1实验与结果
经过多年长期的实验研究，沈阳真空技术研究所在该领域的工艺与设备已趋于成熟，以下列举几台设备的研制过程以供参考。
1.1真空脱气浇注炉第一号设备实验内容
抽真空加热，首先实验各系统的性能：脱气浇注炉的真空度及漏气率均达到要求。
脱气浇注炉的加热效率。设备实测数据为：
- 在空炉、室温9℃时，对导热油加热从12℃~120℃，加热时间1h50min；
- 在室温10℃、导热油预先达到120℃后，在料仓注入8.5℃的原料260kg，罐子加满料后，大约3h，三个测温点温度达到120℃；
- 将原料加热到120℃，加热时间为4h50min；经加热后做蜡液脱气实验，将蜡液加热到115℃，并开始搅拌15min，观察搅拌效果；
- 开始抽真空，5s后大量气泡上升至吸气口高度，立即停止抽真空，约2min后，气泡渐渐下降，可以看到部分液面露出；
- 继续抽真空，气压下降到7.0×103Pa~7.5×103Pa，停止抽真空，气压上升到1.0×104Pa；
- 完成了蜡液的抽真空实验，初步达到预期效果。
1.2真空脱气浇注炉第二号设备实验内容：加热、抽真空、灌装
在第一号设备实验基础上，改进后重新做蜡液实验及设备检测实验。
- 将原料加热到115℃，待原料融化成液体后，加入颜料，并同时开始搅拌，耗时15min，观察搅拌效果；
- 抽真空，打开主抽空阀3s后大量气泡上升，液面消失在视线中，立即停止抽真空，约5min后，气泡高度渐渐下降，直到露出液面；
- 再次开启主抽空阀3s后气泡再次大量出现，停止抽真空约3min后，气泡渐渐下降，表面开始露出一半液面；
- 如此循环20min后，主抽空阀保持开启，约5min后气泡基本消失，气压保持在8.6×10Pa。这时关闭主抽空阀、停止真空泵，加入香精，搅拌10min后停止搅拌机，缓慢放气；
- 开始直接灌装产品，第一批8只，胎膜预热至45℃左右，使用灌注阀直接灌装。其余胎膜没有预热，胎膜温度约12℃。
实验结果：预热的胎膜中间蜡液上有极少气泡，没有预热的胎膜内壁上有少量气泡。第二次蜡液脱气实验成功。
原因分析：通过正确控制抽真空速度的方法，解决了堵塞管路的问题，确保了实验的继续进行。
设备操作过程：
- 对炉体进行加热，在室温10℃时，将导热油加热到120℃，1h后铠甲外层温度为25℃（保温铠甲使用不锈钢材质，边角经过压边处理）；
- 操纵电控面板自动打开炉盖，炉盖上升前，需要手动打开罐盖锁紧螺栓，上升到上限位最高点；
- 加入石蜡和颜料；
- 下降时，需要手扶罐盖来确保它降落在正确的位置；
- 然后进行抽真空；
- 观察电子仪表显示，在未启动搅拌器时，电子温控仪比机械指针式温度表的显示值高9℃~10℃，启动搅拌器约6min后，设备上的这两种温度显示器显示差值为1℃；
- 机械指针式真空表为相对真空度显示，电子真空仪显示为绝对真空度，电子真空仪显示更精确；
- 测试抽真空速度与气密性，当原料仓清空时，抽真空从1.03×105Pa至5.3×101Pa，耗时3min；
- 在真空度达到5.3×101Pa时，关闭主抽空阀、停止真空泵，5min后仪表显示值上升到6.0×102Pa，1h后仪表显示值上升到8.2×103Pa；
- 查看真空管道过滤器，在原料260kg，香精等添加剂10kg，执行一次连续抽真空操作后，原料在过滤器内沉积5kg。
从表1中可以看出：蜡液沉积到过滤器内与第一次抽真空时间，和蜡液数量有关。
浇注时，打开浇注阀，原料流速过快，不易控制，关阀时无法立即截流，并且随着原液位的变化，原料留出的速度也不同，浇注口目前只能用于放出原料，不能直接浇注产品；
罐体内蜡液放空后，打开阀门，可以自动将蜡液吸入脱气炉内，但因吸力过大，罐内会产生大量的气泡，堵塞真空管路前打开放气阀；
在平台上观察窗观看罐内情况。
1.3真空脱气浇注炉第三号设备实验
在第二号设备性能良好的基础上，我们又进行了第三号设备的研制，保证设备抽真空效果良好，可以达到良好的真空度。
气密性可满足产品生产需求，一次抽真空操作约需要25min完成；
手动打开罐盖锁紧螺栓，在上升到2/3以上高度后，停止上升，再次启动上升时，电动机表现为动力不足，无法驱动吊件上升，需要加大电动功率；
机械开关罐盖装置的上、下限位开关安装效果经调试稳定，特别是上限位，确保准确而有效；
经改进，搅拌机中轴输料器，提升原料效果好，提升量多，抽真空时可以观察原料中含有的气泡；
真空泵更换动密封后，运行良好。
1.4蜡制品设备生产线
在脱气浇注炉一号、二号、三号设备研制的基础上，
做成了适合批量生产蜡制品的成型的生产线，投入生产中使用，用户反映良好。1.4.1真空脱气浇注炉工艺流程
对罐体进行加热，30min可以将罐加热到120℃，在罐体加满料后，大约3h后，测温点温度达到120℃，阀门出料口加热棒与热电偶，温度达到120℃，蜡液流动性非常好，容易出蜡；
搅拌速度采用200r/min，搅拌2h，使蜡液搅拌均匀；脱气时能看到脱气伞上的液体均匀流下；
观察真空表，显示在1×103Pa以下时；控制系统正常运行。
1.4.2真空脱气浇注炉的检验
刚出炉时热态浇注检测；
浇口杯位置上、下移动时检测其浇注效果；
冷却后检测产品内有无气泡；检测真空与非真空产品对比；
检测方法为目测与仪器检测。
1.4.3透明果冻腊产品的实验结果
目测的结果，设备安装到生产线上，浇注出的果冻蜡产品，气泡较少，色泽光鲜，一共浇注了50多杯。
浇口杯位置上下移动时，距离阀门出口位置最近处效果最好，随着距离的增大，蜡液自重影响越来越大，效果稍差。
同样原材料，真空脱气浇注炉生产的产品与非真空生产线生产的产品对比：热态时同为液体，效果相近，冷却后非真空生产线生产的产品气泡多，外观不好；真空脱气浇注炉出来的产品气泡很少，甚至无气泡，外观保持非常好。
仪器检测结果：真空脱气浇注炉出来的产品，内部结构质密，不受温度影响。非真空生产线上的产品则受温度影响较大；热态时良好，冷态时较差，这主要是由于蜡液内气泡没有被抽出。
真空脱气浇注炉刚安装到生产线上后，配合不好，但生产的产品比非真空生产线好。真空脱气浇注炉浇注蜡液到美国浇注保温箱内，再由浇注保温箱对浇口杯进行浇注。
脱气浇注炉与生产线为同一电控系统，则配合问题可以解决，但制造成本会增加。由于蜡制品销售价格不可能太高，只能靠数量赢得经济效益，所以不论是脱气浇注炉还是生产线，在制造上均要求降低制造成本，尽量使用原有生产线，缩短制做工期，尽快占领市场。改进后的脱气浇注炉生产线在国内获得成功，投入使用和推广，生产线远销越南等地。
结论：真空脱气浇注炉大大改善了以往制蜡生产线设备的不足，原材料石蜡内部的微小气泡等杂质得以抽出，改善了产品的内部结构。使产品品质提高，未来发展前景广阔。
真空在制蜡工业中的应用还处于初级阶段，如果未来能在真空度控制方面更加准确，真空浇注蜡液与生产线的配合无需人为操作，增加设备的自动化操作程度，效果会更好。
2技术难题与解决办法
2.1真空管路及泵被凝固蜡液堵塞
解决办法：改进电控及真空管路结构。通过改进PLC程序，控制主抽阀在抽真空初期阶段，间歇性开启。一段时间后，常开主抽阀。具体间歇时间需要进一步测试；同时改进过滤器结构，加大容积；在过滤器顶部吸气，在过滤器上方1/5处增加过滤网材料、中间部位进气（进气管沿过滤器内壁切线方向，向下倾斜10°角进入过滤器）。
2.2实验中还发现，真空管路存有少量蜡液，在自动进料时，罐内会产生大量的气泡，浇注不理想。
蜡液换颜色时是否需要清洗，设备结构上，两侧踏板平台无防护围栏，在平台上不能从观察窗观看罐内情况。
解决办法：继续修改PLC程序，增加一套预抽真空的功能，间歇性开启主抽阀。20min后，自动切换成常开启主抽阀；同时调整过滤器吸气与进气口方向，设置为过滤器上部排气、底部进气。这样需要将过滤器真空泵端调整到上端、主抽阀端调整到下端，再向下延长过滤器。
进一步改进自动进料的装置操作，使得在需要进料时，开启分压放气阀，以降低吸力，因为
吸力过大，罐内会产生大量的气泡，严重时会堵塞真空管路设施。（培训操作者注意这部分操作！）由于脱气浇注炉内的蜡液最好往生产线上的模具里浇注，所以本系统关键点在于阀门的温度是否与罐体温度一致，经过市场调研，选择带夹套加热的阀门。实测该阀门阀体部分温度满足要求，而阀口部分温度稍低，可用增加加热棒与热电偶解决。只要温度一致，就能使石蜡液体流动性良好，又不破坏材质。在采用导热油加热过程时，设备方面需要考虑的问题也不少，因为受空间限制，阀门及泵部分需要螺纹连接，不适合导热油密封。经过技术人员与工人师傅努力，采用聚四氟乙烯端部密封，圆满地解决了这一问题。
浇注口只用于放出原料，不直接浇注产品；由于高温时液体原料放出速度较快，无需清洗。改进设备结构：在两侧平台上增加围栏；在平台上增加一层脚踏板。
操作自动化主要由电控系统及里面的PLC完成，如下图，电控面板上有操作按钮，电控柜里面有PLC，将手动操作时总结出来的工艺曲线时间，转化成程序输入到PLC里面。完成后，只要操作者一按按钮，余下的动作自动完成，这样只要一个操作者，便可以操作三台设备。
2.3实验所遇到的技术难题还有：
3号脱气浇注炉提升罐盖时，电动机表现为动力不足，无法驱动吊件上升；机械开关罐盖装置的限位开关安装效果不稳定，特别是上限位；搅拌机中轴输料器，提升原料效果不好，提升量极小。
解决办法：将罐盖提升滑轮重新机械加工，保证运转间隙大，克服偏心阻力；调整上限位行程开关位置；将搅拌机中轴输料器拆下，调整角度与间隙，使输料器与外筒间隙均匀，重新装上；拆真空泵，更换动密封，而动密封损坏的原因为香精腐蚀作用太强，真空泵的密封材料应全部换成氟橡胶；重新装好后，真空泵运转正常。
2.4其他技术问题
在操作中所遇技术问题，真空脱气浇注炉安装到生产线上后，配合不好。制造成本高。
解决办法：在浇注方面又增加了美国浇注保温箱，完成后续浇注过程，产品达到要求。同时在制造上降低制造成本，发挥各厂优势，尽量使用原有生产线，缩短制造工期。另外，积极做申报专利工作，尽快占领市场。
整套制蜡生产线除了有真空浇注设备，还需要配一台加热去表面气泡装置，如图7，在真空脱气炉下面：
在收集了相关的基础资料的基础上，通过对该生产线中的真空脱气浇注炉的设计制造，安装调试，并多次改进，制造出满足用户要求的设备，大大提高了生产效率，降低成本，可做到批量生产，并且生产线已远销越南等国，受到用户的好评。
本文首发于《真空》杂志2016年第2期
原文标题：真空在制蜡工业中的应用研究
本文作者：艾春江1，杨洪帅1，艾博元2
作者单位：1.沈阳真空技术研究所；2.辽宁工业大学机械工程与自动化学院
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