حمامات الملح - الجهاز والتطبيق
عند تسخين المنتجات في سائل ، نظرًا للقيم العالية لمعامل انتقال الحرارة من السائل إلى المعدن ، يمكن تحقيق معدل تسخين أعلى بشكل ملحوظ. من ناحية أخرى ، نظرًا للتوصيل الحراري العالي للسوائل مقارنة بالغازات ، يجب أن يكون توزيع درجة الحرارة فيها أكثر اتساقًا ، وبالتالي سيتم تسخين المنتجات الفردية أو أجزاء من المنتج في نفس الظروف.
يمكن تحقيق أسرع معدل تسخين في معدن سائل مثل الرصاص المنصهر. الحمام الرصاصي عبارة عن بوتقة حديدية مملوءة بالرصاص مثبتة فيها فرن كهربائي رمح تحت غطاء العادم. عندما يذوب الرصاص ويصل إلى درجة حرارة محددة مسبقًا ، يتم خفض الأجزاء الصغيرة فيه ، والتي يتم تسخينها بسرعة ، على سبيل المثال ، للتبريد أو التقسية ، بينما تضمن الموصلية الحرارية للرصاص التوحيد العالي لتسخين الأجزاء المتساقطة فيه. لكن حمام الرصاص به عدد من العيوب المهمة:
• العمل الضار بالرصاص وخاصة في درجات الحرارة العالية.
• استحالة الاستخدام للتسخين لدرجات حرارة أعلى من 800 درجة مئوية (في درجات حرارة أعلى ، يتبخر الرصاص بشكل مكثف) ،
• انخفاض السعة الحرارية للرصاص ، مما يؤدي إلى تبريده بسرعة عند غمره في أجزاء أكبر.
وبالتالي ، لم يتم استخدام حمامات الرصاص إلا بشكل محدود. على عكس الرصاص ، وجدت الأملاح والنترات والقواعد المختلفة تطبيقًا أوسع بكثير. نظرًا لأن عددًا من الأملاح والنترات والقواعد المستخدمة لها نقاط انصهار مختلفة جدًا ، فبالنسبة لأي درجة حرارة في النطاق من 250 إلى 1300 درجة مئوية ، يمكن اختيار الملح أو خليط الأملاح بحيث يتبخر قليلاً عند درجة الحرارة هذه وفي نفس الوقت الوقت مائع. يعطي الجدول 1 نقاط الانصهار ومجالات تطبيق بعض الأملاح والنترات.
يتم إجراء حمامات الملح والملح بشكل بناء كأحواض ذات تدفئة خارجية ، وحمامات مزودة بسخانات داخلية وأقطاب كهربائية ... يتم تنفيذ النوعين الأولين في درجات حرارة منخفضة نسبيًا - وهي في الأساس حمامات الملح الصخري والقلوية المستخدمة في المعالجة الحرارية للقطاعات وألواح السبائك الخفيفة (450-525 درجة مئوية).
حمامات الملح التي يتم تسخينها خارجيًا عبارة عن وعاء مستطيل أو دائري ملحوم من الفولاذ الكربوني العادي يوضع في عمود مع سخانات معدنية.
تصنع حمامات الملح ذات السخانات الداخلية بالطريقة نفسها ، ولكنها لا تحتوي على عناصر تسخين خارجية ، وبدلاً من ذلك يتم غمر عناصر التسخين الأنبوبية المحكم في النترات. لديهم مزايا كبيرة:
1. أبعاد أصغر قليلاً وفقد أقل للحرارة مقارنة بحمامات التدفئة الخارجية ،
2. استهلاك سبائك التسخين فيها أقل بعشر مرات ،
3.إنها أكثر أمانًا لأن النترات يمكن أن تنفجر عند ارتفاع درجة حرارتها في وجود أكاسيد الحديد ، ويمكن أن تحدث هذه الحرارة الزائدة في حمامات التدفئة الخارجية بسبب تلوث الطبقات السفلية من النترات ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة قاع الحمام بسبب سخانات القاع.
عيب سخانات الأنبوب في حمامات النترات هو قصر عمرها الافتراضي بسبب ارتفاع درجة الحرارة وتآكل غلاف الأنبوب بالنترات.
الجدول 1. نقطة الانصهار ومدى بعض الأملاح
حمامات الملح والقلوية من كلا النوعين تصل إلى أحجام كبيرة جدًا (بطول 6-8 م) وبقوة تصل إلى عدة مئات من الكيلوات ، وفي درجات الحرارة المرتفعة ، يتم استخدام الحمامات ذات القطب الكهربي. وهي عبارة عن بوتقة معدنية أو خزفية مملوءة بالملح ، يتم فيها خفض الأقطاب الكهربائية المعدنية التي يتم تغذيتها بواسطة محول تدريجي بجهد 8-25 فولت.
في حالة البرودة ، بالكاد يقوم الملح بتوصيل التيار ، ولكن إذا تم تسخينه بواسطة مصدر خارجي ، يتم إنشاء تيار بين الأقطاب الكهربائية ويطلق حرارة الجول في الملح. لذلك ، يعمل الملح المصهور نفسه كمسخن في مثل هذه الحمامات ، حيث يتم غمر المواد المراد تسخينها.
تأتي حمامات القطب الكهربي بغطاء وأقطاب كهربائية خارجية. لا يتم استخدام السابق حاليًا بسبب كفاءته المنخفضة وتسخينه غير المتكافئ. في مثل هذه الحمامات ، تكون كثافة التيار على سطح الأقطاب الكهربائية بسبب الأبعاد الكبيرة للأخير ليست عالية ، وبالتالي لا يوجد سوى دوران حراري طبيعي للملح فيها ، وهو ما يعادل درجات الحرارة في الأخير على طول الارتفاع. ومع ذلك ، في مثل هذه الحمامات ، يمكن أن يصل الاختلاف في درجات الحرارة في المستويات العليا والسفلى إلى 20-25 درجة مئوية.
وبالتالي ، فإن العيب الرئيسي لهذه الحمامات هو الدوران غير المكثف للملح ، مما يؤدي إلى انخفاض معدل تسخين المنتجات ، وبالتالي في تشغيل الحمام ، وإلى توزيع غير متساوٍ لدرجة الحرارة فيه. الإرتفاع.
علاوة على ذلك ، في هذه الحمامات ، تملأ الخطوط الحالية الحجم الكامل للملح تقريبًا ؛ لذلك يتدفق التيار أيضًا عبر المنتجات. مع الشكل غير المواتي للأخير (حواف حادة ، جسور رفيعة بين جزأين من المنتج) ، يمكن تركيز كثافات التيار المتزايدة فيها ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة ويمكن أن يؤدي إلى الرفض أو حتى الذوبان.
أرز. 1. حمام ملح مع أقطاب كهربائية عن بعد وقسم: 1 - حمام ، 2 - كسوة ، 3 - ساحة ، 4 - مظلة ، 5 - قسم: 6 - بيرومتر ، 7 - قطب كهربائي ، 8 - حجارة مقاومة للحرارة ، 9 - عازل حراري.
يتم التغلب على هذه العيوب من خلال حمامات ملح القطب الكهربائي مع انتشار الأقطاب الكهربائية الخارجية بشكل متزايد. فيها ، الأقطاب الكهربائية عبارة عن قضيبين مع مقطع مستطيل أو دائري ، يتم إنزالهما في الملح على مسافة 25-50 مم من بعضهما البعض.
في مثل هذه الحمامات ، توجد جميع خطوط التيار تقريبًا في الفراغ بين قطبين كهربائيين ، وبالتالي تمر التيارات الضئيلة فقط عبر الأجزاء الساخنة ولا تسخن نقاطها الفردية. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل استبعاد مرور التيار عبر الأجزاء تمامًا ، يمكن فصل جزء الحجرة حيث توجد الأقطاب الكهربائية عن جزء العمل الخاص بها بواسطة قسم (الشكل 1).
نظرًا لأن كثافة التيار بين القضبان عالية جدًا ، فإن الملح بينهما يسخن بشكل مفرط ويبدأ الدوران الحراري المكثف ، وترتفع جزيئات الملح المسخنة في الفراغ بين الأقطاب الكهربائية وفي المستوى العلوي تتباعد خلال حجم الحمام ، بينما تكون أكثر برودة يتم إدراج الطبقات السفلية في مساحة القطب الداخلي أدناه.
عند كثافات التيار العالية جدًا بين الأقطاب الكهربائية (حوالي 15-25 أمبير / سم 2) ، تبدأ القوى الكهرومغناطيسية في السيادة ، مما يؤدي إلى إلقاء الملح في الفضاء بين القطب الكهربائي ، ونتيجة لذلك ينعكس اتجاه الدوران وتزداد شدته. يزيد هذا التدوير القسري للملح بشكل كبير من معامل انتقال الحرارة من الملح إلى المنتجات وتوحيد تسخين المنتجات على طول ارتفاع الحمامات (حتى ± 3 درجة مئوية).
بسبب المزايا المذكورة ، تم استخدام الحمامات ذات الأقطاب الكهربائية الخارجية مؤخرًا على نطاق واسع. يتم إنتاج حمامات الملح أحادية الطور وثلاثية الطور (الشكل 1) بقدرة تتراوح من 20 إلى 150 كيلو وات وعند درجات حرارة مختلفة تصل إلى 1300 درجة مئوية ، وتستخدم لتسخين منتجات مختلفة للتبريد والتلطيف وبشكل أساسي للأدوات (بما في ذلك فولاذ عالي السرعة) ، بالإضافة إلى التلدين متساوي الحرارة.بالإضافة إلى ذلك ، من خلال اختيار تركيبة الملح المناسبة فيها ، من الممكن ضمان إجراء عمليات المعالجة الحرارية والكربنة والسيانيد للفولاذ.
من المزايا المعروفة للتسخين في الحمامات الملحية تغطية العناصر التي تم إزالتها من الحمام بطبقة رقيقة من الملح. يحمي هذا الفيلم سطح المنتج من الأكسدة في الهواء ، بينما في نفس الوقت يتشقق وينتكس عند تبريده أو عند غمره في خزان تبريد.
البوتقات المعدنية المقاومة للحرارة لحمامات الأقطاب الكهربائية التي تعمل حتى 1000 درجة مئوية مصنوعة من فولاذ الكروم والنيكل ، ويمكن افتراض أن مدة خدمتها تكون سنة واحدة. يمكن استخدام البوتقات الخزفية حتى 1400 درجة مئوية ، ويمكن أن يتم ضغطها بالكامل أو إطلاقها أو تجميعها من ألواح سيراميك الألومنيوم عالية الاحتراق والمرتبطة ببعضها البعض في محلول.
يمكن صنع الأقطاب الكهربائية من فولاذ الكروم والنيكل أو الفولاذ منخفض الكربون ، على سبيل المثال الفئة 10. تبقى الأقطاب الكهربائية في الحمامات ذات درجة الحرارة العالية لمدة 3-6 أشهر ، في الحمامات ذات درجة الحرارة المتوسطة لمدة تصل إلى عام واحد.
يلعب ترتيب أغطية الحمام الملحي دورًا مهمًا ... تنبعث مرآة الملح المفتوحة كمية من الطاقة تساوي حوالي 5-6 أضعاف فقدان الحرارة للحمام المغلق عند 1000 درجة مئوية ، لذلك ، يجب أن يكون غطاء الحمام معزولًا بشكل كافٍ ، في الوقت نفسه ، يجب أن يكون من السهل طيها أو تحريكها إلى الجانب أثناء التحميل والتفريغ. يمكن تحقيق انخفاض كبير في خسائر مرآة الحمام من خلال طلاء سطحها بطبقة من مسحوق كربون الجرافيت الخلوي.
نظرًا لأن الملح لا يتم إجراؤه في حالة باردة ، فمن الضروري تسخينه لتشغيل الحمام. الأكثر ملاءمة هو استخدام مقاومة نيتشروم الأولية. هذا الأخير ، قبل أن يصلب الحمام ، مغمور في الملح ومتصل بقطبين كهربائيين. عندما يتم تسخين الحمام ، يسخن تيار المحول المتدفق عبر المقاومة ، مما يؤدي إلى تسخين طبقات الملح المجاورة للمقاومة ، وبالتالي تبدأ في التوصيل. ثم يتم إيقاف تشغيل المقاوم وإزالته من الملح.لمثل هذه المقاومة ، يمكن السماح بقوة سطحية عالية جدًا تتراوح من 10 إلى 15 واط / سم 2. ومع ذلك ، يجب ألا يغيب عن البال أنه عند العمل في الملح ، يصبح نيتشروم هشًا للغاية ويتطلب معالجة دقيقة.
في بعض الأحيان ، بدلاً من المقاومة المعدنية بين الأقطاب الكهربائية ، بعد إيقاف الفرن ، يتم وضع قطع من الفحم الكهربائي ، والتي تسخن عند تشغيل الحمام ، وتسخين الملح. أخيرًا ، يمكنك ببساطة تسخين مناطق الملح بالقرب من الأقطاب الكهربائية باستخدام موقد غاز. إن عملية تسخين الحمام طويلة جدًا ، لذا يفضل أحيانًا عدم تبريد الحمامات طوال الليل ، وتركها تعمل بجهد منخفض.
بالإضافة إلى حمامات الأقطاب الكهربائية المتقطعة ، تُستخدم أيضًا الوحدات المستمرة ... بالنسبة للحمامات الفردية ، يمكن استخدام حزام ناقل فوق الحمام لحمل الأجزاء وغمرها في الملح. تعتبر وحدات عمليات المعالجة الحرارية المعقدة ، التي يتم إجراؤها بالتتابع في عدة حمامات ، أكثر تعقيدًا ، حيث يتطلب ذلك إنشاء حركة بديلة للأجزاء في اتجاهات أفقية ورأسية. عادة ، يتم حل هذه المهمة باستخدام ناقل أو دائري مزود بجهاز رفع.
وبالتالي ، بالمقارنة مع الأفران الكهربائية التقليدية ، تتمتع حمامات الملح بالمزايا التالية:
1. معدل تسخين عالي وبالتالي أداء عالي لأبعاد متساوية ،
2. من السهل إجراء أنواع مختلفة من المعالجة الحرارية والكيميائية الحرارية ،
3. حماية المنتجات من الأكسدة أثناء التسخين والتبريد.
عيوب حمامات الملح هي كما يلي:
1.استهلاك عالي للطاقة بسبب زيادة فقد الحرارة من مرآة الحمام والحاجة إلى تشغيلها المستمر بسبب مدة وتعقيد التسخين (هذا الأخير يسبب تشغيل تحت الحمل) ،
2. استهلاك مرتفع إلى حد ما من الملح ،
3. ظروف العمل الصعبة حتى مع وجود تهوية جيدة.
يفسر انتشار حمامات الملح بحقيقة أن مزاياها في كثير من الحالات تفوق عيوبها.
لأدنى درجات الحرارة ، يتم استخدام حمامات الزيت ، والتي يتم إجراؤها بالتدفئة الداخلية والخارجية. تعمل الغلايات الكهربائية لتسخين المياه وإنتاج بخار الماء بنفس طريقة حمامات الملح الكهربائي.