Αλατόλουτρα — συσκευή και εφαρμογή

Κατά τη θέρμανση προϊόντων σε υγρό, λόγω των υψηλών τιμών του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας από υγρό σε μέταλλο, μπορεί να επιτευχθεί σημαντικά υψηλότερος ρυθμός θέρμανσης. Από την άλλη πλευρά, λόγω της πολύ υψηλότερης θερμικής αγωγιμότητας των υγρών σε σύγκριση με τα αέρια, η κατανομή της θερμοκρασίας σε αυτά πρέπει να είναι πιο ομοιόμορφη και επομένως η θέρμανση μεμονωμένων προϊόντων ή τμημάτων του προϊόντος θα γίνεται υπό τις ίδιες συνθήκες.

Ο ταχύτερος ρυθμός θέρμανσης μπορεί να επιτευχθεί σε ένα υγρό μέταλλο όπως ο λιωμένος μόλυβδος. Το λουτρό μολύβδου είναι ένα σιδερένιο χωνευτήριο γεμάτο με μόλυβδο, τοποθετημένο μέσα άξονας ηλεκτρικός φούρνος κάτω από το κάλυμμα της εξάτμισης. Όταν ο μόλυβδος λιώνει και φτάσει σε μια προκαθορισμένη θερμοκρασία, μικρά εξαρτήματα χαμηλώνονται σε αυτόν, τα οποία θερμαίνονται γρήγορα, για παράδειγμα, για σβήσιμο ή σκλήρυνση, ενώ η θερμική αγωγιμότητα του μολύβδου εξασφαλίζει υψηλή ομοιομορφία θέρμανσης των εξαρτημάτων που πέφτουν σε αυτό. αλλά ένα λουτρό μολύβδου έχει μια σειρά από σημαντικά ελαττώματα:

• επιβλαβής εργασία με μόλυβδο, ειδικά σε υψηλές θερμοκρασίες,

• αδυναμία χρήσης για θέρμανση σε θερμοκρασίες άνω των 800 ° C (σε υψηλότερες θερμοκρασίες, ο μόλυβδος εξατμίζεται εντατικά),

• χαμηλή θερμοχωρητικότητα του μολύβδου, λόγω της οποίας ψύχεται γρήγορα όταν βυθίζεται σε μεγαλύτερα μέρη.

Κατά συνέπεια, τα λουτρά μολύβδου έλαβαν περιορισμένη χρήση. Σε αντίθεση με τον μόλυβδο, διάφορα άλατα, νιτρικά άλατα και βάσεις έχουν βρει πολύ ευρύτερη εφαρμογή. Δεδομένου ότι ένας αριθμός αλάτων, νιτρικών αλάτων και βάσεων που χρησιμοποιούνται έχουν πολύ διαφορετικά σημεία τήξης, για οποιαδήποτε θερμοκρασία στην περιοχή από 250 έως 1300 °C, ένα τέτοιο αλάτι ή μείγμα αλάτων μπορεί να επιλεγεί ώστε να εξατμίζεται λίγο σε αυτή τη θερμοκρασία και στην ίδια θερμοκρασία ο χρόνος είναι ρευστός. Ο Πίνακας 1 δίνει τα σημεία τήξης και τα πεδία εφαρμογής ορισμένων αλάτων και νιτρικών αλάτων.

Λουτρά αλατιού και αλατιού που εκτελούνται εποικοδομητικά ως λουτρά με εξωτερική θέρμανση, λουτρά με εσωτερικές θερμάστρες και ηλεκτρόδια... Οι δύο πρώτοι τύποι εκτελούνται σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες — πρόκειται κυρίως για λουτρά άλατος και αλκαλίου που χρησιμοποιούνται για θερμική επεξεργασία προφίλ και φύλλων ελαφρών κραμάτων (450 -525 °C).

Τα εξωτερικά θερμαινόμενα λουτρά αλατιού είναι ένα ορθογώνιο ή κυκλικό δοχείο συγκολλημένο από απλό ανθρακούχο χάλυβα τοποθετημένο σε άξονα με μεταλλικούς θερμαντήρες.

Τα λουτρά αλατιού με εσωτερικές θερμάστρες κατασκευάζονται το ίδιο, αλλά δεν έχουν εξωτερικά θερμαντικά στοιχεία και αντ 'αυτού τα σωληνωτά ερμητικά θερμαντικά στοιχεία βυθίζονται σε νιτρικά άλατα. Έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα:

1. Ελαφρώς μικρότερες διαστάσεις και μικρότερες απώλειες θερμότητας σε σύγκριση με τα εξωτερικά λουτρά θέρμανσης,

2. η κατανάλωση κραμάτων θέρμανσης σε αυτά είναι δέκα φορές μικρότερη,

3.Είναι ασφαλέστερα επειδή τα νιτρικά άλατα μπορούν να εκραγούν όταν υπερθερμαίνονται παρουσία οξειδίων του σιδήρου και τέτοια υπερθέρμανση σε εξωτερικά λουτρά θέρμανσης μπορεί να συμβεί λόγω μόλυνσης των κατώτατων στρωμάτων νιτρικών, με αποτέλεσμα ο πυθμένας του λουτρού να υπερθερμαίνεται από τους θερμαντήρες πυθμένα.

Το μειονέκτημα των θερμαντικών σωληνώσεων σε νιτρικά λουτρά είναι η μικρή διάρκεια ζωής τους λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και της διάβρωσης του χιτωνίου σωλήνων με νιτρικά άλατα.

Πίνακας 1. Σημείο τήξης και περιοχή ορισμένων αλάτων

Τα αλατισμένα και αλκαλικά λουτρά και των δύο τύπων φτάνουν σε πολύ μεγάλα μεγέθη (μήκος 6-8 m) και ισχύ αρκετών εκατοντάδων κιλοβάτ. Για υψηλότερες θερμοκρασίες χρησιμοποιούνται λουτρά με ηλεκτρόδιο. Είναι ένα μεταλλικό ή κεραμικό χωνευτήριο γεμάτο με αλάτι, μέσα στο οποίο κατεβαίνουν τα μεταλλικά ηλεκτρόδια που τροφοδοτούνται από έναν μετασχηματιστή βηματισμού με τάση 8-25 V.

Σε ψυχρή κατάσταση, το αλάτι δεν μεταφέρει ρεύμα, αλλά αν θερμανθεί από κάποια εξωτερική πηγή, τότε δημιουργείται ρεύμα μεταξύ των ηλεκτροδίων και απελευθερώνει θερμότητα Joule στο αλάτι. Επομένως, το ίδιο το λιωμένο αλάτι χρησιμεύει ως θερμαντήρας σε τέτοια λουτρά, στα οποία βυθίζονται τα προς θέρμανση αντικείμενα.

Τα λουτρά ηλεκτροδίων διαθέτουν κάλυμμα και εξωτερικά ηλεκτρόδια. Τα πρώτα δεν χρησιμοποιούνται επί του παρόντος λόγω της χαμηλής τους απόδοσης και της ανομοιόμορφης θέρμανσης. Σε τέτοια λουτρά, η πυκνότητα ρεύματος στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων λόγω των μεγάλων διαστάσεων των τελευταίων δεν είναι υψηλή, επομένως υπάρχει μόνο φυσική θερμική κυκλοφορία του άλατος σε αυτά, η οποία εξισώνει τις θερμοκρασίες στα τελευταία κατά μήκος. Ωστόσο, σε τέτοια λουτρά η διαφορά θερμοκρασίας στα ανώτερα και κατώτερα επίπεδα μπορεί να φτάσει τους 20-25 ° C.

Έτσι, το κύριο μειονέκτημα τέτοιων λουτρών είναι η ανεπαρκώς εντατική κυκλοφορία του αλατιού, η οποία οδηγεί σε μείωση του ρυθμού θέρμανσης των προϊόντων, και επομένως στη λειτουργία του λουτρού και σε ανομοιόμορφη κατανομή της θερμοκρασίας σε αυτό κατά μήκος του το ύψος.

Επιπλέον, σε αυτά τα λουτρά οι τρέχουσες γραμμές γεμίζουν σχεδόν ολόκληρο τον όγκο του αλατιού. επομένως ρεύμα ρέει και μέσω των προϊόντων. Με ένα δυσμενές σχήμα του τελευταίου (αιχμηρές άκρες, λεπτές γέφυρες μεταξύ δύο μερών του προϊόντος), μπορούν να συγκεντρωθούν αυξημένες πυκνότητες ρεύματος σε αυτά, γεγονός που θα οδηγήσει σε υπερθέρμανση και μπορεί να οδηγήσει σε απόρριψη ή ακόμα και τήξη.

Ρύζι. 1. Λουτρό αλατιού με ηλεκτρόδια και διαχωριστικό: 1 — λουτρό, 2 — επένδυση, 3 — ποδιά, 4 — ομπρέλα, 5 — διαχωριστικό: 6 — πυρόμετρο, 7 — ηλεκτρόδιο, 8 — πυρίμαχη τοιχοποιία, 9 — θερμομόνωση.

Αυτά τα μειονεκτήματα ξεπερνιούνται με λουτρά άλατος ηλεκτροδίων με τα εξωτερικά ηλεκτρόδια να γίνονται όλο και πιο διαδεδομένα. Σε αυτά, τα ηλεκτρόδια είναι δύο ράβδοι με ορθογώνιο ή κυκλικό τμήμα, χαμηλωμένα στο αλάτι σε απόσταση 25-50 mm το ένα από το άλλο.

Σε τέτοια λουτρά, σχεδόν όλες οι γραμμές ρεύματος βρίσκονται στο χώρο μεταξύ δύο ηλεκτροδίων, επομένως μόνο ασήμαντα ρεύματα διέρχονται από τα θερμαινόμενα μέρη και τα μεμονωμένα σημεία τους δεν υπερθερμαίνονται. Επιπλέον, για να αποκλειστεί εντελώς η διέλευση ρεύματος από τα μέρη, το τμήμα του θαλάμου όπου βρίσκονται τα ηλεκτρόδια μπορεί να διαχωριστεί από το τμήμα εργασίας του με ένα διαχωριστικό (Εικ. 1).

Δεδομένου ότι η πυκνότητα ρεύματος μεταξύ των ράβδων είναι πολύ υψηλή, το αλάτι μεταξύ τους υπερθερμαίνεται και αρχίζει η έντονη θερμική κυκλοφορία και τα θερμαινόμενα σωματίδια αλατιού ανεβαίνουν στον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων και στο ανώτερο επίπεδο αποκλίνουν μέσω του όγκου του λουτρού, ενώ είναι πιο κρύα τα κατώτερα στρώματα εισάγονται στον παρακάτω χώρο μεταξύ ηλεκτροδίων.

Σε πολύ υψηλές πυκνότητες ρεύματος μεταξύ των ηλεκτροδίων (περίπου 15-25 A / cm2), αρχίζουν να επικρατούν ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, που ρίχνουν το αλάτι στο χώρο του διαηλεκτροδίου, με αποτέλεσμα η κατεύθυνση της κυκλοφορίας να αντιστρέφεται και να αυξάνεται η έντασή του. Μια τέτοια αναγκαστική κυκλοφορία αλατιού αυξάνει σημαντικά τόσο τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας από το αλάτι στα προϊόντα όσο και την ομοιομορφία θέρμανσης των προϊόντων κατά μήκος του ύψους των λουτρών (έως ± 3 ° C).

Λόγω των αναφερθέντων πλεονεκτημάτων, τα λουτρά με εξωτερικά ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται πρόσφατα όλο και πιο ευρέως. Τα λουτρά αλατιού παράγονται μονοφασικά και τριφασικά (Εικ. 1) σε ισχύ από 20 έως 150 kW και σε διάφορες θερμοκρασίες έως 1300 ° C. Χρησιμοποιούνται για θέρμανση διαφόρων προϊόντων για σβήσιμο και σκλήρυνση και κυρίως για εργαλεία (συμπεριλαμβανομένων χάλυβες υψηλής ταχύτητας), καθώς και για ισοθερμική ανόπτηση.Επιπλέον, με την επιλογή της κατάλληλης σύνθεσης αλάτων σε αυτούς, είναι δυνατό να διασφαλιστεί η διεξαγωγή των εργασιών θερμοχημικής επεξεργασίας, ενανθράκωσης και κυανίωσης των χάλυβων.

Ένα γνωστό πλεονέκτημα της θέρμανσης σε λουτρά αλατιού είναι η κάλυψη των αντικειμένων που αφαιρούνται από το λουτρό με ένα λεπτό στρώμα αλατιού. Αυτή η μεμβράνη προστατεύει την επιφάνεια του προϊόντος από την οξείδωση στον αέρα, ενώ ταυτόχρονα σπάει και αναπηδά όταν ψύχεται ή όταν βυθίζεται σε δεξαμενή ψύξης.

Τα ανθεκτικά στη θερμότητα μεταλλικά χωνευτήρια των λουτρών ηλεκτροδίων που λειτουργούν έως τους 1000 ° C είναι κατασκευασμένα από χάλυβες χρωμίου-νικελίου και η διάρκεια ζωής τους μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι 1 έτος. Τα κεραμικά χωνευτήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν έως τους 1400°C, μπορούν να συμπιεστούν πλήρως, να ψηθούν ή να συναρμολογηθούν από μεμονωμένες κεραμικές πλάκες υψηλής ψησίματος αλουμινίου συνδεδεμένες μεταξύ τους σε διάλυμα.

Τα ηλεκτρόδια μπορούν να κατασκευαστούν από χάλυβες χρωμίου-νικελίου ή χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, για παράδειγμα κατηγορίας 10. Τα ηλεκτρόδια παραμένουν σε λουτρά υψηλής θερμοκρασίας για 3-6 μήνες, σε λουτρά μέσης θερμοκρασίας έως και ένα χρόνο.

Η διάταξη των καλυμμάτων λουτρού αλατιού παίζει σημαντικό ρόλο... Ένας ανοιχτός καθρέφτης αλατιού εκπέμπει ποσότητα ενέργειας ίση με περίπου 5-6 φορές την απώλεια θερμότητας ενός κλειστού λουτρού στους 1000 ° C. Επομένως, το κάλυμμα μπάνιου πρέπει να είναι επαρκώς μονωμένο , ταυτόχρονα πρέπει να είναι εύκολο να αναδιπλωθεί ή να μετακινηθεί στο πλάι κατά τη φόρτωση και την εκφόρτωση. Σημαντική μείωση των απωλειών καθρέφτη μπάνιου μπορεί να επιτευχθεί επικαλύπτοντας την επιφάνειά του με ένα στρώμα σκόνης άνθρακα από κυτταρικό γραφίτη.

Δεδομένου ότι το αλάτι δεν διεξάγεται σε ψυχρή κατάσταση, είναι απαραίτητο να το ζεστάνετε για να τρέξει το μπάνιο. Το πιο βολικό είναι η χρήση αρχικής αντίστασης nichrome. Το τελευταίο, πριν στερεοποιηθεί το λουτρό, βυθίζεται σε αλάτι και συνδέεται με δύο ηλεκτρόδια. Όταν το λουτρό θερμαίνεται, το ρεύμα του μετασχηματιστή που ρέει μέσω της αντίστασης το θερμαίνει, λόγω του οποίου τα στρώματα άλατος που γειτνιάζουν με την αντίσταση θερμαίνονται και, με τη σειρά τους, αρχίζουν να αγώγουν. Στη συνέχεια, η αντίσταση απενεργοποιείται και αφαιρείται από το αλάτι.Για μια τέτοια αντίσταση, μπορεί να επιτραπεί μια πολύ υψηλή ειδική επιφανειακή ισχύς της τάξης των 10-15 W / cm2. Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι όταν εργάζεστε σε αλάτι, το nichrome γίνεται πολύ εύθραυστο και απαιτεί προσεκτικό χειρισμό.

Μερικές φορές, αντί για μεταλλική αντίσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, μετά την απενεργοποίηση του κλίβανου, τοποθετούνται κομμάτια άνθρακα ηλεκτροδίων, τα οποία, θερμαίνοντας όταν ενεργοποιείται το λουτρό, θερμαίνουν το αλάτι. Τέλος, μπορείτε απλά να θερμάνετε τις περιοχές αλατιού κοντά στα ηλεκτρόδια με έναν καυστήρα αερίου. Η λειτουργία θέρμανσης του λουτρού είναι αρκετά μεγάλη, επομένως μερικές φορές είναι προτιμότερο να μην ψύχονται τα λουτρά όλη τη νύχτα, αφήνοντάς τα αναμμένα σε μειωμένη τάση.

Εκτός από τα λουτρά διακοπτόμενων ηλεκτροδίων, χρησιμοποιούνται επίσης συνεχείς μονάδες... Για μεμονωμένα λουτρά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας μεταφορικός ιμάντας πάνω από το λουτρό για να μεταφέρει τα εξαρτήματα και να τα βυθίσει στο αλάτι. Οι μονάδες για πολύπλοκες διεργασίες θερμικής επεξεργασίας, που πραγματοποιούνται διαδοχικά σε πολλά λουτρά, είναι πιο περίπλοκες, καθώς αυτό απαιτεί τη δημιουργία εναλλασσόμενης κίνησης τμημάτων σε οριζόντιες και κάθετες κατευθύνσεις. Συνήθως, αυτή η εργασία επιλύεται χρησιμοποιώντας έναν μεταφορέα ή ένα καρουζέλ με μια συσκευή ανύψωσης.

Έτσι, σε σύγκριση με τους συμβατικούς ηλεκτρικούς φούρνους, τα λουτρά αλατιού έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

1. υψηλός ρυθμός θέρμανσης και επομένως υψηλή απόδοση για ίσες διαστάσεις,

2. εύκολο στην εκτέλεση διαφόρων τύπων θερμικής και θερμοχημικής επεξεργασίας,

3. προστασία των προϊόντων από την οξείδωση κατά τη θέρμανση και την ψύξη.

Τα μειονεκτήματα των λουτρών με αλάτι είναι τα εξής:

1.υψηλή ειδική κατανάλωση ενέργειας λόγω αυξημένων απωλειών θερμότητας από τον καθρέφτη του μπάνιου και της ανάγκης για συνεχή λειτουργία του λόγω της διάρκειας και της πολυπλοκότητας της θέρμανσης (η τελευταία προκαλεί λειτουργία υπό φορτίο),

2. Αρκετά υψηλή κατανάλωση αλατιού,

3. δύσκολες συνθήκες εργασίας ακόμα και με καλό αερισμό.

Η επικράτηση των λουτρών με αλάτι εξηγείται από το γεγονός ότι σε πολλές περιπτώσεις τα πλεονεκτήματά τους υπερτερούν των μειονεκτημάτων τους.

Για τις χαμηλότερες θερμοκρασίες χρησιμοποιούνται λουτρά λαδιού, που εκτελούνται τόσο με εσωτερική όσο και με εξωτερική θέρμανση. Οι λέβητες ηλεκτροδίων για τη θέρμανση νερού και την παραγωγή υδρατμών λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο όπως τα λουτρά άλατος ηλεκτροδίων.