Нихром для нагрева: характеристики, назначение, сопротивление, калькулятор

Cплавы нихрома были в эксплуатации еще в 1900 году, и они были успешно использованы в нагревательных системах. Следовательно, реальный практический опыт использования оборудования и промышленных печей дает уверенность в использовании этих сплавов в передовых и уже установленных конструктивных решениях.

В данной статье вы найдете справочные данные и таблицы с характеристиками различных сплавов нихрома. Калькулятор расчета параметров нихромового провода или провода из фехрали вы можете найти в нашей прошлой статье «Расчет нихрома и фехрали для нагревателей».

Что такое сплав  для резистивного нагрева?

Выбор электронагревательных материалов зависит от внутреннего сопротивления току, протекающему с выделением тепла. Медная проволока не выделяет достаточно тепла, когда проводит электричество. Следовательно, чтобы сплав, такой как проволока, пруток, полоса или лента, можно было рассматривать как электрический нагревательный элемент, он должен противодействовать потоку электричества.

Удельное сопротивления нихрома и других сплавов для нагревателей

Обычно распространенные стали и сплавы, такие как нержавеющая сталь, препятствуют прохождению электричества. Этот термин свойства известен как удельное сопротивление. У нас в России, как и везде в Европе для описания удельного сопротивления принято использовать Омы на мм2 на м, в других странах еще может использоваться Ом см / фут или Ом, умноженное на круговые мили на фут Ohms /cmf . 

Если бы только удельное сопротивление рассматривалось как основной фактор для электрического нагревательного элемента, выбор мог бы быть из нескольких материалов сплава с широким диапазоном стоимости. По своей экстремальной природе электрический нагревательный элемент часто нагревается докрасна, и обычные сплавы не могут выдерживать такое количество тепла в течение длительного периода. 

Эти группы сплавов можно разделить на шесть основных классов. В данной статье мы рассмотрим такие сплавы, как нихром. Основные марки этих сплавов показаны с указанием их состава и удельного сопротивления нихрома.

Характеристики сплавов для контактного нагрева

Чтобы стать электронагревательным элементом, металл или сплавы должны обладать следующими характеристиками:

1. Хорошее высокое электрическое сопротивление для сохранения небольшой площади поперечного сечения
2. Высокая прочность и пластичность при рабочих температурах
3. Низкий температурный коэффициент электрического сопротивления для предотвращения значительных изменений сопротивления при рабочей температуре по сравнению с комнатной температурой.
4. Отличная стойкость к окислению на воздухе при умеренных процедурах
5. Подходящая работа и потенциал для придания необходимой формы.

Материалы, которые обладают этими свойствами, являются 80/20 Нихромом  70/30 Нихрома, 60/15 Нихрома и 35/20 нихрома. Оценка свойств этих сплавов на воздухе производится следующим образом:

• Нихром 80/20. Самый популярный сплав сопротивления, состоящий из 80% никеля и 20% хрома, все еще широко используется, однако различные исследования предложили некоторые улучшения в основных химических свойствах. Включены номинальные количества железа, марганца и кремния, а также небольшое содержание редкоземельных металлов и других, что позволяет использовать сплав при температуре до 1200 ° C или 2192 ° F.

• Нихром 70/30 обеспечивает увеличенный срок службы на воздухе при температуре до 1260 ° C или 2300 ° F. Он обеспечивает выдающуюся стойкость к окислению в условиях низкого содержания кислорода, механизм, известный как зеленая гниль из-за зеленого оттенка оксида.

• Нихром 60/16 железо 24. Сплав нихрома, состоящий из 60% никеля и 16% хрома и 24% железа обычно выбираются , когда температура применения не должна быть выше 1100 ° C.

• Нихром 35/20 железо 45. Сплав, состоящий из 35% никеля, 20% хрома и железа, используется в печах с промышленным регулированием, работающих при температурах от 800 ° C до 1000 ° C. Он обеспечивает значительный вклад в предотвращение повреждения, которое может иметь место в двух указанных выше сплавах, когда рабочая температура одинакова, но условия различаются между восстановлением и окислением. Нихром А или 80/20 не рекомендуется использовать в условиях, которые восстанавливают никель и окисляют хром.

Все нагревательные сплавы, упомянутые в таблице выше, имеют длительный срок службы в качестве нагревательного материала, если они спроектированы соответствующим образом с учетом подходящего размера проволоки и спецификации спирали.

Подходящий срок службы нагревательного элемента начинается с производства сплава и последующих результатов в результате надлежащего ухода за сплавом - проволокой, лентой, полосой, когда он формируется в качестве нагревательного элемента и устанавливается в оборудование. 

Как работают сплавы электрического сопротивления

Электрическое сопротивление сплава генерирует тепло, в зависимости от его состава, он противостоит потоку электричества. Сплав должен иметь возможность проводить электричество до соответствующей температуры, чтобы работать в качестве нагревательного материала.

Температурный коэффициент сопротивления

Сопротивление току, выраженное в омах для конкретного сплава, зависит от температуры сплава. Это отклонение указывается в процентах от фактического сопротивления комнатной температуре. Обычно с повышением температуры сопротивление увеличивается, поэтому нагревательный элемент в виде проволоки имеет сопротивление 1 Ом при комнатной температуре (20 ° C или 68 ° F), может достигать сопротивления до 1,08 Ом при 650 ° C или 1202 ° F. , следовательно, сопротивление увеличивается на 8% из-за нагрева. 

Влияние обработки на удельное сопротивление

Электрическое сопротивление - это внутреннее свойство каждого металла, в зависимости от его состава и конфигурации. На сопротивление могут влиять методы изготовления и обработки, такие как холодная обработка и обработка отжигом, до такой степени, что они изменяют физическую структуру материала.

Изменение удельного сопротивления со скоростью охлаждения особенно важно для материала после яркого отжига, обработка которого включает отжиг в защищенной среде, а затем быструю закалку. Когда материал функционирует при температурах выше 300 ° C, удельное сопротивление может быть изменено по сравнению с его первоначальным значением, особенно если элементы немного охлаждаются. Возможны следующие варианты:

• Нихром 80/20 : увеличение на 6%
• Нихром 70/30 : увеличение на 4%
• Нихром 60/15 : увеличение на 2%
• Нихром 35/20 : номинальное увеличение

Однако способность к изменению удельного сопротивления зависит от размера сечения. Поскольку легкие части охлаждаются быстрее, чем массивные части, легкие части описывают более конкретное влияние скорости охлаждения на электрическое сопротивление. Влияние максимальное для нихрома 80/20 и нихрома 70/30 и умеренное для сплава 60/15 . Для сплава 35Ni20Cr значительного размерного эффекта не наблюдалось.

Нагревательные элементы из нихромового сплава

Электрический резистивный нагревательный элемент использовался в течение длительного периода времени. Поэтому многие конструкции усовершенствованы для обеспечения превосходных характеристик. Очень важно проверить все факторы, которые позволят создать нагреватель, который будет предлагать удовлетворительные функциональные возможности по доступной цене. Для выполнения этой задачи необходимо учитывать следующие факторы:

• Механические воздействия: если нагретое оборудование должно подвергнуться серьезному механическому удару, метод установки нагревательных элементов должен иметь первостепенное значение.

• Температура: это основной фактор при выборе сплава и размера нагревательного материала. Применение нагревательного элемента указывает требуемую температуру. Также важно различать температуру окружающей среды и температуру резистивного провода. 

• Требуемое пространство: Пространство, вводимое для установки нагревателя, обычно регулируется. Это говорит о том, что достаточное пространство может быть непрактичным. Для равномерного поджаривания хлеба в тостере материал следует держать подальше от поверхности, но для оборудования должно быть достаточно места смещения.

• Атмосфера: указывает, что газы или твердые частицы взаимодействуют с нагревателем. Защитный слой в печи или брызги в жаровне обычно определяются.

• Температурный цикл: Подходящие условия работы для нагревательного элемента - поддержание постоянной температуры. Обычно это непрактично. Лабораторные испытания показали, что при повышенной рабочей температуре, такой как 800 ° C и выше, обычный включенный нагреватель имеет длительный общий срок службы. Из-за выдающегося срока службы нецикличного нагревателя многие испытания рассчитаны на высокую скорость цикла. Время цикла определяется продолжительностью, необходимой для переключения устройства между стабилизированной температурой испытания и комнатной температурой.

• Безопасность: Необходимо соблюдать меры безопасности при работе с приборами, работающими с высокой температурой или с электрическими проводниками. Установка приборов за ограждениями может вызвать более резкое повышение температуры, чем ожидалось.

• Плотность мощности: важным фактором, который следует понимать, является плотность мощности, показывающая число, выражающее мощность, рассеиваемую на единицу площади. Для более высоких нагрузок требуются более высокие температуры. Выбор максимального значения является подходящей концепцией конструкции, поскольку он относится к минимальному количеству материала, обеспечивая рентабельную систему при подходящем сроке службы. Это достигается сочетанием наименьшего поперечного сечения проводника и подходящего удельного сопротивления. В нагревательных спиралях и лентах печи самонагревание между контурами допускается за счет излучения витков катушки.

Нихром 60 против нихрома 80

Когда был открыт нихром 80 , были предприняты усилия по снижению стоимости материала за счет уменьшения содержания никеля и хрома . Были испытаны несколько сплавов, и многие из них не прошли испытания. В последние годы усовершенствования в процессе плавления сплавов и более чистое сырье стимулировали производство материала нихрома 60 с долговечными свойствами, аналогичными или даже лучшими, чем у нихрома 80 для нескольких температурных пределов. Нихром 80 предпочтителен, когда материал должен подвергаться воздействию предельной температуры. Хотя в различных приложениях, нихром С можно успешно использовать, так как он дает возможность снизить стоимость.

Поскольку сплавы для нагревателей вытягиваются, прокатываются до сопротивления, пользователи обычно просят вытягивать сплав для получения такого же сопротивления в Ом на м, как у нихрома 80 . Поскольку у нихрома 60 более высокое удельное сопротивление, диаметр проволоки будет номинально больше, чтобы соответствовать этому. Это относится к температуре приложения, которая определяется удельной мощностью, которая будет уменьшена. Это снижение температуры небольшое, но правильное, так как срок службы обратно пропорционален температуре.

Нихром 60 не используется в промышленных печах из-за того, что себестоимость всей установки печи превышает стоимость нагревательных элементов, поэтому в печах используются нихром марок 80, 70/30 или 35/20 .

Данные по удельному сопротивлению - нихром A и нихрома C