2.6. Печи-ванны

2.6.1. Печи-ванны, выпускаемые внииэто

(Индексация термических печей разработана ВНИИЭТО)

Печи-ванны в термических цехах машиностроительных заводов применяют для нагрева деталей по большей части из инструментальных сталей под закалку, при отжиге, отпуске, старении, жидкостной цементации, цианировании, а также для охлаждения изделий при изотермической закалке, патентировании.

Основными преимуществами печей-ванн являются возможность осуществлять местный нагрев, высокая скорость и равномерность нагрева деталей, отсутствие окисления и обезуглероживания стали при правильной эксплуатации ванн.

Для этого ванну периодически раскисляют ректификаторами: древесным углем, бурой, желтой кровяной солью [К₄Fe(CN)₆·3H₂O] и др. На обезуглероживание ванну проверяют следующим образом: лезвие безопасной бритвы (сталь обычно заэвтектоидная углеродистая, толщина лезвия 0,08…0,1 мм) нагревают при 780°С в течение 35 мин и закаливают, при изгибе закаленное лезвие должно сломаться, если произошло обезуглероживание – оно согнется.

В качестве сред для нагрева применяют расплавленные металлы (свинец, сплавы свинца, силумин), расплавленные соли, щелочи, масла. В последние годы вместо свинца применяют силумин, обычно марки Ал2 (состав эвтектический – 11,7 % Si; температура плавления 577°С), температура применения 650…800°С; время нагрева в силумине определяется из расчета 4…5 с на 1 мм сечения; для предотвращения разъедания поверхности детали покрывают мелом или меловой краской (одна часть мела и одна часть воды).

Наиболее распространенные составы ванны, температура применения, области применения приведены в табл. 2.33.

Таблица 2.33

Наиболее распространенные составы ванн

Состав ванны, % (масса)	Температура применения,°С	Область применения
Соляные и щелочные ванны
33,3BCl2+33,3CaCl2+33,3NaCl 28NaCl+72CaCl2 77,5BaCl2+22,5NaCl 66,4BaCl2+33,6KCl 50KCl+50NaCl 100KCl 100NaCl 100BaCl2 93BaCl2+7Na2B4O7 Сильвинит (65–77NaCl+17–29KCl+ примеси)	6 50–900 540–870 700–900 700–950 700–900 800–1000 950–1100 1100–1350 1000–1350 780–950	Нагрев под закалку для нагрева быстрорежущих сталей Нагрев под закалку
23LiNO3+60KNO3+17NaNO3 53KNO3+7NaNO3+40NaNO2 45NaNO2+55KNO3 45NaNO3+55KNO3 100NaNO3 100КNO3	150–500 170–500 170–500 230–550 300–600 350–600	Нагрев при отпуске, нагрев под закалку цветных сплавов, охлаждение при изотермической закалке и патентировании
100KOH 100NaOH 63KOH+37NaOH 60NaOH+40NaCl 75KOH+25NaOH 20NaOH+80KOH+6H2O	400–850 350–700 200–350 550–700 170–250 150–250	Охлаждение при светлой закалке и реже нагрев
75Na2CO3+15NaCl+10SiC 50NaCN+15NaCl+35BaCl2 15NaCN+85BaCl2 80NaCN+5BaCl2+15Na2CO3 45NaCN+18NaCl+5NaF+32BaCO3	840–860 8 50–950 900–950 850–930 850–910	Жидкостная цементация Жидкостная цементация и нитроцементация
20NaCN+40Na2CО3+40NaCl 40NaCN+30Na2CO3+30NaCl 5[Ca(CN)2+CaCN2]+56,5CaCl2+0,5C+38NaCl	750–850 750–850 750–850	Жидкостное цианирование
Металлические ванны
100Pb 85Pb+15Sn 60Pb+40Sn 35Pb+55Sn+10Cd	350–850 300–600 220–600 160–600	Охлаждение при изотермических процессах (патентирование)
Масляные ванны
Вапор Вискозин №10	До 300 До 300	Нагрев при отпуске и старении

Работу печей-ванн необходимо правильно организовать с учетом характерных для них недостатков:

– выплескивание расплава при попадании в ванну влаги;

– ядовитость испарения из ванн с цианистыми солями;

– взрывоопасность селитр при перегреве и при попадании в ванну масла, графита;

– склонность к коррозии после нагрева в некоторых солях, например алюминиевых сплавов в селитровых ваннах;

– необходимость очистки деталей от налипших солей.

Печи-ванны могут работать на любом виде топлива и на электроэнергии. Наибольшее распространение получили электрические печи-ванны.

Печи-ванны классифицируют на тигельные и электродные.

Тигельные имеют существенный недостаток малая стойкость тиглей и их высокая стоимость. Примером такой ванны может служить СВГ-20/8,5 (рис. 2.53).

Ц ифра в числителе показывает мощность ванны (кВт), а знаменатель – температуру в сотнях градусов. Печь-ванна состоит из тигля 6, который держится на чугунной плите 4. Тигель закрывается крышкой 3, в которой имеется отверстие для термопары2 и отверстие 1 для крепления деталей с приспособлением. Рабочая камера 5 выложена шамотным кирпичом. В случае прогара тигля в ванне предусмотрен сток для солей и жидкого металла.

Наибольшее применение получили электродные печи-ванны. Нагрев электродных печей-ванн осуществляется электрическим током, пропускаемым непосредственно через расплавленную соль с помощью железных или стальных электродов (стержни диаметром 30…40 мм). При прохождении тока выделяется значительное количество тепла, так как электросопротивление солей высокое. Во избежание электролиза соли применяют переменный ток, при этом напряжение на электродах понижается специальным трансформатором до 2455 В. Трансформатор устанавливается в непосредственной близости от печи-ванны для уменьшения электрических потерь.

Электроды располагают в ванне на небольшом (1530 мм) друг от друга расстоянии для создания электромагнитного перемешивания соли, что происходит в результате взаимодействия электротока, проходящего через соль, с магнитным полем электродов. Благодаря электромагнитному перемешиванию соли, повышается равномерность температуры в ванне и ускоряется нагрев изделий.

Пуск в ход электродных соляных печей-ванн представляет некоторые трудности, так как в твердом виде соль не является электрическим проводником. Для расплавления соли применяют различные способы:

1. Тщательно просушенную соль насыпают в ванну слоем примерно 50 мм, а затем с помощью шпаги (дополнительный электрод в виде железного прутка  68 мм с деревянной рукояткой) создают электродугу, которая и расплавляет соль.

2. Небольшое количество соли в малом тигле расплавляют в печи или берут из соседней работающей ванны, а затем жидкую соль переливают в ванну и включают ток.

3. Специальное приспособление из сплава высокого электросопротивления по окончании работы на ванне устанавливают в расплав, где приспособление застывает вместе с солью. Затем, когда ванну необходимо пустить, через приспособление пропускают ток, и соль расплавляется.

4. Электроды замыкают угольными стержнями, которые после включения тока разогреваются и расплавляют вокруг себя соль.

На заводах применяют различные электродные печи-ванны, разработанные ВНИИЭТО (табл. 2.34).

Таблица 2.34