Применение Х20Н80 и Х15Н60 в оборудовании и приборах – часть 2 | ТехСплав
Нихромовые ленты марок Х20Н80 и Х15Н60 применяют в нагревательных секциях сушильных шкафов, элементах сопротивления, упаковочном оборудовании и отдельных конструкциях бытовых электронагревателей. Здесь важны высокое удельное сопротивление, стойкость к окислению и возможность изготовления плоского нагревательного элемента.
В первой части статьи рассматривалось использование нихромовых лент как нагревательных элементов промышленных и лабораторных печей. В этой части продолжим разбор областей их применения.
Нагревательные секции сушильных шкафов
Нихромовые ленты широко применяются в составе нагревательных секций сушильных шкафов, конвекционных печей и линий термообработки, используемых в производстве полимеров, лакокрасочных материалов и иных химических продуктов. Если в установке присутствуют пары растворителей, кислот или щелочей, возможность контакта с нагревателем проверяют для конкретной среды.
Никель-хромовые сплавы устойчивы к высокотемпературному окислению на воздухе и образуют на поверхности защитную оксидную пленку. Ее наличие не обеспечивает стойкости ко всем химическим веществам. При сушке материалов с выделением горючих паров конструкция нагрева должна соответствовать требованиям оборудования для этой среды.
Рис. 1 – Сушильный шкаф с конвекционной системой нагрева
Ленточные нагреватели размещают на стенках сушильных каналов, на внешней поверхности трубопроводов и аппаратов, а также в нагревательных плитах для поддержания температуры реакционных смесей. Плоская форма элемента упрощает размещение на протяженной поверхности. Теплопередача зависит в том числе от конструкции электрической изоляции между лентой и нагреваемой деталью.
В ряде установок ленточные нагреватели используют в вакуумных запайщиках и упаковочном оборудовании для термосварки полимерных пленок. В этих условиях важны быстрые термоциклы. Пластичность нихромовой ленты облегчает изготовление элемента, а его ресурс зависит от режима импульсов, натяжения и охлаждения.
Электронные системы управления
Помимо прямого использования в качестве нагревателей, ленты марок Х20Н80 и Х15Н60 применяются для изготовления элементов сопротивления – резисторов и реостатов, работающих при повышенных температурах. Такие элементы входят в состав систем управления мощностью, испытательных стендов и нагрузочных блоков для проверки электрооборудования производств.
Электрическое сопротивление нихрома изменяется при нагреве. При расчете нагрузочного блока используют характеристики сплава при рабочей температуре. Для измерительных цепей с высокой точностью отдельно проверяют температурный коэффициент сопротивления и требования к его стабильности.
Рис. 2 – Блок сопротивлений с нихромовыми ленточными элементами на керамических опорах
В измерительной аппаратуре нихромовые сплавы применяются также для вспомогательных нагревательных элементов, поддерживающих заданную температуру в датчиках и анализаторах. Такой элемент выполняет функцию подогрева; измерение температуры обеспечивает отдельный датчик. Контакт нагревателя с рабочей средой определяется конструкцией прибора.
Бытовые электроприборы
Нихром применяют в бытовых приборах, где требуется электрический нагрев: духовых шкафах, фенах, тостерах и других устройствах. Форму нагревательного элемента выбирают по конструкции прибора – это может быть проволока, лента или спираль внутри защитной оболочки.
Плоская форма ленты позволяет разместить нагревательный элемент на небольшой площади. В открытых конструкциях ее закрепляют на электроизоляционном основании, например керамическом или слюдяном. Для воздушных нагревателей учитывают обдув: уменьшение потока воздуха может привести к перегреву элемента.
Рис. 3 – Электрический тостер с нихромовыми нагревательными элементами
В трубчатых электронагревателях, которые используются для нагрева воды, резистивный элемент обычно выполнен из проволоки. Он находится внутри металлической оболочки и отделен от нее электроизоляционным наполнителем. Поэтому свойства нихромовой ленты нельзя напрямую переносить на работу ТЭНа бойлера или стиральной машины.
Срок службы бытового нагревателя зависит от температуры, поверхностной нагрузки, охлаждения, качества контактов и работы термозащиты. Для нагревателей воды дополнительно важны материал оболочки и условия образования накипи.
Аддитивные производства
Перспективной сферой применения нихромовой ленты являются аддитивные производства – 3D-печать металлов и пластиков. Здесь ленточный резистивный нагреватель можно рассматривать как один из вариантов вспомогательного подогрева платформы или рабочей камеры. Возможность применения Х20Н80 или Х15Н60 определяется конструкцией конкретной установки.
При печати пластиков подогрев стола помогает удерживать первый слой и уменьшать температурные перепады в детали. Рабочий режим выбирают под материал и технологию печати. При лазерном плавлении металлического порошка предварительный подогрев выполняет отдельную задачу и не заменяет лазерный источник энергии.
Конструкцию ленточного нагревателя оценивают по распределению температуры, электрической изоляции и совместимости с атмосферой камеры. Экономию энергии и влияние на качество изделия определяют испытаниями конкретного оборудования.
Вопросы и ответы
Итоги
Сочетание высокого электрического сопротивления, жаростойкости и пластичности позволяет использовать нихромовые ленты в сушильных установках, элементах сопротивления и электронагревателях. Правильный выбор марки сплава и геометрии ленты с учётом температурного режима, атмосферы и требуемой мощности помогает обеспечить расчётную работу оборудования.
Состав и свойства марок, а также применение ленты в промышленных и лабораторных печах разобраны в первой части статьи.
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.