Κλίβανος κενού
Ο κλίβανος κενού (vacuum furnace) είναι ένας τύπος φούρνου στον οποίο το προϊόν στον κλίβανο περιβάλλεται από κενό κατά την επεξεργασία. Η απουσία αέρα ή άλλων αερίων αποτρέπει την οξείδωση, την απώλεια θερμότητας από το προϊόν μέσω της συναγωγής και απομακρύνει μια πηγή μόλυνσης. Αυτό επιτρέπει στον κλίβανο να θερμαίνει υλικά (συνήθως μέταλλα και κεραμικά) σε θερμοκρασίες τόσο υψηλές όσο 3000°C[1] με επιλεγμένα υλικά. Οι μέγιστες θερμοκρασίες κλιβάνου και τα επίπεδα κενού εξαρτώνται από τα σημεία τήξης και τις τάσεις ατμών των θερμαινόμενων υλικών. Οι κλίβανοι κενού χρησιμοποιούνται για τη διεξαγωγή διεργασιών όπως ανόπτηση, συγκόλληση, σύντηξη και θερμική επεξεργασία (heat treatment) με υψηλή συνοχή και χαμηλή μόλυνση. Τα χαρακτηριστικά ενός κλίβανου κενού είναι:
- Ομοιόμορφες θερμοκρασίες στην περιοχή 800-3000°C.
- Τα εμπορικά διαθέσιμα συστήματα άντλησης κενού μπορούν να φτάσουν επίπεδα κενού έως και 1×10−11 torrs (1,3×10−11 mbar; 1,3×10−14 atm)
- Η θερμοκρασία μπορεί να ελεγχθεί εντός μιας θερμαινόμενης ζώνης, που συνήθως περιβάλλεται από θερμική θωράκιση ή μόνωση.
- Χαμηλή μόλυνση του προϊόντος από άνθρακα, οξυγόνο και άλλα αέρια.
- Τα συστήματα άντλησης κενού αφαιρούν τα υποπροϊόντα χαμηλής θερμοκρασίας από τα υλικά της διεργασίας κατά τη θέρμανση, με αποτέλεσμα ένα τελικό προϊόν υψηλότερης καθαρότητας.
- Η γρήγορη ψύξη (σβήσιμο) του προϊόντος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συντομεύσει τους χρόνους του κύκλου της διαδικασίας.
- Η διαδικασία μπορεί να ελεγχθεί από υπολογιστή για να διασφαλιστεί η επαναληψιμότητα.
- Σε αντίθεση με το φούρνο κενού (Vacuum oven), λειτουργεί σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες και πολύ χαμηλότερες πιέσεις.
Η θέρμανση των μετάλλων σε υψηλές θερμοκρασίες σε ανοιχτή ατμόσφαιρα προκαλεί συνήθως ταχεία οξείδωση, η οποία είναι ανεπιθύμητη. Ένας κλίβανος κενού αφαιρεί το οξυγόνο και εμποδίζει αυτό να συμβεί. Ένα αδρανές αέριο, όπως το αργό, χρησιμοποιείται συχνά για γρήγορη ψύξη των επεξεργασμένων μετάλλων σε μη μεταλλουργικά επίπεδα (κάτω από 200°C) μετά την επιθυμητή διαδικασία στον κλίβανο.[2] Αυτό το αδρανές αέριο μπορεί να συμπιεστεί σε δύο φορές την ατμόσφαιρα ή περισσότερο, στη συνέχεια να κυκλοφορήσει στην περιοχή της θερμής ζώνης για να πάρει τη θερμότητα πριν περάσει από έναν εναλλάκτη θερμότητας για να αφαιρέσει τη θερμότητα. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να επιτευχθεί η επιθυμητή θερμοκρασία.
Συνηθισμένες χρήσεις
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Οι κλίβανοι κενού χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών τόσο σε βιομηχανίες παραγωγής όσο και σε ερευνητικά εργαστήρια. Για παράδειγμα, ένας φούρνος κενού χαμηλής θερμοκρασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ξήρανση της βιομάζας πολύ πιο αποτελεσματικά από το στέγνωμα μόνος του.[3] Ομοίως, η ξήρανση σε κενό μικροκυμάτων έχει δείξει δυνατότητες για ξήρανση τροφίμων όπως τα βακκίνια.[4][5] Σε θερμοκρασίες κάτω των 1200 °C, χρησιμοποιείται συνήθως ένας κλίβανος κενού για τη θερμική επεξεργασία κραμάτων χάλυβα. Πολλές εφαρμογές γενικής θερμικής επεξεργασίας περιλαμβάνουν τη σκλήρυνση και την επαναφορά ενός χαλύβδινου τμήματος για να γίνει ισχυρό και σκληρό κατά τη διάρκεια της συντήρησης. Η σκλήρυνση περιλαμβάνει τη θέρμανση του χάλυβα σε μια προκαθορισμένη θερμοκρασία και, στη συνέχεια, την ταχεία ψύξη του σε νερό, λάδι ή κατάλληλο μέσο. Μια περαιτέρω εφαρμογή για κλιβάνους κενού είναι η ενανθράκωση (Carburizing) κενού, γνωστή και ως ενανθράκωση χαμηλής πίεσης, Low Pressure Carburizing ή LPC. Σε αυτήν τη διαδικασία, ένα αέριο (όπως το ακετυλένιο) εισάγεται ως μερική πίεση στη θερμή ζώνη σε θερμοκρασίες τυπικά μεταξύ 870–1070 °C. Το αέριο διασπάται στα συστατικά του στοιχεία (σε αυτή την περίπτωση άνθρακα και υδρογόνο). Στη συνέχεια, ο άνθρακας διαχέεται στην επιφάνεια του εξαρτήματος. Αυτή η λειτουργία τυπικά επαναλαμβάνεται, μεταβάλλοντας τη διάρκεια της εισαγωγής αερίου και το χρόνο διάχυσης. Μόλις η εργασία έχει σωστά σκληρυνθεί, το μέταλλο σβήνεται χρησιμοποιώντας λάδι ή αέριο υψηλής πίεσης (high pressure gas quenching, HPGQ). Για το HPGQ, χρησιμοποιείται συνήθως άζωτο ή, για ταχύτερη απόσβεση, ήλιο. Αυτή η διαδικασία είναι επίσης γνωστή ως σκλήρυνση (case hardening). Μια άλλη εφαρμογή φούρνων κενού σε χαμηλή θερμοκρασία είναι η αποσύνδεση, μια διαδικασία αφαίρεσης συνδετικών. Η θερμότητα εφαρμόζεται υπό κενό σε σφραγισμένο θάλαμο, λιώνοντας ή εξατμίζοντας το συνδετικό από το συσσωματωμένο. Το συνδετικό εκκενώνεται από το σύστημα άντλησης και συλλέγεται ή καθαρίζεται κατάντη. Το υλικό με υψηλότερο σημείο τήξης αφήνεται πίσω σε καθαρή κατάσταση και μπορεί να υποστεί περαιτέρω επεξεργασία. Οι κλίβανοι κενού με θερμοκρασίες άνω των 1200°C χρησιμοποιούνται σε διάφορους κλάδους της βιομηχανίας όπως η ηλεκτρονική, η ιατρική, η ανάπτυξη κρυστάλλων, η ενέργεια και τα τεχνητά πετράδια. Η επεξεργασία υλικών υψηλής θερμοκρασίας, τόσο μετάλλων όσο και μη μετάλλων, σε περιβάλλον κενού επιτρέπει ανόπτηση, συγκόλληση, καθαρισμός, σύντηξη και άλλες διεργασίες να πραγματοποιούνται με ελεγχόμενο τρόπο.
Παραπομπές
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]- ↑ mrf-furnaces.com/vacuum-furnaces/ Vacuum Furnaces - Materials Research Furnaces, Inc.
- ↑ «Vacuum Furnace at IMP».
- ↑ Hubbard, Benjamin R.; Putman, Lindsay I.; Techtmann, Stephen; Pearce, Joshua M. (June 2021). «Open Source Vacuum Oven Design for Low-Temperature Drying: Performance Evaluation for Recycled PET and Biomass» (στα αγγλικά). Journal of Manufacturing and Materials Processing 5 (2): 52. doi:. ISSN 2504-4494.
- ↑ Yongsawatdigul, J.; Gunasekaran, S. (May 1996). «Microwave-Vacuum Drying of Cranberries: Part I. Energy Use and Efficiency» (στα αγγλικά). Journal of Food Processing and Preservation 20 (2): 121–143. doi:. ISSN 0145-8892. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1745-4549.1996.tb00850.x.
- ↑ Yongsawatdigul, J.; Gunasekaran, S. (May 1996). «Microwave-Vacuum Drying of Cranberries: Part Ii. Quality Evaluation» (στα αγγλικά). Journal of Food Processing and Preservation 20 (2): 145–156. doi:. ISSN 0145-8892.