Băi cu sare — dispozitiv și aplicare
La încălzirea produselor în lichid, datorită valorilor ridicate ale coeficientului de transfer de căldură de la lichid la metal, se poate obține o rată de încălzire semnificativ mai mare. Pe de altă parte, datorită conductivității termice mult mai ridicate a lichidelor în comparație cu gazele, distribuția temperaturii în acestea trebuie să fie mai uniformă și, prin urmare, încălzirea produselor individuale sau a părților produsului se va face în aceleași condiții.
Cea mai rapidă viteză de încălzire poate fi atinsă într-un metal lichid, cum ar fi plumbul topit. Baia de plumb este un creuzet de fier umplut cu plumb, instalat în cuptor electric cu arbore sub capacul de evacuare. Când plumbul se topește și atinge o temperatură predeterminată, în el sunt coborâte părți mici, care sunt încălzite rapid, de exemplu, pentru călire sau călire, în timp ce conductivitatea termică a plumbului asigură o uniformitate ridicată a încălzirii pieselor care cad în el. dar o baie de plumb are o serie de defecte semnificative:
• munca dăunătoare cu plumb, în special la temperaturi ridicate,
• imposibilitatea utilizării pentru încălzire la temperaturi peste 800 ° C (la temperaturi mai ridicate, plumbul se evaporă intens),
• capacitate termică scăzută a plumbului, datorită căreia se răcește rapid atunci când este scufundat în părți mai mari.
În consecință, băile cu plumb au primit doar o utilizare limitată. Spre deosebire de plumb, diverse săruri, nitrați și baze au găsit o aplicație mult mai largă. Deoarece un număr de săruri, nitrați și baze utilizate au puncte de topire foarte diferite, pentru orice temperatură în intervalul de la 250 la 1300 °C, o astfel de sare sau amestec de săruri poate fi selectată astfel încât să se evapore puțin la acea temperatură și la aceeași temperatură. timpul este fluid. Tabelul 1 prezintă punctele de topire și domeniile de aplicare ale unor săruri și nitrați.
Băile de sare și sare realizate constructiv ca băi cu încălzire exterioară, băi cu încălzitoare interioare și electrozi... Primele două tipuri se execută la temperaturi relativ scăzute — acestea sunt în principal băi salitr și alcaline utilizate pentru tratarea termică a profilelor și foilor din aliaje ușoare. (450 -525 °C).
Băile de sare încălzite extern sunt un vas dreptunghiular sau circular sudat din oțel carbon simplu, plasat într-un ax cu încălzitoare metalice.
Băile cu sare cu încălzitoare interioare sunt realizate la fel, dar nu au elemente de încălzire exterioare, iar în schimb elementele de încălzire ermetice tubulare sunt scufundate în nitrat. Au avantaje semnificative:
1. Dimensiuni puțin mai mici și pierderi de căldură mai mici în comparație cu băile de încălzire exterioare,
2. consumul de aliaje de încălzire în ele este de zece ori mai mic,
3.Ele sunt mai sigure deoarece nitrații pot exploda atunci când sunt supraîncălziți în prezența oxizilor de fier și o astfel de supraîncălzire în băile de încălzire exterioare poate apărea din cauza contaminării straturilor inferioare de nitrați, ceea ce duce la supraîncălzirea fundului băii de către încălzitoarele inferioare.
Dezavantajul încălzitoarelor cu tub în băile cu nitrați este durata lor scurtă de viață din cauza temperaturii ridicate și a coroziunii mantalei tubului cu nitrat.
Tabelul 1. Punctul de topire și intervalul unor săruri
Băile cu sare și alcaline de ambele tipuri ating dimensiuni foarte mari (lungime 6-8 m) și o putere de câteva sute de kilowați.Pentru temperaturi mai ridicate se folosesc băi cu electrod. Sunt un creuzet metalic sau ceramic umplut cu sare, în care sunt coborâți electrozi metalici alimentați de un transformator coborâtor cu o tensiune de 8-25 V.
În stare rece, sarea conduce cu greu curentul, dar dacă este încălzită de o sursă externă, atunci se stabilește un curent între electrozi și eliberează căldură Joule în sare. Prin urmare, sarea topită în sine servește ca încălzitor în astfel de băi, în care sunt scufundate articolele de încălzit.
Băile de electrozi vin cu capac și electrozi exteriori. Primele nu sunt utilizate în prezent din cauza eficienței scăzute și a încălzirii neuniforme. În astfel de băi, densitatea de curent pe suprafața electrozilor din cauza dimensiunilor mari ale acestora din urmă nu este mare, prin urmare există doar circulația termică naturală a sării în ele, ceea ce egalizează temperaturile în cei din urmă de-a lungul înălțimii. Cu toate acestea, în astfel de băi diferența de temperatură în nivelurile superioare și inferioare poate ajunge la 20-25 ° C.
Astfel, principalul dezavantaj al acestor băi este circulația insuficient de intensivă a sării, ceea ce duce la o scădere a vitezei de încălzire a produselor și, prin urmare, la funcționarea băii și la o distribuție neuniformă a temperaturii în ea de-a lungul acesteia. inaltimea.
Mai mult, în aceste băi liniile curente umplu aproape întreg volumul de sare; prin urmare curge și curent prin produse. Cu o formă nefavorabilă a acestora din urmă (margini ascuțite, punți subțiri între două părți ale produsului), în ele se pot concentra densități de curent crescute, ceea ce va duce la supraîncălzire și poate duce la respingere sau chiar la topire.
Orez. 1. Baie de sare cu electrozi la distanță și despărțitor: 1 — baie, 2 — placare, 3 — șorț, 4 — umbrelă, 5 — despărțitor: 6 — pirometru, 7 — electrod, 8 — zidărie refractară, 9 — izolație termică.
Aceste dezavantaje sunt depășite de băile de sare cu electrozi cu electrozii externi care devin din ce în ce mai răspândiți. În ei, electrozii sunt două tije cu o secțiune dreptunghiulară sau circulară, coborâte în sare la o distanță de 25-50 mm una de cealaltă.
În astfel de băi, aproape toate liniile de curent sunt situate în spațiul dintre doi electrozi, prin urmare doar curenți nesemnificativi trec prin părțile încălzite și punctele lor individuale nu se supraîncălzi. În plus, pentru a exclude complet trecerea curentului prin piese, partea camerei în care se află electrozii poate fi separată de partea sa de lucru printr-un despărțitor (Fig. 1).
Deoarece densitatea curentului dintre tije este foarte mare, sarea dintre ele este supraîncălzită și începe circulația termică intensă, iar particulele de sare încălzite se ridică în spațiul dintre electrozi și la nivelul superior diverg prin volumul băii, în timp ce sunt mai reci. straturile inferioare se introduc în spațiul interelectrod de mai jos.
La densități de curent foarte mari între electrozi (aproximativ 15-25 A / cm2), forțele electromagnetice încep să prevaleze, aruncând sare în jos în spațiul interelectrod, drept urmare direcția de circulație se inversează și intensitatea acesteia crește. O astfel de circulație forțată a sării crește semnificativ atât coeficientul de transfer de căldură de la sare la produse, cât și uniformitatea încălzirii produselor de-a lungul înălțimii băilor (până la ± 3 ° C).
Datorita avantajelor mentionate, baile cu electrozi externi au fost folosite recent din ce in ce mai mult. Băile de sare sunt produse monofazate și trifazate (Fig. 1) la puteri de la 20 la 150 kW și la diferite temperaturi de până la 1300 ° C. Sunt utilizate pentru încălzirea diferitelor produse pentru călire și revenire și în primul rând pentru unelte (inclusiv oteluri rapide), precum si pentru recoacerea izoterma.In plus, prin alegerea compozitiei de sare corespunzatoare din acestea se poate asigura desfasurarea operatiilor de prelucrare termochimica, cementare si cianurare a otelurilor.
Un avantaj binecunoscut al încălzirii în băile cu sare este acela de a acoperi articolele scoase din baie cu un strat subțire de sare. Această peliculă protejează suprafața produsului de oxidarea în aer, în același timp crăpănd și returând atunci când este răcit sau când este scufundat într-un rezervor de răcire.
Crezetele metalice rezistente la căldură ale băilor cu electrozi care funcționează până la 1000 ° C sunt fabricate din oțeluri crom-nichel, iar durata lor de viață poate fi presupusă a fi de 1 an. Crezetele ceramice pot fi folosite până la 1400°C, pot fi complet compactate, arse sau asamblate din plăci ceramice de aluminiu ridicate, arse individuale, legate între ele într-o soluție.
Electrozii pot fi fabricați din oțeluri crom-nichel sau oțeluri cu conținut scăzut de carbon, de exemplu clasa 10. Electrozii stau în băi cu temperatură înaltă timp de 3-6 luni, în băi cu temperatură medie până la un an.
Dispunerea capacelor de baie de sare joacă un rol important... O oglindă de sare deschisă emite o cantitate de energie egală cu aproximativ 5-6 ori pierderea de căldură a unei băi închise la 1000 ° C. Prin urmare, capacul de baie trebuie izolat suficient. , in acelasi timp trebuie sa fie usor de rabatat sau mutat in lateral in timpul incarcarii si descarcarii. O reducere semnificativă a pierderilor de oglinzi de baie poate fi obținută prin acoperirea suprafeței acesteia cu un strat de pulbere de carbon grafit celular.
Deoarece sarea nu este condusă într-o stare rece, este necesar să o încălziți pentru a rula baia. Cea mai convenabilă este utilizarea rezistenței inițiale la nicrom. Acesta din urmă, înainte ca baia să se solidifice, este scufundat în sare și conectat la doi electrozi. Când baia este încălzită, curentul transformatorului care trece prin rezistență o încălzește, datorită căruia straturile de sare adiacente rezistenței sunt încălzite și, la rândul lor, încep să conducă. Rezistorul este apoi oprit și îndepărtat din sare.Pentru o astfel de rezistență se poate permite o putere specifică de suprafață foarte mare de ordinul 10-15 W/cm2. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere că atunci când se lucrează în sare, nicromul devine foarte fragil și necesită o manipulare atentă.
Uneori, în loc de o rezistență metalică între electrozi, după oprirea cuptorului, sunt așezate bucăți de cărbune de electrozi care, încălzindu-se la pornirea băii, încălzesc sarea. În cele din urmă, puteți încălzi pur și simplu zonele de sare din apropierea electrozilor cu un arzător cu gaz. Operatia de incalzire a baii este destul de lunga, asa ca uneori este de preferat sa nu se raceasca baile peste noapte, lasand-le aprinse la tensiune redusa.
Pe lângă băile intermitente cu electrozi, se folosesc și unități continue... Pentru băile individuale, deasupra băii poate fi folosită o bandă transportoare pentru a transporta piesele și a le scufunda în sare. Unitățile pentru procese complexe de tratare termică, efectuate succesiv în mai multe băi, sunt mai complexe, deoarece acest lucru necesită crearea unei mișcări alternative a pieselor în direcții orizontale și verticale. De obicei, această sarcină este rezolvată folosind un transportor sau un carusel cu un dispozitiv de ridicare.
Astfel, în comparație cu cuptoarele electrice convenționale, băile de sare prezintă următoarele avantaje:
1. viteză mare de încălzire și, prin urmare, performanță ridicată pentru dimensiuni egale,
2. ușor de efectuat diferite tipuri de tratament termic și termochimic,
3. protectia produselor de oxidare in timpul incalzirii si racirii.
Dezavantajele băilor de sare sunt următoarele:
1.consum specific ridicat de energie datorită pierderilor crescute de căldură din oglinda de baie și necesității funcționării continue a acesteia datorită duratei și complexității încălzirii (aceasta din urmă provoacă funcționarea sub sarcină);
2. consum destul de mare de sare,
3. conditii dificile de lucru chiar si cu o buna ventilatie.
Prevalența băilor cu sare se explică prin faptul că, în multe cazuri, avantajele lor depășesc dezavantajele.
Pentru cele mai scăzute temperaturi se folosesc băi de ulei, realizate atât cu încălzire internă cât și externă. Cazanele cu electrozi pentru încălzirea apei și producerea vaporilor de apă funcționează în același mod ca băile cu electrozi de sare.