Mandi garam — perangkat dan aplikasi

Saat memanaskan produk dalam cairan, karena tingginya nilai koefisien perpindahan panas dari cairan ke logam, laju pemanasan yang jauh lebih tinggi dapat dicapai. Di sisi lain, karena konduktivitas termal cairan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan gas, distribusi suhu di dalamnya harus lebih seragam, dan oleh karena itu pemanasan masing-masing produk atau bagian produk akan berlangsung dalam kondisi yang sama.

Tingkat pemanasan tercepat dapat dicapai dalam logam cair seperti timah cair. Wadah timah adalah wadah besi berisi timah, dipasang di dalamnya tungku listrik poros di bawah penutup knalpot. Ketika timah meleleh dan mencapai suhu yang telah ditentukan, bagian-bagian kecil diturunkan ke dalamnya, yang dengan cepat dipanaskan, misalnya, untuk pendinginan atau penempaan, sedangkan konduktivitas termal timbal memastikan keseragaman pemanasan yang tinggi dari bagian-bagian yang jatuh ke dalamnya. tetapi rendaman timbal memiliki sejumlah cacat yang signifikan:

• pekerjaan berbahaya dengan timbal, terutama pada suhu tinggi,

• ketidakmungkinan digunakan untuk memanaskan hingga suhu di atas 800 ° C (pada suhu yang lebih tinggi, timbal menguap secara intensif),

• kapasitas panas timbal yang rendah, sehingga cepat mendingin saat direndam dalam bagian yang lebih besar.

Akibatnya, rendaman timbal hanya digunakan secara terbatas. Tidak seperti timbal, berbagai garam, nitrat, dan basa telah menemukan aplikasi yang jauh lebih luas. Karena sejumlah garam, nitrat, dan basa yang digunakan memiliki titik lebur yang sangat berbeda, untuk setiap suhu dalam kisaran dari 250 hingga 1300 °C, garam atau campuran garam tersebut dapat dipilih karena menguap sedikit pada suhu tersebut dan pada suhu yang sama. waktu adalah cairan. Tabel 1 memberikan titik leleh dan bidang penerapan beberapa garam dan nitrat.

Pemandian garam dan garam secara konstruktif dilakukan sebagai pemandian dengan pemanas eksternal, pemandian dengan pemanas internal dan elektroda... Dua jenis pertama dilakukan pada suhu yang relatif rendah - ini terutama pemandian sendawa dan alkali yang digunakan untuk perlakuan panas pada profil dan lembaran paduan cahaya (450 -525 °C).

Mandi garam yang dipanaskan secara eksternal adalah bejana persegi panjang atau bundar yang dilas dari baja karbon biasa yang ditempatkan di poros dengan pemanas logam.

Pemandian garam dengan pemanas internal dibuat sama, tetapi tidak memiliki elemen pemanas eksternal, dan sebagai gantinya elemen pemanas kedap udara berbentuk tabung direndam dalam nitrat. Mereka memiliki keuntungan yang signifikan:

1. Dimensi sedikit lebih kecil dan kehilangan panas lebih rendah dibandingkan dengan wadah pemanas eksternal,

2. konsumsi paduan pemanas di dalamnya sepuluh kali lebih kecil,

3.Mereka lebih aman karena nitrat dapat meledak ketika terlalu panas dengan adanya oksida besi, dan panas berlebih seperti itu di bak pemanas eksternal dapat terjadi karena kontaminasi lapisan bawah nitrat, mengakibatkan bagian bawah bak menjadi terlalu panas oleh pemanas bawah.

Kerugian dari pemanas tabung dalam rendaman nitrat adalah umur layanannya yang pendek karena suhu tinggi dan korosi jaket tabung dengan nitrat.

Tabel 1. Titik lebur dan jangkauan beberapa garam

Mandi garam dan alkali dari kedua jenis mencapai ukuran yang sangat besar (panjang 6-8 m) dan kekuatan beberapa ratus kilowatt Untuk suhu yang lebih tinggi, mandi dengan elektroda digunakan. Mereka adalah wadah logam atau keramik yang diisi dengan garam, di mana elektroda logam diumpankan oleh transformator step-down dengan tegangan 8-25 V diturunkan.

Dalam keadaan dingin, garam hampir tidak menghantarkan arus, tetapi jika dipanaskan oleh sumber eksternal, maka arus terbentuk di antara elektroda dan melepaskan panas Joule ke dalam garam. Oleh karena itu, garam cair itu sendiri berfungsi sebagai pemanas di bak mandi tersebut, di mana barang yang akan dipanaskan dibenamkan.

Pemandian elektroda dilengkapi dengan penutup dan elektroda luar. Yang pertama saat ini tidak digunakan karena efisiensinya yang rendah dan pemanasan yang tidak merata. Dalam bak mandi seperti itu, kerapatan arus pada permukaan elektroda karena dimensi besar yang terakhir tidak tinggi, oleh karena itu hanya ada sirkulasi termal alami dari garam di dalamnya, yang menyamakan suhu di yang terakhir sepanjang ketinggian. Namun demikian, di pemandian seperti itu perbedaan suhu di tingkat atas dan bawah bisa mencapai 20-25 ° C.

Dengan demikian, kerugian utama dari bak mandi tersebut adalah sirkulasi garam yang tidak cukup intensif, yang menyebabkan penurunan laju pemanasan produk, dan oleh karena itu dalam pengoperasian bak mandi, dan distribusi suhu yang tidak merata di dalamnya sepanjang ketinggian.

Terlebih lagi, di pemandian ini garis arus mengisi hampir seluruh volume garam; oleh karena itu arus juga mengalir melalui produk. Dengan bentuk yang tidak menguntungkan dari yang terakhir (tepi tajam, jembatan tipis antara dua bagian produk), kepadatan arus yang meningkat dapat terkonsentrasi di dalamnya, yang akan menyebabkan panas berlebih dan dapat menyebabkan penolakan atau bahkan meleleh.

Beras. 1. Mandi garam dengan elektroda jarak jauh dan partisi: 1 - bak mandi, 2 - kelongsong, 3 - celemek, 4 - payung, 5 - partisi: 6 - pirometer, 7 - elektroda, 8 - batu tahan api, 9 - isolasi termal.

Kerugian ini diatasi dengan rendaman garam elektroda dengan elektroda eksternal menjadi semakin tersebar luas. Di dalamnya, elektroda adalah dua batang dengan bagian persegi panjang atau bundar, diturunkan ke dalam garam pada jarak 25-50 mm dari satu sama lain.

Dalam bak seperti itu, hampir semua saluran arus terletak di ruang antara dua elektroda, oleh karena itu hanya arus kecil yang melewati bagian yang dipanaskan dan titik masing-masing tidak terlalu panas. Selain itu, untuk sepenuhnya mengecualikan aliran arus melalui bagian-bagian, bagian dari ruang tempat elektroda berada dapat dipisahkan dari bagian kerjanya dengan partisi (Gbr. 1).

Karena kerapatan arus di antara batang sangat tinggi, garam di antara batang menjadi terlalu panas dan sirkulasi panas yang intens dimulai, dan partikel garam yang dipanaskan naik ke ruang antara elektroda dan pada tingkat atas menyimpang melalui volume bak, sedangkan yang lebih dingin lapisan bawah menyisipkan ke dalam ruang antarelektroda di bawah ini.

Pada kepadatan arus yang sangat tinggi antara elektroda (sekitar 15-25 A / cm2), gaya elektromagnetik mulai berlaku, membuang garam ke ruang antarelektroda, akibatnya arah sirkulasi berbalik dan intensitasnya meningkat. Sirkulasi paksa garam seperti itu secara signifikan meningkatkan koefisien perpindahan panas dari garam ke produk dan keseragaman pemanasan produk di sepanjang ketinggian bak (hingga ± 3 ° C).

Karena keuntungan yang disebutkan, pemandian dengan elektroda eksternal baru-baru ini semakin banyak digunakan. Pemandian garam diproduksi fase tunggal dan tiga fase (Gbr. 1) dengan daya dari 20 hingga 150 kW dan pada berbagai suhu hingga 1300 ° C. Mereka digunakan untuk memanaskan berbagai produk untuk pendinginan dan tempering dan terutama untuk perkakas (termasuk baja berkecepatan tinggi), serta untuk anil isotermal Selain itu, dengan memilih komposisi garam yang sesuai di dalamnya, dimungkinkan untuk memastikan pelaksanaan pemrosesan termokimia, karburasi, dan operasi sianidasi baja.

Keuntungan terkenal dari pemanasan dalam rendaman garam adalah menutupi benda-benda yang dikeluarkan dari rendaman dengan lapisan tipis garam. Film ini melindungi permukaan produk dari oksidasi di udara, sekaligus retak dan memantul kembali saat didinginkan atau saat direndam dalam tangki pendingin.

Wadah logam tahan panas dari rendaman elektroda yang beroperasi hingga 1000 ° C terbuat dari baja kromium-nikel, dan masa pakainya dapat diasumsikan 1 tahun. Cawan lebur keramik dapat digunakan hingga 1400°C, cawan lebur tersebut dapat dipadatkan sepenuhnya, dibakar, atau dirakit dari pelat keramik aluminium tinggi yang dibakar secara individual yang diikat menjadi satu dalam suatu larutan.

Elektroda dapat dibuat dari baja kromium-nikel atau baja karbon rendah, misalnya kelas 10. Elektroda bertahan dalam rendaman suhu tinggi selama 3-6 bulan, dalam rendaman suhu sedang hingga satu tahun.

Penataan penutup bak mandi garam memainkan peran penting... Cermin garam terbuka memancarkan sejumlah energi yang setara dengan sekitar 5-6 kali kehilangan panas bak tertutup pada 1000 ° C. Oleh karena itu, penutup bak mandi harus diisolasi dengan baik , pada saat yang sama harus mudah dilipat ke belakang atau dipindahkan ke samping selama bongkar muat. Pengurangan kerugian cermin kamar mandi yang signifikan dapat dicapai dengan melapisi permukaannya dengan lapisan bubuk karbon grafit sel.

Karena garam tidak dilakukan dalam keadaan dingin, maka perlu dihangatkan untuk menjalankan bak mandi. Yang paling nyaman adalah penggunaan resistensi nichrome awal. Yang terakhir, sebelum bak mandi mengeras, direndam dalam garam dan dihubungkan ke dua elektroda. Ketika bak dipanaskan, arus trafo yang mengalir melalui resistansi memanaskannya, sehingga lapisan garam yang berdekatan dengan resistansi memanas dan, pada gilirannya, mulai mengalir. Resistor kemudian dimatikan dan dihilangkan dari garam.Untuk resistansi seperti itu, daya permukaan spesifik yang sangat tinggi dengan urutan 10-15 W / cm2 dapat diizinkan. Namun perlu diingat bahwa saat bekerja dengan garam, nichrome menjadi sangat rapuh dan membutuhkan penanganan yang hati-hati.

Kadang-kadang, alih-alih hambatan logam di antara elektroda, setelah mematikan tungku, potongan batubara elektroda diletakkan, yang memanas saat bak dihidupkan, memanaskan garam. Terakhir, Anda cukup memanaskan area garam di dekat elektroda dengan kompor gas. Pengoperasian memanaskan bak mandi cukup lama, jadi terkadang lebih disukai untuk tidak mendinginkan bak semalaman, membiarkannya menyala dengan voltase yang dikurangi.

Selain rendaman elektroda intermiten, unit kontinyu juga digunakan... Untuk rendaman individual, sabuk konveyor dapat digunakan di atas rendaman untuk membawa bagian-bagian dan merendamnya dalam garam. Unit untuk proses perlakuan panas yang kompleks, yang dilakukan secara berurutan di beberapa bak, lebih kompleks, karena ini memerlukan penciptaan gerakan bergantian bagian dalam arah horizontal dan vertikal. Biasanya, tugas ini diselesaikan dengan menggunakan konveyor atau korsel dengan alat pengangkat.

Jadi, dibandingkan dengan tungku listrik konvensional, rendaman garam memiliki keuntungan sebagai berikut:

1. tingkat pemanasan tinggi dan karenanya kinerja tinggi untuk dimensi yang sama,

2. mudah untuk melakukan berbagai jenis perlakuan termal dan termokimia,

3. perlindungan produk dari oksidasi selama pemanasan dan pendinginan.

Kerugian dari mandi garam adalah sebagai berikut:

1.konsumsi energi spesifik yang tinggi karena peningkatan kehilangan panas dari cermin kamar mandi dan kebutuhan untuk operasi terus menerus karena durasi dan kerumitan pemanasan (yang terakhir menyebabkan operasi underload),

2. konsumsi garam yang cukup tinggi,

3. kondisi kerja yang sulit bahkan dengan ventilasi yang baik.

Prevalensi mandi garam dijelaskan oleh fakta bahwa dalam banyak kasus kelebihannya lebih besar daripada kerugiannya.

Untuk suhu terendah, penangas minyak digunakan, dilakukan dengan pemanasan internal dan eksternal. Boiler elektroda untuk memanaskan air dan menghasilkan uap air bekerja dengan cara yang sama seperti rendaman garam elektroda.