塩浴 — デバイスとアプリケーション
液体中で製品を加熱する場合、液体から金属への熱伝達係数が高いため、大幅に高い加熱速度を達成できます。一方、液体は気体に比べて熱伝導率がはるかに高いため、液体内の温度分布はより均一でなければならず、そのため個々の製品または製品の一部の加熱は同じ条件下で行われます。
溶融鉛などの液体金属では、最も速い加熱速度が達成されます。鉛浴は、鉛が満たされた鉄るつぼで、 シャフト電気炉 排気カバーの下にあります。リードが溶けて所定の温度に達すると、小さな部品がその中に降下され、たとえば焼き入れや焼き戻しのために急速に加熱されますが、リードの熱伝導率により、その中に落ちた部品の加熱が均一に行われます。しかし、鉛浴には多くの重大な欠陥があります。
• 鉛を扱う有害な作業、特に高温での作業。
• 800℃を超える温度への加熱には使用できません（高温では鉛が集中的に蒸発します）。
• 鉛は熱容量が低いため、大きな部品に浸すと急速に冷えます。
その結果、鉛浴の使用は限られていました。鉛とは異なり、さまざまな塩、硝酸塩、塩基ははるかに幅広い用途に使用されています。使用される多くの塩、硝酸塩、および塩基の融点は大きく異なるため、250 ～ 1300 °C の範囲の任意の温度に対して、その温度および同じ温度でほとんど蒸発しないような塩または塩の混合物を選択できます。時間は流動的です。表 1 に、いくつかの塩と硝酸塩の融点と適用分野を示します。
塩および塩浴は、外部加熱を備えた浴、内部ヒーターと電極を備えた浴として構成的に実行されます。最初の 2 つのタイプは比較的低温で実行されます。これらは主に、軽合金の異形材やシートの熱処理に使用される硝石浴とアルカリ浴です。 (450 ～ 525 °C)。
外部加熱塩浴は、金属ヒーターを備えたシャフト内に配置された普通の炭素鋼を溶接した長方形または円形の容器です。
内部ヒーターを備えた塩浴も同じように作られていますが、外部加熱要素はなく、代わりに管状の密閉加熱要素が硝酸塩に浸されています。これらには次のような大きな利点があります。
1. 外部加熱バスと比較して寸法がわずかに小さく、熱損失が少ない、
2. 発熱合金の消費量が 10 分の 1 に減少します。
3.硝酸塩は酸化鉄の存在下で過熱すると爆発する可能性があり、外部加熱槽での過熱は硝酸塩の底層の汚染によって発生する可能性があるため、硝酸塩はより安全です。その結果、槽の底部が底部ヒーターによって過熱されます。
硝酸塩浴におけるチューブヒーターの欠点は、硝酸塩によるチューブジャケットの高温と腐食により耐用年数が短いことです。
表 1. いくつかの塩の融点と融点範囲
どちらのタイプの塩浴およびアルカリ浴も非常に大きなサイズ（長さ 6 ～ 8 m）と数百キロワットの出力に達しますが、より高温の場合は電極付きの浴が使用されます。それらは塩で満たされた金属またはセラミックのるつぼで、8〜25 Vの電圧の降圧変圧器によって電力が供給される金属電極がその中に下げられます。
冷たい状態では、塩はほとんど電流を通しませんが、何らかの外部ソースによって塩が加熱されると、電極間に電流が確立され、ジュール熱が塩に放出されます。したがって、被加熱物が浸漬されるこのような槽では、溶融塩自体がヒーターとして機能する。
電極槽にはカバーと外側電極が付属します。前者は効率が低く、加熱が不均一であるため、現在は使用されていません。このような浴では、電極の寸法が大きいため、電極表面の電流密度は高くないため、電極内の塩の自然な熱循環のみが発生し、高さに沿って電極内の温度が均一になります。それにもかかわらず、そのような浴槽では、上部と下部のレベルの温度差が20〜25℃に達することがあります。
したがって、このような浴の主な欠点は、塩の循環が不十分であり、これにより製品の加熱速度が低下し、したがって浴の動作が低下し、浴内の温度分布が不均一になることである。高さ。
さらに、これらの浴では、電流線が塩のほぼ全容積を満たします。したがって、製品にも電流が流れます。後者の好ましくない形状 (鋭利なエッジ、製品の 2 つの部分間の薄いブリッジ) では、電流密度の増加がそれらの部分に集中する可能性があり、過熱につながり、拒否反応やさらには溶融につながる可能性があります。
米。 1. リモート電極とパーティションを備えた塩浴: 1 — バス、2 — 被覆材、3 — エプロン、4 — 傘、5 — パーティション: 6 — 高温計、7 — 電極、8 — 耐火石材、9 — 断熱材。
これらの欠点は、外部電極を備えた電極塩浴によって克服され、ますます普及しています。それらでは、電極は長方形または円形の断面を持つ2本の棒であり、互いに25〜50 mmの距離で塩の中に下げられます。
このような浴槽では、ほとんどすべての電流線が 2 つの電極間の空間に配置されているため、加熱された部分にはわずかな電流しか流れず、その個々の点が過熱することはありません。さらに、部品を通る電流の通過を完全に排除するために、電極が配置されているチャンバーの部分を隔壁によって動作部分から分離することができます（図1）。
ロッド間の電流密度が非常に高いため、ロッド間の塩が過熱されて激しい熱循環が始まり、加熱された塩の粒子が電極間の空間に上昇し、上部で浴の体積全体に拡散します。下層は下の電極間スペースに挿入されます。
電極間の電流密度が非常に高い場合（約 15 ～ 25 A / cm2）、電磁力が優勢になり始め、塩が電極間の空間に投げ込まれます。その結果、循環の方向が逆転し、その強度が増加します。このような塩の強制循環により、塩から製品への熱伝達率と、浴の高さに沿った製品の加熱の均一性（最大±3℃）の両方が大幅に増加します。
上記の利点により、最近では外部電極を備えた浴槽がますます広く使用されています。塩浴は、20 ～ 150 kW の出力で、最高 1300 ℃ までのさまざまな温度で単相および三相で製造されます (図 1)。塩浴は、焼き入れおよび焼き戻しのためのさまざまな製品の加熱に使用され、主に工具 (工具など) に使用されます。さらに、適切な塩組成を選択することで、鋼の熱化学処理、浸炭、シアン化処理を確実に行うことができます。
塩浴で加熱することのよく知られた利点は、浴から取り出した品物を薄い塩の層で覆うことです。この皮膜は空気中の酸化から製品の表面を保護すると同時に、冷却や冷却槽に浸した際のひび割れや反発を防ぎます。
1000℃まで使用できる電極浴の耐熱金属るつぼはクロムニッケル鋼製であり、寿命は1年と考えられます。セラミックるつぼは 1400°C まで使用でき、完全に圧縮、焼成、または溶液中で結合した個別の焼成高アルミニウム セラミック プレートから組み立てることができます。
電極は、クロムニッケル鋼またはクラス 10 などの低炭素鋼で作ることができます。電極は、高温槽では 3 ～ 6 か月間、中温槽では最長 1 年間使用できます。
塩浴カバーの配置は重要な役割を果たします。開いた塩ミラーは、1000 °C の密閉浴の熱損失の約 5 ～ 6 倍に等しい量のエネルギーを放出します。そのため、浴カバーは十分に断熱されている必要があります。同時に、荷物の積み降ろしの際に、後ろに折りたたんだり、横に移動したりすることが容易でなければなりません。バスルームの鏡の損失は、その表面をセルグラファイトカーボン粉末の層でコーティングすることで大幅に削減できます。
冷たい状態では塩が伝わらないので、お風呂を流すには温める必要があります。最も便利なのは、初期ニクロム抵抗を使用することです。後者は、浴が固まる前に塩に浸され、2 つの電極に接続されます。浴が加熱されると、抵抗を流れる変圧器の電流が浴を加熱します。これにより、抵抗に隣接する塩の層が加熱され、次に導通を開始します。次に、抵抗器の電源がオフになり、ソルトから取り出されます。このような抵抗では、10 ～ 15 W/cm2 程度の非常に高い比表面力が許容されます。ただし、塩中で作業する場合、ニクロムは非常に壊れやすく、慎重な取り扱いが必要になることに留意する必要があります。
場合によっては、炉の電源を切った後、電極間の金属抵抗の代わりに電極石炭が敷かれ、バスがオンになると加熱されて塩が加熱されます。最後に、電極近くの塩の領域をガスバーナーで加熱するだけです。浴を加熱する操作は非常に長いため、場合によっては、浴を一晩冷却せず、電圧を下げたままにしておくことが好ましい場合があります。
断続的な電極槽に加えて、連続ユニットも使用されます。個々の槽の場合、部品を運び、塩に浸すために槽の上にコンベア ベルトを使用する場合があります。複数の槽で順次実行される複雑な熱処理プロセス用のユニットは、部品を水平方向と垂直方向に交互に移動させる必要があるため、さらに複雑になります。通常、この作業は、リフト装置を備えたコンベアまたはカルーセルを使用して解決されます。
したがって、従来の電気炉と比較して、塩浴には次の利点があります。
1. 加熱速度が高いため、同じ寸法でも高いパフォーマンスが得られます。
2. 各種熱・熱化学処理が容易に行えます。
3. 加熱および冷却中の製品の酸化からの保護。
塩浴のデメリットは以下の通りです。
1.バスルームの鏡からの熱損失の増加と、加熱の持続時間と複雑さによる継続的な動作の必要性による高い比エネルギー消費（後者は負荷の低い動作を引き起こす）、
2. 塩分の摂取量がかなり多い、
3. たとえ換気が良くても困難な作業条件。
塩浴の普及は、多くの場合、塩浴の利点が欠点を上回るという事実によって説明されます。
最低温度の場合は、内部と外部の両方を加熱するオイルバスが使用されます。水を加熱して水蒸気を生成する電極ボイラーは、電極塩浴と同じように機能します。