Banys de sal — dispositiu i aplicació

En escalfar productes en líquid, a causa dels alts valors del coeficient de transferència de calor del líquid al metall, es pot aconseguir una velocitat d'escalfament significativament més alta. D'altra banda, a causa de la conductivitat tèrmica molt més alta dels líquids en comparació amb els gasos, la distribució de la temperatura en ells ha de ser més uniforme i, per tant, l'escalfament de productes individuals o parts del producte es farà en les mateixes condicions.

La velocitat d'escalfament més ràpida es pot aconseguir en un metall líquid com el plom fos. El bany de plom és un gresol de ferro ple de plom, instal·lat forn elèctric d'eix sota la coberta d'escapament. Quan el plom es fon i arriba a una temperatura predeterminada, s'hi baixen peces petites, que s'escalfen ràpidament, per exemple, per apagar o temperar, mentre que la conductivitat tèrmica del plom assegura una gran uniformitat d'escalfament de les peces que hi cauen. però un bany de plom té una sèrie de defectes importants:

• treballs nocius amb plom, especialment a altes temperatures,

• impossibilitat d'utilitzar per escalfar temperatures superiors a 800 ° C (a temperatures més altes, el plom s'evapora intensament),

• baixa capacitat calorífica del plom, per la qual cosa es refreda ràpidament quan s'immerge en peces més grans.

En conseqüència, els banys de plom només van rebre un ús limitat. A diferència del plom, diverses sals, nitrats i bases han trobat una aplicació molt més àmplia. Atès que una sèrie de sals, nitrats i bases utilitzats tenen punts de fusió molt diferents, per a qualsevol temperatura en el rang de 250 a 1300 °C es pot seleccionar una sal o una barreja de sals que s'evapori poc a aquesta temperatura i al mateix temps. el temps és fluid. A la taula 1 es donen els punts de fusió i els camps d'aplicació d'algunes sals i nitrats.

Banys de sal i sal realitzats constructivament com a banys amb calefacció externa, banys amb escalfadors interns i elèctrodes... Els dos primers tipus es realitzen a temperatures relativament baixes, principalment banys de salitre i alcalins utilitzats per al tractament tèrmic de perfils i làmines d'aliatges lleugers. (450 -525 °C).

Els banys de sal escalfats externament són un recipient rectangular o circular soldat amb acer al carboni pla col·locat en un eix amb escalfadors metàl·lics.

Els banys de sal amb escalfadors interns es fabriquen igual, però no disposen d'elements calefactors externs i, en canvi, els elements calefactors hermètics tubulars estan immersos en nitrats. Tenen avantatges importants:

1. Dimensions lleugerament més petites i pèrdues de calor més baixes en comparació amb els banys de calefacció externs,

2. el consum d'aliatges de calefacció en ells és deu vegades menor,

3.Són més segurs perquè els nitrats poden explotar quan s'escalfen en excés en presència d'òxids de ferro, i aquest sobreescalfament en banys d'escalfament extern es pot produir a causa de la contaminació de les capes inferiors de nitrats, provocant que la part inferior del bany sigui sobreescalfada pels escalfadors inferiors.

El desavantatge dels escalfadors de tub en banys de nitrat és la seva curta vida útil a causa de l'alta temperatura i la corrosió de la camisa del tub amb nitrat.

Taula 1. Punt de fusió i rang d'algunes sals

Els banys de sal i alcalins d'ambdós tipus aconsegueixen mides molt grans (longitud 6-8 m) i una potència de diversos centenars de quilowatts.Per a temperatures més altes s'utilitzen banys amb un elèctrode. Són un gresol metàl·lic o ceràmic ple de sal, en el qual es baixen els elèctrodes metàl·lics alimentats per un transformador reductor amb una tensió de 8-25 V.

En estat fred, la sal gairebé no condueix el corrent, però si s'escalfa per alguna font externa, s'estableix un corrent entre els elèctrodes i allibera calor Joule a la sal. Per tant, la sal fosa en si mateixa serveix d'escalfador en aquests banys, en els quals s'hi submergeixen els articles a escalfar.

Els banys d'elèctrodes vénen amb coberta i elèctrodes exteriors. Els primers actualment no s'utilitzen per la seva baixa eficiència i la seva calefacció desigual. En aquests banys, la densitat de corrent a la superfície dels elèctrodes a causa de les grans dimensions d'aquests últims no és alta, per tant només hi ha circulació tèrmica natural de la sal en ells, la qual cosa iguala les temperatures en aquests últims al llarg de l'alçada. No obstant això, en aquests banys la diferència de temperatura als nivells superior i inferior pot arribar als 20-25 ° C.

Per tant, el principal desavantatge d'aquests banys és la circulació de la sal insuficientment intensa, que condueix a una disminució de la velocitat d'escalfament dels productes, i per tant en el funcionament del bany, i a una distribució desigual de la temperatura al llarg del mateix. l'alçada.

A més, en aquests banys les línies actuals omplen quasi tot el volum de la sal; per tant, el corrent també circula pels productes. Amb una forma desfavorable d'aquests últims (vores afilades, ponts prims entre dues parts del producte), s'hi poden concentrar densitats de corrent augmentades, cosa que provocarà un sobreescalfament i pot provocar un rebuig o fins i tot la fusió.

Arròs. 1. Bany de sal amb elèctrodes remots i mampara: 1 — banyera, 2 — revestiment, 3 — davantal, 4 — paraigua, 5 — mampara: 6 — piròmetre, 7 — elèctrode, 8 — maçoneria refractària, 9 — aïllament tèrmic.

Aquests inconvenients es superen amb els banys de sal d'elèctrodes amb elèctrodes externs cada cop més estesos. En ells, els elèctrodes són dues varetes de secció rectangular o circular, baixades a la sal a una distància de 25-50 mm l'una de l'altra.

En aquests banys, gairebé totes les línies de corrent es troben a l'espai entre dos elèctrodes, per tant, només els corrents insignificants passen per les parts escalfades i els seus punts individuals no s'escalfen. A més, per tal d'excloure completament el pas del corrent a través de les peces, la part de la cambra on es troben els elèctrodes es pot separar de la seva part de treball per un envà (Fig. 1).

Com que la densitat de corrent entre les varetes és molt alta, la sal entre elles s'escalfa i s'inicia una circulació tèrmica intensa, i les partícules de sal escalfades s'eleven a l'espai entre els elèctrodes i al nivell superior divergeixen pel volum del bany, mentre que són més fredes. les capes inferiors s'insereixen a l'espai interelèctrode de sota.

A densitats de corrent molt elevades entre els elèctrodes (uns 15-25 A / cm2), comencen a prevaler les forces electromagnètiques, llançant sal a l'espai interelèctrodes, com a resultat de la qual cosa la direcció de la circulació s'inverteix i la seva intensitat augmenta. Aquesta circulació forçada de sal augmenta significativament tant el coeficient de transferència de calor de la sal als productes com la uniformitat de l'escalfament dels productes al llarg de l'alçada dels banys (fins a ± 3 ° C).

A causa dels avantatges esmentats, els banys amb elèctrodes externs s'han utilitzat recentment cada cop més àmpliament. Els banys de sal es produeixen monofàsics i trifàsics (Fig. 1) a una potència de 20 a 150 kW i a diverses temperatures fins a 1300 ° C. S'utilitzen per escalfar diversos productes per a trempat i temperat i principalment per a eines (incloent-hi acers d'alta velocitat), així com per al recuit isotèrmic.A més, escollint-hi la composició salina adequada, és possible assegurar la realització de les operacions de processament termoquímic, carburació i cianuració dels acers.

Un avantatge conegut de l'escalfament en banys de sal és cobrir els elements que s'han retirat del bany amb una fina capa de sal. Aquesta pel·lícula protegeix la superfície del producte de l'oxidació a l'aire, alhora que s'esquerda i rebota quan es refreda o quan es submergeix en un dipòsit de refrigeració.

Els gresols metàl·lics resistents a la calor dels banys d'elèctrodes que funcionen fins a 1000 ° C estan fets d'acers de crom-níquel i es pot suposar que la seva vida útil és d'1 any. Els gresols de ceràmica es poden utilitzar fins a 1400 °C, es poden compactar, coure o muntar completament a partir de plaques ceràmiques d'alumini d'alta cocció individuals unides entre si en una solució.

Els elèctrodes poden ser d'acers al crom-níquel o acers de baix carboni, per exemple la classe 10. Els elèctrodes romanen en banys d'alta temperatura durant 3-6 mesos, en banys de temperatura mitjana fins a un any.

La disposició de les cobertes de bany de sal té un paper important... Un mirall de sal obert emet una quantitat d'energia igual a unes 5-6 vegades la pèrdua de calor d'un bany tancat a 1000 ° C. Per tant, la coberta del bany ha d'estar prou aïllada. , al mateix temps ha de ser fàcil de plegar enrere o moure's cap al costat durant la càrrega i descàrrega. Es pot aconseguir una reducció significativa de les pèrdues dels miralls del bany recobrint la seva superfície amb una capa de pols de carboni de grafit cel·lular.

Com que la sal no es condueix en estat fred, cal escalfar-la per executar el bany. El més convenient és l'ús de la resistència inicial de nicrom. Aquest últim, abans que el bany es solidifiqui, es submergeix en sal i es connecta a dos elèctrodes. Quan s'escalfa el bany, el corrent del transformador que circula per la resistència l'escalfa, de manera que les capes de sal adjacents a la resistència s'escalfen i, al seu torn, comencen a conduir. A continuació, s'apaga la resistència i s'elimina de la sal.Per a aquesta resistència, es pot permetre una potència superficial específica molt elevada de l'ordre de 10-15 W / cm2. Tanmateix, cal tenir en compte que quan es treballa amb sal, el nicrom es torna molt fràgil i requereix una manipulació acurada.

De vegades, en comptes d'una resistència metàl·lica entre els elèctrodes, després d'apagar el forn, es col·loquen trossos de carbó d'elèctrodes que, escalfant-se quan s'encén el bany, escalfen la sal. Finalment, simplement podeu escalfar les zones de sal properes als elèctrodes amb un cremador de gas. L'operació d'escalfament del bany és força llarga, així que de vegades és preferible no refredar els banys durant la nit, deixant-los encesos a tensió reduïda.

A més dels banys d'elèctrodes intermitents, també s'utilitzen unitats contínues... Per als banys individuals es pot utilitzar una cinta transportadora per sobre del bany per portar les peces i submergir-les en la sal. Les unitats per a processos de tractament tèrmic complexos, realitzats de manera seqüencial en diversos banys, són més complexes, ja que això requereix la creació de moviments alternatius de peces en sentit horitzontal i vertical. Normalment, aquesta tasca es resol mitjançant una cinta transportadora o un carrusel amb un dispositiu elevador.

Així, en comparació amb els forns elèctrics convencionals, els banys de sal tenen els següents avantatges:

1. alta velocitat d'escalfament i, per tant, alt rendiment per a dimensions iguals,

2. fàcil de realitzar diversos tipus de tractament tèrmic i termoquímic,

3. protecció dels productes de l'oxidació durant la calefacció i la refrigeració.

Els desavantatges dels banys de sal són els següents:

1.alt consum específic d'energia a causa de l'augment de les pèrdues de calor del mirall del bany i la necessitat del seu funcionament continu a causa de la durada i la complexitat de la calefacció (aquesta última provoca un funcionament de baixa càrrega),

2. consum força elevat de sal,

3. condicions de treball difícils fins i tot amb una bona ventilació.

La prevalença dels banys de sal s'explica pel fet que en molts casos els seus avantatges superen els seus inconvenients.

Per a les temperatures més baixes s'utilitzen banys d'oli, realitzats amb calefacció tant interna com externa. Les calderes d'elèctrodes per escalfar aigua i produir vapor d'aigua funcionen de la mateixa manera que els banys de sal d'elèctrodes.