електропечей опору
Нагрівальні елементи мають найвищу температуру печі і, зазвичай, визначають працездатність установки загалом.
До цих матеріалів пред'являються такі вимоги:
1. Достатня жаростійкість (окалиностійкість).
2. Достатня жароміцність - механічна міцність при високих температурах, необхідна для того, щоб нагрівачі могли підтримувати себе.
3. Велике питоме електричний опір. Чим менший питомий електричний опір, тим більша довжина нагрівача і менше його поперечний переріз. Переріз нагрівача має бути досить великим для забезпечення необхідного терміну служби. Довгий нагрівач не завжди можна розмістити в печі. Таким чином, бажано, щоб матеріали нагрівальних елементів мали високе значення питомого електричного опору.
4. Мінімальний температурний коефіцієнт опору. Ця вимога повинна виконуватися для того, щоб потужність, що виділяється нагрівачами в гарячому та холодному станах, була однаковою або незначною. Якщо температурний коефіцієнт опору великий, для включення печі в холодному стані доводиться використовувати трансформатори, що дають початковий момент знижену напругу.
5. Постійність електричних властивостей. Деякі матеріали, наприклад карборунд, з часом старіють, тобто збільшують електричний опір, що ускладнює умови їх експлуатації. Потрібні трансформатори з великою кількістю щаблів та діапазоном напруг.
6. Оброблюваність. Металеві матеріали повинні мати пластичність і зварюваність, щоб з них можна було виготовити дріт, стрічку, а з останніх - складні по конфігурації нагрівальні елементи. Неметалічні нагрівачі пресуються або формуються, щоб нагрівач являв собою готовий виріб.
Основними матеріалами для нагрівальних елементів є сплави на основі заліза, нікелю, хрому та алюмінію.
Це насамперед - хромонікелеві, а також залізохромоалюмінієві сплави. Властивості та характеристики цих сплавів представлені у .
Подвійні сплави складаються з нікелю та хрому (хромонікелеві сплави), потрійні – з нікелю, хрому та заліза (залізохромонікелеві сплави). Потрійні сплави - розвиток хромонікелевих сталей, оскільки Х23Н18, Х15Н60-Н застосовуються приблизно до 1000°С.
Подвійні сплави – це, наприклад, Х20Н80-Н. Вони утворюють на поверхні захисну плівку з окису хрому. Температура плавлення цієї плівки вища, ніж самого сплаву; плівка не розтріскується при нагріванні та охолодженні. Ці сплави мають хороші механічні властивості як при низьких, так і за високих температур, вони крипостійкі, пластичні, добре обробляються, зварюються.
Хромонікелеві сплави мають задовільні електротехнічні властивості, не старіють, немагнітні. Основний недолік - висока вартість і дефіцитність, в першу чергу нікелю. Тому були створені залізохромоалюмінієві сплави, що містять залізо, хром та до 5% алюмінію. Ці сплави можуть бути більш жаростійкими, ніж хромонікелеві, тобто можуть працювати до 1400 ° С (наприклад, сплав Х23Ю5Т). Однак ці сплави досить тендітні і неміцні, особливо після перебування при температурі, більшій за 1000°С. Тому після роботи нагрівача в печі його не можна вийняти та відремонтувати. Дані сплави магнітні, можуть іржавіти у вологій атмосфері за нормальної температури. Вони мають низький опір повзучості, що має бути враховано при конструюванні їх нагрівачів. Недоліком цих сплавів є також їх взаємодія з шамотним футеруванням та оксидами заліза. У місцях зіткнення цих сплавів з футеровкою при температурі експлуатації вище 1000°С футеровка повинна бути виконана з високоглиноземистої цегли або покрита спеціальною високоглиноземистою обмазкою. Під час експлуатації ці нагрівачі істотно подовжуються, що також повинно бути враховано при конструюванні. можливість їхнього подовження.
Представниками цих сплавів є Х15Ю5 (температура застосування близько 800°С); Х23Ю5 (1200 ° С); Х27Ю5Т (1300°С) та Х23Ю5Т (1400°С).
Останнім часом розроблені сплави типу Х15Н60Ю3 і Х27Н70ЮЗ, тобто з додаванням 3% алюмінію, що значно покращило жаростійкість сплаву, а наявність нікелю практично виключило недоліки, що є у залізохромо-алюмінієвих сплавів.
Сплави Х15Н60ЮЗ, Х27Н60ЮЗ не взаємодіють з шамотом і окислами заліза, досить добре обробляються, механічно міцні, некрихкі.
У високотемпературних печах використовуються неметалеві нагрівачі: карборундові та з дисіліциду молібдену.
Для печей із захисною атмосферою та вакуумними використовуються вугільні та графітові нагрівачі. Нагрівачі в цьому випадку виконуються у вигляді стрижнів, труб та пластин.
У високотемпературних вакуумних печах та печах із захисною атмосферою застосовуються нагрівачі з молібдену та вольфраму. Нагрівачі із молібдену у вакуумі можуть працювати до 1700°С, а у захисній атмосфері – до 2200°С. Температура застосування у вакуумі нижче, що пояснюється випаровуванням молібдену. Нагрівачі із вольфраму можуть працювати до 3000°С.
В окремих випадках застосовуються нагрівачі з ніобію та танталу.
Нагрівальні елементи більшості промислових печей виконуються або зі стрічки або з дроту (рис. 3.4 – 3.7). Зазвичай виготовлення нагрівачів промислових печей застосовується дріт діаметром від до мм. Однак для печей з робочою температурою і вище слід брати дріт діаметром менше мм. Співвідношення між кроком спіралі та її діаметром і діаметром дроту вибирають таким чином, щоб полегшити розміщення нагрівачів у печі, забезпечити достатню їх жорсткість і в той же час не утруднити надто тепловіддачу від них до виробів.
Спіральні нагрівальні елементи застосовуються для нагрівання гарячеканальних сопел, прес-форм, інжекторів, стрижнів, розподільних форсунок і т.д. Залежно від розміру перерізу поділяються на HCf та MCf. Виткові нагрівачі для гарячеканальних систем (ГКС) поставляються у випрямленому вигляді або в готовому стані з необхідним діаметром і розподілом на необхідну довжину.
Спіральні ТЕНи найкраще підходять для обігріву циліндричних форм і з'єднань. Незважаючи на невеликий діаметр, вони мають нагрівання великої потужності, забезпечуючи рівномірне нагрівання до 750°С. Нагрівальний провід найвищої якостіпоміщений усередину корпусу із нержавіючої сталі. Частини нагрівального елемента, що складають, проходять обтискання, що підвищує термін служби нагрівального елемента і дозволяє витримувати високі температури. Котушкові нагрівачі повністю герметичні, що запобігає попаданню твердих предметів, вологи, рідини.
Переваги:є можливість виготовлення будь-яких нестандартних розмірів або нестандартних потужностей спіралеподібних нагрівачів на замовлення. Якщо необхідно, здійснюємо навивку за техзавданням (завантажити).
У разі правильної експлуатації термін служби нагрівачів не обмежений.
Будова спірального нагрівального елемента
Основні характеристики стандартних складських позицій спіральних нагрівальних елементів
На замовлення можливе виготовлення спіральних нагрівачів з такими характеристиками
|
Переріз нагрівача |
Потужність при 230 В |
Загальна довжина в розпрямленому вигляді (включаючи довжину, що не обігрівається) |
Необорна довжина |
Мінімальний діаметр навіту |
|
1,8 х 3,2 мм |
150 – 700 Вт | 200-1000 мм | 40 мм | 8 мм |
| 150 – 1600 Вт | 265 -2015 мм | 65 мм | 8 мм | |
| 150 – 1600 Вт | 265 -2015 мм | 65 мм | 8 мм | |
| 175 – 400 Вт | 365 -765 мм | 65 мм | 6 мм | |
Діляться на відкриті та закриті. Перші представлені спіралями, які складаються з основи (керамічної або міканітової) з намотаним зверху дротом із спеціального матеріалу з хорошими електроізоляційними властивостями.
Компанія «Елемаг» як основа спіралі пропонує саме міканітові пластини, оскільки міканіт має ряд переваг:
- Надійна електроізоляція;
- Висока міцність на вигин та механічна стійкість кромок до кришення;
- Відсутність розшаровування та втрати механічних властивостей при нагріванні;
- Низькі показники абсорбції води, що дозволяють успішно використовувати міканіт навіть у середовищі з високою вологістю.
До матеріалу дроту нагрівальної спіралі висувається кілька вимог. Це низька окислюваність, тугоплавкість та великий питомий опір. Такі властивості має безліч матеріалів, наприклад, мідь. Однак, порівняно з іншими металами та їх сплавами, міді для виготовлення спіралі знадобиться в кілька разів більше (іноді до 10).
Тому зазвичай використовуються такі матеріали:
- Ніхром
- Фехраль
- Багатокомпонентні сплави на основі фехралі з лігуючими елементами (єврофехраль, суперфехраль і т.д.)
Ніхромові спіралі
З'явившись на початку століття, вона відразу завоювала широку популярність завдяки високому питому опору, жаростійкості та низькій ціні. На жаль, через прагнення заощадити, процентний вміст нікелю поступово знижувався, його замінювали залізом, в результаті чого дроти стали менш пластичними, ламкими і схильними до корозії, а тривалість експлуатації знизилася (при нормальному вмісті він становить 5-6 місяців).
Фехралеві спіралі
Використовуються в електропечах за температури до 1400°C. На відміну від нихромових, вони коштують у 3 рази менше, служать близько 2 років, мають більшу питому поверхневу площу та меншу щільність.
Багатокомпонентні сплави
Компанія "Елемаг" в обладнанні для обігріву використовує спіралі з багатокомпонентних сплавів. Це провідні виробники, такі як Kanthal, Rescal, а також Aluchrom. Надійні та витривалі спіралі французької фірми Рескал застосовуються в промислових печах та нагрівачах, які призначені для експлуатації у важких умовах за температури до 1200°С. А жароміцному дроту від бренду Кантал (Швеція), який є світовим лідером з виробництва нагрівальних систем, за якістю значно поступаються будь-які інші резистивні елементи.
Багатокомпонентні сплавитипу Fe-Cr-Al-Si-Mn-Zr-Ti-Y характеризуються наступними перевагами порівняно з ніхромом і звичайним фехралем:
- Більший термін експлуатації (наприклад, для Кантала він становить 10 років і більше) за помірною ціною;
- Найменша щільність матеріалу, що дозволяє заощадити до 17% ваги;
- Вищі показники питомого опору (1,39-1,45);
- Однорідність структури, найкраща якістьповерхні та висока пластичність (в 2 рази більше, ніж у звичайних фехралей);
- Чудова стійкість до повітря, вакууму, аргону, водяної пари;
- Хороша межа повзучості, що запобігає провисанню елементів;
- Низькі та стабільні показники ТКЕС;
- Відмінна «зварюваність» металу.
Передача тепла в нагрівальних спіралях здійснюється конвекцією та випромінюванням. Їхні основні переваги - це простота конструкції, помірна вартість, швидке нагрівання, а також легкість ремонту. Спіралі з дротом Кантал та Рескал широко застосовуються в промисловості:
- В складі
Існує кілька видів підігріву тандира. Сьогодні все більшого поширення набуває електричний спосіб, тому що він не вимагає придбання палива, не виділяє продуктів горіння, полегшує користування за піччю.
Згорнути
Нагрівання пристрою відбувається за допомогою розжарювання спіралей та наступної рівномірної тепловіддачі. У статті докладно розглядаються особливості тандирної спіралі. Ця інформація допоможе правильно вибрати та встановити нагрівальний елемент на піч.
Що таке спіраль для тандирів?
Спіраль – важливий елемент тандира, без нього пристрій не працюватиме. Прогрівається досить швидко. Дозволяє підтримувати необхідну температуру тривалий час, що особливо важливо, якщо готувати на печі доводиться цілий день.
Так виглядає спіраль
Робиться нагрівальний елемент із дроту з високим питомим опором електроструму. Довжина дроту досить велика, тому для зручності закручується витками. Спіралі можуть мати форму циліндрів або плоских змійовиків, забезпечувати контактні підведення. До печі нагрівачі кріпляться на керамічні або металеві основи із спеціальними теплостійкими вставками чи ізоляторами.
Призначення спіралі
Головна функція спіралі для тандира - розжарювання та подальше рівномірне розподіл жару. Для цього елемент повинен володіти якостями:
- Жаростійкість (не руйнуватися при високих температурах у тандирах).
- Високий опір струму (від цього залежить швидкість прогріву, температура, термін служби елемента).
- Постійність властивостей (не змінюється залежно та умовами середовища, тривалості експлуатації).
Види
Найпрактичнішими матеріалами для нагрівальних деталей є ніхромові та фехралеві сполуки. Розглянемо коротко їх особливості.
Ніхромові
Ніхромові спіралі робляться з Cr+Ni. Такий сплав дозволяє досягти прогріву пристрою до 1200 градусів. Відрізняється крипостійкістю, стійкістю до окиснення. Мінус – менший температурний режим у порівнянні з фехралевими металами.
Ціна на ніхромові вироби демократична. Наприклад, марка Х20Н80(20% хрому, 80% нікелю), що підходить під стандартна напруга 220 вольт буде коштувати 150-170 руб. за метр.
Фехраль
Фехраль – це поєднання хрому, заліза, алюмінію та титану. Матеріал відрізняється добрими показниками опору струму. Має підвищену жаростійкість: максимальна температура плавлення у спіралей з цього матеріалу досягає 1500 градусів.
Фехралева спіраль
Типи
При підборі нагрівального пристрою важливо звертати увагу не тільки на матеріал, а й на тип виробу: спіраль для тандира на 220 або 380 вольт має деякі відмінності.
220 В – це стандартна напруга для домашніх електромереж (тобто для підключення до звичайних розеток у квартирах та заміських котеджах). Допускається використання в невеликих ресторанах з низькою продуктивністю. За правилами безпеки до 220 вольт підключаються спіралі з потужністю 3,5-7 кіловат.
Потужний тандир не підключається до стандартної споживчої електромережі. Це призведе до згоряння нагрівача та замикання. Потрібне приєднання до промислової трифазної електромережі 380 вольт. Потужність кожної спіралі в тандирі у цьому випадку підвищується до 12 кіловат. Особливі вимоги до проводів, використаних у нагрівальних елементах: вони мають бути перерізом не менше ніж 4 мм.
Як правильно вибрати спіраль?
Габарити дроту, що використовується при створенні нагрівачів, визначаються потужністю тандира, напруги в електромережі та жаром, який повинен видаватись пічкою. Спочатку треба за формулою визначити силу струму: I = Р:U
- Р – технічна потужність печі.
- U - напруга в електромережі.
Наприклад, для печі 800 ват і напругою електромережі в 220 вольт, величина сили електроструму дорівнюватиме 3.6 ампер. Після заданих параметрів (температура і сила електроструму) у спеціальній таблиці шукаються відповідні габарити дроту.
Довжина дроту для спіралі розраховується за формулою l=RхS:ρ. Наприклад, при опорі 61 Ом, розміром перерізу 0.2 кв. мм та опорі 1,1 потрібно спіраль, зроблена з дроту довжиною 5.3 метра.
Монтажні роботи
Фахівці за монтаж нагрівальних елементів у печі беруть близько 2300-3000 руб. Якщо хочеться заощадити та встановити спіраль у тандир самостійно, то ось кілька важливих порад:
- Вертикально розміщувати нагрівальний елемент не варто. Розжарений дріт м'який, тому через силу тяжкості може прогнутися. Найкраще укладати її горизонтально.
- Не рекомендується встановлювати нагріватель впритул до теплоізоляційної цеглини – збільшується ризик перегріву. Між стінами печі та дротом робиться невелика «повітряна подушка»
- При встановленні треба розтягнути спіраль так, щоб усі витки знаходилися на невеликій відстані один від одного (фахівці радять відстань між кільцями в 1,5-2 рази більше, ніж діаметр дроту).
Альтернативний варіант: на дно тандира встановлюється тен (трубчастий електронагрівач, усередині якого знаходиться дротяна спіраль). Це зручний та безпечний варіант. Але як показує практика, прогрівання від тену буде повільнішимніж у випадку з відкритою спіраллю.
На фотографіях нижче показано кілька видів установки спіралі:
Приклад встановлення спіралі
Ще один спосіб
ТЕН замість спіралі
Висновок
Коректна та безпечна роботаТандира залежить від такого важливого елемента, як спіраль. При покупці готової печі або виготовлення пристрою своїми руками важливо вибрати відповідний матеріал, тип, розмір нагрівачі. Якщо немає впевненості у своїх силах та знаннях, вибір та монтаж пінних спіралей краще довірити фахівцям.
←Попередня стаття Наступна стаття →Ніхром був винайдений в 1905 Альбертом Маршем, який з'єднав нікель (80%) і хром (20%). Сьогодні є близько десяти модифікацій сплавів різних марок. Як додаткові легуючі домішки додається алюміній, марганець, залізо, кремній, титан, молібден і т. д. Завдяки своїм видатним якостям цей метал став широко використовуватися для виробництва електротехніки.
Основні якості ніхрому
Ніхром відрізняється:
- високою жаростійкістю. За високих температур його механічні властивості не змінюються;
- пластичністю, що дозволяє виготовляти зі сплаву ніхромові спіралі, дроти, стрічки, нитки;
- простотою обробки. Вироби з ніхрому добре зварюються, штампуються;
- високу стійкість до корозії у різному середовищі.
- опір ніхрому високий.
Основні властивості
- Щільність складає 8200-8500 кг/м3.
- Температура плавлення ніхрому – 1400 С.
- Максимальна робоча температура – 1100°С.
- Міцність – 650-700 МПа.
- ніхрому 1,05-1,4 Ом.
Маркування ніхромового дроту
Прекрасний матеріал для різних електронагрівальних елементів, що використовуються практично у всіх галузях промисловості. Майже кожен побутовий має елементи, виконані з ніхрому.
Букве маркування дроту:
- "Н" - використовується, як правило, в нагрівальних елементах.
- "С" - застосовується в елементах опору.
- «ТЕН» - призначається для
Згідно з вітчизняними стандартами, існують кілька основних марок:
- Подвійний дріт Х20Н80. До складу сплаву входить: нікель – 74%, хром – 23%, а також по 1% заліза, кремнію та марганцю.
- Потрійна Х15Н60. Сплав складається з 60% нікелю та 15% хрому. Третій компонент – залізо (25%). Насичення сплаву залізом дозволяє значно здешевити ніхром, ціна на який досить висока, і при цьому зберегти його жаростійкість. Крім того, підвищується його оброблюваність.
- Найбільш дешевий варіант ніхрому - Х25Н20. Це багатий на залізо сплав, в якому механічні властивості зберігаються, але робоча температура обмежена 900°С.
Застосування ніхрому
Завдяки своїм якісним та унікальним характеристикам ніхромові вироби можуть застосовуватися там, де потрібна надійність, міцність, стійкість до хімічно агресивного середовища та дуже високих температур.
Ніхромові спіралі та дріт є невід'ємною частиною практично всіх видів нагрівальних приладів. Нихром присутній у тостерах, пекарнях, обігрівачах, духовках. Сплав також знайшов застосування у резисторах та реостатах, що працюють при сильному нагріванні. Є ніхром і в електричних лампах і паяльниках. мають жаростійкість і значний опір, що дозволяє їх використовувати в сушіння і випалу.
Знаходить застосування і брухт ніхрому. Він переплавляється, і матеріал знову йде у справу. Сплав нікелю з хромом використовують у хімічних лабораторіях. Даний складне вступає в реакцію з більшістю лугів та кислот. Деформовані нагрівальні ніхромові спіралі застосовують в електронних сигаретах.
Порівняно з раніше використовуваним для цих цілей залізом, вироби з ніхрому безпечніші, не іскорять, не іржавіють, не мають оплавлених ділянок.
Температура плавлення ніхрому 1400 ° С, тому при приготуванні їжі не відчуваються сторонні запахи і гар.
Інженери досі досліджують унікальні властивості цього матеріалу, постійно розширюючи його застосування.
В домашніх умовах ніхромовий дріт використовується для виготовлення саморобного обладнання, електролобзиків і різаків, таких як, наприклад, дерева, паяльник, пристосування для випалювання по дереву, зварювальні апарати, побутові обігрівачі і т.д.
Найпопулярнішим вважається дріт Х20Н80 та Х15Н60.
Де можна придбати ніхромовий дріт
Реалізація цього товару проводиться в рулонах (бухтах, котушках) або ж у вигляді стрічки. Перетин ніхромового дротуможе бути у вигляді овалу, кола, квадрата, а також трапеції, діаметр становить від 0,1 до 1 міліметра.
Де ж взяти чи купити вироби з ніхрому? Пропонуємо розглянути найпоширеніші та можливі варіанти:
- Насамперед, можна звернутися до організації, що виготовляє цю продукцію та зробити замовлення. Дізнатися точну адресу таких підприємств можна у спеціальних довідкових за товарами та послугами, які є практично у всіх великих містахі населених пунктах. Оператор зможе підказати, де придбати, та дасть номер телефону. Окрім того, інформацію про асортимент такої продукції можна знайти на офіційних сайтах виробників.
- Купити ніхромові вироби можна в спеціалізованих магазинах, наприклад, радіодеталі, що продають, матеріал для майстрів типу « Вмілі руки" і т.д.
- Купити у приватних осіб, які торгують радіодеталями, запасними частинами та іншими металевими виробами.
- У будь-якому господарському магазині.
- На ринку можна придбати якийсь старий прилад, наприклад лабораторний реостат, і взяти ніхром.
- Ніхромовий дріт також можна знайти і вдома. Наприклад, саме з неї виготовлено спіраль електричної плитки.
Якщо необхідно зробити велике замовлення, то найбільше підійде саме перший варіант. Якщо потрібна невелика кількість дроту з ніхрому, у цьому випадку можна розглядати всі інші пункти списку. При покупці необхідно обов'язково звернути увагу на маркування.
Навивка ніхромової спіралі
Сьогодні ніхромова спіраль є одним з основних елементів багатьох нагрівальних приладів. Після остигання ніхром здатний зберігати свою пластичність, завдяки чому спіраль з такого матеріалу можна легко зняти, змінити її форму або при необхідності підігнати під відповідний розмір. Намотування спіралі в промислових умовах здійснюється автоматичним шляхом. У домашніх умовах можна здійснити також ручну намотування. Розглянемо докладніше, як це зробити.
Якщо не надто важливі параметри готової ніхромової спіралі в її робочому стані, при намотуванні можна зробити розрахунок, так би мовити, «на око». Для цього слід підібрати потрібну кількість витків залежно від нагрівання ніхромового дроту, при цьому включаючи періодично спіраль у мережу та зменшуючи чи збільшуючи число витків. Така процедура намотування дуже проста, але може зайняти досить багато часу, та й частина ніхрому при цьому витрачається марно.
Для підвищення простоти та точності розрахунку намотування спіралі можна скористатися спеціальним онлайн-калькулятором.
Розрахувавши необхідну кількість витків, можна приступати до намотування на стрижень. Не обрізаючи дріт, слід обережно підключити ніхромову спіраль до джерела напруги. Потім перевірити правильність розрахунків з намотування спіралі. Важливо враховувати, що для спіралей закритого типу довжина намотування має бути збільшена на третину отриманого при розрахунку значення.
Для забезпечення однакової відстані між сусідніми витками потрібно вводити намотування в 2 дроти: один - ніхромовий, другий - будь-який мідний або алюмінієвий, з діаметром, який дорівнює потрібному зазору. Коли намотування буде закінчено, допоміжний дріт слід акуратно змотати.
Вартість ніхрому
Єдиний недолік, який має ніхром, - ціна. Так, двокомпонентний сплав при покупці роздріб оцінюється приблизно в 1000 рублів за один кілограм. Вартість марок ніхрому з лігатурою – близько 500-600 рублів.
Висновок
Вибираючи продукцію з ніхрому, необхідно враховувати дані про хімічному складітовару, що його цікавить, його електропровідність і опір, фізичні характеристики діаметра, перетин, довжину і т. д. Важливо також поцікавитися документацією відповідності. Крім того, потрібно вміти візуально відрізняти сплав від його, так би мовити, конкурентів. Правильність вибору матеріалу є запорукою надійності електротехніки.