Tuz banyoları — cihaz ve uygulama

Ürünleri sıvı içinde ısıtırken, sıvıdan metale ısı transfer katsayısının yüksek değerleri nedeniyle, önemli ölçüde daha yüksek bir ısıtma hızı elde edilebilir. Öte yandan, sıvıların gazlara göre çok daha yüksek ısıl iletkenlikleri nedeniyle, içlerindeki sıcaklık dağılımının daha düzgün olması gerekir ve bu nedenle, tek tek ürünlerin veya ürün parçalarının ısıtılması aynı koşullar altında gerçekleşecektir.

En hızlı ısıtma hızı, erimiş kurşun gibi bir sıvı metalde elde edilebilir. Kurşun banyosu, kurşunla doldurulmuş demir bir potadır. şaft elektrikli fırın egzoz kapağının altında. Kurşun eridiğinde ve önceden belirlenmiş bir sıcaklığa ulaştığında, örneğin söndürme veya tavlama için hızlı bir şekilde ısıtılan küçük parçalar içine indirilirken, kurşunun termal iletkenliği, içine düşen parçaların yüksek bir ısınma homojenliğini sağlar. ancak bir kurşun banyosunun bir takım önemli kusurları vardır:

• özellikle yüksek sıcaklıklarda kurşunla zararlı çalışma,

• 800 °C'nin üzerindeki sıcaklıklara ısıtmak için kullanılamaması (daha yüksek sıcaklıklarda kurşun yoğun şekilde buharlaşır),

• daha büyük parçalara daldırıldığında hızla soğuması nedeniyle kurşunun düşük ısı kapasitesi.

Sonuç olarak, kurşun banyoları yalnızca sınırlı kullanım aldı. Kurşunun aksine, çeşitli tuzlar, nitratlar ve bazlar çok daha geniş bir uygulama bulmuştur. Kullanılan bazı tuzlar, nitratlar ve bazlar çok farklı erime noktalarına sahip olduğundan, 250 ila 1300 °C arasındaki herhangi bir sıcaklık için, bu tür bir tuz veya tuz karışımı, o sıcaklıkta ve aynı sıcaklıkta çok az buharlaşacak şekilde seçilebilir. zaman akışkandır. Tablo 1, bazı tuzların ve nitratların erime noktalarını ve uygulama alanlarını vermektedir.

Yapısal olarak harici ısıtmalı banyolar, dahili ısıtıcılı ve elektrotlu banyolar olarak gerçekleştirilen tuz ve tuz banyoları... İlk iki tip nispeten düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilir - bunlar esas olarak profillerin ve hafif alaşım levhaların ısıl işlemi için kullanılan güherçile ve alkali banyolardır. (450 -525 °C).

Dışarıdan ısıtılan tuz banyoları, metal ısıtıcılı bir şafta yerleştirilmiş düz karbon çeliğinden kaynaklanmış dikdörtgen veya dairesel bir kaptır.

İç ısıtıcılı tuz banyoları aynı yapılır ancak dış ısıtma elemanları yoktur ve bunun yerine boru şeklindeki hermetik ısıtma elemanları nitrata batırılır. Önemli avantajları var:

1. Harici ısıtma banyolarına göre biraz daha küçük boyutlar ve daha düşük ısı kayıpları,

2. İçlerindeki ısıtma alaşımlarının tüketimi on kat daha azdır,

3.Daha güvenlidirler çünkü nitratlar, demir oksitlerin varlığında aşırı ısındığında patlayabilir ve harici ısıtma banyolarında bu tür aşırı ısınma, alt nitrat katmanlarının kirlenmesi nedeniyle meydana gelebilir ve bu da banyonun tabanının alt ısıtıcılar tarafından aşırı ısınmasına neden olur.

Nitrat banyolarında tüp ısıtıcıların dezavantajı, yüksek sıcaklık ve tüp kılıfının nitratla korozyona uğraması nedeniyle kısa hizmet ömürleridir.

Tablo 1. Bazı tuzların erime noktası ve aralığı

Her iki tipteki tuz ve alkali banyolar çok büyük boyutlara (uzunluk 6-8 m) ve birkaç yüz kilovatlık bir güce ulaşır Daha yüksek sıcaklıklar için elektrotlu banyolar kullanılır. İçine 8-25 V voltajlı bir düşürücü transformatör tarafından beslenen metal elektrotların indirildiği, tuzla doldurulmuş metal veya seramik bir potadır.

Soğuk bir durumda, tuz neredeyse akımı iletmez, ancak bir dış kaynak tarafından ısıtılırsa, elektrotlar arasında bir akım kurulur ve tuza Joule ısısı verir. Bu nedenle, ısıtılacak maddelerin daldırıldığı bu tür banyolarda erimiş tuzun kendisi ısıtıcı görevi görür.

Elektrot banyoları kapak ve dış elektrotlarla birlikte gelir. İlki, düşük verimlilikleri ve düzensiz ısınmaları nedeniyle şu anda kullanılmamaktadır. Bu tür banyolarda, elektrotların yüzeyindeki akım yoğunluğu, ikincisinin büyük boyutları nedeniyle yüksek değildir, bu nedenle, içlerinde, yükseklik boyunca ikincisindeki sıcaklıkları eşitleyen tuzun yalnızca doğal termal sirkülasyonu vardır. Ancak bu tür banyolarda alt ve üst katlardaki sıcaklık farkı 20-25°C'yi bulabilmektedir.

Bu nedenle, bu tür banyoların ana dezavantajı, tuzun yetersiz yoğun dolaşımıdır, bu da ürünlerin ısınma hızında ve dolayısıyla banyonun çalışmasında bir azalmaya ve içinde eşit olmayan bir sıcaklık dağılımına yol açar. yükseklik.

Ayrıca bu banyolarda mevcut hatlar tuzun hacminin neredeyse tamamını doldurmaktadır; bu nedenle akım, ürünlerden de akar. İkincisinin elverişsiz bir şekli ile (keskin kenarlar, ürünün iki parçası arasındaki ince köprüler), içlerinde artan akım yoğunlukları yoğunlaşabilir, bu da aşırı ısınmaya ve reddedilmeye ve hatta erimeye yol açabilir.

Pirinç. 1. Uzak elektrotlu ve bölmeli tuz banyosu: 1 — banyo, 2 — giydirme, 3 — önlük, 4 — şemsiye, 5 — bölme: 6 — pirometre, 7 — elektrot, 8 — refrakter duvar, 9 — ısı yalıtımı.

Bu dezavantajların üstesinden, dış elektrotların giderek daha yaygın hale geldiği elektrot tuzu banyoları gelmektedir. İçlerinde elektrotlar, birbirinden 25-50 mm mesafede tuza indirilmiş, dikdörtgen veya dairesel kesitli iki çubuktur.

Bu tür banyolarda, neredeyse tüm akım hatları iki elektrot arasındaki boşlukta bulunur, bu nedenle ısıtılmış parçalardan yalnızca önemsiz akımlar geçer ve bunların tek tek noktaları aşırı ısınmaz. Ek olarak, parçalardan akımın geçişini tamamen engellemek için, odanın elektrotların bulunduğu kısmı, çalışma kısmından bir bölme ile ayrılabilir (Şekil 1).

Çubuklar arasındaki akım yoğunluğu çok yüksek olduğu için aralarındaki tuz aşırı ısınır ve yoğun ısıl sirkülasyon başlar ve ısınan tuz parçacıkları elektrotlar arasındaki boşluğa yükselir ve üst seviyede banyo hacmi boyunca uzaklaşırken daha soğuk olur. alt katmanlar aşağıdaki elektrotlar arası boşluğa eklenir.

Elektrotlar arasındaki çok yüksek akım yoğunluklarında (yaklaşık 15-25 A / cm2), elektromanyetik kuvvetler hakim olmaya başlar ve tuzu elektrotlar arası boşluğa atar, bunun sonucunda dolaşım yönü tersine döner ve yoğunluğu artar. Tuzun bu tür zorunlu sirkülasyonu, hem tuzdan ürünlere ısı transfer katsayısını hem de ürünlerin banyoların yüksekliği boyunca (± 3 ° C'ye kadar) ısınma homojenliğini önemli ölçüde artırır.

Bahsedilen avantajları nedeniyle, dış elektrotlu banyolar son zamanlarda daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Tuz banyoları, 20 ila 150 kW güçte ve 1300 ° C'ye kadar çeşitli sıcaklıklarda tek fazlı ve üç fazlı (Şekil 1) üretilir. Su verme ve temperleme için çeşitli ürünleri ısıtmak ve öncelikle aletler (dahil olmak üzere) için kullanılırlar. yüksek hız çelikleri) ve izotermal tavlama için uygundur.Ayrıca içlerinde uygun tuz bileşimi seçilerek çeliklerin termokimyasal işleme, karbonlama ve siyanürleme işlemlerinin yürütülmesini sağlamak mümkündür.

Tuz banyolarında ısıtmanın iyi bilinen bir avantajı, banyodan çıkarılan maddelerin ince bir tuz tabakası ile kaplanmasıdır. Bu film, ürünün yüzeyini havadaki oksidasyondan korurken, aynı zamanda soğutulduğunda veya bir soğutma tankına daldırıldığında çatlama ve geri tepmelerden korur.

1000°C'ye kadar çalışan elektrot banyolarının ısıya dayanıklı metal potaları krom-nikel çeliklerden imal edilmiş olup, kullanım ömürleri 1 yıl olarak kabul edilebilir. Seramik potalar 1400°C'ye kadar kullanılabilirler, tamamen sıkıştırılabilirler, ateşlenebilirler veya bir çözelti içinde birbirine yapıştırılmış ayrı ayrı pişirilmiş yüksek alüminyum seramik plakalardan monte edilebilirler.

Elektrotlar krom-nikel çeliklerden veya düşük karbonlu çeliklerden, örneğin sınıf 10'dan yapılabilir. Elektrotlar yüksek sıcaklık banyolarında 3-6 ay, orta sıcaklık banyolarında ise bir yıla kadar kalır.

Tuz banyosu kapaklarının dizilişi önemli bir rol oynar... Açık bir tuz aynası, kapalı bir banyonun 1000°C'deki ısı kaybının yaklaşık 5-6 katına eşit miktarda enerji yayar. Bu nedenle banyo örtüsünün yeterince yalıtılması gerekir. , aynı zamanda yükleme ve boşaltma sırasında geriye katlanması veya yana hareket etmesi kolay olmalıdır. Banyo aynası kayıplarında önemli bir azalma, yüzeyinin bir hücre grafit karbon tozu tabakası ile kaplanmasıyla elde edilebilir.

Tuz soğuk halde iletilmediği için banyonun yapılabilmesi için ısıtılması gerekir. En uygun olanı, ilk nikrom direncinin kullanılmasıdır. İkincisi, banyo katılaşmadan önce tuza daldırılır ve iki elektroda bağlanır. Banyo ısıtıldığında, dirençten akan trafo akımı onu ısıtır, bu nedenle dirence bitişik tuz katmanları ısınır ve sırayla iletmeye başlar. Direnç daha sonra kapatılır ve tuzdan çıkarılır.Böyle bir direnç için 10-15 W/cm2 mertebesinde çok yüksek bir özgül yüzey gücüne izin verilebilir. Bununla birlikte, tuzda çalışırken nikromun çok kırılgan hale geldiği ve dikkatli kullanım gerektirdiği unutulmamalıdır.

Bazen elektrotlar arasındaki metal bir direnç yerine, fırını kapattıktan sonra, banyo açıldığında ısınan tuzu ısıtan elektrot kömürü parçaları döşenir. Son olarak, elektrotların yakınındaki tuz alanlarını bir gaz brülörü ile kolayca ısıtabilirsiniz. Banyoyu ısıtma işlemi oldukça uzundur, bu nedenle bazen banyoları gece boyunca soğutmamak ve düşük voltajda bırakmak tercih edilir.

Aralıklı elektrot banyolarına ek olarak, sürekli üniteler de kullanılır... Bireysel banyolarda, parçaları taşımak ve tuza batırmak için banyonun üzerinde bir taşıma bandı kullanılabilir. Sıralı olarak birkaç banyoda gerçekleştirilen karmaşık ısıl işlem proseslerine yönelik üniteler, parçaların yatay ve dikey yönlerde alternatif hareketinin oluşturulmasını gerektirdiğinden daha karmaşıktır. Genellikle bu görev, bir kaldırma cihazına sahip bir konveyör veya atlıkarınca kullanılarak çözülür.

Bu nedenle, geleneksel elektrikli fırınlarla karşılaştırıldığında, tuz banyoları aşağıdaki avantajlara sahiptir:

1. eşit ölçüler için yüksek ısıtma hızı ve dolayısıyla yüksek performans,

2. çeşitli termal ve termokimyasal arıtma türlerini gerçekleştirmesi kolay,

3. Isıtma ve soğutma sırasında ürünlerin oksidasyondan korunması.

Tuz banyolarının dezavantajları şunlardır:

1.banyo aynasından artan ısı kayıpları nedeniyle yüksek özgül enerji tüketimi ve ısıtmanın süresi ve karmaşıklığı nedeniyle sürekli çalışma ihtiyacı (ikincisi düşük yükte çalışmaya neden olur),

2. oldukça yüksek tuz tüketimi,

3. İyi havalandırma ile bile zor çalışma koşulları.

Tuz banyolarının yaygınlığı, birçok durumda avantajlarının dezavantajlarından daha ağır basması gerçeğiyle açıklanmaktadır.

En düşük sıcaklıklar için, hem dahili hem de harici ısıtma ile gerçekleştirilen yağ banyoları kullanılır. Suyu ısıtmak ve su buharı üretmek için kullanılan elektrotlu kazanlar, elektrotlu tuz banyolarıyla aynı şekilde çalışır.