Soolavannid - seade ja rakendus

Toodete kuumutamisel vedelikus on vedelikult metallile soojusülekande koefitsiendi kõrgete väärtuste tõttu võimalik saavutada oluliselt suurem kuumutuskiirus. Teisalt peab vedelike gaasidega võrreldes tunduvalt suurema soojusjuhtivuse tõttu temperatuurijaotus neis olema ühtlasem ning seetõttu toimub üksikute toodete või tooteosade kuumutamine samadel tingimustel.

Kiireima kuumutamiskiiruse saab saavutada vedelas metallis, näiteks sulas pliis. Pliivann on pliiga täidetud raudtiigel, mis on paigaldatud võlli elektriahi väljalaske katte all. Kui plii sulab ja saavutab etteantud temperatuuri, lastakse sellesse väikesed osad, mis kuumutatakse kiiresti näiteks karastamise või karastamise eesmärgil, samal ajal kui plii soojusjuhtivus tagab sellesse langevate osade kuumutamise kõrge ühtluse. kuid pliivannil on mitmeid olulisi defekte:

• kahjulik töö pliiga, eriti kõrgetel temperatuuridel,

• ei saa kasutada kuumutamiseks temperatuurini üle 800 °C (kõrgematel temperatuuridel aurustub plii intensiivselt),

• plii madal soojusmahtuvus, tänu millele see suurematesse osadesse uputades kiiresti jahtub.

Järelikult kasutati pliivanne vaid piiratud ulatuses. Erinevalt pliist on erinevad soolad, nitraadid ja alused leidnud palju laiemat rakendust. Kuna paljudel kasutatavatel sooladel, nitraatidel ja alustel on väga erinevad sulamistemperatuurid, võib mis tahes temperatuuril vahemikus 250–1300 °C valida sellise soola või soolade segu, mis sellel temperatuuril ja samal ajal vähe aurustub. aeg on vedel. Tabelis 1 on toodud mõnede soolade ja nitraatide sulamistemperatuurid ja kasutusalad.

Soola- ja soolavannid konstruktiivselt teostatud välissoojendusega vannidena, sisesoojendite ja elektroodidega vannidena... Kaks esimest tüüpi teostatakse suhteliselt madalatel temperatuuridel — need on peamiselt soola- ja leelisevannid, mida kasutatakse profiilide ja kergsulamite lehtede kuumtöötlemiseks. (450-525 °C).

Väliselt kuumutatud soolavannid on tavalisest süsinikterasest keevitatud ristkülikukujuline või ümmargune anum, mis on asetatud metallsoojenditega šahti.

Sisemise küttekehaga soolavannid on valmistatud ühesugused, kuid neil pole väliseid kütteelemente ning selle asemel on torukujulised hermeetilised kütteelemendid kastetud nitraadi sisse. Neil on märkimisväärsed eelised:

1. Veidi väiksemad mõõtmed ja väiksemad soojuskaod võrreldes välisküttevannidega,

2. küttesulamite tarbimine neis on kümme korda väiksem,

3.Need on ohutumad, kuna nitraadid võivad raudoksiidide juuresolekul ülekuumenemisel plahvatada ning selline ülekuumenemine välisküttevannides võib tekkida alumiste nitraadikihtide saastumise tõttu, mille tulemusena kuumeneb vanni põhi põhjasoojendite poolt üle.

Nitraatvannide torusoojendite puuduseks on nende lühike kasutusiga, mis on tingitud kõrgest temperatuurist ja torusärgi korrosioonist nitraadiga.

Tabel 1. Mõnede soolade sulamistemperatuur ja vahemik

Mõlemat tüüpi soola- ja leelisevannid ulatuvad väga suurte mõõtmeteni (pikkus 6-8 m) ja võimsusega mitusada kilovatti Kõrgema temperatuuri korral kasutatakse elektroodiga vanni. Tegemist on soolaga täidetud metallist või keraamilise tiigliga, millesse on langetatud 8-25 V pingega astmelise trafo poolt toidetud metallelektroodid.

Külmas olekus ei juhi sool peaaegu voolu, kuid kui seda soojendab mõni väline allikas, tekib elektroodide vahel vool, mis vabastab soola sisse džauli soojust. Seetõttu on sulasool ise sellistes vannides küttekehaks, millesse soojendatavad esemed kastetakse.

Elektroodivannidel on kate ja välimised elektroodid. Esimesi ei kasutata praegu nende madala efektiivsuse ja ebaühtlase kütte tõttu. Sellistes vannides ei ole voolutihedus elektroodide pinnal viimaste suurte mõõtmete tõttu suur, seetõttu toimub neis ainult soola loomulik termiline tsirkulatsioon, mis võrdsustab viimastes temperatuurid mööda kõrgust. Sellegipoolest võib sellistes vannides temperatuuride erinevus ülemisel ja alumisel tasemel ulatuda 20-25 ° C-ni.

Seega on selliste vannide peamiseks puuduseks soola ebapiisavalt intensiivne ringlus, mis põhjustab toodete kuumutamise kiiruse ja seega ka vanni töö vähenemise ning temperatuuri ebaühtlase jaotumise selles. kõrgus.

Veelgi enam, nendes vannides täidavad praegused jooned peaaegu kogu soola mahu; seetõttu läbib tooteid ka vool. Viimaste ebasoodsa kujuga (teravad servad, õhukesed sillad toote kahe osa vahel) võivad neisse koonduda suurenenud voolutihedused, mis põhjustab ülekuumenemist ja võib põhjustada tagasilükkamist või isegi sulamist.

Riis. 1. Kaugelektroodide ja vaheseinaga soolavann: 1 — vann, 2 — vooder, 3 — põll, 4 — vihmavari, 5 — vahesein: 6 — püromeeter, 7 — elektrood, 8 — tulekindel müüritis, 9 — soojusisolatsioon.

Need puudused kõrvaldatakse välise elektroodidega elektroodsoolavannide üha laialdasema levikuga. Nendes on elektroodid kaks ristkülikukujulise või ringikujulise osaga varda, mis on üksteisest 25-50 mm kaugusel soola sisse langetatud.

Sellistes vannides asuvad peaaegu kõik vooluliinid kahe elektroodi vahelises ruumis, seetõttu läbivad kuumutatud osi ainult ebaolulised voolud ja nende üksikud punktid ei kuumene üle. Lisaks, et täielikult välistada voolu läbimine osade kaudu, saab kambri osa, kus elektroodid asuvad, selle tööosast eraldada vaheseinaga (joonis 1).

Kuna varraste vaheline voolutihedus on väga suur, kuumeneb nende vahel olev sool üle ja algab intensiivne termiline tsirkulatsioon ning kuumutatud soolaosakesed tõusevad elektroodide vahelisse ruumi ja ülemisel tasandil lahknevad läbi vanni mahu, samas kui külmem. alumised kihid sisenevad allolevasse elektroodidevahelisse ruumi.

Väga suure voolutiheduse korral elektroodide vahel (umbes 15-25 A / cm2) hakkavad domineerima elektromagnetilised jõud, mis paiskavad soola elektroodidevahelisse ruumi, mille tulemusena tsirkulatsiooni suund muutub vastupidiseks ja selle intensiivsus suureneb. Selline soola sunnitud ringlus suurendab oluliselt nii soolalt toodetele soojusülekande koefitsienti kui ka toodete kuumutamise ühtlust vannide kõrgusel (kuni ± 3 ° C).

Nimetatud eeliste tõttu on viimasel ajal üha laiemalt hakatud kasutama väliselektroodidega vanne. Soolavannid toodetakse ühefaasilisi ja kolmefaasilisi (joonis 1) võimsusega 20–150 kW ja erinevatel temperatuuridel kuni 1300 ° C. Neid kasutatakse erinevate toodete soojendamiseks karastamiseks ja karastamiseks ning peamiselt tööriistade (sh. kiirterastele), samuti isotermiliseks lõõmutamiseks.Lisaks on neis sobiva soolakoostise valimisel võimalik tagada teraste termokeemilise töötlemise, karburiseerimise ja tsüaniideerimise operatsioonide läbiviimine.

Soolavannides kuumutamise tuntud eelis on vannist eemaldatud esemete katmine õhukese soolakihiga. See kile kaitseb toote pinda õhus oksüdeerumise eest, samal ajal praguneb ja põrkub tagasi jahutamisel või jahutuspaaki sukeldamisel.

Kuni 1000 °C töötavate elektroodvannide kuumuskindlad metalltiiglid on valmistatud kroom-nikkelterasest ja nende kasutusiga võib eeldada 1 aasta. Keraamilisi tiigleid saab kasutada kuni 1400°C, neid saab täielikult tihendada, põletada või kokku panna üksikutest põletatud kõrgalumiiniumkeraamilistest plaatidest, mis on lahusena kokku liidetud.

Elektroodid võivad olla valmistatud kroom-nikkelterasest või madala süsinikusisaldusega terasest, näiteks klass 10. Kõrge temperatuuriga vannides püsivad elektroodid 3-6 kuud, keskmise temperatuuriga vannides kuni aasta.

Olulist rolli mängib soolavanni katete paigutus... Avatud soolapeegel kiirgab energiat, mis võrdub umbes 5-6-kordse suletud vanni soojuskaoga temperatuuril 1000 ° C. Seetõttu peab vanni kate olema piisavalt isoleeritud , samas peab seda olema lihtne peale- ja mahalaadimisel tagasi kokku panna või küljele liikuda. Vannitoa peegli kadusid saab oluliselt vähendada, kui katta selle pind rakugrafiidi süsinikupulbri kihiga.

Kuna soola ei juhita külmas olekus, on vannis käimiseks vaja seda soojendada. Kõige mugavam on esialgse nikroomi takistuse kasutamine. Viimane kastetakse enne vanni tahkumist soola sisse ja ühendatakse kahe elektroodiga. Vanni kuumutamisel soojendab seda läbi takistuse voolav trafovool, mille tõttu takistusega külgnevad soolakihid kuumenevad ja hakkavad omakorda juhtima. Seejärel lülitatakse takisti välja ja eemaldatakse soolast.Sellise takistuse jaoks võib lubada väga suurt eripinnavõimsust suurusjärgus 10-15 W / cm2. Siiski tuleb meeles pidada, et soolaga töötades muutub nikroom väga hapraks ja nõuab hoolikat käsitsemist.

Mõnikord asetatakse elektroodide vahelise metallitakistuse asemel pärast ahju väljalülitamist elektroodi söetükid, mis vanni sisselülitamisel kuumenevad soola. Lõpuks saate lihtsalt gaasipõletiga soojendada elektroodide lähedal asuvaid soolaalasid. Vanni soojendamine on üsna pikk, seetõttu on mõnikord eelistatav mitte jahutada vanni üleöö, jättes need alandatud pingega tööle.

Lisaks katkendlikele elektroodvannidele kasutatakse ka pidevaid agregaate... Üksikute vannide puhul võib osade kandmiseks ja soola sisse kastmiseks vanni kohal kasutada konveierilinti. Komplekssete kuumtöötlusprotsesside üksused, mis viiakse läbi järjestikku mitmes vannis, on keerukamad, kuna selleks on vaja luua osade vahelduv liikumine horisontaal- ja vertikaalsuunas. Tavaliselt lahendatakse see ülesanne konveieri või tõsteseadmega karusselli abil.

Seega on soolavannidel võrreldes tavaliste elektriahjudega järgmised eelised:

1. kõrge kuumutuskiirus ja seega kõrge jõudlus võrdsete mõõtmete korral,

2. lihtne teostada erinevat tüüpi termilist ja termokeemilist töötlemist,

3. toodete kaitsmine oksüdeerumise eest kuumutamisel ja jahutamisel.

Soolavannide puudused on järgmised:

1.kõrge erienergiakulu, mis on tingitud vannitoa peegli suurenenud soojuskadudest ja vajadusest selle pidevaks tööks kütte kestusest ja keerukusest (viimane põhjustab alakoormust),

2. üsna suur soola tarbimine,

3. rasked töötingimused isegi hea ventilatsiooniga.

Soolavannide levimust seletatakse sellega, et paljudel juhtudel kaaluvad nende eelised üles nende puudused.

Madalaimate temperatuuride jaoks kasutatakse õlivanne, mida tehakse nii sise- kui ka välisküttega. Vee soojendamiseks ja veeauru tootmiseks mõeldud elektroodkatlad töötavad samamoodi nagu elektroodsoolavannid.