Нагревательные элементы промышленных печей сопротивления изготавливаются из различных металлических и неметаллических материалов. Оптимальный материал, из которого изготавливаются нагреватели конкретной установки, определяется:
- требуемой температурой;
- режимами работы печей;
- экономическим соображениями.
Установки, работающие при температурах до 12500С, часто оснащаются нагревательными элементами, изготовленными из сплавов систем никель-хром (нихром) и железо-хром-алюминий (фехраль). В зависимости от указанных выше параметров определяются наиболее подходящие сплавы для конкретной установки.
Считать нихром и фехраль взаимозаменяемы нельзя, поскольку физические и химические свойства сплавов разнятся даже от марки к марке, не говоря о разнице между группами сплавов. Тем не менее, в определенных ситуациях допустимо применение нагревательных элементов из одного материала вместо другого.
Нагревательные элементы изготавливаются из проволоки или лент, изготовленных из указанных материалов. Они могут наматываться на керамические трубки, укладываться в ниши футеровки или крепится непосредственно к ее поверхности монтажными крючками, формируя менады.
Характеристики систем никель-хром
| Никель | 55-78% |
| Хром | 15-23% |
| Добавки (железо, марганец, кремний и прочие) | Не более 30% |
Верхнее значение рабочих температур для нихромовых сплавов ниже, чем для фехралей. Стоимость основного элемента, никеля, тоже выше, чем железа. Тем не менее, нихромовая проволока, полосы и ленты активно применяются для изготовления нагревательных элементов.
Для изготовления ТЭНов используются сплавы следующих марок: Х20Н80-Н, Х20Н80-Н-ВИ, Х15Н60-Н, Х15Н60-Н-ВИ. Способны работать при собственной температуре до 12200С (сплав Х20Н80-Н-ВИ).
Свойства элементов, входящих в состав таких сплавов, сообщают изделиям из них массу полезных особенностей:
- Устойчивость к коррозии при высоких температурах, что позволяет поддерживать окислительную атмосферу в печах сопротивления.
- Минимальный магнетизм в широком температурном диапазоне.
- Хорошая деформируемость, которая повышает ремонтопригодность элементов даже после продолжительной эксплуатации.
Кроме того, нагреватели из нихромовых сплавов в меньшей степени подвержены температурным деформациям. Это свойство обеспечивает больше возможностей для монтажа и, вместе с деформируемостью, делает его проще.
Свойства некоторых марок сплавов NiCr
| Марка | Состав (%) | Предельная рабочая температура |
| Х20Н80-Н | С<=0.06; Si=1.0-1.5; Mn<=0.6; S<=0.015; P<=0.020; Cr=20-23; Ti<=0.20; Al<=0.20; Fe<=1; Zr=0.2-0.5; Ni=остальное | 12000С |
| Х20Н80-Н-ВИ | С<=0.05; Si=1.0-1.5; Mn<=0.6; S<=0.015; P<=0.020; Cr=20-23; Ti<=0.20; Al<=0.20; Fe<=1; Ce=0.1; Mg=0.12; Ni=остальное | 12200С |
| Х15Н60-Н | С<=0.15; Si=0.8-1.5; Mn<=1.5; S<=0.020; P<=0.030; Cr=15-18; Ti<=0.30; Al<=0.20; Fe<=остальное; Ni=55-61 | 11000С |
| Х15Н60-Н-ВИ | С<=0.15; Si=0.8-1.5; Mn<=1.5; S<=0.020; P<=0.030; Cr=15-18; Ti<=0.30; Al<=0.20; Fe<=остальное; Ni=55-61 | 11500С |
Характеристики систем железо-хром-алюминий
Фехралевые изделия широко применяются в различных отраслях промышленности: металлургия, стекло, керамика и прочие. Более высокая предельная рабочая температура и низкая стоимость часто обеспечивает преимущество фехралевым сплавам перед нихромами.
Наибольшее распространение получили сплавы марок Х15Ю5, Х23Ю5, Х23Ю5Т и Х27Ю5Т. Предельная рабочая температура таких сплавов достигает 14000С.
Распространенному применению подобных сплавов не мешает ни значительное температурное удлинение, ни ограничения по составу огнеупоров (должно быть не менее 50% глинозема). Даже высокий риск образования микротрещин во время навивки нагревательного элемента не снижает экономической выгоды применения фехралей. Особенно в случаях, когда необходима более высокая рабочая температура.
Кроме того, сплавы системы железо-хром-алюминий лучше работают в атмосферах с серой или ее соединениями. Инертный слой оксида алюминия защищает нагревательные элементы от эрозии лучше, чем оксидная пленка нихромов.
Таким образом, область применения каждой марки различных сплавов обусловлена совокупностью его характеристик, условиями эксплуатации и экономической целесообразностью. Более того, применение сплавов сопротивлениям регламентировано государственными стандартами и другими нормативными документами.