Изготовление и эксплуатация нагревателей из сплавов сопротивления
Нагреватели, как правило, изготавливают в виде зигзага из проволоки и ленты или в виде спирали из проволоки. Наибольшее распространение получили нагреватели из проволоки. Наиболее тяжелые условия работы у спиральных нагревателей при размещении их на полочках. В этом случае нижняя часть витков, соприкасающаяся с футеровкой, оказывается при более высокой температуре, чем весь нагреватель. Кроме того, у нагревателей из фехралевых сплавов в процессе работы наблюдается пролегание витков, поэтому размещать их на полочках при температуре выше 1000 °С не рекомендуется.
Более перспективно размещение спиральных нагревателей на трубках. При равных условиях средний срок службы нагревателей на трубках примерно на 20 % выше, чем нагревателей на полочках. При размещении спиральных нагревателей на полочках отношение внешнего диаметра спирали D к диаметру проволоки рекомендуется брать в соответствии с таблицей 1.
Шаг намотки нагревателей следует брать не менее 2d, для фехралевых сплавов при температуре нагревателя более 1000 °С рекомендуется брать шаг не менее (2,5-3)d. Наиболее распространенным типом нагревателей в печах являются зигзагообразные нагреватели. Считается, что при равных условиях срок службы зигзагообразного нагревателя на 40 % больше, чем у спирального на полочке. Зигзагообразный нагреватель может быть подвешен на штырях или крюках вертикально или размещен горизонтально с опорой на две крайние точки.
Высота зигзага Н определяется диаметром проволоки, маркой сплава, температурой нагревателя и методом его размещения. Для нагревателей из нихромовых сплавов величина Н может составлять для проволочных нагревателей диаметром 10 мм до 400 мм и 200-300 мм для проволоки меньших диаметров. Для фехралевых сплавов высоту зигзага H при температуре выше 1300°С не следует брать больше 150 мм, при 1200-1300 °С до 200 мм, при 1100 – 1200 °С до 250 мм и при менее 1100 °С до 350 мм. Из проволоки диаметром менее 5,0 мм не рекомендуется делать зигзаг высотой более 200 мм. Для уменьшения экранировки нагревателей, располагаемых на боковых стенках и поде рекомендуется проводить отгибание краев нагревателя (отбортовку). При этом следует учитывать, что отбортовка в процессе работы сохраняется у нагревателей из нихромов, а у нагревателей из фехралей при работе их выше 1000 °С исчезает. Высота зигзага, располагаемого горизонтально, лежащего на двух опорах, берется на 50 - 70 мм меньше, чем при вертикальном расположении.
Величина радиуса гиба должна быть не менее 0,9 диаметра проволоки. Рекомендуемая величина шага зигзага t зависит от высоты зигзага H и типа сплава (табл.2):
Ленточные зигзагообразные нагреватели рекомендуется изготавливать из ленты толщиной от 1,5 мм и выше. Отношение расстояния между витками к ширине должно быть не менее 0,9. Рекомендуемая высота зигзага зависит от температуры и марки сплава нагревателя.
Площадь сечения выводов рекомендуется брать не менее, чем в 3 раза больше площади сечения проволоки (ленты) нагревателя. Для изготовления выводов можно использовать те же сплавы, что и для нагревателей. Но поскольку температура на выводах меньше, чем на нагревателях, целесообразно использовать менее легированные и дефицитные сплавы.
Гибку зигзагообразных нагревателей рекомендуется проводить в специальных приспособлениях, обеспечивающих получение нагревателей заданной формы и размеров.
При изготовлении нагревателей из фехрали места гиба следует подогревать до 700-850 °С, окончание гиба должно быть при температуре не ниже 600 °С. Нагреватели из нихромовой проволоки диаметром менее 8,0 мм и ленты всех толщин можно изготавливать без подогрева. Проволоку диаметром от 8,0 мм и выше рекомендуется подогревать в месте гиба. Температура нагрева для сплавов Х15Н60-Н, Х20Н80-Н, ХН20ЮС - 750-850 °С, для сплавов ХН70Ю, ХН60Ю3 - 950-1050 °С. Сплавы ХН60Ю3 и ХН70Ю в интервале температур 600-800 °С имеют низкую пластичность, поэтому гибку нагревателей в этой зоне температур проводить не следует.
Навивка спиралей из нихрома ведется без подогрева, спирали из фехрали рекомендуется подогревать до 200 – 300 °С. Для сварки частей нагревателя и приварки выводов применяют аргоно-дуговую сварку с неплавящимся вольфрамовым электродом на постоянном токе с применением в качестве присадочного материала проволоки той же марки сплава, что и для нагревателя. Нагреватели из нихромовых сплавов, работающие до 1100 °С, допускается сваривать дуговой сваркой на постоянном токе обратной полярности (минус на изделии), стержень электрода из металла той же марки, что и нагреватель.
Зигзагообразные нагреватели из проволоки и ленты размещаются на стенках и сводах, на штырях или крючьях. В качестве материала для изготовления штырей и крючьев при температуре до 1100 °С может быть использован сплав Х25Н20С2. При температуре до 1200-1250 °С используют сплавы ХН70Ю или ХН60Ю3. При более высоких температурах рекомендуется использовать керамические крючья. Нагреватели из нихрома размещаются на стенках на штырях. В связи с тем, что фехралевые сплавы коробятся во время работы, для крепления их лучше использовать не штыри, а крючья. При размещении нагревателей на своде крючья закрепляются в футеровке с помощью шайбы и шпонки. Ремонт нагревателей из фехрали ввиду их высокой хрупкости предпочтительней проводить без выемки из электропечи. Если это невозможно сделать, то в процессе ремонта нагреватель не следует растягивать или выгибать в холодном состоянии. Правку нагревателя следует вести с подогревом места гиба до 800-900 °С.
Нагреватели из нихрома в процессе эксплуатации не охрупчиваются и не требуют столь бережного отношения, как фехралевые нагреватели. Однако правку нагревателей из проволоки диаметром 8,0 мм и более все же лучше вести с подогревом. Температура нагрева мест гиба такая же, как и при изготовлении нагревателей.
При замене вышедших из строя витков или зигзагов нагревателя сварку следует вести так же, как и при изготовлении нагревателей. Места сварки должны быть обязательно зачищены от окалины. При поломке нагревателя приваривается накладка в месте поломки из того же материала, что и нагреватели.