電熱合金加熱元件在工業爐上的應用研究*

雷晏國

(咸陽陶瓷研究設計院有限公司 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，它們各有優缺點，使用條件也有所不同。

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

鎳鉻合金的優點是韌性好，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。其在高溫環境中強度高，長期高溫運行不易變形，不易改變結構，且鎳鉻合金電熱絲的常溫塑性好，變形后的修復較為簡單。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。其缺點是使用溫度沒有鐵鉻鋁高，最高使用溫度在900 ℃，長期在800 ℃區間運行良好。價格比鐵鉻鋁高。

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、爐子的結構、爐溫分布和工藝要求。安裝電熱元件時，必須考慮安全可靠、施工方便、結構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)結構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，這種結構適合大型工業爐的應用。具有發熱量大、維修方便、使用壽命長等特點。

(a) (b)

(c) (d)

圖1 電熱元件常見的安裝形式

圖1(c)結構形式使用于小型爐、實驗爐。將加熱絲嵌入纖維模塊中預制成加熱模塊，加熱絲在模塊內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熱，加熱絲壽命會縮短。

圖1(d)結構形式主要用在爐內氣氛對加熱絲有腐蝕的爐型中，外套保護管用來保護加熱絲不受腐蝕氣氛的腐蝕。但是保護管會使得加熱絲產生的熱量不易散出，外保護管內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 加熱元件的設計注意事項

表面負荷的選擇是決定加熱元件使用壽命的關鍵因素。加熱元件安裝在不易維修的地方、外套保護管嵌入在模塊內等熱量不易散發的地方時，表面負荷要選小一點，可延長使用壽命、減少維修次數。其它情況正常選擇即可。一般電熱合金表面負荷選擇≤1.5 W/cm2；若加熱元件外套保護管或者暗敷時，可選擇≤1.25 W/cm2。外保護管內徑要大于加熱絲繞組外徑的1.5倍時，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動元件效率、還可以降低成本、降低能耗，同時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、環境等狀況下都會有所不同，具體如表1所示，可根據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，作為加熱元件時成本高，一般用在真空高溫加熱設備上；硅鉬棒在800 ℃時會加快氧化，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用，目前只用在高溫設備上；而電熱合金因對電控的要求不高，民用和工業用途都很廣泛。

鐵鉻鋁和鎳鉻2種電熱合金，目前應用最廣的為鐵鉻鋁。由于鎳鉻合金采用較稀缺的鎳金屬材料制成，故該系列產品價格高出鐵鉻鋁最多達好幾倍，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備中和帶狀加熱體中一般都選用鎳鉻合金。

4 結語

就鐵鉻鋁和鎳鉻加熱元件的特性，在工業熱處理、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境中，但其性價比和使用廣度是其他加熱元件無法替代的，因此進一步提升其使用溫度和制作工藝是未來可期待的。