нагревателей в зависимости от условий эксплуатации [7]
Материал нагревателя | Рекомендуемая температура, °С | Максимально допустимая температура, оС | ||
Непрерывный режим работы | Прерывистый режим работы | Непрерывный режим работы | Прерывистый режим работы | |
Нихром: Х20Н80, 20Н80Т, ХН70Ю | ||||
Ферронихром: | ||||
Х15Н60 | ||||
Х25Н20, Х23Н18 | ||||
Фехраль: | ||||
Х13Ю4, Х15Ю5 | ||||
Хромаль: | ||||
Х23Ю5 | ||||
Х27Ю5Т | ||||
Ниобий | – | – | – | |
Молибден: | ||||
в вакууме | – | – | – | |
в защитной атмосфере | – | – | – | |
Вольфрам | – | – | – | |
Карборунд | 1300–1500 | |||
Силит | 1250–1300 | |||
Дисилицид молибдена | 1200–1600 | – | 1550–1680 | |
Графит | – | – | – |
В табл. 9 приведены значения температур для проволоки из металлических сплавов с диаметром 3 мм. При использовании нагревателей диаметром более 6 мм максимально допустимая температура может быть увеличена на 50°С, а при уменьшении диаметра нагревателя до 1 мм температура снижается на 50°С. Если диаметр нагревателя 0,2–0,4 мм, то максимально допустимую температуру следует принять на 100–200°С ниже табличной.
Предельная температура эксплуатации нагревателя зависит от атмосферы, в которой он работает. Поэтому, выбирая материал для нагревателя при конструировании печи сопротивления, кроме температурного режима следует учитывать химический состав окружающей
Таблица 10
Сплавы, рекомендуемые для работы в специальных атмосферах [7]
Марка сплава | Предельные температуры использования в атмосфере, оС | ||||||||
Воздух | Вакуум,× 101–10–2 Па | Водяной пар | Аргон | Азот | Углерод и серасодержащие среды | Аммиак | Водород | Хлор, бром | |
Х20Н80-Н | – | – | – | – | |||||
ХН70Ю | – | – | – | – | – | – | |||
Х15Н60-Н | – | – | – | – | – | – | – | ||
Х15Н60Ю3А | – | – | – | – | – | – | – | ||
ХН60Ю3 | – | – | – | – | – | – | |||
ХН20ЮС | – | – | – | – | – | – | – | ||
Х15Ю5 | – | – | – | – | – | – | – | ||
Х23Ю5 | – | ||||||||
Х23Ю5Т | – | – | – | – | |||||
Х27Ю5Т | – | – | – | – | |||||
ОХ24Ю5Т-ВИ | – | – | – | – | – | – | – |
его среды.
В табл. 10 приведены рекомендуемые сплавы и их предельные температуры использования при работе в различных средах.
Металлические сплавы используют в качестве материала нагревателей до температур 1200–1250оС.
Нихром – это сплавы никеля и хрома. Промышленностью выпускаются сплавы, содержащие от 15 до 27% хрома. Наиболее широко распространен сплав, содержащий 20% хрома. Нихром сочетает высокую жаростойкость (до 1250oС) и значительное электрическое сопротивление (1,05–1,40 (Ом×мм2)/м), температура его плавления 1370–1420°С, плотность 8200–8400 кг/м3. Нихром достаточно пластичен в горячем и холодном состоянии, хорошо поддается сварке и обработке резанием. Полуфабрикаты из него изготовляют в основном в виде проволоки и ленты. Так как нихром имеет небольшой температурный коэффициент электрического сопротивления, то нагреватели из него не требуют изменения питающего напряжения в процессе разогрева печи и, следовательно, могут работать без специального трансформатора напряжения.
Нихром образует на поверхности защитную пленку из оксида хрома, что позволяет использовать его для работы в окислительной атмосфере. В атмосфере галогенов, а также в щелочной среде нихром неработоспособен. Нихром не магнитен. Основной его недостаток – относительно высокая стоимость.
Ферронихром – разновидность нихрома, в котором значительная часть никеля замещена железом, что способствует удешевлению и повышению технологической пластичности сплава. Жаростойкость ферронихрома до 1200оС, электрическое сопротивление до 1,30 (Ом·мм2)/м.
Хромаль – сплав железа с хромом и алюминием. Выпускают хромаль с содержанием хрома 23–27%, алюминия 5%. Хромаль отличается высокой жаростойкостью, высокой температурой плавления (до 1510оС), большим удельным электрическим сопротивлением (1,3–1,47 (Ом×мм2)/м) и малым температурным коэффициентом электрического сопротивления. Его плотность 7200 кг/м3. Хромаль более дешевый, чем нихром. Этот сплав удовлетворительно технологичен при комнатной температуре и при высоких температурах. Он более жаростоек в воздушной, сернистой средах, но становится хрупким и непрочным после нагрева, особенно выше 1000°С. Ремонт нагревателей, работавших при температуре выше 1000оС, практически невозможен.
Хромаль магнитен, ржавеет, при температуре выше 1000оС взаимодействует с шамотной футеровкой и с оксидами железа. Для повышения срока службы нагревателей в восстановительных атмосферах их необходимо предварительно окислить работой на воздухе в течение 2–3 сут при 1100оС.
Фехраль – сплав на основе системы железо – хром – алюминий. Температура плавления 1455°С, удельное электрическое сопротивление 1,18–1,34 (Ом×мм2)/м, плотность 7300 кг/м3. Фехраль уступает по жаростойкости хромалю, однако значительно дешевле его и обладает более высокой технологической пластичностью при горячем и холодном деформировании.
Для выводов нагревателей в зависимости от температуры их работы рекомендуют материалы, представленные в табл. 11.
Можно применять для выводов те же материалы, что и для нагревателей, но это не всегда экономически выгодно. Диаметр вывода должен быть выбран так, чтобы его сечение превышало сечение самого нагревателя не менее чем в 3 раза.
Таблица 11
Сплавы, рекомендуемые для изготовления выводов нагревателей [7]
Температура, оС | Материал сплава | Рабочая атмосфера |
До 700 | 12Х13 | Воздух, N2, NH3, H2S, углеродсодержащая |
800–1200 | Х25Ю5 | Воздух, N2, H2S, углеродсодержащая |
1200–1350 | Х27Ю5Т | – |
900–1000 | 20Х23Н13 | Воздух, N2, NH3 |
1000–1100 | 20Х25Н20С2 | – |
Нагреватели, состоящие их отдельных секций, и элементы выводов с нагревателями между собой сваривают. При этом следует учитывать, что в местах нагрева железохромоалюминиевые сплавы становятся хрупкими. В связи с этим при их транспортировке или установке в печи возможны поломки.
Гибка нагревателей должна производиться плавно, без рывков. Для увеличения пластичности хрупких сплавов нагреватели гнут с подогревом либо газовой горелкой, либо пропусканием через них электрического тока, используя напряжение 5–10 В. Рекомендуемая температура во время гибки 700–1000оС.
1.3.5.2. Конструкции металлических нагревателей.На рис. 6 приведены возможные конструкции металлических нагревателей.
Рис. 6. Конструкции металлических нагревателей: а – проволочный
зигзагообразный; б – ленточный зигзагообразный; в – проволочный спиральный; H – высота зигзага; d – диаметр проволоки; e – расстояние между осями зигзага;
а и b – ширина и высота ленты соответственно; t – шаг спирали; D – высота
спирали; B – расстояние между витками спирали
Проволочные спиральные нагреватели, как правило, располагаются на керамических полочках, в керамических плитах с пазами или на керамических трубках. При конструировании таких нагревателей следует учесть, что отношение шага спирали t к диаметру проволоки d должно быть не менее 2. Максимальные отношения D / d приведены в табл. 12. При изготовлении спиральных нагревателей необходимо тщательно следить за равномерностью навивки, так как в местах сгущения витков будут значительные перегревы нагревателя, что ведет к снижению срока его службы.
Таблица 12
Максимальное отношение D / d для спиральных нагревателей
Температура нагревателя,оС | Хромоникелевые сплавы | Железохромоалюминиевые сплавы |
– |
Проволочные зигзагообразные нагреватели рекомендуют крепить в специальных керамических плитках (при d = 4–7 мм) либо подвешивать на металлических жароупорных или керамических крючках (штырях), если d > 7 мм.
Максимальная высота зигзага Н для различных типов конструкции нагревателей приведена в табл. 13.
Таблица 13