8-900-374-94-44
Муфельные печи электрические обязательно имеют в своей конструкции нагревательный элемент. Выполненный из нихрома или фехраля, он отвечает за функциональность всей системы. Без этой детали работа оборудования просто невозможна. Изготавливают нагреватели исключительно из качественных и долговечных материалов.
Фехраль и нихром – это два наиболее распространенных сплава для изготовления нагревателей
Нагреватели для муфельных печей: требования к материалам изготовленияЕсли Вы сомневаетесь, фехраль или нихром, что лучше подойдет в качестве основы для нагревателя муфельной печи, рассмотрите их характеристики. Каждый из них имеет разные показатели:
В таком случае появляется возможность установить нагреватель из нихромовой проволоки внутри конструкции. Большого пространства для этого не потребуется.Промышленный сушильный шкаф должен иметь очень качественную конструкцию, в том числе, обладать надежным нагревательным элементом
Отличия фехраля и хрома: что выбрать как основу нагревателяНихромовые и фехралевые нагреватели являются лучшими для муфельных электропечей.
Но и они имеют между собой некоторые отличия
Среди достоинств материала:
Есть у этого сплава и некоторые недостатки, среди которых:
Особенности фехралиЧтобы печь гарантировано давала нужный результат в обработке материалов, не забудьте предварительно провести расчет нихромовой проволоки для нагревателя.
Многокомпонентный состав имеет такие позитивные характеристики как:
Некоторые нагреватели для муфельных печей из фехрали способны работать даже при температуре 1400 градусов. Важно, чтобы их диаметр был не менее 6-ти миллиметров
К недостаткам стоит отнести:
Нихромовый нагреватель наиболее часто используется в конструкциях оборудования для обжига и сушки. Нередко его можно встретить и в основе водонагревателей и электроплит. Высокопроизводительными считаются лабораторные сушильные шкафы с нихромовыми нагревателями.
Лабораторная низкотемпературная печь – это оборудование для максимально точной термообработки
Фехралевые пластины и проволоки востребованы в разработке систем, работающих с температурными режимами до 1400 градусов.
Их активно применяют в сфере высокоглиноземной керамики.
Стоимость муфельной печи напрямую зависит от особенностей элементов ее сборки. Важную роль в формировании цены имеет и материал нагревателя. Ключевое отличие фехраль от нихрома в том, что обойдется соединение железа, хрома и алюминия в 3-5 раз дешевле, чем то, где есть никель.
Не стоит спешить при выборе сплава. Для начала просчитайте:
Только после этого стоит принимать решение о покупке. Не стоит гнаться за более низкой ценой. Если нагреватель будет быстро изнашиваться, его постоянные замены и перебои при эксплуатации прибора обойдутся значительно дороже.
Купить муфельные печи с качественными нагревателями, Вы всегда можете в компании «Лабор». Мы подберем для Вас идеальное решение «под ключ», которое будет надежным и долговечным.
Цель статьи. Рассмотреть особенности, достоинства и недостатки металлических электронагревателей из сплавов с высоким омическим сопротивлением для промышленных электропечей. В статье рассматриваются варианты применения различных сплавов для металлических нагревателей: достоинство и недостатки, а также какая форма металлического нагревателя самая эффективная.
Данная статья поможет потенциальным заказчикам электропечей определить оптимальный сплав и форму нагревателей для решения своих термических задач.
В данной статье не рассматриваются специфические и специальные нагреватели, в вариантах применения которых нет альтернатив. Например, закрытые электронагреватели (ТЭНы), карбидкремниевые нагреватели или иные нагреватели для решения узких задач.
Одним из наиболее значимых элементов в электропечи являются непосредственно источники выделения тепла, это электрические нагреватели.
Нагреватели из проволоки, прежде всего, должны иметь высокую жаростойкость (способность сплава не менять своих при высоких температурах), а также не менять свою геометрию.
В зависимости от рабочей температуры, в печах рекомендуется применять различные материалы.
В случае рабочей температуры до 1000°С, можно применять любые сплавы.
В случае нагрева на более высокие температуры, применяют, преимущественно, фехраль. На практике, как правило, чем выше допустимая
температура применения сплава, тем дороже материал.
| Наименование (марка) сплава | Температура плавления, °С | Макс. температура применения, °С | |
|---|---|---|---|
| Нихром GS-40(Х20Н30СЮ-Н-ВИ) | 1390 | 1000 | 250-350 |
| Нихром Х20Н80-Н | 1400 | 1080 | 650-760 |
| Нихром Х27Н70ЮЗ | 1400 | 1150 | 645-755 |
Фехраль, «Еврофехраль. GS-23-5» | 1500 | 1280 | 510-610 |
| Фехраль Х23Ю5Т | 1500 | 1300 | 530-640 |
| Фехраль «Суперфехраль GS-SY | 1500 | 1300 | 470-572 |
| Фехраль «Kanthal A1» | 1500 | 1350 | 445 |
| Фехраль «Kanthal APM» | 1500 | 1400 | 455 |
Нагреватель должен обладать высоким электрическим сопротивлением. Чем выше значение сопротивления
проводника, тем больше сплав может сопротивляться прохождению тока и, тем меньшей длины его необходимо
что бы нагреться на одинаковую температуру. Чем больше сечение проводника тем больший ток способен
проводить материал до достижения необходимого нагрева.
На практике, материалы с очень высоким электрическим
сопротивлением применяют двух типов: железохромоалюминиевые и никель-хромовые сплавы. Если в печи необходимо
разместить максимально возможную мощность при остальных равных условиях, тогда выбирают фехраль.
| Наименование (марка) сплава | Эл. Сопротивление, Ом/мм2 при 20°С |
|---|---|
| Нихром GS-40(Х20Н30СЮ-Н-ВИ) | 1,02-1,06 |
| Нихром Х20Н80-Н | 1,06-1,12 |
| Нихром Х27Н70ЮЗ | 1,06-1,12 |
| Фехраль Х23Ю5Т | 1,39-1,41 |
| Фехраль Х23Ю5Т | 1,39-1,41 |
| Фехраль «Еврофехраль GS-23-5», «Суперфехраль GS-SY» | 1,39-1,44 |
| Фехраль «Kanthal A1, AF | 1,41-1,45 |
| Фехраль «Kanthal APM» | 1,39-1,40 |
Материалы должны иметь хорошую пластичность, свариваемость, так как из них изготавливаются:
проволоки, ленты, сложной формы нагревательные элементы.
| Наименование и марка сплава | Диаметр проволоки, мм | Температура | Срок службы, ч не менее |
|---|---|---|---|
| Х20Н80, Х20Н80-Н | 6,0 и более | 1200 | 4000 |
| 3,0-6,0 | 2000 | ||
| 1,5-3,0 | 1100 | 2000 | |
| 1,0-1,5 | 1000 | 800 | |
| Х15Н60, Х15Н60-Н | 6,0 и более | 1125 | 4000 |
| 3,0-6,0 | 1075 | 2000 | |
| 1,5-3,0 | 1000 | 2000 | |
| 1,0-1,5 | 1000 | 800 | |
| «Еврофехраль GS-23-5» «Суперфехраль GS-SY» | 6,0 и более | 1200 | 4000 |
| 3,0-6,0 | 1150 | 2000 | |
| 1,5-3,0 | 1100 | 2000 | |
| 1,0-1,5 | 1100 | 800 | |
| «Kanthal AF» «Kanthal A1», | 6,0 и более | 1300 | 3000 |
| 3,0-6,0 | 1200 | 3500 | |
| 1,5-3,0 | 1150 | 2000 | |
| 1,0-1,5 | 1100 | 1500 |
Все эти сплавы обладают теми характеристиками, о которых писалось выше.
Например, высокая жаростойкость обеспечивается благодаря
образовывавшейся пленке на поверхности из окиси хрома.
| Достоинства нихрома | Недостатки нихрома |
|---|---|
| Высокие механические свойства при любых температурах имеет прекрасную свариваемость, не стареет, немагнитный, криптоустойчив | Дороже чем фехраль |
| Гибкий, пластичный и хорошо обрабатывается, позволяет многократно свариваться | Рабочая температура ниже, чем у фехрали |
| Достоинства фехрали | Недостатки фехрали |
|---|---|
| Имеет более низкую цену чем нихром, так как нет в его составе дорогого никеля | Сплав более хрупкий, особенно при температурах около 1000 °С и больше. Практически не деформируется в холодном состоянии. |
| Фехрали имеет лучшую жаростойкость чем нихромы | Низкое сопротивление ползучести. При нагреве фехралевая проволока больше удлиняется. |
| Большее удельное сопротивление позволяет увеличить сечение нагревателя относительно фехрали | Сплав является магнитный, так как имеет в составе железо. Фехраль также ржавеет во влажной среде. Взаимодействует с некоторыми видами футеровок |
Существуют материалы сочетающие свойства нихромов и фехралей, например сплав Х27Н70ЮЗ и Х15Н60ЮЗ.
Основой для этих сплавов являются нихром, жаростойкость которого повысили добавлением алюминия.
Железохромоникелевые сплавы содержат 3% алюминия. Этот элемент повышает жаростойкость материала.
Железохромоникелевые сплавы не хрупкие, прочны и превосходно обрабатываются. Рабочая температура может составлять 1200 °С.
Нагреватели из тугоплавких металлов и неметаллов Нагреватели на высокие температуры изготавливают из тугоплавких металлов, или из специфических материалов: уголь, дисилицид молибдена, графит, карборунд). Дисилицид молибдена и карборунд устанавливают на высокотемпературные печи. Графитовые и угольные нагреватели применяют в печах с защитной атмосферой.
В качестве тугоплавких металлов применяют тантал, молибден, ниобий, вольфрам. Нагреватели из молибдена устанавливают в вакууме до 1600°С или в защитной атмосфере до температуры 2200°С. Ограничения по молибдену связаны с испарением в вакууме при температуре 1700 °С и выше. Нагреватели из вольфрама способны работать при тем. до 3000 °С. Весьма редко для производства нагревателей используют ниобий и тантал.
Срок эксплуатации нагревателя зависит от факторов его окисления и угара, которые напрямую завися от его температуры.
Чем выше удельная мощность тем быстрее поверхность нагревателя окислится и прогорит. При проектировании электропечей
конструктивно задаются удельной мощностью в пределах 3-6 Вт на см2 поверхности нагревателя.
Оптимальным, с точки зрения эксплуатационного расхода материала, являются следующие соотношения.
| Форма нагревателя | Эскиз нагревателя | Рекомендуемый диапазон соотношений диаметра (сечения) и шага |
|---|---|---|
| Спираль проволока | t/d=1,4÷2,6 | |
| Зигзаг проволока | e/d=2,5÷4,5 | |
| Зигзаг лента | t/B=3,2÷4,8 e/B=1,4÷2,6 |
Если предположить что некий идеальный нагреватель имеет форму в виде двух сплошных бесконечных прямых, тепловые потери которого равны нулю,
теплоизоляция на него не влияет, то его допустимую мощность можно выразить как Wид.
Нагреватель, установленный в печи, будет иметь ряд
ограничений и отличаться от идеального (Wид) на величину поправочных (ограничивающих) коэффициентов, которые напрямую влияют на его
жизнестойкость и зависят от формы и размещения.
W= Wид*αэф*αг*αс*αр (1)
Для определения наиболее приближенной формы и варианта размещения (крепления) нагревателя рассчитаем различные показатели.
| Форма нагревателя | αэф | Минимальные относительные межвитковые расстояния (t/d, e/d,) |
|---|---|---|
| Проволочный зигзаг | 0,68 | 2,75 |
| Ленточный зигзаг | 0,4 | 0,9 |
| Проволочная спираль висит на керамической трубке | 0,32 | 2,0 |
Графики значения коэффициента шага нагревателя αг для различных вариантов нагревателей.
Коэффициент αг определим для минимально допустимого межвиткового расстояния (рекомендуемого в табл. 7) по соответствующему графику.
| Форма нагревателя и вариант крепления | Значение коэффициента αг |
|---|---|
| Спираль на керамической трубке, при отношении шага к диаметру: t/d= 2,0 | 1,05 |
| Проволочный зигзагобразный нагреватель на крючке при отношении шага к диаметру: e/d= 2,75 | 1,0 |
| Ленточный зигзагобразный нагреватель на крючке при отношении шага к ширине ленты: e/в= 0,9 | 0,95 |
Вариант проволочной спирали на полочке не рассматриваем из за самого низкого коэффициента излучения и
соответственно редко применяемой схемы размещения нагревателя.
Если в качестве примера возьмем за образец допустимую удельную мощность идеального нагревателя с величиной, Wид=10Вт/см2. По формуле (1) рассчитаем допустимую удельную мощность различных схем нагревателей.
| Вариант нагревателя и его тип | Значение допустимой удельной мощности W, Вт/См2 |
|---|---|
| Нагреватель из проволоки в виде спирали на керамической трубке | W= 10*0,32*1,05=3,36 |
| Нагреватель из проволоки в виде проволочного зигзага | W= 10*0,68*1,0=6,8 |
| Нагреватель из ленты в виде зигзага | W= 10*0,4*0,95=3,8 |
Удельную допустимую мощность нагревателя, в виде проволочного зигзага, можно устанавливать практически в два раза больше
чем для вариантов нагревателей в виде спирали или ленточного зигзага.
Наиболее приближенной формой нагревателя к максимально допустимому по удельной мощности нагревателя является проволочный зигзаг. Самым эффективным материалом для нагревателей, в диапазоне температур до 1050°С, являются сплав нихром и фехраль в равных значениях, для температур выше 1050°С фехраль являются более предпочтительными.
Готовые металлические нагревательные элементы, изготовленные из проволоки или ленты из сплавов железо-хром-алюминий Kanthal или сплавов никеля-хрома Nikrothal для температуры элемента от 50 до 1200 °C Типы элементов.
е. элементы пучковых стержней и клеточные элементы)Сплавы Kanthal и Alkrothal FeCrAl характеризуются высоким удельным сопротивлением и способностью выдерживать высокие поверхностные нагрузки. Их можно использовать при максимальной температуре элемента 1425°C (2600°F).
Сплавы на основе NiCr характеризуются очень хорошими механическими свойствами в горячем состоянии, а также хорошими свойствами окисления и коррозии. Они подходят для температур элементов до 1250°C (2282°F).
Использование сплавов Kanthal FeCrAl вместо сплавов NiCr приводит как к снижению веса, так и к увеличению срока службы элементов, что приводит к значительной экономии средств.
| Марка | Максимальная непрерывная рабочая температура | Удельное сопротивление при 20℃ Ом мм2м-1 / 68℉ Ом/см |
|---|---|---|
| FeCrAl сплавы | ||
| Кантал АРМ | 1425℃(2600℉) | 1,45/872 |
| Кантал А-1 | 1400℃(2550℉) | 1,45/872 |
| Канталь AF | 1300℃(2370℉) | 1,39/836 |
| Кантал Д | 1300 ℃ (2370 ℉ | 1,35/812 |
| Алкротал | 1100℃(2010℉) | 1,25/744 |
| Никель-хромовые сплавы | ||
| Никротал 80 | 1200℃(2190℉) | 1. 09/255 |
| Никротал 70 | 1250 ℃ (2280 ℉) | 1.18/709 |
| Никротал 60 | 1150℃(2100℉) | 1.11/668 |
| Никротал 40 | 1100 ℃ (2010 ℉) | 1,04/626 |
Перейти к основному содержанию
В основном сплавы сопротивления представлены двумя марками — нихром и кантал. Никель-хромовый или нихромовый сплав был открыт сто лет назад, и вскоре его начали использовать в качестве нагревательного материала в промышленных печах, а также в бытовом оборудовании.
В 30-х годах был открыт новый резистивный нагревательный элемент из сплава железо-хром-алюминий с повышенным ресурсом и более высокой температурой обработки по сравнению с нихромом. Оба резистивных сплава обладают своими важными свойствами и предлагаются в различных формах, таких как проволока, полоса, лента, стержень и т. д.
Кантал превосходит нихром по функциональности и сроку службы, поэтому рекомендуется в качестве стандартного сплава для нагревательных элементов для использования в промышленных печах. Существенными преимуществами, полученными от нагревательной проволоки из кантала , являются более высокий предел максимальной температуры 1425 ° C или 2280 ° F с увеличенным сроком службы. Он способен работать при большей поверхностной нагрузке, предлагая более высокое удельное сопротивление, чем нихром, и низкую плотность. Он не образует отслаивающий оксид, который рискует соединиться с вновь изготовленными элементами, а также с печью или вызвать выход из строя цепи, что приведет к повреждению печи.
Kanthal широко рекомендуется для применения в печах из-за низкого расхода материала и экономичной обработки. Ниже показано, чем кантал лучше нихрома:
Kanthal APM представляет собой резистивный элемент, который используется для улучшения характеристик материалов при высоких температурах в условиях, когда традиционные сплавы не обеспечивают ожидаемых характеристик. Этот провод сопротивления kanthal полезен в новых приложениях металлических элементов, в которых нельзя использовать традиционные сплавы сопротивления.
Преимущество выбора канталовых материалов заключается в том, что они обеспечивают более стабильную и стабильную работу в качестве нагревательного элемента. Им требуется меньшая поддержка, и они вызывают незначительные изменения сопротивления при использовании при высоких температурах. Долгий срок службы. Kanthal также обеспечивает особую защиту почти во всех средах, а также в агрессивных средах.
