電熱合金加熱元件在工業(yè)爐上的應(yīng)用研究*

雷晏國

(咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院有限公司 陜西 咸陽 712000)

前言

電熱合金加熱元件最常用的是鐵鉻鋁合金和鎳鉻合金2種，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，使用條件也有所不同。

鐵鉻鋁合金優(yōu)點(diǎn)是使用溫度高、使用壽命長、電阻率高、表面負(fù)荷高、抗氧化性高。其中應(yīng)用最廣的為0Gr27Al7Mo2， 它在1 000 ℃以下可以長期使用，短期可以用到1 250 ℃。缺點(diǎn)是只要升過一次溫之后就會變得很脆。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮其使用壽命和維修方便性。

鎳鉻合金的優(yōu)點(diǎn)是韌性好，特別是鎳含量較高，升溫很多次后還是特別軟，可以隨便繞而不會折斷。其在高溫環(huán)境中強(qiáng)度高，長期高溫運(yùn)行不易變形，不易改變結(jié)構(gòu)，且鎳鉻合金電熱絲的常溫塑性好，變形后的修復(fù)較為簡單。此外，鎳鉻合金電熱絲的輻射率高、不帶磁性、耐腐蝕能力好、使用壽命長。其缺點(diǎn)是使用溫度沒有鐵鉻鋁高，最高使用溫度在900 ℃，長期在800 ℃區(qū)間運(yùn)行良好。價(jià)格比鐵鉻鋁高。

1 加熱元件的安裝形式

電熱元件的安裝方式，取決于電熱元件的形狀、爐子的結(jié)構(gòu)、爐溫分布和工藝要求。安裝電熱元件時(shí)，必須考慮安全可靠、施工方便、結(jié)構(gòu)合理和制作容易等原則。常見的幾種安裝形式如圖1所示。

圖1(a)和圖1(b)結(jié)構(gòu)形式采用擱置式安裝，適合螺旋狀、棒狀、帶狀的加熱元件安裝，這種結(jié)構(gòu)適合大型工業(yè)爐的應(yīng)用。具有發(fā)熱量大、維修方便、使用壽命長等特點(diǎn)。

(a) (b)

(c) (d)

圖1 電熱元件常見的安裝形式

圖1(c)結(jié)構(gòu)形式使用于小型爐、實(shí)驗(yàn)爐。將加熱絲嵌入纖維模塊中預(yù)制成加熱模塊，加熱絲在模塊內(nèi)嵌入深度不能大于螺旋加熱絲的2/3，嵌入太多會影響加熱絲的發(fā)熱，加熱絲壽命會縮短。

圖1(d)結(jié)構(gòu)形式主要用在爐內(nèi)氣氛對加熱絲有腐蝕的爐型中，外套保護(hù)管用來保護(hù)加熱絲不受腐蝕氣氛的腐蝕。但是保護(hù)管會使得加熱絲產(chǎn)生的熱量不易散出，外保護(hù)管內(nèi)徑大于加熱絲外徑的1.5倍可使熱量散出，不會對加熱絲造成蝸熱而損壞。

2 加熱元件的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

表面負(fù)荷的選擇是決定加熱元件使用壽命的關(guān)鍵因素。加熱元件安裝在不易維修的地方、外套保護(hù)管嵌入在模塊內(nèi)等熱量不易散發(fā)的地方時(shí)，表面負(fù)荷要選小一點(diǎn)，可延長使用壽命、減少維修次數(shù)。其它情況正常選擇即可。一般電熱合金表面負(fù)荷選擇≤1.5 W/cm2；若加熱元件外套保護(hù)管或者暗敷時(shí)，可選擇≤1.25 W/cm2。外保護(hù)管內(nèi)徑要大于加熱絲繞組外徑的1.5倍時(shí)，這樣才有利于電熱絲熱量充分釋放。

加熱元件的連接方式也會影響元件的使用效率。好的連接方式不僅能最大程度調(diào)動(dòng)元件效率、還可以降低成本、降低能耗，同時(shí)對爐膛溫度均勻性也有很大的影響。

3 幾種加熱元件的比較

最常用的幾種加熱元件在使用溫度、環(huán)境等狀況下都會有所不同，具體如表1所示，可根據(jù)自身需要選擇不同的加熱元件。

表1 常用的加熱元件情況表

鎢、鉬為貴重金屬，作為加熱元件時(shí)成本高，一般用在真空高溫加熱設(shè)備上；硅鉬棒在800 ℃時(shí)會加快氧化，不適用于低溫爐中；硅碳棒和硅鉬棒除了高溫特性外，制作成本和電控成本也限制其廣泛應(yīng)用，目前只用在高溫設(shè)備上；而電熱合金因?qū)﹄娍氐囊蟛桓?，民用和工業(yè)用途都很廣泛。

鐵鉻鋁和鎳鉻2種電熱合金，目前應(yīng)用最廣的為鐵鉻鋁。由于鎳鉻合金采用較稀缺的鎳金屬材料制成，故該系列產(chǎn)品價(jià)格高出鐵鉻鋁最多達(dá)好幾倍，鎳鉻電熱合金因其高溫和低溫柔韌性好，特別適用于需要異型加熱元件的設(shè)備中和帶狀加熱體中一般都選用鎳鉻合金。

4 結(jié)語

就鐵鉻鋁和鎳鉻加熱元件的特性，在工業(yè)熱處理、日常的生活中隨處可用到，雖然不像硅碳棒、硅鉬棒、鎢、鉬、石墨等加熱元件可用在更高溫度的環(huán)境中，但其性價(jià)比和使用廣度是其他加熱元件無法替代的，因此進(jìn)一步提升其使用溫度和制作工藝是未來可期待的。