کوره حمام نمک (Salt Bath Furnace) یک سامانه گرمایی صنعتی و آزمایشگاهی است که از نمکهای مذاب بهعنوان محیط انتقال حرارت استفاده میکند. در این کورهها، نمک (معمولاً مخلوطهای eutectic) در دمای بالاتر از نقطه ذوب به حالت مایع در میآید و قطعات یا مواد در تماس مستقیم یا غیرمستقیم با این حمام گرمایی، عملیاتهایی مانند سختکاری، آنیلینگ را انجام میدهند. دو نوع مرسوم عبارتند از: کوره حمام نمک مقاومتی/الکترودی (که در آن جریان الکتریکی در حمام ایجاد گرما میکند) و کورههایی که با المنت یا القایی نمک را گرم میکنند.
کاربردهای کوره حمام نمک
کوره حمام نمک در صنایع زیر کاربرد گسترده دارد:
- عملیات حرارتی فولاد و آلیاژها: آنیل، نرمالایز، کوئنچ (ترد کردن) و بازپخت با کنترل سریع نرخ تبادل حرارت.
- کربوره کردن سطحی/نمککاری: ایجاد پوشش یا تغییر ترکیب سطحی در قطعات.
- آمادهسازی و تصفیه فلزات: ذوب، همگنسازی و degassing در برخی فرایندهای متالورژیکی.
- عملیات آزمایشگاهی و تحقیقاتی: حمامهای سولفورزدایی، الکترولیتهای مذاب برای سلولهای الکتروشیمیایی یا تستهای مواد در دمای بالا.
مزیت اصلی این روش، ضریب انتقال حرارت بالا و یکنواختی دما است که منجر به کیفیت سطحی بهتر، کنترل سریع دما و کاهش اعوجاج قطعات نسبت به برخی محیطهای گازی میشود.
مشخصات فنی و ویژگیهای کلیدی
- محدوده دمایی و انتخاب نمک
- نمکهای نیترات/نیتریت (مانند KNO₃/NaNO₃ و مخلوطهای eutectic) برای محدودههای دمایی معمول عملیات حرارتی تا حدود ۵۰۰–۶۰۰ درجه سانتیگراد مناسباند؛ اما در دماهای بالا (۶۲۰ < درجه سانتیگراد) تجزیه میشوند و باید از کلریدها یا کربناتها استفاده شود.
- کلریدها (NaCl, KCl و ترکیباتی مانند CaCl₂) و کربناتها برای محدودههای بالاتر تا حدود ۸۰۰–۱۰۰۰ درجه سانتیگراد و بالاتر (بسته به ترکیب) مناسباند. انتخاب نمک باید براساس نقطه ذوب، پایداری شیمیایی در دما و واکنشپذیری با قطعه انجام شود.
- انواع بوته (Crucible)
- بوته نوع P: از فولاد کمکربن با پوشش CrNi برای کاربریهای تا ~۸۵۰ درجه سانتیگراد، مناسب برای برخی حمامهای کربوره و آنیلینگ.
- بوته نوع C: از آلیاژ کروم-نیکل مقاومتر (High-alloy CrNi) برای کارکرد تا ~۱۰۰۰ درجه سانتیگراد. انتخاب جنس بوته باید با نوع نمک و دما و عملیات حرارتی هماهنگ باشد تا خوردگی و نفوذ نمک به ساختار جلوگیری شود.
- منابع گرمایش و طراحی الکترود
- کورههای الکترودی با استفاده از الکترودهای فلزی و ترانسفورمرهای ویژه، جریان را در حمام نمک عبور داده و حرارت تولید میکنند. این روش بازدهی بالایی دارد و سرعت پاسخگویی دمایی خوبی ارائه میدهد. در مقابل، روشهای القایی یا المنتی نیز برای شرایط خاص کاربرد دارند.
- سیستم کنترل و سنجش دما
- برای کنترل دقیق دما از ترموکوپلهای غوطهور در حمام (immersion thermocouples) استفاده میشود؛ این سنسورها معمولاً در محافظهای مخصوص/ترموول (thermowell) نصب میگردند تا در برابر خوردگی و سایش محافظت شوند و قابلیت تعویض داشته باشند. نوع و کلاس ترموکوپل باید با محدوده دما و محیط شیمیایی انتخاب شود.
- ایمنی و تهویه
- بخارات و گازهای حاصل از تجزیه نمک (بهویژه در نیتراتها) ممکن است سمی یا خورنده باشند؛ سیستم تهویه و بازیافت بخارات، مانیتورینگ نشتی و نرمافزارهای کنترل فرایند برای ایمنی و تطابق با استانداردها ضروریاند.
نکات کلیدی هنگام خرید کوره حمام نمک
- دامنه دمایی کاری دقیق: براساس فرآیند مدنظر (آنیل، کوئنچ، ذوب و …) دقت کنید محدوده دما و پایداری نمک با آن سازگار باشد.
- متریال بوته و عمر سرویس: برای دماهای بالا و نمکهای خورنده، بوتههای آلیاژی CrNi یا آسترهای سرامیکی را در نظر بگیرید.
- سیستم گرمایش (الکترودی، القایی، المنتی): هر روش مزایا و محدودیتهای خودش را دارد — الکترودی برای بازده بالا، القایی برای کنترل موضعی و المنتی برای هزینه اولیه پایین.
- کنترل و سنسورها: حداقل یک ترموکوپل غوطهور به همراه ترموول، و ترجیحا سنسور پشتیبان (RTD یا ثانویه) برای اطمینان و کالیبراسیون.
- ایمنی و نگهداری: دسترسی آسان برای تعویض بوته و الکترود، سیستم تهویه مناسب و برنامه نگهداری منظم برای کنترل ناخالصی نمک (تصفیه/تعویض) را بررسی کنید.
- کنترل کیفیت نمک و مدیریت پسماند: وجود برنامهای برای تحلیل شیمیایی نمک و نرخ تعویض/خالصسازی آن (برای جلوگیری از آلودگی و واکنشهای ناخواسته).
نوع بوته مناسب و انواع نمکها (خلاصه فنی)
- بوتهها: برای دما تا ۸۵۰ درجه سانتیگراد: فولاد کمکربن با پوشش CrNi (Type P). برای دما تا ~۱۰۰۰ درجه سانتیگراد: آلیاژهای کروم-نیکل مقاوم (Type C). در موارد خیلی خورنده یا دما بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد ممکن است نیاز به آسترهای سرامیکی یا مواد مرکب باشد.
- نمکهای رایج و دامنه کاربرد:
- نیترات/نیتریت (NaNO₃, KNO₃, مخلوطهای eutectic): مناسب تا حدود ۵۰۰–۶۰۰ درجه سانتیگراد؛ رایج در عملیات حرارتی و کوئنچ احترازی.
- کلریدها/کربناتها (NaCl, KCl, CaCl₂, Na₂CO₃): برای دماهای بالاتر و محیطهای با پایداری دمایی نیازمند.
ترموکوپل مناسب برای مذاب نمک
- نوع پیشنهادی: بسته به دما، ترموکوپل نوع K (NiCr–NiAl) برای محدوده تا ~۱۲۰۰ درجه سانتیگراد قابل استفاده است (در اکثر حمامهای معمولی نوع K انتخاب متداول است)، اما در محیطهای خورنده ممکن است نوع S (پلاتین-رودیوم) یا محافظهای سرامیکی/مدیا-پرشده لازم شود. باید از پرابهای غوطهور ساختهشده با عایقبندی و محافظ مناسب (مثل ترموولهای سرامیکی یا میکا/آلومینا) استفاده شود تا خوردگی مستقیم سیمها جلوگیری گردد.
- نکات نصب: ترموکوپل باید کوتاهترین مسیر ممکن تا محل اندازهگیری داشته و داخل ترموول قرار گیرد؛ تعویضپذیری و کالیبراسیون دورهای برای تضمین دقت ضروری است. همچنین استفاده از دو سنسور (اصلی + پشتیبان) برای مانیتورینگ و حفاظت توصیه میشود.
جمعبندی
کوره حمام نمک یک گزینه فنی و کارا برای عملیات حرارتی و فرایندهای متالورژیکی است که به دلیل انتقال حرارت یکنواخت، سرعت پاسخ دمایی و کیفیت سطحی مطلوب مورد توجه است. انتخاب درست ترکیب نمک، جنس بوته، منبع گرمایش و سیستم اندازهگیری دما (ترموکوپل با ترموول مناسب) کلید دستیابی به عملکرد ایمن و اقتصادی است. هنگام خرید باید دامنه دمایی، خوردگی شیمیایی، نیاز به تهویه و نگهداری نمک و نیز هزینههای عملیاتی را دقیقاً بررسی کنید. برای پروژههای حساس یا دمای بالاتر از محدوده نمکهای رایج، بررسیهای مهندسی و مشاوره با تولیدکنندگان نمک و سازندگان کوره توصیه میشود.
