Нихромовые ленты марок Х20Н80 и Х15Н60 применяют для изготовления нагревательных элементов промышленных и лабораторных печей, термического оборудования и электрических аппаратов. Высокое удельное электрическое сопротивление позволяет использовать их для резистивного нагрева, а пластичность – придавать ленте нужную форму. Выбор марки и размеров зависит от температуры нагревателя, рабочей среды и требуемой мощности.
Свойства и особенности прецизионных сплавов Х20Н80 и Х15Н60
Х20Н80 – высоконикелевый сплав, обладающий высоким удельным электрическим сопротивлением и жаростойкостью. Повышенное содержание никеля обеспечивает сплаву пластичность и хорошую обрабатываемость холодной деформацией, что важно при производстве тонких холоднокатаных лент и формировании сложных конфигураций нагревательных элементов.
Х15Н60 – никель-хром-железный сплав с хорошей стойкостью к окислению. Он применяется в нагревательных элементах и элементах сопротивления. По сравнению с Х20Н80 эта марка содержит меньше никеля и больше железа.
Основные различия состава по ГОСТ 10994-74:
| Компонент | Х20Н80 | Х15Н60 |
|---|---|---|
| Хром | 20,0–23,0% | 15,0–18,0% |
| Никель | Остальное | 55,0–61,0% |
| Железо | Не более 1,5% | Остальное |
В таблице приведены основные компоненты. Стандарт также нормирует содержание других элементов. Полный состав конкретной партии указывается в документе о качестве.
На воздухе поверхность нихрома защищает оксидная пленка, которая замедляет дальнейшее окисление. Стойкость к газовой среде зависит от ее состава: наличие паров кислот, щелочей или продуктов разложения органических веществ требует отдельной проверки совместимости. Жаростойкость сама по себе не подтверждает пригодность нагревателя для любой химической среды.
Допустимую рабочую температуру определяют для конкретной марки и размеров ленты с учетом условий теплоотдачи и поверхностной нагрузки. Температура самого нагревателя при работе может быть выше температуры камеры печи.
Производство нихромовых лент из прецизионных сплавов Х20Н80 и Х15Н60
Нихромовые ленты из прецизионных сплавов выпускают в виде плоских полос различной ширины и толщины, обеспечивающих воспроизводимую площадь поперечного сечения и, следовательно, стабильные электрические характеристики по длине. Это облегчает расчет линейной плотности мощности нагревателя и его интеграцию в автоматизированные системы управления технологическими процессами.
Рис. 1 – Нихромовая лента в рулонах
Высокое удельное сопротивление сплавов позволяет получать требуемую мощность на относительно компактных элементах, снижая габариты печей и тепловых узлов в аппаратуре. Благодаря пластичности лента легко формуется в спирали, зигзаги и плоские секции, что дает возможность оптимизировать распределение теплового потока по поверхности аппарата.
Нагревательные элементы из марок Х20Н80 и Х15Н60
Основная область применения нихромовой ленты – плоские и ленточные нагревательные элементы промышленных электропечей и термоблоков в разных областях.
Например, в химической и нефтехимической промышленности такие печи используются для прокаливания катализаторов, обжига сорбентов, термообработки керамических носителей, сушки и дегидратации химических продуктов. Лента наматывается на керамические изоляторы, укладывается в канавки футеровки или монтируется в виде сменных нагревательных модулей. Равномерность прогрева рабочей камеры зависит от расположения секций и системы регулирования температуры.
В области машиностроения ленты применяются с целью термической обработки деталей – закалки и отжига шестерен, валов и пресс-форм. Точность температурного режима обеспечивают совместной работой нагревательных секций, датчиков и регулятора.
В металлургии ленточные нагреватели используют в электропечах для отжига проволоки и листового проката, а также в установках для плавки цветных металлов при подходящем температурном режиме. Нагревательный элемент размещают с учетом защиты от контакта с расплавом и продуктами процесса.
Рис. 2 – Ленточный нагреватель из нихрома на керамических опорах
В лабораторных и муфельных печах, применяемых для аналитических испытаний в химико-технологических лабораториях, ленты Х20Н80 и Х15Н60 используются в качестве нагревателей. При одинаковой площади поперечного сечения и длине плоская лента имеет большую поверхность теплообмена, чем круглая проволока. Это учитывают при расчете поверхностной нагрузки и размещении элементов в камере.
Рис. 3 – Камера промышленной электропечи с нагревательными элементами
Вопросы и ответы
Итоги
В этой части рассматривалось применение нихромовых лент Х20Н80 и Х15Н60 в качестве плоских нагревательных элементов для промышленных и лабораторных печей. Жаростойкость и высокое удельное сопротивление позволяют использовать их для нагрева при соблюдении расчетных условий работы.
Во второй части статьи рассмотрено применение нихромовых лент в оборудовании для сушки, электронных системах управления, бытовых электроприборах и аддитивном производстве.
Литература
- ГОСТ 10994‐74 Сплавы прецизионные. Марки.
- ГОСТ 12766.1-90: Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
- ГОСТ 12766.2-90: Лента из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
- ГОСТ 12766.3-90: Лист из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
- ГОСТ 12766.4-90: Полоса из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
- ГОСТ 12766.5-90: Лента плющеная из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
- ГОСТ 8803-89: Лист из жаростойких сталей и сплавов. Технические условия.
- ТУ 14‐1‐4327‐87 Лист горячекатаный из сплава Х15Н60.
- Молотилов Б. В. (под ред.). Прецизионные сплавы: Справочник. – М.: Металлургия, 1974. – 448 с.
- Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.
