DE2433539B1 - Verfahren zum Kühlen einer Salzschmelze für die Wärmebehandlung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen einer aufheizbaren Salzschmelze für die Wärmebehandlung von stetig oder periodisch zugeführtem Gut sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem beheizbaren Behandlungsgefäß für die Salzschmelze.

Es ist bekannt, für die Wärmebehandlung von stetig oder periodisch zugeführtem Gut eine Salzschmelze zu verwenden, die auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 550⁰C gebracht wird. Um bestimmte Werkstoffeigenschaften des zu behandelnden Gutes zu erzielen, muß die Temperatur der Salzschmelze konstant auf einem bestimmten Wert im Bereich der voranstehend angegebenen Größenordnung gehalten werden. Dient die Salzschmelze zum Erwärmen des zu behandelnden Gutes, muß die Temperatur der Salzschmelze durch Beheizung auf dem vorgegebenen Wert gehalten werden. Wenn in die Salzschmelze andererseits Werkstükke mit einer Temperatur eingeführt werden, die oberhalb der konstant zu haltenden Schmelzentemperatur liegt, ist eine Kühlung der Salzschmelze erforderlich.

Während im erstgenannten Fall die zum Aufheizen der Salzschmelze vorhandene Heizung, beispielsweise in Form einer Induktionsheizung, benutzt werden kann, ist es für den zweiten Fall bekannt, zum Kühlen der Salzschmelze einen Wärmetauscher vorzusehen, der von Kühlmittel, insbesondere Wasser, durchflossen wird. Da für eine derartige Kühlung sehr große Wassermengen benötigt werden, besteht bei der bekannten Einrichtung die Gefahr, daß bei einem Bruch des Wärmetauschers sehr große Wassermengen in die heiße Salzschmelze gelangen und durch die schlagartige Verdampfung des Wassers zu einer Explosion führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen einer aufheizbaren Salzschmelze zu schaffen, die ohne Explosionsgefahr die in der Salzschmelze entstehende Prozeßwärme abführen, eine Durchmischung der Salzschmelze zwecks Erzielung einer in der gesamten Salzschmelze gleichmäßigen Temperatur bewirken und die Rückgewinnung des am behandelten Gut verbleibenden Salzes sowie dessen Rückführung in die Salzschmelze ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Salzschmelze durch Einleiten von mindestens teilweise verdampftem Wasser umgewälzt und durch den Wärmeentzug zum Verdampfen des gesamten Wassers gekühlt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Wasserdampf durch Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel kondensiert und das zum Spülen des behandelten Gutes verwendete Kondensat einschließlich des abgespülten Salzes erneut in die Salzschmelze eingeleitet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Temperatur der Salzschmelze durch Verändern der eingeleiteten Wassermenge geregelt werden.

Durch das Verdampfen des in die Salzschmelze eingeleiteten Wassers wird der Salzschmelze durch Ausnutzen der Verdampfungswärme eine im Verhältnis zur eingeleiteten Wassermenge große Wärmemenge entzogen, so daß eine verhältnismäßig geringe Wassermenge eingeleitet werden muß, um die erforderliche Kühlung der Salzschmelze zu erzielen. Da das in die Salzschmelze einzuleitende Wasser mindestens teilweise verdampft ist, wird einerseits die Gefahr einer explosionsartigen Volumenvergrößerung des Wassers beim Verdampfen ausgeschaltet, weil die verdampfte Teilmenge ausreicht, das restliche, noch nicht verdampfte Wasser in feinste Tröpfchen nebelartig zu verteilen. Andererseits wird ein Umwälzen der Salzschmelze erzielt, wodurch sich eine gleichmäßige Temperatur innerhalb der gesamten Salzschmelze ergibt. Dem aus

der Salzschmelze aufsteigenden Wasserdampf, der sich leicht von der Salzschmelze trennen läßt, wird die aus der Salzschmelze abzuführende Wärme dadurch entzogen, daß er durch Wärmeaustausch mit einem Kühlmit-

tel kondensiert wird. Dieses Kühlmittel kann vorzugsweise Wasser sein. Da der Wärmeaustausch zwischen dem Wasserdampf und dem Kühlmittel außerhalb der Salzschmelze erfolgt, bringt die Verwendung eines derartigen Kühlmittels keine Explosionsgefahr mit sich. Die erfindungsgemäße Verwendung von zu verdampfendem Wasser zur Abfuhr der Prozeßwärme aus der Salzschmelze und zum Umwälzen der Salzschmelze ergibt schließlich die Möglichkeit, das in der Salzschmelze behandelte Gut nach Verlassen der Salzschmelze mit dem Kondensat zu spülen, so daß die am behandelten Gut verbliebenen Salzreste in das Kondensat gelangen, welches im geschlossenen Kreislauf nach einer mindestens teilweisen Verdampfung erneut in die Salzschmelze eingeleitet wird. Hierdurch gelangt auch das abgespülte Salz wieder in die Salzschmelze. Da sowohl die Vorverdampfung des in die Salzschmelze einzuleitenden Wassers als auch die restliche Verdampfung unmittelbar nach dem Einführen durch die Salzschmelze selbst erfolgt, kann das mit Salz angereicherte Kondensat nicht zu Verkrustungen der Wärmeaustauschflächen führen. Eine Regelung der Salzschmelzen-Temperatur ist auf einfache Weise durch Verändern der eingeleiteten Wassermenge möglich.

Die erfindungsgemäße, mit einem beheizbaren Behandlungsgefäß für die Salzschmelze ausgestattete Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in das Behandlungsgefäß ein Förderrohr eingetaucht ist, das in der Nähe seines unteren Endes mit Einspeisöffnungen versehen und mit seinem oberen Ende an ein Entspannungsgefäß angeschlossen ist, welches über eine Rückführleitung mit dem Behandlungsgefäß verbunden ist, und daß das Entspannungsgefäß über eine Dampfleitung mit einem gekühlten Kondensator verbunden ist, dessen Kondensatleitung an mindestens ein Sammel- oder Spülgefäß für das behandelte Gut angeschlossen ist, welches über eine mit einer Speisepumpe versehene Speiseleitung mit einem im Behandlungsgefäß befindlichen Wärmetauscher verbunden ist, der an die Einspeichöffnungen des Förderrohres angeschlossen ist.

Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung wird ein Umwälzen der heißen Salzschmelze ohne mechanisch angetriebene Teile allein durch Einspeisung von mindestens teilweise verdampftem Wasser bewirkt, wobei die Teilverdampfung des einzuspeisenden Wassers mittels eines Wärmetauschers und die restliche Verdampfung nach der unmittelbaren Einspeisung in die Salzschmelze den Entzug von Wärme aus der Salzschmelze bewirkt. Die Trennung von Salzschmelze und Dampf geschieht im Entspannungsgefäß. Die der Salzschmelze durch den Dampf entzogene Wärmemenge wird im Kondensator an ein Kühlmittel weitergegeben, welches somit auch indirekt nicht in Berührung mit der Salzschmelze kommt. Durch das Einleiten des Kondensates in mindestens ein Sammel- oder Spülgefäß und das Weiterleiten aus diesem Gefäß über den Wärmetauscher in das Behandlungsgefäß ergibt sich ein geschlossener Kreislauf für das den Wärmeentzug aus der Salzschmelze bewirkende Wasser, wodurch es möglich wird, die an dem behandelten Gut verbleibenden Salzreste zurückzugewinnen und zugleich auf direktem Wege der Salzschmelze zuzuführen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in der Speiseleitung ein Regelventil angeordnet, um die durch die Speisepumpe eingespeiste Wassermenge zu verändern.

Der im Behandlungsgefäß angeordnete Wärmetauscher kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung als Rohrschlange ausgebildet sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Förderrohr durch ein Mantelrohr und eine im Ringraum zwischen dem Förderrohr und dem Mantelrohr angeordnete Führungswendel als Wärmetauscher ausgebildet.

Um eine möglichst günstige Umwälzung der Salzschmelze zu erzielen, mündet die Rückführleitung für die Salzschmelze erfindungsgemäß etwa tangential im Behandlungsgefäß.

In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und eine zusätzliche Ausführungsmöglichkeit für den Wärmetauscher dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsform für die Ausbildung des Wärmetauschers.

Die in F i g. 1 in ihrer Gesamtheit schematisch dargestellte Vorrichtung besitzt ein Behandlungsgefäß 1, welches die Salzschmelze aufnimmt. Das Behandlungsgefäß 1 ist mit einer Induktionsheizung 2 versehen, um Salz schmelzen zu können und die Salzschmelze auf der gewünschten Temperatur zu halten. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten ist das Behandlungsgefäß 1 mit der Induktionsheizung 2 schließlich mit einer Isolierung 3 versehen.

Im Behandlungsgefäß 1 ist etwa senkrecht ein Förderrohr 4 angeordnet, welches mit seiner unteren Öffnung bis nahe an den Boden des Behandlungsgefäßes 1 reicht. In der Nähe des unteren Endes besitzt das Förderrohr 4 Einspeisöffnungen 4a. Mit seinem oberen, aus der Salzschmelze herausragenden Ende ist das Förderrohr 4 an ein Entspannungsgefäß 5 angeschlossen. Von diesem Entspannungsgefäß 5 führt eine Rückfährleitung 6 zurück zum Behandlungsgefäß 1. Diese Rückführleitung 6 mündet etwa tangential am oberen Teil des Behandlungsgefäßes 1, wie die in F i g. 1 eingezeichnete Mündung 6a erkennen läßt.

Vom Entspannungsgefäß 5 führt eine Dampfleitung 7 zu einem Kondensator 8. Das im Kondensator 8 entstehende Kondensat wird über eine Kondensatleitung 9 mindestens einem Spülgefäß 10 zugeführt. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführung sind drei Spülgefäße 10 gezeichnet, die miteinander durch Überlaufleitungen 10a verbunden sind. Die Spülflüssigkeit aus den Spülgefäßen 10 wird von einer Speisepumpe 11 einer Speiseleitung 12 zugeführt, in der ein Regelventil 13 angeordnet ist. Diese Speiseleitung 12 führt zu einer Rohrschlange 14, die innerhalb des Behandlungsgefäßes 1 im Bereich der Salzschmelze angeordnet ist und auf diese Weise als Wärmetauscher dient. Das Ende dieser Rohrschlange 14 ist an ein ringförmiges Gehäuse 15 angeschlossen, welches die Einspeisöffnungen 4a des Förderrohres 4 umgibt.

Der Kondensator 8 ist über eine ein Regelventil 16a enthaltende Zuflußleitung 16 und eine ein Regelventil 17a enthaltende Abflußleitung 17 an einen Kühlturm 18 angeschlossen, der in beliebiger Weise ausgestaltet sein kann.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 1 dadurch, daß der Wärmetauscher nicht als Rohrschlange 14 ausgebildet ist, sondern durch eine spezielle Ausbildung des Förderrohres 4. Dieses Förderrohr 4 ist bei der Ausführungsform nach F i g. 2 mit einem Mantelrohr 19 versehen, welches mit seinem oberen Ende aus dem Behandlungsgefäß 1 herausragt und mit seinem

unteren Ende den die Einspeisöffnungen 4a enthaltenden Teil des Förderrohres 4 überdeckt. In dem Ringspalt zwischen dem Förderrohr 4 und dem Mantelrohr 19 ist eine Führungswendel 20 angeordnet, die eine reine axiale Durchströmung des Ringspaltes verhindert und stattdessen eine wendeiförmige Bewegungsbahn für das durch die Speiseleitung 12 eingespeiste Medium schafft.

Bei der Wärmebehandlung von stetig oder periodisch zugeführtem Gut, welches in F i g. 1 mit der Bezugsziffer 21 bezeichnet ist, wird die von der Induktionsheizung 2 aufgeheizte Salzschmelze im Behandlungsgefäß 1 zusätzlich erwärmt. Um die Salzschmelze zu kühlen und gleichzeitig zwecks Erreichen einer gleichmäßigen Temperatur umzuwälzen, wird über die Einspeisöffnungen 4a mindestens teilweise verdampftes Wasser in das Förderrohr 4 eingespeist. Die Verdampfung des dem Förderrohr 4 zugeführten Wassers erfolgt durch Wärmezufuhr von der Salzschmelze an das von der Speisepumpe 11 über die Speiseleitung 12 zugeführte Speisewasser. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 erfolgt der Wärmeaustausch durch die Rohrschlange 14, wogegen er bei der Ausführungsform nach F i g. 2 durch die doppelwandige Ausführung des Förderrohres 4 geschieht. Dieser Wärmeaustausch ergibt nicht nur mindestens eine teilweise Verdampfung des Speisewassers, sondern bewirkt gleichzeitig eine Abkühlung der Salzschmelze, da diese einen Teil ihrer Wärme an das zu verdampfende Wasser abgibt. Da bei diesem Wärmeübergang die gesamte Verdampfungswärme des Speisewassers ausgenützt wird, ergibt sich bereits bei kleinen Wassermengen eine verhältnismäßig große Kühlwirkung.

Das mindestens teilweise verdampfte Wasser wird nunmehr über die Einspeisöffnungen 4a dem Förderrohr 4 und damit unmittelbar der Salzschmelze zugeführt. Hierbei verdampft das restliche Wasser, wobei der Salzschmelze weitere Wärme entzogen wird. Die bei der restlichen Verdampfung auftretende Volumenvergrößerung des eingespeisten Mediums geht im Hinblick auf die nebeiförmige Feinstverteilung des Wasseranteils in Dampf gleichmäßig vonstatten.

Durch die Einführung bzw. Erzeugung von Wasserdampf im unteren Ende des Förderrohres 4 verringert sich das mittlere spezifische Gewicht im Förderrohr 4, so daß der im Förderrohr 4 befindliche Teil der Salzschmelze durch das Gewicht der außerhalb des Förderrohres 4 befindlichen Salzschmelze durch das Förderrohr 4 nach oben in das Entspannungsgefäß 5 gedrückt wird. Im Entspannungsgefäß 5 wird der Wasserdampf von der Salzschmelze getrennt. Die Salzschmelze wird über die Rückführleitung 6 in das Behandlungsgefäß 1 zurückgeführt. Durch die etwa tangential angeordnete Mündung 6a der Rückführleitung 6 erzeugt die rückströmende Salzschmelze eine Drallströmung im Behandlungsgefäß 1, die zu einer Durchmischung der rückgeführten, abgekühlten Salzschmelze mit der im Behandlungsgefäß 1 befindlichen wärmeren Salzschmelze und damit zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung im Behandlungsgefäß 1 führt.

Der im Entspannungsgefäß 5 abgeschiedene Wasserdampf wird über die Dampfleitung 7 dem Kondensator 8 zugeführt und hier durch Wärmeentzug kondensiert. In diesem Kondensator 8 wird somit die der Salzschmelze durch das verdampfende Wasser entzogene Wärme an ein Kühlmittel weitergegeben, das weder direkt noch indirekt mit der Salzschmelze in Berührung

ίο gelangt. Als Kühlmittel wird vorzugsweise Wasser verwendet, welches über die Zuflußleitung 16 dem Kondensator zugeführt wird und über die Abflußleitung 17 zum Kühlturm 18 gelangt. Der Kühlturm 18 kann in beliebiger, bekannter Weise ausgeschaltet sein und im offenen oder geschlossenen Kreislauf arbeiten.

Das aus dem Kondensator 8 abströmende Kondensat gelangt über die Kondensatleitung 9 nacheinander in die drei Spülgefäße 10, und durch Spülen des behandelten Gutes 21 wird das anhaftende Salz entfernt.

Hierdurch ergibt sich nicht nur eine Säuberung des behandelten Gutes 21, sondern es werden auch Salzverluste vermieden.

Die Rückführung des dem Kondensat in den Spülgefäßen 10 zugeführten Salzes erfolgt durch die Speisepumpe 11 über die Speiseleitung 12 an den Einspeisöffnungen 4a unmittelbar in die Salzschmelze, da das zu verdampfende Wasser im geschlossenen Kreislauf umgewälzt wird. Durch die Beheizung der Rohrschlange 14 bzw. des Mantelrohres 19 durch die Salzschmelze werden Verkrustungen innerhalb der Wärmetauschfläche vermieden, weil die Temperatur der am Wärmeaustausch teilnehmenden Wände über der Schmelztemperatur des Salzes liegt. Eine Regelung der Temperatur der Salzschmelze wird auf einfache Weise durch Verändern der im geschlossenen Kreislauf befindlichen Wassermenge mittels des Regelventils 13 erreicht.

Durch das Einleiten von mindestens teilweise verdampftem Wasser in die Salzschmelze wird diese nicht nur zum Zwecke der Temperaturvergleichmäßigung umgewälzt, sondern gleichzeitig gekühlt, wobei der Salzschmelze sowohl für die Vorverdampfung des Speisewassers in der durch die Rohrschlange 14 oder durch die doppelwandige Ausbildung des Förderrohres 4 gebildeten Wärmetauschfläche Wärme entzogen wird als auch durch die unmittelbare Verdampfung des restlichen Wassers nach der Einspeisung durch die Einspeisöffnungen 4a in die im Förderrohr 4 befindliche Salzschmelze. Da für den Wärmeentzug die gesamte Verdampfungswärme des Wassers ausgenützt wird, sind zur Kühlung nur kleine Wassermengen erforderlich, so daß selbst im Falle einer Beschädigung an den Wärmetauschflächen nicht die Gefahr einer Explosion besteht. Die Verwendung von Wasser zur Wärmeübertragung und Umwälzung der Salzschmelze ist auf Grund des voranstehend geschilderten Verfahrens nicht nur preiswert und gefahrlos, sondern ergibt darüber hinaus die Möglichkeit, das mit Salz behaftete behandelte Gut zu spülen, um Salzverluste zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen einer aufheizbaren Salzschmelze für die Wärmebehandlung von stetig oder periodisch zugeführtem Gut, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzschmelze durch Einleiten von mindestens teilweise verdampftem Wasser umgewälzt und durch den Wärmeentzug zum Verdampfen des gesamten Wassers gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf durch Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel kondensiert und das zum Spülen des behandelten Gutes verwendete Kondensat einschließlich des abgespülten Salzes erneut in die Salzschmelze eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Salzschmelze durch Verändern der eingeleiteten Wassermenge geregelt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem beheizbaren Behandlungsgefäß für die Salzschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß in das Behandlungsgefäß (1) ein Förderrohr (4) eingetaucht ist, das in der Nähe seines unteren Endes mit Einspeisöffnungen (4a) versehen und mit seinem oberen Ende an ein Entspannungsgefäß (5) angeschlossen ist, welches über eine Rückführleitung (6) mit dem Behandlungsgefäß (1) verbunden ist, und daß das Entspannungsgefäß (5) über eine Dampfleitung (7) mit einem gekühlten Kondensator (8) verbunden ist, dessen Kondensatleitung (9) an mindestens ein Sammel- oder Spülgefäß (10) für das behandelte Gut angeschlossen ist, welches über eine mit einer Speisepumpe (11) versehene Speiseleitung (12) mit einem im Behandlungsgefäß (1) befindlichen Wärmetauscher verbunden ist, der an die Einspeisöffnungen (4a) des Förderrohres (4) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speiseleitung (12) ein Regelventil (13) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher als Rohrschlange (14) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderrohr (4) durch ein Mantelrohr (19) und eine im Ringraum zwischen dem Förderrohr (4) und dem Mantelrohr (19) angeordnete Führungswendel (20) als Wärmetauscher ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (6) etwa tangential im Behandlungsgefäß (1) mündet.