Saltbad — anordning och tillämpning

Vid uppvärmning av produkter i vätska, på grund av de höga värdena för värmeöverföringskoefficienten från vätska till metall, kan en betydligt högre uppvärmningshastighet uppnås. Å andra sidan, på grund av den mycket högre värmeledningsförmågan hos vätskor jämfört med gaser, måste temperaturfördelningen i dem vara mer enhetlig, och därför kommer uppvärmningen av enskilda produkter eller delar av produkten att ske under samma förhållanden.

Den snabbaste uppvärmningshastigheten kan uppnås i en flytande metall såsom smält bly. Blybadet är en järndegel fylld med bly, installerad i schakt elektrisk ugn under avgaskåpan. När blyet smälter och når en förutbestämd temperatur, sänks små delar ner i det, som snabbt värms upp, till exempel för härdning eller härdning, medan blyets värmeledningsförmåga säkerställer en hög enhetlig uppvärmning av delarna som faller in i det. men ett blybad har ett antal betydande defekter:

• skadligt arbete med bly, särskilt vid höga temperaturer,

• omöjlighet att använda för uppvärmning till temperaturer över 800 ° C (vid högre temperaturer avdunstar bly intensivt),

• låg värmekapacitet hos bly, vilket gör att det snabbt svalnar när det sänks ned i större delar.

Följaktligen fick blybad endast begränsad användning. Till skillnad från bly har olika salter, nitrater och baser fått en mycket bredare tillämpning. Eftersom ett antal använda salter, nitrater och baser har mycket olika smältpunkter kan ett sådant salt eller en blandning av salter väljas för alla temperaturer i intervallet från 250 till 1300 °C för att avdunsta lite vid den temperaturen och samtidigt tiden är flytande. Tabell 1 visar smältpunkter och användningsområden för vissa salter och nitrater.

Salt- och saltbad konstruktivt utförda som bad med extern uppvärmning, bad med inre värmare och elektroder... De två första typerna utförs vid relativt låga temperaturer — dessa är främst salpeter- och alkaliska bad som används för värmebehandling av profiler och plåtar av lätta legeringar (450-525°C).

Externt uppvärmda saltbad är ett rektangulärt eller cirkulärt kärl svetsat av vanligt kolstål placerat i ett schakt med metallvärmare.

Saltbad med inre värmeelement är gjorda på samma sätt, men har inga externa värmeelement, och istället är rörformiga hermetiska värmeelement nedsänkta i nitrat. De har betydande fördelar:

1. Något mindre dimensioner och lägre värmeförluster jämfört med externa värmebad,

2. förbrukningen av värmelegeringar i dem är tio gånger mindre,

3.De är säkrare eftersom nitrater kan explodera när de överhettas i närvaro av järnoxider, och sådan överhettning i externa värmebad kan uppstå på grund av kontaminering av bottenskikten av nitrat, vilket resulterar i att botten av badet överhettas av bottenvärmarna.

Nackdelen med rörvärmare i nitratbad är deras korta livslängd på grund av den höga temperaturen och korrosion av rörmanteln med nitrat.

Tabell 1. Smältpunkt och intervall för vissa salter

Salt- och alkalibad av båda typerna når mycket stora storlekar (längd 6-8 m) och en effekt på flera hundra kilowatt. För högre temperaturer används bad med elektrod. De är en metall- eller keramisk degel fylld med salt, i vilken metallelektroder som matas av en nedtrappningstransformator med en spänning på 8-25 V sänks.

I kallt tillstånd leder saltet knappt ström, men om det värms upp av någon extern källa, upprättas en ström mellan elektroderna och släpper ut joulevärme till saltet. Därför tjänar själva det smälta saltet som en värmare i sådana bad, i vilka artiklarna som ska värmas nedsänks.

Elektrodbad kommer med lock och yttre elektroder. De förstnämnda används för närvarande inte på grund av deras låga verkningsgrad och ojämna uppvärmning. I sådana bad är strömtätheten på elektrodernas yta på grund av de senares stora dimensioner inte hög, därför finns det bara naturlig termisk cirkulation av saltet i dem, vilket utjämnar temperaturerna i de senare längs höjden. Ändå kan temperaturskillnaden i de övre och nedre nivåerna i sådana bad nå 20-25 ° C.

Sålunda är den största nackdelen med sådana bad den otillräckligt intensiva cirkulationen av saltet, vilket leder till en minskning av uppvärmningshastigheten för produkterna och därför i driften av badet och till en ojämn fördelning av temperaturen i det längs höjden.

Dessutom fyller strömledningarna i dessa bad nästan hela saltets volym; därför flyter även ström genom produkterna. Med en ogynnsam form av den senare (skarpa kanter, tunna broar mellan två delar av produkten) kan ökade strömtätheter koncentreras i dem, vilket kommer att leda till överhettning och kan leda till avslag eller till och med smältning.

Ris. 1. Saltbad med fjärrelektroder och skiljevägg: 1 — bad, 2 — beklädnad, 3 — förkläde, 4 — paraply, 5 — skiljevägg: 6 — pyrometer, 7 — elektrod, 8 — eldfast murverk, 9 — värmeisolering.

Dessa nackdelar övervinns genom att elektrodsaltbad med externa elektroder blir mer och mer utbredda. I dem är elektroderna två stavar med en rektangulär eller cirkulär sektion, sänkta i saltet på ett avstånd av 25-50 mm från varandra.

I sådana bad är nästan alla strömledningar placerade i utrymmet mellan två elektroder, därför passerar endast obetydliga strömmar genom de uppvärmda delarna och deras individuella punkter överhettas inte. Dessutom, för att helt utesluta passage av ström genom delarna, kan den del av kammaren där elektroderna är placerade separeras från dess arbetsdel med en skiljevägg (fig. 1).

Eftersom strömtätheten mellan stavarna är mycket hög, överhettas saltet mellan dem och en intensiv termisk cirkulation börjar, och de uppvärmda saltpartiklarna stiger upp i utrymmet mellan elektroderna och divergerar på den övre nivån genom badets volym, medan de är kallare lägre lager infogas i interelektrodutrymmet nedanför.

Vid mycket höga strömtätheter mellan elektroderna (ca 15-25 A / cm2) börjar elektromagnetiska krafter råda, vilket kastar salt ner i interelektrodutrymmet, vilket resulterar i att cirkulationsriktningen vänder och dess intensitet ökar. Sådan påtvingad cirkulation av salt ökar avsevärt både värmeöverföringskoefficienten från salt till produkter och enhetligheten för uppvärmning av produkter längs badens höjd (upp till ± 3 ° C).

På grund av de nämnda fördelarna har bad med externa elektroder nyligen använts mer och mer allmänt. Saltbad produceras enfas och trefas (Fig. 1) vid effekt från 20 till 150 kW och vid olika temperaturer upp till 1300 ° C. De används för uppvärmning av olika produkter för härdning och härdning och i första hand för verktyg (inklusive höghastighetsstål), såväl som för isotermisk glödgning. Dessutom, genom att välja lämplig saltkomposition i dem, är det möjligt att säkerställa genomförandet av termokemisk bearbetning, uppkolning och cyanidering av stål.

En välkänd fördel med uppvärmning i saltbad är att täcka föremål som tas ur badet med ett tunt lager salt. Denna film skyddar produktens yta från oxidation i luften, samtidigt som den spricker och studsar när den kyls eller nedsänks i en kyltank.

Värmebeständiga metalldeglar i elektrodbad som arbetar upp till 1000 ° C är gjorda av kromnickelstål, och deras livslängd kan antas vara 1 år. Keramiska deglar kan användas upp till 1400°C, de kan komprimeras helt, brännas eller monteras av individuella brända keramiska plattor av högt aluminium som är sammanfogade i en lösning.

Elektroder kan vara tillverkade av kromnickelstål eller lågkolhaltiga stål, till exempel klass 10. Elektroder håller sig i högtemperaturbad i 3-6 månader, i medeltemperaturbad i upp till ett år.

Arrangemanget av saltbadsöverdrag spelar en viktig roll... En öppen saltspegel avger en mängd energi som motsvarar cirka 5-6 gånger värmeförlusten för ett slutet bad vid 1000 ° C. Därför måste badkåpan vara tillräckligt isolerad , samtidigt ska den vara lätt att fälla tillbaka eller flytta åt sidan vid lastning och lossning. En betydande minskning av badrumsspegelförlusterna kan uppnås genom att belägga dess yta med ett lager cellgrafitkolpulver.

Eftersom saltet inte leds i kallt tillstånd är det nödvändigt att värma det för att köra badet. Det mest bekväma är användningen av initial nikrommotstånd. Den senare, innan badet stelnar, nedsänks i salt och kopplas till två elektroder. När badet värms upp värmer transformatorströmmen som strömmar genom motståndet det, på grund av vilket saltskikten intill motståndet värms upp och i sin tur börjar leda. Motståndet stängs sedan av och avlägsnas från saltet.För ett sådant motstånd kan en mycket hög specifik yteffekt i storleksordningen 10-15 W / cm2 tillåtas. Man bör dock komma ihåg att när man arbetar i salt blir nikrom mycket ömtåligt och kräver noggrann hantering.

Ibland, istället för ett metallmotstånd mellan elektroderna, efter att ugnen stängts av, läggs bitar av elektrodkol, som värms upp när badet slås på, värmer saltet. Slutligen kan du helt enkelt värma saltområdena nära elektroderna med en gasbrännare. Driften av att värma upp badet är ganska lång, så ibland är det att föredra att inte kyla baden över natten och lämna dem på med reducerad spänning.

Förutom intermittenta elektrodbad används även kontinuerliga enheter... För enskilda bad kan ett transportband användas ovanför badet för att bära delarna och sänka ner dem i saltet. Enheter för komplexa värmebehandlingsprocesser, utförda sekventiellt i flera bad, är mer komplexa, eftersom detta kräver skapandet av alternativa rörelser av delar i horisontella och vertikala riktningar. Vanligtvis löses denna uppgift med hjälp av en transportör eller en karusell med en lyftanordning.

Sålunda, jämfört med konventionella elektriska ugnar, har saltbad följande fördelar:

1. hög uppvärmningshastighet och därför hög prestanda för lika dimensioner,

2. lätt att utföra olika typer av termisk och termokemisk behandling,

3. skydd av produkter från oxidation under uppvärmning och kylning.

Nackdelarna med saltbad är följande:

1.hög specifik energiförbrukning på grund av ökade värmeförluster från badrumsspegeln och behovet av dess kontinuerliga drift på grund av uppvärmningens varaktighet och komplexitet (den senare orsakar underbelastningsdrift),

2. ganska hög konsumtion av salt,

3. svåra arbetsförhållanden även med god ventilation.

Förekomsten av saltbad förklaras av att deras fördelar i många fall överväger deras nackdelar.

För de lägsta temperaturerna används oljebad, utförda med både intern och extern uppvärmning. Elektrodpannor för att värma vatten och producera vattenånga fungerar på samma sätt som elektrodsaltbad.