Solne kopeli - naprava in uporaba

Pri segrevanju izdelkov v tekočini je zaradi visokih vrednosti koeficienta prenosa toplote iz tekočine v kovino mogoče doseči bistveno višjo stopnjo segrevanja. Po drugi strani pa mora biti zaradi veliko večje toplotne prevodnosti tekočin v primerjavi s plini porazdelitev temperature v njih enakomernejša, zato bo segrevanje posameznih izdelkov ali delov izdelka potekalo pod enakimi pogoji.

Najhitrejšo hitrost segrevanja je mogoče doseči v tekoči kovini, kot je staljeni svinec. Svinčena kopel je železen lonček, napolnjen s svincem, nameščen v gredna električna peč pod pokrovom izpuha. Ko se svinec stopi in doseže vnaprej določeno temperaturo, se vanj spustijo majhni deli, ki se hitro segrejejo, na primer za kaljenje ali kaljenje, medtem ko toplotna prevodnost svinca zagotavlja visoko enakomernost segrevanja delov, ki padejo vanj. vendar ima svinčena kopel številne pomembne pomanjkljivosti:

• škodljivo delo s svincem, zlasti pri visokih temperaturah,

• nezmožnost uporabe za segrevanje na temperature nad 800 °C (pri višjih temperaturah svinec intenzivno izhlapeva),

• nizka toplotna kapaciteta svinca, zaradi katere se pri potopitvi v večje dele hitro ohladi.

Posledično so bile svinčene kopeli le omejeno uporabljene. Za razliko od svinca so različne soli, nitrati in baze našli veliko širšo uporabo. Ker imajo številne uporabljene soli, nitrati in baze zelo različna tališča, lahko za katero koli temperaturo v območju od 250 do 1300 °C izberemo takšno sol ali mešanico soli, ki pri tej temperaturi in pri isti temperaturi malo izhlapi. čas je tekoč. Tabela 1 podaja tališča in področja uporabe nekaterih soli in nitratov.

Solne in solne kopeli, konstruktivno izvedene kot kopeli z zunanjim ogrevanjem, kopeli z notranjimi grelci in elektrodami ... Prvi dve vrsti se izvajata pri relativno nizkih temperaturah - to so predvsem solne in alkalne kopeli, ki se uporabljajo za toplotno obdelavo profilov in plošč iz lahkih zlitin. (450 -525 °C).

Zunanje ogrevane solne kopeli so pravokotna ali okrogla posoda, zvarjena iz navadnega ogljikovega jekla, nameščena v jašek s kovinskimi grelci.

Solne kopeli z notranjimi grelci so narejene enako, vendar nimajo zunanjih grelnih elementov, temveč so cevasti hermetični grelni elementi potopljeni v nitrat. Imajo pomembne prednosti:

1. Nekoliko manjše dimenzije in manjše toplotne izgube v primerjavi z zunanjimi grelnimi kopeli,

2. poraba grelnih zlitin je pri njih desetkrat manjša,

3.Varnejši so, ker lahko nitrati eksplodirajo ob pregretju v prisotnosti železovih oksidov, do pregretja zunanjih grelnih kopeli pa lahko pride zaradi kontaminacije spodnjih plasti nitratov, kar povzroči pregrevanje dna kopeli s spodnjimi grelci.

Pomanjkljivost cevnih grelnikov v nitratnih kopelih je njihova kratka življenjska doba zaradi visoke temperature in korozije cevnega plašča z nitrati.

Tabela 1. Tališče in območje nekaterih soli

Solne in alkalne kopeli obeh vrst dosegajo zelo velike velikosti (dolžina 6-8 m) in moč nekaj sto kilovatov, za višje temperature pa se uporabljajo kopeli z elektrodo. So kovinski ali keramični lonček, napolnjen s soljo, v katerega se spustijo kovinske elektrode, ki jih napaja padajoči transformator z napetostjo 8-25 V.

V hladnem stanju sol skoraj ne prevaja toka, če pa jo segreje kak zunanji vir, potem se med elektrodama vzpostavi tok in sprosti Joulovo toploto v sol. Zato služi sama staljena sol za grelec v takih kopelih, v katere so potopljeni predmeti, ki se grejejo.

Elektrodne kopeli imajo pokrov in zunanje elektrode. Prvi se trenutno ne uporabljajo zaradi nizke učinkovitosti in neenakomernega ogrevanja. V takšnih kopelih gostota toka na površini elektrod zaradi velikih dimenzij slednjih ni velika, zato je v njih samo naravno toplotno kroženje soli, ki izenačuje temperature v slednjih po višini. Kljub temu lahko v takih kopelih temperaturna razlika v zgornjem in spodnjem nivoju doseže 20-25 ° C.

Tako je glavna pomanjkljivost takšnih kopeli nezadostno intenzivno kroženje soli, kar vodi do zmanjšanja hitrosti segrevanja izdelkov in s tem delovanja kopeli ter do neenakomerne porazdelitve temperature v njej višina.

Poleg tega v teh kopelih tokovne linije zapolnijo skoraj celotno prostornino soli; zato skozi izdelke teče tudi tok. Ob neugodni obliki slednjih (ostri robovi, tanki mostički med dvema deloma izdelka) se lahko v njih koncentrirajo povečane gostote toka, kar bo povzročilo pregrevanje in lahko privedlo do zavrnitve ali celo taljenja.

riž. 1. Solna kopel z oddaljenimi elektrodami in pregrado: 1 — kopel, 2 — obloga, 3 — predpasnik, 4 — dežnik, 5 — pregrada: 6 — pirometer, 7 — elektroda, 8 — ognjevarni zid, 9 — toplotna izolacija.

Te slabosti odpravijo elektrodne solne kopeli z zunanjimi elektrodami, ki postajajo vedno bolj razširjene. V njih sta elektrodi dve palici s pravokotnim ali okroglim prerezom, spuščeni v sol na razdalji 25-50 mm drug od drugega.

V takšnih kopelih so skoraj vse tokovne linije v prostoru med dvema elektrodama, zato skozi ogrevane dele prehajajo le neznatni tokovi in ​​njihove posamezne točke se ne pregrejejo. Poleg tega, da bi popolnoma izključili prehod toka skozi dele, lahko del komore, kjer se nahajajo elektrode, ločimo od delovnega dela s pregrado (slika 1).

Ker je gostota toka med palicama zelo velika, se sol med njima pregreje in začne se intenzivno toplotno kroženje, segreti delci soli pa se dvigajo v prostor med elektrodama in na zgornjem nivoju divergirajo skozi prostornino kopeli, hladnejši pa spodnje plasti se vstavijo v spodnji medelektrodni prostor.

Pri zelo visokih gostotah toka med elektrodama (približno 15-25 A / cm2) začnejo prevladovati elektromagnetne sile, ki mečejo sol v medelektrodni prostor, zaradi česar se smer kroženja obrne in njegova intenzivnost se poveča. Takšno prisilno kroženje soli bistveno poveča tako koeficient prenosa toplote od soli do izdelkov kot tudi enakomernost segrevanja izdelkov po višini kopeli (do ± 3 ° C).

Zaradi omenjenih prednosti se v zadnjem času čedalje bolj uporabljajo kopeli z zunanjimi elektrodami. Solne kopeli se proizvajajo enofazne in trifazne (slika 1) z močjo od 20 do 150 kW in pri različnih temperaturah do 1300 ° C. Uporabljajo se za ogrevanje različnih izdelkov za kaljenje in popuščanje ter predvsem za orodja (vključno z hitrorezna jekla), kot tudi za izotermno žarjenje. Poleg tega je z izbiro ustrezne sestave soli v njih mogoče zagotoviti izvedbo termokemične obdelave, karburiranja in cianiranja jekel.

Znana prednost ogrevanja v solnih kopelih je, da predmete, ki jih vzamemo iz kopeli, prekrijemo s tanko plastjo soli. Ta film ščiti površino izdelka pred oksidacijo na zraku, hkrati pa poka in se odbija, ko se ohlaja ali ko je potopljen v hladilno posodo.

Toplotno odporni kovinski lončki elektrodnih kopeli, ki delujejo do 1000 ° C, so izdelani iz krom-nikljevih jekel, njihova življenjska doba pa je lahko 1 leto. Keramične lončke je mogoče uporabljati do 1400 °C, lahko jih je popolnoma stisniti, žgati ali sestaviti iz posameznih žganih visoko aluminijastih keramičnih plošč, povezanih v raztopini.

Elektrode so lahko izdelane iz kromnikljevih jekel ali nizkoogljičnih jekel, na primer razreda 10. V visokotemperaturnih kopelih elektrode ostanejo 3-6 mesecev, v srednjetemperaturnih do enega leta.

Razporeditev pokrovov solne kopeli ima pomembno vlogo ... Odprto solno ogledalo oddaja količino energije, ki je približno 5-6-kratna toplotna izguba zaprte kadi pri 1000 °C. Zato mora biti pokrov kadi dovolj izoliran. , hkrati pa se mora med nakladanjem in razkladanjem enostavno zložiti nazaj ali premakniti vstran. Občutno zmanjšanje izgub kopalniškega ogledala je mogoče doseči s prevleko njegove površine s plastjo celičnega grafitnega ogljikovega prahu.

Ker se sol ne dovaja v hladnem stanju, jo je potrebno segreti, da poženemo kopel. Najbolj priročna je uporaba začetne rezistence nichrome. Slednjo, preden se kopel strdi, potopimo v sol in povežemo z dvema elektrodama. Ko se kopel segreje, jo transformatorski tok, ki teče skozi upor, segreje, zaradi česar se plasti soli, ki mejijo na upor, segrejejo in začnejo prevajati. Upor se nato izklopi in odstrani iz soli.Za takšno odpornost je dovoljena zelo visoka specifična površinska moč reda 10-15 W / cm2. Vendar je treba upoštevati, da pri delu v soli nichrome postane zelo krhek in zahteva skrbno ravnanje.

Včasih so namesto kovinskega upora med elektrodama po izklopu peči položeni kosi elektrodnega premoga, ki ob vklopu kopeli segrejejo sol. Končno lahko s plinskim gorilnikom preprosto segrejete solne površine v bližini elektrod. Postopek segrevanja kopeli je precej dolg, zato je včasih bolje, da kopeli ne ohladite čez noč, ampak jih pustite prižgane pri znižani napetosti.

Poleg intermitentnih elektrodnih kopeli se uporabljajo tudi kontinuirne enote... Za posamezne kopeli se lahko nad kopeljo uporablja tekoči trak za prenašanje delov in njihovo potapljanje v sol. Enote za kompleksne postopke toplotne obdelave, ki se izvajajo zaporedno v več kopeli, so bolj zapletene, saj to zahteva ustvarjanje izmeničnega gibanja delov v vodoravni in navpični smeri. Običajno se ta naloga reši s pomočjo tekočega traku ali vrtiljaka z dvižno napravo.

Tako imajo solne kopeli v primerjavi z običajnimi električnimi pečmi naslednje prednosti:

1. visoka stopnja segrevanja in s tem visoka zmogljivost za enake dimenzije,

2. enostavno izvajanje različnih vrst toplotne in termokemične obdelave,

3. zaščita izdelkov pred oksidacijo pri segrevanju in ohlajanju.

Slabosti solnih kopeli so naslednje:

1.velika specifična poraba energije zaradi povečanih toplotnih izgub kopalniškega ogledala in potrebe po njegovem neprekinjenem delovanju zaradi dolgotrajnosti in zahtevnosti ogrevanja (slednje povzroča podobremenjeno delovanje),

2. dokaj visoka poraba soli,

3. težki delovni pogoji tudi z dobrim prezračevanjem.

Razširjenost solnih kopeli je razloženo z dejstvom, da v mnogih primerih njihove prednosti prevladajo nad njihovimi slabostmi.

Za najnižje temperature se uporabljajo oljne kopeli, ki se izvajajo z notranjim in zunanjim ogrevanjem. Elektrodni kotli za ogrevanje vode in proizvodnjo vodne pare delujejo enako kot elektrodne solne kopeli.