אמבטיות מלח - מכשיר ויישום
כאשר מחממים מוצרים בנוזל, בשל הערכים הגבוהים של מקדם העברת החום מנוזל למתכת, ניתן להשיג קצב חימום גבוה משמעותית. מאידך, בשל המוליכות התרמית הגבוהה בהרבה של נוזלים בהשוואה לגזים, פיזור הטמפרטורה בהם חייב להיות אחיד יותר, ולכן חימום של מוצרים בודדים או חלקים מהמוצר יתבצע באותם תנאים.
ניתן להשיג את קצב החימום המהיר ביותר במתכת נוזלית כגון עופרת מותכת. אמבט העופרת הוא כור היתוך ברזל מלא בעופרת, המותקן ב תנור חשמלי פיר מתחת לכיסוי הפליטה. כאשר העופרת נמסה ומגיעה לטמפרטורה שנקבעה מראש, מורידים לתוכה חלקים קטנים אשר מחוממים במהירות, למשל, לצורך מרווה או חיסום, בעוד שהמוליכות התרמית של העופרת מבטיחה אחידות גבוהה של חימום של החלקים הנופלים לתוכה. אבל לאמבט עופרת יש מספר פגמים משמעותיים:
• עבודה מזיקה עם עופרת, במיוחד בטמפרטורות גבוהות,
• חוסר אפשרות שימוש לחימום לטמפרטורות מעל 800 מעלות צלזיוס (בטמפרטורות גבוהות יותר, עופרת מתאדה באופן אינטנסיבי),
• יכולת חום נמוכה של עופרת, עקב כך היא מתקררת במהירות כאשר היא טבילה בחלקים גדולים יותר.
כתוצאה מכך, אמבטיות עופרת זכו לשימוש מוגבל בלבד. בניגוד לעופרת, מלחים, חנקות ובסיסים שונים מצאו יישום רחב הרבה יותר. מכיוון שלמספר מלחים, חנקות ובסיסים בשימוש יש נקודות התכה שונות מאוד, עבור כל טמפרטורה בטווח שבין 250 ל-1300 מעלות צלזיוס ניתן לבחור מלח או תערובת מלחים כזו שמתאדה מעט בטמפרטורה זו ובאותה טמפרטורה. הזמן נזיל. טבלה 1 מציגה את נקודות ההתכה ושדות היישום של מלחים וחנקות מסוימות.
אמבטיות מלח ומלח המבוצעות בצורה קונסטרוקטיבית כאמבטיות עם חימום חיצוני, אמבטיות עם תנורי חימום פנימיים ואלקטרודות... שני הסוגים הראשונים מבוצעים בטמפרטורות נמוכות יחסית - אלו בעיקר אמבטיות מלח ומלח המשמשות לטיפול בחום של פרופילים ויריעות של סגסוגות קלות (450 -525 מעלות צלזיוס).
אמבטיות מלח מחוממות חיצונית הן כלי מלבני או עגול מרותך מפלדת פחמן רגילה המוצבת בפיר עם מחממי מתכת.
אמבטיות מלח עם תנורי חימום פנימיים עשויים אותו הדבר, אך אין להם גופי חימום חיצוניים, ובמקום זאת גופי חימום הרמטיים צינוריים טבולים בחנקה. יש להם יתרונות משמעותיים:
1. ממדים מעט קטנים יותר ואיבודי חום נמוכים יותר בהשוואה לאמבטיות חימום חיצוניות,
2. הצריכה של סגסוגות חימום בהן קטנה פי עשרה,
3.הם בטוחים יותר מכיוון שחנקות עלולות להתפוצץ כאשר מתחממות יתר על המידה בנוכחות תחמוצות ברזל, והתחממות יתר כזו באמבטיות חימום חיצוניות יכולה להתרחש עקב זיהום של השכבות התחתונות של החנקה, וכתוצאה מכך תחתית האמבט מתחממת יתר על המידה על ידי המחממים התחתונים.
החיסרון של מחממי צינור באמבטיות חנקה הוא חיי השירות הקצרים שלהם בגלל הטמפרטורה הגבוהה והקורוזיה של מעיל הצינור עם חנקה.
טבלה 1. נקודת התכה וטווח של כמה מלחים
אמבטיות מלח ואלקליות משני הסוגים מגיעות לגדלים גדולים מאוד (אורך 6-8 מ') והספק של כמה מאות קילוואט. לטמפרטורות גבוהות יותר משתמשים באמבטיות עם אלקטרודה. הם כור היתוך מתכת או קרמי מלא במלח, שלתוכו מורידים אלקטרודות מתכת המוזנות על ידי שנאי מטה במתח של 8-25 וולט.
במצב קר, המלח כמעט ולא מוליך זרם, אבל אם הוא מחומם על ידי מקור חיצוני כלשהו, אז נוצר זרם בין האלקטרודות ומשחרר חום ג'ול למלח. לכן, המלח המותך עצמו משמש כמחמם באמבטיות כאלה, בהן טובלים החפצים שיש לחמם.
אמבטיות אלקטרודה מגיעות עם כיסוי ואלקטרודות חיצוניות. הראשונים אינם בשימוש כיום בשל יעילותם הנמוכה והחימום הלא אחיד. באמבטיות כאלה, צפיפות הזרם על פני האלקטרודות בגלל הממדים הגדולים של אלה אינה גבוהה, ולכן יש בהן רק זרימה תרמית טבעית של המלח, המשווה את הטמפרטורות באחרונים לאורך הגובה. עם זאת, באמבטיות כאלה הפרש הטמפרטורות במפלס העליון והתחתון יכול להגיע ל-20-25 מעלות צלזיוס.
לפיכך, החיסרון העיקרי של אמבטיות כאלה הוא מחזור אינטנסיבי מספיק של המלח, מה שמוביל לירידה בקצב החימום של המוצרים, ולכן בפעולת האמבטיה, ולפיזור לא אחיד של הטמפרטורה בה לאורך הגובה.
יתרה מכך, במרחצאות אלו קווי הזרם ממלאים כמעט את כל נפח המלח; לכן זרם זורם גם דרך המוצרים. עם צורה לא חיובית של האחרונים (קצוות חדים, גשרים דקים בין שני חלקי המוצר), ניתן לרכז בהם צפיפות זרם מוגברת, מה שיוביל להתחממות יתר ויכול להוביל לדחייה או אפילו להתכה.
אורז. 1. אמבט מלח עם אלקטרודות מרוחקות ומחיצה: 1 - אמבטיה, 2 - חיפוי, 3 - סינר, 4 - מטריה, 5 - מחיצה: 6 - פירומטר, 7 - אלקטרודה, 8 - בנייה עקשן, 9 - בידוד תרמי.
על החסרונות הללו מתגברים על ידי אמבטיות מלח אלקטרודות עם אלקטרודות חיצוניות שהופכות נפוצות יותר ויותר. בהם, האלקטרודות הן שני מוטות עם חתך מלבני או עגול, מורידים לתוך המלח במרחק של 25-50 מ"מ זה מזה.
באמבטיות כאלה, כמעט כל קווי הזרם ממוקמים ברווח שבין שתי אלקטרודות, ולכן רק זרמים לא משמעותיים עוברים דרך החלקים המחוממים והנקודות האישיות שלהם אינן מתחממות יתר על המידה. בנוסף, על מנת לשלול לחלוטין את מעבר הזרם דרך החלקים, ניתן להפריד את החלק של החדר שבו נמצאות האלקטרודות מהחלק העובד שלו על ידי מחיצה (איור 1).
מכיוון שצפיפות הזרם בין המוטות גבוהה מאוד, המלח ביניהם מתחמם יתר על המידה ומתחיל זרימה תרמית אינטנסיבית, וחלקיקי המלח המחוממים עולים למרווח שבין האלקטרודות ובמפלס העליון מתפצלים דרך נפח האמבטיה, בעודם קרים יותר. שכבות תחתונות מוכנסות לחלל הבין-אלקטרודות מתחת.
בצפיפות זרם גבוהה מאוד בין האלקטרודות (בערך 15-25 A / cm2), מתחילים לשרור כוחות אלקטרומגנטיים, זורקים מלח לחלל הבין-אלקטרודות, וכתוצאה מכך כיוון המחזור מתהפך ועוצמתו עולה. מחזור מאולץ כזה של מלח מגדיל באופן משמעותי הן את מקדם העברת החום ממלח למוצרים והן את אחידות החימום של מוצרים לאורך גובה האמבטיות (עד ± 3 מעלות צלזיוס).
בשל היתרונות שהוזכרו, לאחרונה נעשה שימוש נרחב יותר באמבטיות עם אלקטרודות חיצוניות. אמבטיות מלח מיוצרות חד-פאזי ותלת-פאזי (איור 1) בהספק של 20 עד 150 קילוואט ובטמפרטורות שונות עד 1300 מעלות צלזיוס. הם משמשים לחימום מוצרים שונים להרוויה ולטמפרור ובעיקר לכלי עבודה (כולל פלדות מהירות), וכן עבור חישול איזותרמי. בנוסף, על ידי בחירת הרכב המלח המתאים בהן, ניתן להבטיח קיום פעולות עיבוד תרמוכימי, קרבוריזציה וציאנידציה של פלדות.
יתרון ידוע של חימום באמבטיות מלח הוא כיסוי פריטים שהוצאו מהאמבט בשכבה דקה של מלח. סרט זה מגן על פני המוצר מפני חמצון באוויר, ובו בזמן נסדק ומתחדש בעת קירור או טבילה במיכל קירור.
כור היתוך מתכת עמיד בחום של אמבטיות אלקטרודות הפועלות עד 1000 מעלות צלזיוס עשויים מפלדות כרום-ניקל, וניתן להניח כי חיי השירות שלהם הם שנה. ניתן להשתמש בכור היתוך קרמי עד 1400 מעלות צלזיוס, ניתן לדחוס אותם במלואם, לשריפה או להרכיבם מלוחות קרמיקה אלומיניום גבוהים שנשרפו בודדים המחוברים יחד בפתרון.
אלקטרודות יכולות להיות עשויות מפלדות כרום-ניקל או מפלדות דלת פחמן, למשל מחלקה 10. אלקטרודות שוהות באמבטיות בטמפרטורה גבוהה 3-6 חודשים, באמבטיות בטמפרטורה בינונית עד שנה.
סידור כיסויי אמבט המלח ממלא תפקיד חשוב... מראת מלח פתוחה פולטת כמות אנרגיה השווה בערך פי 5-6 מאובדן החום של אמבטיה סגורה ב-1000 מעלות צלזיוס. לכן, כיסוי האמבט חייב להיות מבודד מספיק , במקביל חייב להיות קל לקפל לאחור או להזיז הצידה במהלך הטעינה והפריקה. ניתן להשיג הפחתה משמעותית בהפסדי מראות בחדר האמבטיה על ידי ציפוי פני השטח שלה בשכבה של אבקת פחמן גרפיט התא.
מכיוון שהמלח אינו מתנהל במצב קר, יש צורך לחמם אותו כדי להפעיל את האמבטיה. הנוח ביותר הוא השימוש בהתנגדות ניקרום ראשונית. האחרון, לפני שהאמבט מתמצק, טובל במלח ומחובר לשתי אלקטרודות. כאשר האמבטיה מחוממת, זרם השנאי הזורם דרך ההתנגדות מחמם אותה, ובשל כך מתחממות שכבות המלח הסמוכות להתנגדות ובתורן מתחילות להתנהל. לאחר מכן מכבים את הנגד ומסירים אותו מהמלח.עבור התנגדות כזו, ניתן לאפשר הספק משטח ספציפי גבוה מאוד בסדר גודל של 10-15 W / cm2. עם זאת, יש לזכור שכאשר עובדים במלח, nichrome הופך שביר מאוד ודורש טיפול זהיר.
לפעמים, במקום התנגדות מתכת בין האלקטרודות, לאחר כיבוי הכבשן, מונחות חתיכות של פחם אלקטרודות, אשר מתחממות כאשר האמבטיה מופעלת, מחממות את המלח. לבסוף, אתה יכול פשוט לחמם את אזורי המלח ליד האלקטרודות עם מבער גז. פעולת חימום האמבטיה ארוכה למדי, ולכן לפעמים עדיף לא לקרר את האמבטיות למשך הלילה ולהשאיר אותן דולקות במתח מופחת.
בנוסף לאמבטיות אלקטרודות לסירוגין, נעשה שימוש גם ביחידות רציפות... לאמבטיות בודדות ניתן להשתמש במסוע מעל האמבטיה על מנת לשאת את החלקים ולהטבילם במלח. יחידות לתהליכי טיפול בחום מורכבים, המתבצעים ברצף במספר אמבטיות, מורכבות יותר, שכן הדבר דורש יצירת תנועה חלופית של חלקים בכיוונים אופקיים ואנכיים. בדרך כלל, משימה זו נפתרת באמצעות מסוע או קרוסלה עם מתקן הרמה.
לפיכך, בהשוואה לתנורים חשמליים קונבנציונליים, לאמבטיות מלח יש את היתרונות הבאים:
1. קצב חימום גבוה ולכן ביצועים גבוהים עבור מידות שוות,
2. קל לבצע סוגים שונים של טיפול תרמי ותרמוכימי,
3. הגנה על מוצרים מפני חמצון במהלך חימום וקירור.
החסרונות של אמבטיות מלח הם כדלקמן:
1.צריכת אנרגיה ספציפית גבוהה עקב הפסדי חום מוגברים ממראה חדר האמבטיה והצורך בפעולה מתמשכת שלה עקב משך ומורכבות החימום (האחרון גורם לפעולת עומס נמוך),
2. צריכה די גבוהה של מלח,
3. תנאי עבודה קשים גם עם אוורור טוב.
השכיחות של אמבטיות מלח מוסברת בכך שבמקרים רבים יתרונותיהם עולים על חסרונותיהם.
עבור הטמפרטורות הנמוכות ביותר, נעשה שימוש באמבטיות שמן, המבוצעות עם חימום פנימי וחיצוני כאחד. דודי אלקטרודה לחימום מים והפקת אדי מים פועלים באותו אופן כמו אמבטיות מלח אלקטרודות.