Рекомендуемые и максимально допустимые температуры работы

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 1200–1250^оС.

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 1250^oС) 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 1200^оС, 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 1510^оС), 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 1000^оС, практически невозможен.

Хромаль магнитен, ржавеет, при температуре выше 1000^оС 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 1100^оС.

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 нагревателе й [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 700–1000^оС.

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

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒