Материалы для нагревательных элементов электропечей сопротивления
Нагревательные элементы электрических печей сопротивления работают в очень тяжелых условиях и поэтому они прежде всего должны быть жаростойкими с тем, чтобы не окисляться при высокой температуре, и достаточно жаропрочными с тем, чтобы не деформироваться при высокой температуре под действием, по крайней мере, собственного веса.
Нагреватели не должны расти со временем, так как это приводит к необходимости предусматривать конструктивные меры для предотвращения их удлинения. Из металлических материалов для нагревателей обычно изготовляют ленту и проволоку различных сечений, навивают спирали и т. д. Отсюда следует, что материалы для нагревателей должны быть механически обрабатываемыми к хорошо соединяться посредством сварки.
Определенным требованиям должны отвечать и электрические свойства материалов для нагревательных элементов: они должны обладать большим электрическим сопротивлением, чтобы обеспечить небольшие размеры нагревателей и их удобное размещение в печи; малым температурным коэффициентом увеличения электрического сопротивления. Поэтому большинство материалов для нагревателей представляет собой сплавы, так как их электрическое сопротивление увеличивается с ростом температуры гораздо меньше, чем сопротивление чистых металлов.
Металлические материалы
Основными металлическими материалами для нагревательных элементов, специально разработанными для этой цели и поэтому в максимальной степени удовлетворяющими предъявляемым к ним требованиям, являются хромоникелевые сплавы, известные под названием двойные и тройные нихромы. В состав двойных сплавов входят в основном никель и хром, содержание железа в них очень мало (до 3 %).
Добавление железа в сплав несколько улучшает его обрабатываемость и существенно снижает стоимость, но повышает температурный коэффициент увеличения электрического сопротивления и значительно снижает жаростойкость. Двойные сплавы могут работать при температурах до 1150—1200°С, тройные до 1000 °С. Нихром обладает хорошими механическими свойствами и довольно легко обрабатывается. Электрические свойства нихрома вполне удовлетворительные: его удельное сопротивление велико, температурный коэффициент увеличения электрического сопротивления мал, ему не присущи явления старения и роста. Так,, электрическое сопротивление различных нихромов возрастает на 3—10 % при нагреве до максимальной рабочей температуры.
Железохромоалюминиевые сплавы, не содержащие дорогого и дефицитного никеля, обладают достаточно высокой жаропрочностью и их удельное сопротивление почти не зависит от температуры. Сплав Х23Ю5 имеет максимальную рабочую температуру 1200 °С, а сплав Х27Ю5Т 1300 °С. Но железохромоалюминиевые сплавы очень непрочны и хрупки, особенно после нескольких нагревов, а в процессе службы они удлиняются (иногда на 30—40 %) и деформируются. При температурах свыше 1100 °С эти сплавы чувствительны к оксидам железа и кремнезему, разрушающим защитную пленку из оксидов алюминия и хрома. Поэтому футеровка печей в местах соприкосновения с нагревателями из этих материалов должна быть выполнена из чистых высокоглиноземистых материалов.
Хромоникелевые и железохромоалюминиевые сплавы для изготовления нагревательных элементов выпускают в виде холоднотянутой и горячекатаной проволоки диаметром 0,5—14 мм, а также в виде ленты с размерами поперечного сечения от 1´10 до 4´40 мм.
Металлические нагревательные элементы для высокотемпературных Промышленных печей выполняют из чистого молибдена (до 1700 °С) и вольфрама (до 2500°С). Эти материалы могут работать только в вакууме или в аргоне и водороде. Нагревательные элементы из молибдена допускают контакт только с чистыми высокоглиноземистыми огнеупорами, а элементы из вольфрама используются исключительно в вакуумных печах с экранной теплоизоляцией.
Молибден и вольфрам для электронагревателей выпускают в виде проволоки, листов и сетки. Электрическое сопротивление вольфрама и молибдена возрастает почти в 10 раз при нагреве до максимальной рабочей температуры. Основной трудностью в связи с применением этих металлов является их плохая обрабатываемость и свариваемость.
Неметаллические материалы
К неметаллическим нагревателям относят карборундовые стержня и трубки диаметром б—30 мм, известные под названием силит и глобар. Они отличаются друг от друга конструктивным исполнением и технологией изготовления. Карборундовые нагреватели выдерживают температуру до 1500 °С в окислительной среде.
Силитовые и глобаровые стержни в нагретом состоянии очень хрупки и малопрочны. Они чувствительны к быстрому нагреву, с изменением температуры заметно уменьшают удельное сопротивление (практически в два раза при нагреве до 1400°С). Эти нагреватели стареют в процессе работы, причем их сопротивление при этом увеличивается на 20—25%. Поэтому печи с карборундовыми нагревателями должны обязательно снабжаться ступенчатыми трансформаторами, позволяющими регулировать подводимое к ним напряжение. Срок службы карборундовых нагревателей составляет 1000—1200 ч при 1400°С и возрастает в 2—3 раза при снижении рабочей температуры до 1300—1350 °С.
Неметаллическим материалом для нагревателей является также ди-силицид молибдена МоБіг, нагреватели из которого могут работать до 1680 °С в окислительной среде или атмосфере углекислого газа. Применять эти нагреватели для работы в вакууме или атмосфере водорода не рекомендуется. Нагревательные элементы из дисилицида молибдена выпускают в виде стержней и U-образных элементов с диаметром рабочей части 6 мм. Удельное электрическое сопротивление этих нагревателей также сильно зависит от температуры и возрастает примерно в 12 раз при нагреве до 1600 °С. Поэтому питание печей с такими нагревателями осуществляют только через ступенчатые трансформаторы, допускающие регулирование вторичного напряжения в очень широких пределах.
Графит широко применяется для изготовления нагревательных элементов, особенно для работы в вакууме или аргоне. Из графита выполняют нагреватели в форме стержней диаметром 5, 20 и 40 мм, пластин и трубок. Этот материал сравнительно дешев, хорошо обрабатывается и.надежно и долго служит при температуре до 2100°С в вакууме. Его удельное сопротивление сравнительно мало изменяется с температурой, возрастая на 10—12 % при нагреве до 2100°С.
Дата добавления: 2015-11-10; просмотров: 5458;