Сплавы для нагревательных элементов (сплавы сопротивления) для электропечей сопротивления, промышленных и бытовых нагревателей «Резистом» (Франция)
Сезоненко А.Ю., к.ф.-м.н., гл.инженер «САС инженерная компания»
ИТБ "Литьё Украины" №2(78), 2007 г.
ЧАСТЬ 2. ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ.
«Многокомпонентные сплавы Fe-Cr-Al-Si-Mn-Zr-Ti-Y»
 1. Химический состав: база Fe-Cr-Al, легирующие элементы: Si, Y, La, Ce, Zr, Ti. 2. Область применения: Широко используется в электропечах сопротивления для всех отраслей промышленности (машиностроение, литейные и термические цеха, производство керамики и стекла, сушильные цеха). Сплав оптимален для использования в ТЭН-ах и бытовых приборах (духовые шкафы, тепловентиляторы, тостеры, фены и т.п.).
В большинстве промышленно развитых стран мира доля данных сплавов в общем потреблении сплавов сопротивления составляет свыше 80%.
Превосходные свойства этих материалов обусловлены, в частности, тем, что на их поверхности образуется высокопрочная пленка Al2O3 светло-серого цвета, которая является отличным изолятором и более эффективно предотвращает коррозию по сравнению с оксидом хрома (Cr2O3), образующимся на поверхности нихромов. Пленка оксида хрома менее устойчива, быстрее отслаивается и испаряется (испарение при 1100°С), что приводит к сокращению срока службы нагревателя.
Промышленные камерные печи изготавливаются на основе футеровки из легковесных волокнистых огнеупоров, что в комплексе с нагревателями из современного сплава позволяет сократить время выхода на рабочий режим, а также значительно снизить потребление электроэнергии и эксплуатационные затраты по сравнению с печами на основе кирпичной футеровки с нагревателями из нихрома.
Хотя химический состав данных современных сплавов и близок к классическим “фехралям”, однако материал имеет ряд существенных отличий: микролегирование Y, La, Ce, Zr, Ti, Si, сниженное содержание С, однородность структуры, уменьшение размера зерна, высокое качество поверхности, высокая плотность слоя защитной пленки Al2O3 , что позволяет получить материал с высокими эксплуатационными свойствами.
3. Основные преимущества:
В отличии от « нихромов»:
1. Высокая рабочая и максимальная температура применения : Тmax=1200-1350°С, Tплавл.=1500°С.
2. Срок службы больше в 2-3 раза при работе при температурах выше 1100°С. Пример: при Т=1100°С, срок службы Х20Н80 как минимум в 2,8 раза ниже чем «Резистом Р», атмосфера -воздух.
3. Плотность ниже, чем у нихрома (7,1-7,2 г/см3 против 8,4 г/см3 у Х20Н80). Экономия на материале составляет 17% по весу.
4. Выше удельное электросопротивление 1,39-1,45 Ом·мм2/м против 1,12 для Х20Н80, что приводит к экономии на материале.
5. Выше значение допустимой поверхностной мощности q (4 Вт/см2 против 2 Вт/см2 для Х20Н80 при Т=1000°С). Приведенные в п. 3,4,5 преимущества позволяют экономить на материале для нагревательных элементов 20-30% по весу в сравнении с Х20Н80.
6. Отличная стойкость в воздушной среде, вакууме, аргоне, серосодержащих и СО-содержащих атмосферах, водяном паре.
7. Низкое значение интеркристаллитного окисления.
8. Высокое значение предела ползучести, что уменьшает вероятность провисания элементов.
9. Хорошие механические свойства: высокий предел текучести, хорошая пластичность при комнатной температуре (удлинение более 21%).
10. Низкое стабильное значение ТКЭС. Небольшая зависимость электросопротивления от различных видов теплового воздействия и холодного деформирования. Цена ниже, чем у нихромов.
В отличии от классических «фехралей»:
1. Существенно большая пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре: более 21% против 10-12% у классических «фехралей».
2. Более высокая пластичность сплава после эксплуатации при высоких температурах.
3. Сниженное значение интеркристаллитного окисления.
4. Снижение размера зерна как в исходном состоянии, так и замедленный рост зерна при эксплуатации при высоких температурах – стабильность функциональных свойств.
5. Хорошая «свариваемость» сплавов.
Ниже приведены несколько примеров использования нагревательных элементов из сплавов сопротивления различных типов: «нихром» и «многокомпонентные сплавы Fe-Cr-Al-Si-Mn-Zr-Ti-Y»:
Альтернатива (замена) нирому и фехрали. Нихром, фехраль.
- термическая камерная печь мощностью 38 кВт, 3 фазы, 380 В:
| |
Х20Н80 |
Резистом Р140 |
| Максимальная температура печи, °С |
1000 |
1000 |
| Максимальная температура спиралей, °С |
1050 - 1100 |
1050 - 1100 |
| Соединение спиралей: |
«звездой», 1-на ветка на 1-ну фазу |
«звездой», 1-на ветка на 1-ну фазу |
| Мощность печи, кВт |
38 |
38,3 |
| Диаметр проволоки, мм |
4 |
4 |
| Длина общая проволоки для нагревателей, м |
132 |
102 |
| Поверхностная мощность, Вт/см2 |
2,3 |
3 |
| Вес спиралей всего на печь (без выводов), кг |
13,6 |
9,2 |
- плавильная тигельная печь для плавки алюминиевых сплавов мощностью 70 кВт, 3 фазы, 380 В:
| |
Х20Н80 |
Резистом Р140 |
| Максимальная температура печи, °С |
850 |
850 |
| Максимальная температура спиралей, °С |
900 - 950 |
900 - 950 |
| Соединение спиралей: |
«звездой», 1-на ветка на 1-ну фазу |
«звездой», 2-е парал-е ветки на 1-ну фазу |
| Мощность печи, кВт |
69,7 |
70,4 |
| Диаметр проволоки, мм |
6 |
4 |
| Длина общая проволоки для нагревателей, м |
162 |
222 |
| Поверхностная мощность, Вт/см2 |
2,3 |
2,5 |
| Вес спиралей всего на печь (без выводов), кг |
38 |
20 |
Сплав Резистом Р135 (Resistohm P135)
Химический состав, %: Cr – 20-22, Al – 4.5, Fe – остальное, Si, Y, La, Ce, Zr, Ti - легирующие элементы.
|
Плотность, г/см3 |
7,25 |
|
Температура плавления, °С |
1500 |
|
Максимальная рабочая температура, °С |
1200 |
|
Удельное электросопротивление, Ом·мм2/м |
1,35 |
|
ТКЭС, К*10-6/°С |
70 (интервал 20-1000°С) |
|
ТКЛР, коэф-т 10-6/°С |
14 (интервал 20-1000°С) |
|
Характеристика ползучести при Т=800°С |
6 |
|
Характеристика ползучести при Т=1000°С |
1 |
|
Предел прочности, Н/мм2 |
75 |
|
Предел текучести, Н/мм2 |
55 |
|
Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, % |
Более 21 % |
Применение:
Применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах при температурах до 1200°С. Длительный срок службы при повышенных рабочих температурах. Замена устаревшего нирома и фехрали. Нихром, фехраль.
Сплав Резистом Р140 (Resistohm P140)
Химический состав, %: Cr – 22-24, Al – 5, Fe – остальное, Si, Y, La, Ce, Zr, Ti - легирующие элементы.
|
Плотность, г/см3 |
7,15 |
|
Температура плавления, °С |
1500 |
|
Максимальная рабочая температура, °С |
1280 |
|
Удельное электросопротивление, Ом·мм2/м |
1,4 |
|
ТКЭС, К*10-6/°С |
60 (интервал 20-1000°С) |
|
ТКЛР, коэф-т 10-6/°С |
15 (интервал 20-1000°С) |
|
Характеристика ползучести при Т=800°С |
6 |
|
Характеристика ползучести при Т=1000°С |
1 |
|
Предел прочности, Н/мм2 |
75 |
|
Предел текучести, Н/мм2 |
55 |
|
Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, % |
Более 21 % |
Применение: Применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах при температурах до 1280°С. Длительный срок службы при повышенных рабочих температурах. Замена устаревшего нирома и фехрали. Нихром, фехраль.
Сплав Резистом Р145 (Resistohm P145)
Химический состав, %: Cr – 22-24, Al – 6, Fe – остальное, Si, Y, La, Ce, Zr, Ti - легирующие элементы.
|
Плотность, г/см3 |
7,10 |
|
Температура плавления, °С |
1500 |
|
Максимальная рабочая температура, °С |
1350 |
|
Удельное электросопротивление, Ом·мм2/м |
1,45 |
|
ТКЭС, К*10-6/°С |
33 (интервал 20-1000°С) |
|
ТКЛР, коэф-т 10-6/°С |
15 (интервал 20-1000°С) |
|
Характеристика ползучести при Т=800°С |
8 |
|
Характеристика ползучести при Т=1000°С |
1,5 |
|
Предел прочности, Н/мм2 |
75 |
|
Предел текучести, Н/мм2 |
55 |
|
Пластичность (удельное удлинение) при комнатной температуре, % |
Более 21 % |
Применение: Применим как в промышленных печах и нагревателях, так и в бытовых приборах при рабочих температурах до 1350°С. Длительный срок службы при повышенных рабочих температурах. Замена устаревшего нирома и фехрали. Нихром, фехраль. |
Меню сайта