Соляные ванны

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра «Автоматизированные электроустановки и системы»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

«СОЛЯНЫЕ ВАННЫ»

Выполнил:

студент группы Б2ЭЛЭТ-31

Плужник А.В.

Проверил: к.т.н., доцент Алексеев В.С.

Саратов, 2015

Содержание

Введение

1. Конструкция и классификация

1.1 Классификация соляных ванн

1.2 Конструкция соляных ванн

2. Достоинства и недостатки соляных печей

3. Способ розжига соляных электродных ванн

4. Ускорение розжига соляных электродных ванн

5. Модели соляных ванн в современном производстве

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Производственная деятельность человека и его быт постепенно насыщаются электротехнологическими установками.

Электротехнологическими установками называются устройства в которых происходит превращение электрической энергии в другие виды с одновременным осуществлением технологического процесса.

Соляная электродная ванна – это электротехнологическая установка, которая представляет собой металлическую или керамическую ванну, наполненную солью, в которую опущены электронагреватели. Часть ванны, в которой находятся электронагреватели, отделена от рабочей части перегородкой. Ванна помещена в корпус и прикрыта сверху зонтом. Для пуска ванны используется специальный погружной электронагреватель.

Соляные ванны обеспечивают быстрый и равномерный разогрев изделий, помещаемых в расплавленную соль. Они применяются, в частности, для нагрева под закалку и отпуск инструментов.

1. Конструкция и классификация

1.1 Классификация соляных ванн

Соляные ванны различают по температурной области применения, конструкции, способу нагрева или охлаждения. Соляные ванны используют при температурах от 140 до 1300 оС. В зависимости от требуемой температуры нагрева соляные ванны разделяют на три основные группы:

1. Высокотемпературные (1000-1300оС)

2. Среднетемпературные (700-950оС)

3. Низкотемпературные (140-700оС)

Высокотемпературные соляные ванны применяют для окончательного нагрева под закалку инструментов из быстрорежущих и высоколегированных сталей.

Среднетемпературные соляные ванны имеют разнообразное применение: нагрев под закалку инструментов из углеродистых и низколегированных сталей, предварительный подогрев под закалку из быстрорежущих и высоколегированных сталей, для нагрева при отжиге или нормализации заготовок, для нагрева заготовок под ковку или штамповку.

Низкотемпературные соляные ванны используются для нагрева при отпуске инструментов из углеродистых и низколегированных сталей, для охлаждения их при ступенчатой закалке[1, С.15].

По способу нагрева соляные ванны подразделяют на электродные, нагреваемые током, проходящим через расплавленную соль; тигельные с наружным обогревом, тигельные с внутренним обогревом; индукционные с графитовыми нагревателями.

По назначению разделяют соляные ванны для предварительного нагрева, окончательного нагрева и охлаждения при закалке; для нагрева при отпуске, отжиге и нормализации.

По конструкции соляные ванны делятся на ванны с внутренними нагревателями и ванны с наружными нагревателями.

Соляные ванны с наружным обогревом представляют собой прямоугольный или круглый сосуд, сваренный из обычной углеродистой стали, помещенный в шахту с металлическими нагревателями.

Соляные ванны с внутренними нагревателями выполняются такими же, но у них отсутствуют наружные нагревательные элементы, а вместо этого в селитру погружены трубчатые герметические нагревательные элементы.

В большинстве электрических соляных ванн в настоящее время в качестве нагревательных элементов используются электроды, погруженные в раствор. Этот способ обогрева целесообразен, потому что электрическая проводимость соли значительно ниже, чем проводимость металла электродов.

Электродные ванны бывают:

1. с вынесенными электродами;

2. с подвешенными электродами;

1.2 Конструкция соляных ванн

Электродные соляные ванны можно разделить на две подгруппы: к первой относятся ванны, имеющие камеру из огнеупорного материала; ко второй – электродные соляные ванны с металлическим тигелем (низкотемпературные, среднетемпературные).

Принцип работы электродных соляных ванн заключается в следующем. Нагрев осуществляется электрическим током, проходящим непосредственно через расплавленную соль, с помощью металлических электродов, помещенных в рабочую камеру[1, С.16].

Широкое применение в инструментальном производстве имеют электродные соляные ванны с рабочей камерой, выполненной из огнеупорного материала. Обычно заводы из мелкосерийного производства изготавливают ванны с мощностью 35,60 и 75 кВт, футерую рабочее пространство таким образом, чтобы по своей форме и размерам эти ванны соответствовали соляным ваннам С-35 и С-75 с расположением электродов по трем граням шестигранника (рис. 1) [1, С.17].

Рисунок 1 – Соляная ванна с вынесенными электродами и перегородкой: 1 — ванна, 2 — кожух, 3 — фартук, 4 — зонт, 5 — перегородка, 6 — пирометр, 7 – электрод, 8 — огнеупорная кладка, 9 — теплоизоляция

В соляных ваннах с вынесенными электродами электроды представляют собой два стержня прямоугольного или круглого сечения, опускаемых в соль на расстоянии 25–50 мм друг от друга.

В таких ваннах почти все токовые линии располагаются в пространстве между двумя электродами, поэтому через нагреваемые детали проходят лишь незначительные токи и их отдельные точки не перегреваются. Кроме того, для полного исключения прохождения тока через детали можно часть камеры, где расположены электроды, отделить от ее рабочей части перегородкой (рис. 1).

Так как плотность тока между стержнями очень велика, то соль, находящаяся между ними, перегревается и наступает интенсивная тепловая циркуляция, причем разогретые частички соли поднимаются в пространстве между электродами и у верхнего уровня расходятся по объему ванны, в то время как более холодные нижние слои затягиваются в межэлектродное пространство снизу.

При очень больших плотностях тока между электродами (около 15–25 А/см2) начинают превалировать электромагнитные усилия, выбрасывающие соль в межэлектродном пространстве вниз, в результате чего направление циркуляции меняется на обратное, а ее интенсивность увеличивается. Такая форсированная циркуляция соли существенно увеличивает как коэффициент теплопередачи от соли к изделиям, так и равномерность нагрева изделий по высоте ванн (до ±3 °С).

Благодаря указанным преимуществам ванны с вынесенными электродами в последнее время применяются все шире. Выпускаются соляные ванны как однофазные, так и трехфазные (рис. 1) на мощности от 20 до 150 кВт и на различные температуры вплоть до 1300 °С. Они применяются для нагрева под закалку и отпуск различных изделий, и в первую очередь инструмента (в том числе из быстрорежущих сталей), а также для изотермического отжига. Кроме того, подбором соответствующего состава соли в них можно обеспечить проведение операций термохимической обработки, цементации и цианирования сталей.

Рисунок 2 – Соляная ванна с подвешенными верхними электродами: 1 – ввод однофазного тока, 2 – контрольный пирометр, 3 – контактор, 4 – трансформатор, 5 – электроды, 6 – термопара

На рис. 2 изображена обычно применяемая установка с близко расположенными электродами. При таком устройстве переменный ток создает значительные электродинамические усилия, вызывающие циркуляцию расплавленной соли, достаточную для отвода последней от электродов. Благодаря этому получается двойная выгода. Циркуляция соли обусловливает более равномерную температуру в ванне и предотвращает перегрев соли вблизи электродов. Схема циркуляции, возникающей при близко расположенных электродах, показана на рис. 3. Материал электродов выбирается в соответствии с химическим составом и температурой соли.

Рисунок 3 – Циркуляция в соляной ванне с внутренним нагревом: 1 – стены печи, 2 – поверхность ванны

Рисунок 4 – Потери тепла в соляных ваннах на излучение

По данным компании Гольден (рис. 4), в открытой ванне теряется путем излучения большая часть тепла. Некоторые рассчитывают эти потери, как излучение абсолютно черного тела. Потери ванны излучением часто превышают сумму всех остальных потерь, почему и предусматриваются всевозможные меры для их снижения. В ваннах, где происходит науглероживание, потери на излучение можно уменьшить, если покрыть поверхность ванны дробленым углем. Некоторые ванны оборудуют навесными или откатными крышками.

Ванны с металлическим тигелем

Ванны с металлическим тигелем отличаются большим разнообразием конструкций. Из выпускаемых отечественной промышленностью наибольшее значение имеют трехфазные ванны двух типов СВС – 4.8.4 /6,5-И2 и СВС – 4.8.4 /9-И2 с прямоугольным тигелем.

Рисунок 3 – Электродная соляная ванна с металическим тиглем: 1 — крышка, 2 — механизм подьема крышки, 3 — электрод, 4 — металлический тигель, 5 — токопровод, 6 — футеровка, 7 – кожух, 8 — термопара, 9 — вентиляционный кожух

Соляные ванны с внешним обогревом

Эти ванны имеют металлический круглый тигель с элементами сопротивления, расположенными на его внешней стороне. Используются при температуре 140…700?С для охлаждения инструмента при ступенчатой закалке, для нагрева при отпуске и ХТО.

Нагрев соли производится с помощью спиральных и ленточных нагревателей, размещенных в несколько рядов на боковых стенках кладки, иногда нагрев производят с помощью крборундовых стержней.

Основным недостатком всех тигельных печей с внешним обогревом является малая производительность и сравнительно непродолжительные срок службы тигелей и нагревателей.

Рисунок 4 – Соляная ванна с внешним обогревом: 1 — кожух, 2 — футеровка, 3 — теплоизоляция, 4 –нагревательные элементы, 5 — металлический тигель, 6 — крышка, 7 – термопара, 8 — вентиляционный зонт, 9 — термопара, 10 — токоподвод, 11– кожух защитный.

Соляные ванны с внутренним обогревом

Нагрев осуществляется переменным током с помощью трубчатых электронагревателей, состоящих из цельнотянутых труб диаметром 15…40 мм, в которых помещена нихромовая спираль, изолированная от стенок трубы каким-либо непроводником.

Ванны с внутренним обогревом по сравнению с ваннами с внешним обогревом при одинаковых размерах рабочего пространства, имеют меньшие теплопотери, следовательно, меньший расход электроэнергии

2 Достоинства и недостатки соляных печей

Соляные ванны имеют следующие преимущества:

1. Высокая скорость нагрева и, следовательно, большая производительность при равных габаритах,

2. Легкость проведения различных видов термической и термохимической обработки,

3. Защита изделий от окисления в процессе нагрева и остывания.

Недостатки соляных ванн следующие:

1. Большой удельный расход энергии вследствие повышенных тепловых потерь с зеркала ванны и необходимости непрерывной работы ее из-за длительности и сложности разогрева (последнее обусловливает работу с недогрузкой),

2. Довольно высокий расход соли,

3. Тяжелые условия труда даже при хорошей вентиляции.

Для самых низких температур применяются масляные ванны, выполняемые как с внутренним, так и с наружным обогревом. По такому же методу, как и электродные соляные ванны, работают и электродные котлы для подогрева воды и получения водяного пара.

3. Способ розжига соляных электродных ванн

Известен способ розжига электродных соляных ванн, включающий загрузку первой порции соли и расплавление ее с помощью дополнительного электрода.

При розжиге соль насыпают на дно ванны небольшим слоем, закрывающим лишь нижние концы электродов. Розжиг ванны производят при включении печного трансформатора на одной из последних ступеней трансформатора, получая высокое напряжение на его вторичной обмотке. Соль плавится под действием дуги, возникающей между концом добавочного и одним из основных электродов. Затем добавочный электрод извлекают из ванны, трансформатор переключают на более низкую ступень и в ванну кусками добавляют заранее расплавленную или новую соль.

Известен способ розжига соляных электродных ванн, включающий загрузку первой порции соли между электродами и ее расплавление осуществляют при помощи блока выемных нагревательных элементов.

Для этого после отключения питания установки выемной блок погружают в расплав соли.

При розжиге ванны подают на выемной блок питание от того же трансформатора, что и на электроды, вследствие чего соль расплавляется и создается токопроводящий мостик между электродами. После расплавления достаточного количества соли выемной блок отключают и вынимают из установки, а дальнейший нагрев производят при помощи электродной группы.

Известный способ розжига соляных электродных ванн вызывает необходимость периодического. ремонта или замены выемных блоков. Осложняет работу и необходимость установки и извлечения выемного блока из расплавленной соли при температуре ванны 300-1100 °С.

При использовании известных способов розжига соляных электродных ванн электроды быстро выходят из строя.

Рисунок 5 – Розжиг соляной электродной ванны в индустриальных условиях (температура 1100 °С)

4. Ускорение розжига соляных электродных ванн

Поставленная цель достигается тем, что расплавление соли осуществляют с помощью сжигания газа, факел которого направляют непосредственно на соль.

Способ осуществляют следующим образом.

Соль насыпают на дно ванны небольшим слоем, закрывающим лишь концы электродов. Затем факел горения углеводородного газа в смеси с воздухом направляют на соль, создается между электродами токопроводящий мостик из расплавленной соли, после чего включают ванну в пусковом режиме и добавляют новую соль дальнейшее расплавление которой происходит без участия процесса горения углеводородного газа за счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через жидкую соль.

Использование способа розжига соляных электродных ванн обеспечивает ускорение процесса розжига ванн, увеличение срока службы электродов, повышение безопасности труда за счет исключения операций погружения и извлечения выемного блока.

Способ розжига соляных электродных ванн, включающий загрузку первой порции соли между электродами и ее расплавление, отличающийся тем, что с целью сокращения длительности розжига, расплавление соли осуществляют с помощью сжигания газа, факел которого направляют непосредственно на соль.

5 Модели соляных ванн в современном производстве

Соляные ванны применяются для проведения различных видов термической обработки, требующих быстрого нагрева и минимизации обезуглероженного слоя (нагрев под закалку, отпуск и другие).

Наибольшее распространение получили при термообработке инструментальных сталей.

Модельный ряд предусматривает как ванны для высокотемпературного нагрева, так и ванны для предварительного нагрева, в соответствии с технологией термообработки быстрорежущих сталей.

Таблица 1 – Технические характеристики низкотемпературных соляных ванн СВС

Таблица 2 – Технические характеристики высокотемпературной соляной ванны СВС

Рисунок 6 – Соляная ванна СВС 3.6/13

Рисунок 7 – Шкаф управления

Рисунок 8 – Соляная ванна СВС 10.8.5/6,5

Заключение

соляной электродный ванна печь

Распространенность соляных ванн объясняется тем, что во многих случаях их преимущества превалируют над недостатками.

Для самых низких температур применяются масляные ванны, выполняемые как с внутренним, так и с наружным обогревом. По такому же методу, как и электродные соляные ванны, работают и электродные котлы для подогрева воды и получения водяного пара.

Несмотря на длинную историю этого метода, он до сих пор совершенствуется и успешно используется на производстве. Технические новшества дополняют процесс, делая его автоматизированным с минимальным участием в нем человека. Соляные электродные ванны – это безупречное сочетание химических процессов и физических явлений.

Список использованных источников

1. Смольников, Е.А. Термическая и химико-термическая обработка инструментов в соляных ваннах / Е.А. Смольников. – М.: «Машиностроение», 1981.- С.137.

2. Кауфман, В.Г. Электрические печи с жидкими теплоносителями / В.Г. Кауфман. – М.: «Энергия», 1973.- С.41- 42.

3. Соляные ванны [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.nakal.ru/catalog/solyanye-vanny/

4. Школа электрика. Соляные ванны [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://electricalschool.info/2013/07/25/soljanye-vanny.html

5. Соляная электродная ванна [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Соляная_электродная_ванна