Mandian garam — peranti dan aplikasi

Apabila memanaskan produk dalam cecair, disebabkan oleh nilai pekali pemindahan haba yang tinggi dari cecair ke logam, kadar pemanasan yang jauh lebih tinggi boleh dicapai. Sebaliknya, disebabkan kekonduksian terma cecair yang lebih tinggi berbanding dengan gas, pengagihan suhu di dalamnya mestilah lebih seragam, dan oleh itu pemanasan produk individu atau bahagian produk akan berlaku di bawah keadaan yang sama.

Kadar pemanasan terpantas boleh dicapai dalam logam cecair seperti plumbum cair. Mandian plumbum ialah bekas besi yang diisi dengan plumbum, dipasang di dalamnya aci relau elektrik di bawah penutup ekzos. Apabila plumbum cair dan mencapai suhu yang telah ditetapkan, bahagian-bahagian kecil diturunkan ke dalamnya, yang dipanaskan dengan cepat, sebagai contoh, untuk pelindapkejutan atau pembajaan, manakala kekonduksian terma plumbum memastikan keseragaman pemanasan yang tinggi bagi bahagian-bahagian yang jatuh ke dalamnya. tetapi mandi plumbum mempunyai beberapa kecacatan yang ketara:

• kerja berbahaya dengan plumbum, terutamanya pada suhu tinggi,

• kemustahilan penggunaan untuk pemanasan pada suhu melebihi 800 ° C (pada suhu yang lebih tinggi, plumbum menyejat secara intensif),

• kapasiti haba rendah plumbum, kerana ia cepat sejuk apabila direndam dalam bahagian yang lebih besar.

Akibatnya, mandi plumbum hanya menerima penggunaan terhad. Tidak seperti plumbum, pelbagai garam, nitrat dan bes telah menemui penggunaan yang lebih luas. Oleh kerana beberapa garam, nitrat dan bes yang digunakan mempunyai takat lebur yang sangat berbeza, untuk sebarang suhu dalam julat 250 hingga 1300 °C garam atau campuran garam sedemikian boleh dipilih untuk menguap sedikit pada suhu itu dan pada suhu yang sama. masa adalah cair. Jadual 1 memberikan takat lebur dan medan penggunaan beberapa garam dan nitrat.

Mandian garam dan garam secara konstruktif dilakukan sebagai mandian dengan pemanasan luaran, mandian dengan pemanas dalaman dan elektrod... Dua jenis pertama dilakukan pada suhu yang agak rendah — ini terutamanya mandi saltpeter dan alkali yang digunakan untuk rawatan haba profil dan kepingan aloi ringan (450 -525 °C).

Mandian garam yang dipanaskan secara luaran ialah bekas segi empat tepat atau bulat yang dikimpal daripada keluli karbon biasa yang diletakkan di dalam aci dengan pemanas logam.

Mandian garam dengan pemanas dalaman dibuat sama, tetapi tidak mempunyai unsur pemanasan luaran, dan sebaliknya unsur pemanasan hermetik tiub direndam dalam nitrat. Mereka mempunyai kelebihan yang ketara:

1. Dimensi yang sedikit lebih kecil dan kehilangan haba yang lebih rendah berbanding mandian pemanas luaran,

2. penggunaan aloi pemanasan di dalamnya adalah sepuluh kali lebih kecil,

3.Mereka lebih selamat kerana nitrat boleh meletup apabila terlalu panas dengan kehadiran oksida besi, dan terlalu panas sedemikian dalam mandi pemanasan luaran boleh berlaku disebabkan oleh pencemaran lapisan bawah nitrat, mengakibatkan bahagian bawah tab mandi menjadi terlalu panas oleh pemanas bawah.

Kelemahan pemanas tiub dalam mandian nitrat adalah hayat perkhidmatannya yang singkat disebabkan oleh suhu tinggi dan kakisan jaket tiub dengan nitrat.

Jadual 1. Takat lebur dan julat beberapa garam

Mandi garam dan alkali kedua-dua jenis mencapai saiz yang sangat besar (panjang 6-8 m) dan kuasa beberapa ratus kilowatt. Untuk suhu yang lebih tinggi, mandian dengan elektrod digunakan. Mereka adalah bekas logam atau seramik yang diisi dengan garam, di mana elektrod logam yang disuap oleh pengubah injak turun dengan voltan 8-25 V diturunkan.

Dalam keadaan sejuk, garam hampir tidak mengalirkan arus, tetapi jika ia dipanaskan oleh beberapa sumber luaran, maka arus ditubuhkan di antara elektrod dan membebaskan haba Joule ke dalam garam. Oleh itu, garam cair itu sendiri berfungsi sebagai pemanas dalam mandi sedemikian, di mana barang-barang yang akan dipanaskan direndam.

Mandian elektrod disertakan dengan penutup dan elektrod luar. Yang pertama pada masa ini tidak digunakan kerana kecekapannya yang rendah dan pemanasan yang tidak sekata. Dalam mandi sedemikian, ketumpatan arus pada permukaan elektrod disebabkan oleh dimensi besar yang terakhir tidak tinggi, oleh itu hanya terdapat peredaran haba semulajadi garam di dalamnya, yang menyamakan suhu di kedua sepanjang ketinggian. Walau bagaimanapun, dalam mandi sedemikian perbezaan suhu di peringkat atas dan bawah boleh mencapai 20-25 ° C.

Oleh itu, kelemahan utama mandi sedemikian adalah peredaran garam yang tidak cukup intensif, yang membawa kepada penurunan kadar pemanasan produk, dan oleh itu dalam operasi mandi, dan kepada pengagihan suhu yang tidak sekata di dalamnya bersama-sama. ketinggian.

Lebih-lebih lagi, dalam mandian ini garisan semasa mengisi hampir keseluruhan isipadu garam; oleh itu arus juga mengalir melalui produk. Dengan bentuk yang tidak menguntungkan dari yang terakhir (tepi tajam, jambatan nipis antara dua bahagian produk), ketumpatan arus yang meningkat boleh tertumpu di dalamnya, yang akan menyebabkan terlalu panas dan boleh menyebabkan penolakan atau bahkan mencairkan.

nasi. 1. Mandian garam dengan elektrod jauh dan sekatan: 1 - mandi, 2 - pelapisan, 3 - apron, 4 - payung, 5 - sekatan: 6 - pyrometer, 7 - elektrod, 8 - batu refraktori, 9 - penebat haba.

Kelemahan ini diatasi dengan mandi garam elektrod dengan elektrod luaran menjadi semakin meluas. Di dalamnya, elektrod adalah dua batang dengan bahagian segi empat tepat atau bulat, diturunkan ke dalam garam pada jarak 25-50 mm antara satu sama lain.

Dalam mandi sedemikian, hampir semua garis arus terletak di ruang antara dua elektrod, oleh itu hanya arus yang tidak ketara melalui bahagian yang dipanaskan dan titik individu mereka tidak terlalu panas. Di samping itu, untuk mengecualikan sepenuhnya laluan arus melalui bahagian-bahagian, bahagian ruang di mana elektrod terletak boleh dipisahkan daripada bahagian kerjanya dengan partition (Rajah 1).

Oleh kerana ketumpatan arus antara rod sangat tinggi, garam di antara mereka terlalu panas dan peredaran haba yang sengit bermula, dan zarah garam yang dipanaskan naik ke ruang antara elektrod dan di peringkat atas menyimpang melalui isipadu mandi, manakala lebih sejuk. lapisan bawah dimasukkan ke dalam ruang interelektrod di bawah.

Pada ketumpatan arus yang sangat tinggi antara elektrod (kira-kira 15-25 A / cm2), daya elektromagnet mula menguasai, membuang garam ke dalam ruang interelectrode, akibatnya arah peredaran terbalik dan keamatannya meningkat. Peredaran garam paksa sedemikian dengan ketara meningkatkan kedua-dua pekali pemindahan haba dari garam ke produk dan keseragaman pemanasan produk di sepanjang ketinggian mandi (sehingga ± 3 ° C).

Oleh kerana kelebihan yang disebutkan, mandian dengan elektrod luaran baru-baru ini telah digunakan dengan lebih meluas. Mandian garam dihasilkan fasa tunggal dan tiga fasa (Rajah 1) pada kuasa dari 20 hingga 150 kW dan pada pelbagai suhu sehingga 1300 ° C. Ia digunakan untuk memanaskan pelbagai produk untuk pelindapkejutan dan pembajaan dan terutamanya untuk alat (termasuk keluli berkelajuan tinggi), serta untuk penyepuhlindapan isoterma. Selain itu, dengan memilih komposisi garam yang sesuai di dalamnya, adalah mungkin untuk memastikan pengendalian termokimia pemprosesan, pengkarburan dan operasi sianidasi keluli.

Kelebihan terkenal pemanasan dalam mandi garam adalah untuk menutup barang yang dikeluarkan dari mandi dengan lapisan garam nipis. Filem ini melindungi permukaan produk daripada pengoksidaan di udara, sementara pada masa yang sama retak dan melantun apabila disejukkan atau apabila direndam dalam tangki penyejuk.

Pisau pijar logam tahan haba bagi mandi elektrod yang beroperasi sehingga 1000 ° C diperbuat daripada keluli kromium-nikel, dan hayat perkhidmatannya boleh diandaikan selama 1 tahun. Pisau seramik boleh digunakan sehingga 1400°C, ia boleh dipadatkan sepenuhnya, dibakar atau dipasang daripada plat seramik aluminium tinggi individu yang diikat bersama dalam larutan.

Elektrod boleh dibuat daripada keluli kromium-nikel atau keluli karbon rendah, contohnya kelas 10. Elektrod kekal dalam mandian suhu tinggi selama 3-6 bulan, dalam mandian suhu sederhana sehingga satu tahun.

Susunan penutup mandian garam memainkan peranan yang penting... Cermin garam terbuka mengeluarkan jumlah tenaga yang sama dengan kira-kira 5-6 kali kehilangan haba mandi tertutup pada 1000 ° C. Oleh itu, penutup mandian mestilah terlindung secukupnya , pada masa yang sama ia mesti mudah untuk dilipat ke belakang atau bergerak ke tepi semasa memuat dan memunggah. Pengurangan ketara dalam kehilangan cermin bilik mandi boleh dicapai dengan menyalut permukaannya dengan lapisan serbuk karbon grafit sel.

Oleh kerana garam tidak dijalankan dalam keadaan sejuk, ia perlu memanaskannya untuk menjalankan mandi. Yang paling mudah ialah penggunaan rintangan nichrome awal. Yang terakhir, sebelum mandi mengeras, direndam dalam garam dan disambungkan kepada dua elektrod. Apabila mandi dipanaskan, arus pengubah yang mengalir melalui rintangan memanaskannya, yang menyebabkan lapisan garam bersebelahan dengan rintangan dipanaskan dan, seterusnya, mula mengalir. Perintang kemudian dimatikan dan dikeluarkan daripada garam.Untuk rintangan sedemikian, kuasa permukaan spesifik yang sangat tinggi dari urutan 10-15 W / cm2 boleh dibenarkan. Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa apabila bekerja dalam garam, nichrome menjadi sangat rapuh dan memerlukan pengendalian yang teliti.

Kadang-kadang, bukannya rintangan logam antara elektrod, selepas mematikan relau, kepingan arang elektrod diletakkan, yang, memanaskan apabila mandi dihidupkan, memanaskan garam. Akhir sekali, anda boleh memanaskan kawasan garam berhampiran elektrod dengan penunu gas. Operasi memanaskan tab mandi agak lama, jadi kadangkala adalah lebih baik untuk tidak menyejukkan mandian semalaman, meninggalkannya pada voltan yang dikurangkan.

Selain mandian elektrod terputus-putus, unit berterusan juga digunakan... Untuk mandian individu, tali pinggang penghantar boleh digunakan di atas tab mandi untuk membawa bahagian dan membenamkannya ke dalam garam. Unit untuk proses rawatan haba yang kompleks, dijalankan secara berurutan dalam beberapa tempat mandi, adalah lebih kompleks, kerana ini memerlukan penciptaan pergerakan ganti bahagian dalam arah mendatar dan menegak. Biasanya, tugas ini diselesaikan menggunakan penghantar atau karusel dengan alat pengangkat.

Oleh itu, berbanding dengan relau elektrik konvensional, mandi garam mempunyai kelebihan berikut:

1. kadar pemanasan yang tinggi dan oleh itu prestasi tinggi untuk dimensi yang sama,

2. mudah untuk melakukan pelbagai jenis rawatan haba dan termokimia,

3. perlindungan produk daripada pengoksidaan semasa pemanasan dan penyejukan.

Kelemahan mandi garam adalah seperti berikut:

1.penggunaan tenaga khusus yang tinggi akibat peningkatan kehilangan haba dari cermin bilik mandi dan keperluan untuk operasi berterusannya disebabkan oleh tempoh dan kerumitan pemanasan (yang terakhir menyebabkan operasi kurang beban),

2. penggunaan garam yang agak tinggi,

3. keadaan kerja yang sukar walaupun dengan pengudaraan yang baik.

Kelaziman mandi garam dijelaskan oleh fakta bahawa dalam banyak kes kelebihannya melebihi kelemahannya.

Untuk suhu terendah, mandi minyak digunakan, dilakukan dengan pemanasan dalaman dan luaran. Dandang elektrod untuk memanaskan air dan menghasilkan wap air berfungsi dengan cara yang sama seperti mandi garam elektrod.