真空檢漏技術(shù)在自耗電弧爐維修中的應(yīng)用
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(guò)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際的檢漏過(guò)程總結(jié)出了檢漏儀應(yīng)用過(guò)程中的注意事項(xiàng)，對(duì)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(shì)，因而被廣泛應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)中針對(duì)核級(jí)鋯材來(lái)講熔煉真空度及漏氣率是電弧爐最重要的工藝參數(shù)，由于種種原因真空漏氣率往往無(wú)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(guò)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(cè)真空系統(tǒng)的漏氣部位及其大小的過(guò)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(guò)系統(tǒng)上的漏孔或間隙從高壓側(cè)流向低壓側(cè)的過(guò)程，屬于設(shè)備自身問(wèn)題，也是本文研究與解決的重點(diǎn)問(wèn)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(guò)長(zhǎng)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。第一，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(cè)出漏孔漏出的示漏物質(zhì)的方法。主要有升壓法、聽(tīng)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(huì)通過(guò)漏孔進(jìn)入被檢件和敏感元素空間，由敏感元件檢測(cè)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(jí)鋯材生產(chǎn)的第一道工序，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(jí)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(wú)法滿足熔煉工藝要求，因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://203scouts.com/)認(rèn)為采用上述充壓檢漏法顯然是無(wú)法達(dá)到檢測(cè)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(lái)檢測(cè)電弧爐的漏點(diǎn)。
2.1、真空自耗電弧爐真空系統(tǒng)配置簡(jiǎn)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。
圖1 電弧爐真空系統(tǒng)原理圖
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(hào)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(zhǎng)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，該檢漏儀最小可檢漏率能達(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 的最大檢漏壓強(qiáng)為1000Pa，其內(nèi)部原理圖如圖2 所示。
圖2 氦質(zhì)譜檢漏儀原理圖
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(shuō)的自檢通過(guò)。
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(wú)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(duì)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(duì)于粗檢兩個(gè)位置都能夠達(dá)到要求，但對(duì)于系統(tǒng)的小漏，位置的選擇則相當(dāng)關(guān)鍵，對(duì)于核級(jí)鋯鑄錠的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，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(hào)的檢漏儀分為檢測(cè)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(kāi)，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(cè)到；當(dāng)壓強(qiáng)10 Pa<Pa<100 Pa 時(shí)，檢漏儀關(guān)閉V2，打開(kāi)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(cè)到系統(tǒng)的中漏；當(dāng)Pa <10 Pa 時(shí)，檢漏儀關(guān)閉V3，打來(lái)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(cè)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://203scouts.com/)認(rèn)為對(duì)于檢測(cè)中漏來(lái)說(shuō)，有可能導(dǎo)致檢漏儀的V3 閥無(wú)法打開(kāi)，使得中漏的部分漏孔無(wú)法檢測(cè)出來(lái)，這也是為什么在現(xiàn)場(chǎng)檢漏過(guò)程中有時(shí)無(wú)法檢測(cè)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(dòng)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(kāi)檢漏儀開(kāi)始進(jìn)行工作；
②按照先高后低、先近后遠(yuǎn)的順序依次對(duì)爐室各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行噴氦，針對(duì)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(dòng)密封處———觀察孔玻璃處———爐頭法蘭———坩堝法蘭———真空檢測(cè)排———真空管道———真空擋板閥———大、小羅茨。
③外部無(wú)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(dòng)密封；b.氣動(dòng)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(dòng)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(duì)爐室測(cè)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(duì)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(duì)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(cè)。
e 通過(guò)開(kāi)、停泵檢測(cè)壓升率的方式檢測(cè)。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(huì)有較明顯的變化。
3、結(jié)論
以上通過(guò)對(duì)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(guò)程更加清晰化、模式化。本文在實(shí)際的工作中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)希望本文對(duì)相關(guān)行業(yè)解決類似問(wèn)題有所幫助。
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