10. Расчет и размещение нагревателей.

В электропечах применяются нагреватели, которые при пропускании электрического тока вследствие высокого электросопротивления нагреваются и излучают тепло. Различают электронагреватели – металлические и неметаллические. Кроме того, в электродных печах-ваннах нагревающимся сопротивлением являются расплавленные соли.

Металлические нагреватели можно разделить на две группы: открытого и закрытого типа. Последние подразделяются также на две группы по виду муфелирования – с муфелированием загрузки и с муфелированием нагревателя.

Металлические нагреватели применяются в тех печах, где рабочая температура не превышает 1100 ^оС. (Разработаны сплавы сопротивле-ния для работы до 1400 ^оС).

Наиболее распространенными материалами для металлических нагревателей являются сплавы типа нихромов (т.е. Ni с Cr) и хромоалюминиевые сплавы. Они могут содержать: не более 0,05 – 0,15% С; 1,2% Si; 1,5% Mn; 12 – 37% Cr; до 7,8% Ni; до 7,5% Al; до 0,9% Ti (остальное Fe).

Эти сплавы применяются в прокатанном (лента, полоса, проволо-ка) или в литом виде. Лучшие нихромы для нагревателей содержат до 80% Ni и 20% Cr (Х20Н80). Сплавы обладают тем большей стой-костью, чем меньше в них содержится углерода и железа. Физические свойства некоторых сплавов и тугоплавких металлов, применяемых для изготовления электронагревателей даны в приложении 11.

Для получения высокого электросопротивления металлический нагреватель должен иметь значительную длину. Поэтому проволока навивается в спираль (или укладывается в зигзаг), а лента - зигзагообразно. Таким образом, существует три самых распространенных вида металлических нагревателей открытого типа:

Рис. 11 Эскизы проволочных и ленточных нагревателей:

а – проволочный зигзагообразный; б – ленточный зигзагообразный; в – проволочный спиральный

( - высота зигзага, - шаг зигзага. -

диаметр проволоки, - толщина ленты, - ширина ленты, е - шаг спирали, - диаметр спирали)

- проволочные зигзагообразные (рис. 11а);

- ленточные зигзагообразные (рис. 11б);

- проволочные спиральные (рис. 11в).

Проволочные спиральные нагреватели изготавливаются из проволоки диаметром 35,5 мм (при большем диаметре трудно свить спираль) и применяются в низкотемпературных печах с развитой циркуляцией атмосферы (т.е. с вентилятором) или в тех случаях, когда нет возможности применить понижающий трансформатор (т.е. когда напряжение на нагревателях U=220 или 380 вольт, т.к. P=U²/R). Диаметр спирали рекомендуется в пределах 40-100 мм, шаг спирали е - от 20 до 30 мм, при этом соотношение должно быть не менее 2 (иначе появляется опасность короткого замыкания между соседними витками).

Проволочные зигзагообразные нагреватели изготавливаются из проволоки  5,512 мм и применяются в среднетемпературных печах, как правило, при пониженном напряжении. Высота зигзага рекомендуется в пределах 150-300 мм, Шаг зигзага должен быть не менее . При меньшем радиусе изгиба зигзага возможно появление трещин на поверхности проволоки и, следовательно, уменьшение поперечного сечения.

Ленточные зигзагообразные нагреватели применяются в тех же случаях, что зигзагообразные проволочные, но с точки зрения простоты изготовления и монтажа бесспорное преимущество имеют последние. Кроме того, если сравнивать проволочный и ленточный нагреватели одного и того же поперечного сечения (т.е. одинакового сопротивления), то проволочный нагреватель, имея примерно вдвое меньший периметр поперечного сечения, является значительно более стойким против окисления, чем ленточный. Толщина ленты обычно от 1 до 4 мм, соотношение _, высота зигзага, как и для проволочных – рекомендуется от 150 до 300 мм. Из соображений электробезопасности соотношение шага зигзага к ширине ленты должно быть не менее 1,8. Лента сечением 110мм применяется до 1000 ^оС, а сечением 220 мм – при более высоких температурах.