расположенный в аноде, а откачка производится из объекта вакуумной камеры 1 через патрубок 7. Благодаря такому расположению натекателя 8 и откачного патрубка 7 в кольцевом щелевом зазоре 12 между соответствующими поверхностями патрубка 11 и трубы 2 образуется перепад давлений, величина которого определяется геометрией щелевого зазора и скоростью откачки вакуумного насоса. Скорость откачки насоса S при заданном давлении р1, при котором необходимо проводить технологический процесс при рабочем давлении нагревателя внутри трубы 2 р2 и проводимости щелевого зазора Е, определяется следующей зависимостью:
S (F(p2 p1))/p1
В вакуумной печи, изображенной на фиг.3, возможен не только прогрев изделий, но и их химико-термическая обработка в положительном столбе плазмы двухступенчатого вакуумно-дугового разряда. Для проведения процесса химико-термической обработки сначала изделие прогревают нагревателем, как это было описано в установке по фиг.1, а затем между катодом 4 и анодом 13 возбуждают двухступенчатый вакуумно-дуговой разряд. В этом случае катод 4 используется для нагрева трубы 2 и создания столба плазмы, например азота, в пространстве, в котором расположены изделия 6. Под воздействием температуры и наличии активированной газовой среды, каковой является азотная плазма, происходит химико-термическая обработка поверхности изделий. Напряженность электрического поля внутри трубы составляет 0,5-1 В/см при использовании в качестве рабочего газа аргона, и повысить это значение напряженности изменением рабочего давления не удается из-за резкого ухудшения стабильности горения дугового разряда.
The disadvantage of the above-described furnace is the fact that the working pressure in it is determined by the pressure necessary for the heater to work (10 -1 10 Pa). If a lower pressure is necessary for carrying out the technological process, then the furnace shown in FIG. 2 is used. In this furnace, the working gas enters through the leakage 8 located in the anode, and pumping is carried out from the object of the vacuum chamber 1 through the pipe 7. Due to this arrangement of the leakage 8 and the pumping pipe 7 in the annular gap 12 between the corresponding surfaces of the pipe 11 and pipe 2, a difference is formed pressure, the value of which is determined by the geometry of the gap gap and the pumping speed of the vacuum pump. The pumping speed of the pump S at a given pressure p 1 , at which it is necessary to carry out the process with the working pressure of the heater inside the pipe 2 p 2 and the conductivity of the gap gap E, is determined by the following relationship:
S (F (p 2 p 1 )) / p 1
In the vacuum furnace shown in Fig. 3, not only heating of the products is possible, but also their chemical-thermal treatment in the positive column of the plasma of a two-stage vacuum-arc discharge. To carry out the process of chemical-thermal treatment, the product is first heated with a heater, as described in the installation of Fig. 1, and then a two-stage vacuum-arc discharge is excited between the cathode 4 and the anode 13. In this case, the cathode 4 is used to heat the tube 2 and create a column of plasma, for example nitrogen, in the space in which the products are located 6. Under the influence of temperature and the presence of an activated gas medium, which is nitrogen plasma, a chemical-thermal treatment of the surface of the products takes place. The electric field inside the pipe is 0.5-1 V / cm when using argon as the working gas, and it is not possible to increase this value by changing the working pressure due to a sharp deterioration in the stability of combustion of the arc discharge.

В установке по фиг.4 имеются две коаксиальные трубы, внутренняя и наружная. Ток разряда в трубах течет в противоположных направлениях, при этом ток, текущий по наружной трубе, не создает магнитного поля в области расположения внутренней трубы, и поэтому наружная труба не влияет на разряд во внутренней трубе, т. е. поведение разряда во внутренней трубе при наличии наружной трубы и в ее отсутствие ничем не отличается. Ток, текущий по внутренней трубе, создает снаружи трубы кольцевое магнитное поле. В кольцевом зазоре, образованном стенками наружной и внутренней труб, образуются скрещенные электрические и магнитные поля, под влиянием которых (а также градиента магнитного поля) электроны разряда дрейфуют в направлении к стенкам трубы. Движение электронов в поперечном магнитном поле вызывает увеличение импеданса плазмы, а, следовательно, увеличение напряженности электрического поля. Увеличение тока разряда приводит к возрастанию магнитного поля и еще большему увеличению напряженности электрического поля. In the installation of FIG. 4, there are two coaxial pipes, internal and external. The discharge current in the pipes flows in opposite directions, while the current flowing through the outer tube does not create a magnetic field in the region of the inner tube, and therefore the outer tube does not affect the discharge in the inner tube, i.e., the discharge behavior in the inner tube the presence of an outer pipe and in its absence is no different. The current flowing through the inner tube creates an annular magnetic field outside the tube. In the annular gap formed by the walls of the outer and inner pipes, crossed electric and magnetic fields are formed, under the influence of which (as well as the magnetic field gradient), the discharge electrons drift towards the walls of the pipe. The movement of electrons in a transverse magnetic field causes an increase in the plasma impedance, and, consequently, an increase in the electric field strength. An increase in the discharge current leads to an increase in the magnetic field and an even larger increase in the electric field strength.

Установка для проверки предложенной конструкции вакуумной печи содержит цилиндрическую вакуумную камеру диаметром 700 мм и высотой 1000 мм. Внутри камеры по ее оси устанавливалась кварцевая труба наружным диаметром примерно 25 мм, внутренним диаметром 20 мм и длиной 250 мм. Для увеличения коэффициента излучения труба обмотана слоем ленты из углеродного волокна. Installation for checking the proposed design of the vacuum furnace contains a cylindrical vacuum chamber with a diameter of 700 mm and a height of 1000 mm A quartz tube with an external diameter of about 25 mm, an internal diameter of 20 mm, and a length of 250 mm was installed along the axis of the chamber inside the chamber. To increase the emissivity, the pipe is wrapped with a layer of carbon fiber tape.

В нижней части камеры установлен кольцевой анод. Подача рабочего газа внутри камеры осуществлялась сквозь отверстие в аноде. В качестве источника 9 питания служит сеть переменного тока 220/330 с трехфазным одномерным выпрямителем. Для ограничения тока разряда последовательно с источником питания включен балластный реостат РБ-300. Натекатель 8 включен в схему автоматики, которая включает подачу азота при напряжении 200 В и отключает при 190 В. При зажигании разряда на электродах устанавливалось напряжение 200 В при давлении примерно 1 Па. Падение напряжения на трубе составляло примерно 160 В. Сила тока разряда 200 А. Температура поверхности нагревателя определялась с помощью нагревателя платинорадиевой термопары, прикрепленной посредством хомута к поверхности трубы. Температура поверхности трубы составила примерно 1400о С. Рабочее давление внутри вакуумной камеры 1 Па. Мощность печи 32 кВт. Для проведения процесса азотирования в печь помещались пластины из стали Р6М5. После нагрева пластин до температуры 500о С на анод 13 подавалось напряжение от источника 14 питания. Источник 14 питания имеет напряжение холостого хода 100 В и мощность 10 кВт. В результате пространство между катодом 4 и анодом 13 заполнялось азотной плазмой. Сила тока разряда 100 А. Температура инструмента поддерживалась на уровне 480-500о С включением и отключением разряда в трубе 2. При выдержке пластин при температуре 500о С в течение 30 мин глубина азотированного слоя составила 20 мкм.An annular anode is installed at the bottom of the chamber. The supply of working gas inside the chamber was carried out through a hole in the anode. As the power source 9 is an AC network 220/330 with a three-phase one-dimensional rectifier. To limit the discharge current, a RB-300 ballast is connected in series with the power source. The leakage 8 is included in the automation circuit, which turns on the nitrogen supply at a voltage of 200 V and turns it off at 190 V. When the discharge was ignited, a voltage of 200 V was set at the electrodes at a pressure of about 1 Pa. The voltage drop across the pipe was approximately 160 V. The discharge current was 200 A. The surface temperature of the heater was determined using a platinum-radium thermocouple heater attached by means of a clamp to the pipe surface. The temperature of the tube surface was about 1400 C. The operating pressure within the vacuum chamber 1 Pa. The furnace power is 32 kW. To carry out the nitriding process, plates made of P6M5 steel were placed in the furnace. After heating the wafers to a temperature of 500 C was supplied to the anode 13 by voltage source 14 power. The power source 14 has an open circuit voltage of 100 V and a power of 10 kW. As a result, the space between the cathode 4 and the anode 13 was filled with nitrogen plasma. The strength of the discharge current of 100 A. The instrument temperature was maintained at 480-500 ° C on and off in the discharge tube 2. On standing the plates at a temperature of 500 ° C for 30 minutes, the depth of the nitrided layer was 20 microns.

Для проверки возможности работы печи при низких давлениях катод 4 заключался в корпусе 10, имеющем цилиндрический патрубок 11 с внутренним диаметром 27 мм. Длина кольцевого щелевого зазорa между трубой 2 и патрубком 11 составляла 50 мм. Печь откачивалась титановым насосом быстрой откачки по азоту 4000 л/с. Давление, достигнутое в рабочем объеме печи, составляло примерно 1˙10-3 Па.To test the possibility of operation of the furnace at low pressures, the cathode 4 was enclosed in a housing 10 having a cylindrical pipe 11 with an inner diameter of 27 mm. The length of the annular gap between the pipe 2 and the pipe 11 was 50 mm The furnace was pumped out by a titanium pump of fast pumping in nitrogen at 4000 l / s. The pressure achieved in the working volume of the furnace was approximately 1-10 -3 Pa.

Нагреватель по фиг.4 имел следующие габариты. Внутренняя труба с дном из кварцевого стекла: наружный диаметр 25 мм, внутренний диаметр 20 мм, длина рабочей части 400 мм. Наружная труба из кварцевого стекла, наружный диаметр 40 мм, внутренний диаметр 35 мм. Длина трубы 450 мм. При напряжении между катодом и анодом 220 В сила тока составляет 160 А. Таким образом, напряженность электрического поля в трубе вышеуказанной геометрии составляет 4,6 В/м, что существенно выше, чем в одной трубе. Таким образом, нагреватели с двумя коаксиальными трубами могут быть более компактными, поскольку обладают большей удельной мощностью на единицу длины. The heater of FIG. 4 had the following dimensions. Inner tube with a quartz glass bottom: outer diameter 25 mm, inner diameter 20 mm, working length 400 mm. Outer tube made of quartz glass, outer diameter 40 mm, inner diameter 35 mm. Pipe length 450 mm. At a voltage between the cathode and anode of 220 V, the current strength is 160 A. Thus, the electric field in the pipe of the above geometry is 4.6 V / m, which is significantly higher than in one pipe. Thus, heaters with two coaxial tubes can be more compact because they have a higher specific power per unit length.

Claims (4)

1. ВАКУУМНАЯ ПЕЧЬ, содержащая вакуумную камеру с системой вакуумной откачки и расположенный в камере нагреватель, отличающаяся тем, что она снабжена системой подачи рабочего газа, нагреватель содержит интегрально-холодный катод, анод, трубу из термостойкого электроизоляционного материала, прикрепленную торцевой поверхностью со стороны анода к внутренней поверхности камеры, и оптически не прозрачный проницаемый для электронов экран, расположенный между катодом и незакрепленным концом трубы, при этом анод расположен в полости трубы в зоне ее закрепленного торца. 1. VACUUM FURNACE, containing a vacuum chamber with a vacuum pumping system and a heater located in the chamber, characterized in that it is equipped with a working gas supply system, the heater contains an integrally-cold cathode, an anode, a pipe made of heat-resistant electrical insulation material, attached to the end surface from the side of the anode to the inner surface of the chamber, and an optically non-transparent electron-permeable screen located between the cathode and the loose end of the pipe, while the anode is located in the cavity of the pipe in not her fixed butt. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена кожухом в виде стакана, открытый концевой участок которого установлен концентрично незакрепленному концу трубы с радиальным зазором, катод и экран расположен в полости кожуха, а вход системы подачи рабочего газа в полости трубы в зоне, ограниченной ее закрепленным торцом. 2. The furnace according to claim 1, characterized in that it is provided with a casing in the form of a glass, the open end portion of which is installed concentrically unfastened to the pipe end with a radial clearance, the cathode and the screen are located in the cavity of the casing, and the input of the working gas supply system in the pipe cavity zone limited to its fixed end. 3. Печь по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными источником постоянного тока и анодом, установленным концентрично наружной поверхности трубы в зоне ее закрепленного конца и соединенным с дополнительным источником постонного тока, отрицательный полюс которого соединен с интегрально-холодным катодом нагревателя. 3. The furnace according to claims 1 and 2, characterized in that it is provided with an additional source of direct current and an anode mounted concentrically on the outer surface of the pipe in the area of its fixed end and connected to an additional source of constant current, the negative pole of which is connected to the integral cold cathode a heater. 4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной трубой с дном, выполненной из термостойкого электроизоляционного материала и установленной концентрично трубе нагревателя с предназначенным для прохождения плазмы зазором относительно наружной и обращенной в сторону дна торцевой поверхности трубы нагревателя. 4. The furnace according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional tube with a bottom made of heat-resistant electrical insulation material and mounted concentrically to the heater pipe with a gap intended for the passage of plasma relative to the outer end surface of the heater pipe facing the bottom.
SU5002317 1991-09-11 1991-09-11 Vacuum furnace RU2037558C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5002317 RU2037558C1 (en) 1991-09-11 1991-09-11 Vacuum furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5002317 RU2037558C1 (en) 1991-09-11 1991-09-11 Vacuum furnace

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2037558C1 true RU2037558C1 (en) 1995-06-19

Family

ID=21585222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5002317 RU2037558C1 (en) 1991-09-11 1991-09-11 Vacuum furnace

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2037558C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173070U1 (en) * 2016-02-20 2017-08-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, (ФИАН) DEVICE FOR OBTAINING COMPOUNDS OF INSOLUBLE OTHERS IN ANOTHER METALS

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Смолянский М.Л. и др. Рабочий процесс и расчет вакуумных дуговых печей. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962, с.50-56. *
2. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка в вакууме. М.: Машиностроение, 1968, с.87-88. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173070U1 (en) * 2016-02-20 2017-08-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, (ФИАН) DEVICE FOR OBTAINING COMPOUNDS OF INSOLUBLE OTHERS IN ANOTHER METALS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3324334A (en) Induction plasma torch with means for recirculating the plasma
US2587331A (en) High-frequency electrical heating method and apparatus
KR20070099345A (en) Dc arc plasmatron and the method using the same
US3064153A (en) High intensity light source
BG61117B1 (en) A torch device for chemical processes
JP6887251B2 (en) High energy efficiency, high power plasma torch
US4555611A (en) Method and apparatus for uniformly heating articles in a vacuum container
EP1190605A1 (en) Microwave plasma burner
RU2037558C1 (en) Vacuum furnace
US7132620B2 (en) Inductive thermal plasma torch
US4122292A (en) Electric arc heating vacuum apparatus
US4246434A (en) Work support for vacuum electric furnaces
US3127536A (en) Magnetically-stabilized low pressure arc apparatus and method of operation
RU2042289C1 (en) Device for processing products in vacuum
US2848523A (en) Vacuum crucible furnace
KR20040010898A (en) Igniting device of Microwave Plasma Discharge System
RU2042287C1 (en) Device for processing products in vacuum
An’shakov et al. Operating modes of vacuum plasmatrons with hollow cathodes
US785535A (en) Electric furnace.
RU2184160C1 (en) Electric arc melting furnace, electrode unit and electric arc melting process
RU639389C (en) High frequency plasmatron
SU1523277A1 (en) Torch for welding and building-up in vacuum
US2231104A (en) Electric reaction furnace
JPH08195295A (en) Inductive coupling type plasma torch
Shabalin High-pressure operation of a toroidal, inductively coupled discharge