Tắm muối - thiết bị và ứng dụng

Khi đun nóng các sản phẩm ở dạng lỏng, do hệ số truyền nhiệt từ chất lỏng sang kim loại có giá trị cao nên có thể đạt được tốc độ gia nhiệt cao hơn đáng kể. Mặt khác, do tính dẫn nhiệt của chất lỏng cao hơn nhiều so với chất khí nên sự phân bố nhiệt độ trong chúng phải đồng đều hơn, do đó quá trình gia nhiệt của từng sản phẩm hoặc các bộ phận của sản phẩm sẽ diễn ra trong cùng điều kiện.

Tốc độ gia nhiệt nhanh nhất có thể đạt được trong kim loại lỏng như chì nóng chảy. Bể chì là một nồi nấu kim loại chứa đầy chì, được lắp đặt trong lò điện trục dưới nắp ống xả. Khi chì nóng chảy và đạt đến nhiệt độ xác định trước, các bộ phận nhỏ được hạ xuống trong đó, chúng được làm nóng nhanh chóng, chẳng hạn như để làm nguội hoặc ủ, trong khi độ dẫn nhiệt của chì đảm bảo độ nóng đồng đều cao của các bộ phận rơi vào nó. nhưng bồn tắm chì có một số khuyết điểm đáng kể:

• công việc có hại với chì, đặc biệt là ở nhiệt độ cao,

• không thể sử dụng để đun nóng đến nhiệt độ trên 800 ° C (ở nhiệt độ cao hơn, chì bay hơi mạnh),

• khả năng sinh nhiệt của chì thấp, do đó nó nhanh chóng nguội đi khi được ngâm trong các bộ phận lớn hơn.

Do đó, bồn tắm chì chỉ được sử dụng hạn chế. Không giống như chì, các loại muối, nitrat và bazơ khác nhau đã được ứng dụng rộng rãi hơn nhiều. Vì một số muối, nitrat và bazơ được sử dụng có nhiệt độ nóng chảy rất khác nhau, nên đối với bất kỳ nhiệt độ nào trong khoảng từ 250 đến 1300 °C, muối hoặc hỗn hợp muối như vậy có thể được chọn sao cho ít bay hơi ở nhiệt độ đó và đồng thời thời gian là chất lỏng. Bảng 1 đưa ra nhiệt độ nóng chảy và lĩnh vực ứng dụng của một số muối và nitrat.

Bể muối và muối được thực hiện một cách xây dựng như bể có hệ thống sưởi bên ngoài, bể có bộ gia nhiệt bên trong và điện cực... Hai loại đầu tiên được thực hiện ở nhiệt độ tương đối thấp - đây chủ yếu là bể muối và dung dịch kiềm được sử dụng để xử lý nhiệt các cấu hình và tấm hợp kim nhẹ (450 -525°C).

Bể muối được làm nóng bên ngoài là một bình hình chữ nhật hoặc hình tròn được hàn từ thép carbon trơn được đặt trong một trục có lò sưởi bằng kim loại.

Các bể muối với bộ sưởi bên trong được làm giống nhau, nhưng không có các bộ phận làm nóng bên ngoài, thay vào đó, các bộ phận làm nóng kín hình ống được ngâm trong nitrat. Họ có những lợi thế đáng kể:

1. Kích thước nhỏ hơn một chút và tổn thất nhiệt thấp hơn so với bể sưởi bên ngoài,

2. mức tiêu thụ hợp kim nung nóng trong chúng nhỏ hơn mười lần,

3.Chúng an toàn hơn vì nitrat có thể phát nổ khi quá nóng với sự có mặt của oxit sắt và tình trạng quá nhiệt như vậy trong bể gia nhiệt bên ngoài có thể xảy ra do các lớp nitrat dưới cùng bị nhiễm bẩn, dẫn đến đáy bể bị quá nóng bởi bộ sưởi đáy.

Nhược điểm của máy sưởi ống trong bể nitrat là tuổi thọ ngắn do nhiệt độ cao và sự ăn mòn của vỏ ống với nitrat.

Bảng 1. Nhiệt độ nóng chảy và phạm vi của một số muối

Bể muối và kiềm của cả hai loại đều đạt kích thước rất lớn (chiều dài 6-8 m) và công suất vài trăm kilowatt... Đối với nhiệt độ cao hơn, bể có điện cực được sử dụng. Chúng là một nồi nấu kim loại hoặc gốm chứa đầy muối, trong đó các điện cực kim loại được cung cấp bởi một máy biến áp bước xuống có điện áp 8-25 V được hạ xuống.

Ở trạng thái lạnh, muối hầu như không dẫn điện, nhưng nếu nó được làm nóng bởi một số nguồn bên ngoài, thì một dòng điện được thiết lập giữa các điện cực và giải phóng nhiệt Joule vào muối. Do đó, bản thân muối nóng chảy đóng vai trò là lò sưởi trong các bồn tắm như vậy, trong đó các vật phẩm được làm nóng được ngâm.

Bồn tắm điện cực đi kèm với nắp đậy và các điện cực bên ngoài. Cái trước hiện không được sử dụng do hiệu quả thấp và làm nóng không đều. Trong những bể như vậy, mật độ dòng điện trên bề mặt của các điện cực do kích thước lớn của điện cực không cao, do đó chỉ có sự lưu thông nhiệt tự nhiên của muối trong chúng, giúp cân bằng nhiệt độ của điện cực sau theo chiều cao. Tuy nhiên, trong những phòng tắm như vậy, chênh lệch nhiệt độ ở tầng trên và tầng dưới có thể lên tới 20-25 ° C.

Do đó, nhược điểm chính của các bồn tắm như vậy là lưu thông muối không đủ mạnh, dẫn đến giảm tốc độ làm nóng sản phẩm, và do đó làm giảm hoạt động của bồn tắm, và dẫn đến sự phân bố nhiệt độ không đều trong đó dọc theo chiều cao.

Hơn nữa, trong những bồn tắm này, các dòng hiện tại lấp đầy gần như toàn bộ thể tích muối; do đó dòng điện cũng chạy qua các sản phẩm. Với hình dạng không thuận lợi của phần sau (các cạnh sắc nét, cầu nối mỏng giữa hai phần của sản phẩm), mật độ dòng điện tăng lên có thể tập trung vào chúng, điều này sẽ dẫn đến quá nhiệt và có thể dẫn đến từ chối hoặc thậm chí tan chảy.

Cơm. 1. Bể muối với các điện cực từ xa và vách ngăn: 1 — bồn tắm, 2 — tấm ốp, 3 — tạp dề, 4 — ô, 5 — vách ngăn: 6 — nhiệt kế, 7 — điện cực, 8 — gạch chịu lửa, 9 — cách nhiệt.

Những nhược điểm này được khắc phục bằng cách tắm muối điện cực với các điện cực bên ngoài ngày càng phổ biến. Trong đó, các điện cực là hai thanh có tiết diện hình chữ nhật hoặc hình tròn, được hạ xuống muối ở khoảng cách 25-50 mm với nhau.

Trong những bồn tắm như vậy, hầu hết tất cả các dòng điện đều nằm trong khoảng trống giữa hai điện cực, do đó chỉ những dòng điện không đáng kể đi qua các bộ phận được làm nóng và các điểm riêng lẻ của chúng không bị quá nóng. Ngoài ra, để loại bỏ hoàn toàn dòng điện chạy qua các bộ phận, phần buồng chứa các điện cực có thể được tách ra khỏi bộ phận làm việc của nó bằng một vách ngăn (Hình 1).

Do mật độ dòng điện giữa các thanh rất cao, nên muối giữa chúng quá nóng và quá trình tuần hoàn nhiệt mạnh bắt đầu, và các hạt muối nóng lên sẽ bay vào khoảng trống giữa các điện cực và phân kỳ ở mức trên qua thể tích của bể, trong khi lạnh hơn các lớp thấp hơn chèn vào không gian xen kẽ bên dưới.

Ở mật độ dòng điện rất cao giữa các điện cực (khoảng 15-25 A / cm2), lực điện từ bắt đầu chiếm ưu thế, ném muối vào không gian xen kẽ, do đó hướng lưu thông bị đảo ngược và cường độ của nó tăng lên. Sự tuần hoàn cưỡng bức của muối như vậy làm tăng đáng kể cả hệ số truyền nhiệt từ muối sang sản phẩm và tính đồng nhất của quá trình gia nhiệt sản phẩm dọc theo chiều cao của bể (lên đến ± 3 ° C).

Do những ưu điểm đã đề cập, phòng tắm có điện cực bên ngoài gần đây đã được sử dụng ngày càng rộng rãi. Bể muối được sản xuất một pha và ba pha (Hình 1) với công suất từ ​​​​20 đến 150 mã lực và ở các nhiệt độ khác nhau lên đến 1300 ° C. Chúng được sử dụng để làm nóng các sản phẩm khác nhau để làm nguội và ủ và chủ yếu dùng cho các công cụ (bao gồm thép tốc độ cao), cũng như để ủ đẳng nhiệt. Ngoài ra, bằng cách chọn thành phần muối thích hợp trong chúng, có thể đảm bảo tiến hành các quá trình xử lý nhiệt hóa, thấm cacbon và xyanua hóa thép.

Một ưu điểm nổi tiếng của việc sưởi ấm trong bồn tắm muối là phủ một lớp muối mỏng lên các vật dụng được lấy ra khỏi bồn tắm. Lớp màng này có tác dụng bảo vệ bề mặt sản phẩm khỏi bị oxy hóa trong không khí, đồng thời chống rạn nứt và đàn hồi khi làm mát hoặc khi ngâm trong bể làm mát.

Nồi nấu kim loại chịu nhiệt của bể điện cực hoạt động ở nhiệt độ lên đến 1000 ° C được làm bằng thép crom-niken và tuổi thọ của chúng có thể được giả định là 1 năm. Chén gốm có thể được sử dụng ở nhiệt độ lên đến 1400°C, chúng có thể được nén hoàn toàn, nung hoặc lắp ráp từ các tấm gốm nhôm cao nung riêng lẻ được liên kết với nhau trong một dung dịch.

Các điện cực có thể được làm bằng thép crom-niken hoặc thép có hàm lượng carbon thấp, ví dụ như loại 10. Các điện cực ở trong bể nhiệt độ cao trong 3-6 tháng, trong bể nhiệt độ trung bình lên đến một năm.

Việc bố trí các nắp bồn tắm muối đóng một vai trò quan trọng... Một gương muối mở phát ra một lượng năng lượng bằng khoảng 5-6 lần tổn thất nhiệt của một bồn tắm kín ở 1000 ° C. Do đó, nắp bồn tắm phải đủ cách nhiệt , đồng thời phải dễ dàng gập lại hoặc di chuyển sang một bên trong quá trình xếp dỡ. Có thể giảm đáng kể lượng thất thoát của gương phòng tắm bằng cách phủ lên bề mặt của nó một lớp bột carbon than chì dạng tế bào.

Vì muối không được tiến hành ở trạng thái lạnh, nên cần phải làm ấm nó để tiến hành tắm. Thuận tiện nhất là sử dụng kháng nichrom ban đầu. Loại thứ hai, trước khi dung dịch đông đặc lại, được ngâm trong muối và được nối với hai điện cực. Khi bể được làm nóng, dòng điện biến áp chạy qua điện trở sẽ làm nóng nó, do đó các lớp muối tiếp giáp với điện trở được làm nóng và đến lượt nó, bắt đầu dẫn điện. Điện trở sau đó được tắt và loại bỏ khỏi muối.Đối với điện trở như vậy, có thể cho phép công suất bề mặt riêng rất cao ở mức 10-15 W / cm2. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng khi làm việc với muối, nichrom trở nên rất dễ vỡ và cần được xử lý cẩn thận.

Đôi khi, thay vì điện trở kim loại giữa các điện cực, sau khi tắt lò, người ta đặt các miếng than điện cực, nóng lên khi bật bồn tắm, làm nóng muối. Cuối cùng, bạn có thể chỉ cần làm nóng các vùng muối gần các điện cực bằng đèn đốt khí. Quá trình làm nóng bồn tắm khá lâu nên đôi khi không nên làm mát bồn tắm qua đêm mà để chúng ở điện áp giảm.

Ngoài bể điện cực gián đoạn, các thiết bị liên tục cũng được sử dụng... Đối với bể cá nhân, có thể sử dụng băng chuyền phía trên bể để mang các bộ phận và ngâm chúng trong muối. Các đơn vị cho các quy trình xử lý nhiệt phức tạp, được thực hiện tuần tự trong một số bể, phức tạp hơn, vì điều này đòi hỏi phải tạo ra chuyển động luân phiên của các bộ phận theo hướng ngang và dọc. Thông thường, nhiệm vụ này được giải quyết bằng băng tải hoặc băng chuyền có thiết bị nâng.

Như vậy, so với lò điện thông thường, phòng tắm muối có những ưu điểm sau:

1. tốc độ gia nhiệt cao và do đó hiệu suất cao đối với các kích thước bằng nhau,

2. dễ dàng thực hiện các loại xử lý nhiệt và hóa nhiệt khác nhau,

3. Bảo vệ sản phẩm khỏi quá trình oxy hóa trong quá trình gia nhiệt và làm mát.

Những nhược điểm của tắm muối như sau:

1.tiêu thụ năng lượng cụ thể cao do tăng tổn thất nhiệt từ gương phòng tắm và nhu cầu hoạt động liên tục của nó do thời gian và độ phức tạp của quá trình sưởi ấm (điều này gây ra hoạt động dưới tải),

2. tiêu thụ muối khá cao,

3. điều kiện làm việc khó khăn ngay cả khi thông gió tốt.

Sự phổ biến của việc tắm muối được giải thích là do trong nhiều trường hợp, ưu điểm của chúng nhiều hơn nhược điểm.

Đối với nhiệt độ thấp nhất, tắm dầu được sử dụng, được thực hiện với cả hệ thống sưởi bên trong và bên ngoài. Nồi hơi điện cực để đun nóng nước và tạo ra hơi nước hoạt động giống như bể muối điện cực.