高温炉用电热元件

—
1.0~1.5
0.8~1.0
1
电热元件
（3）铁铬铝在不同温度下的电阻系数见表 6 所示： 表6 温度 电阻系数 （℃）
(106 m)
20
100
200
300
400
500
600
材料 0Cr25Al5 0Cr27Al7Mo2 温度 电阻系数 （℃）
(106 m)
1.400 1.500
200~260 210~240
丝材直径 （mm）
热轧盘条直径 （mm）
热轧带材 （mm）
0Cr25Al5 0Cr27Al7Mo2
0.2~7.5 0.5~7.5
8~10 8~10
12~30 12~30
(2.5~7)×(5~250) (2.5~7)×(5~250)
（2） 铁铬铝电热元件允许单位表面功率见表 5 所示： 表5 炉温 允许功率 （℃） 600 （W/cm2） 材料 —
1.403 1.496
1.410 1.491
1.418 1.488
1.431 1.486
1.450 1.489
1.478 1.498
700
800
900
1000
1100
1200
1300
材料 0Cr25Al5 0Cr27Al7Mo2 1.488 1.489 1.494 1.489 1.502 1.489 1.506 1.489 1.511 1.489 1.512 1.490 —— 1.490
0.99
2、钼 、钨、硅碳、硅钼电热元件 （1）钼 、钨、硅碳、硅钼的性能参数见表 8、表 9、表 10 所示： 表8
本身在空气中 的长期使用温 度（℃） 钼 钨 硅碳 硅钼 —— —— ＜1450 ＜1700 在真空中的 长期使用温 度（℃） ﹤1650 本身在空气 中的最高使 用温度（℃） —— —— 密度 (g/cm3)
9.59 (10.2～10..3） 19.3 3.1～3.5 5.3～5.5
2000 (2400～2500)
—— ——
1450 1700
2
电热元件
表9
20℃时的电阻系 -6 数 (10 Ω·m）
钼 钨 硅碳 硅钼
电阻温度系数 （10-5/℃）
线胀系数 比热容 （kJ 熔点 -6 （10 /℃） （ / kg· ℃） ） （℃）
——
900 20
—— ——
1500 900
—— ——
0.39
——
0.26
——
1.48
——
16
二、各种热电元件的性能特点
1、铁铬铝 （1） 不能用酸性耐火材料及钢铁做支架，要用高铝或氧化铝制品做支架。 （2） 在氮气中的使用温度比空气中低。 （3） 因价格低廉，又能满足大部分工业上的要求，所以应用广泛。 2、钼 （1）高温时，在真空或在纯氢、氩、氦中很稳定。 （2）高温时，在水蒸气，二氧化硫，氧化氩氮，氧化氮中均发生氧化。 （3）在高于 1100℃时，钼在一氧化碳、CH 化合物中发生碳化。 （4）加工粗厚型材时的温度要在 400℃以上。 （5）加热温度超过 1007℃以后，当降至室温时脆性增加，很难再加工，经热处理也 不能逆转。 2 （6）钼丝允许表面功率为 4～9W/cm 。 3、钨 （1）在 500 以上开始氧化，在 1200℃开始挥发。 （2）适于在氦气、氩气、真空中工作。 4、铂 （1）熔点 1768℃ 3 （2）比重：21.45g/cm -3 （3）电阻温度系数 3.9×10 /℃ （0～100℃） -6 （4）线膨胀系数：9.1×10 /℃ （20～100℃） （5）有良好的加工性、延展性，易铸造、冷锻。 （6）一般加入含量 10%、20%、40%的铑。是严格控制温度的良好发热体，常用的铂 铑合金含铑量 10%。 （7）当炉温达 1500℃时，电阻值增加了三倍。 （8）使用温度 1400℃。 5、石墨 （1）一般使用在 2200℃以下。 （2）在﹤2500℃时随着温度的增加，机械强度也在增加。 （3）可制成 2500-3000℃的发热体。
B1/d1=4.2 B2/d1=3.2
C2/d2=2～1.5
元件中心距工件边 D（ 20 1 mm） 元件同工件净距离 D（ 17 2 mm）
D2/d1=2.8～2.5
6
电热元件
表 16 硅碳棒的安装尺寸 套管厚 热端直径 d1(mm) 6 8 12 14 冷端直径 d2(mm) 12 14 18 22 套管内径 d3=1.5d2(mm) 18 21 27 33 套管外径 d4=1.9d2(mm) 22.8 26.6 34.2 41.8
电热元件
电热元件
一、各种电热元件的特点：
1、铁铬铝 （1）铁铬铝的性能参数见表 1、表 2、表 3、表 4： 表1
本身在空气中 的最高使用温 度（℃） 密度 (g/cm3)
20℃时的电阻 -6 系数 （10 Ω· m） 1.45 1.50
表2
电阻温度 线胀系数 系数 （10-6/℃） -5 （10 /℃）
0.49~0.63 0.49~0.63
硬度 （HBS）
1500 1520
表3 可加工性 可焊性 差，易裂， 差，易裂， 表4
6.8~7.8 7.4~8.3
20~25 15
70~75 65
高温后性能 易变形、变脆、变硬 易变形、变脆、变硬 热轧棒材直径 （mm）
经济性 好 较好
磁性 有 有
0Cr25Al5 0Cr27Al7Mo2
Mo W
碳化硅 石墨
2000
不
2000
四、 硅碳发热元件（硅碳棒，碳化硅）
1、特点： （1）硬度大，脆，耐高温，变形小，耐急冷急热性好，化学稳定性好，与酸不发生反 应，寿命长，安装维修方便。 （2）1300℃时会同碱或碱金属氧化物起作用（见表 14 所示） ，会明显影响元件的红热 程度。 （3）高温下同 CO2、CO 作用缓慢。 （4） 650℃开始氧化，与氢接触会变脆。 （5）经过长期使用，碳会挥发，使电阻逐渐增大。当电阻达到一定程度时，要改变发 热体的接线方式或更换元件以求达到原来的发热功率。 （6） 在 1300～1400℃时会与水发生反应，在 1775～1800℃时，会与水发生强烈反应， 所以窑炉要有排出水分的排气孔，在新窑烘窑时要注意排出水分。 表 14
4
电热元件
（4）高温时需通惰性气体或抽真空，防止氧化。 （5）加工容易、可做成板状或管状。 （6）比钨、钼便宜。 6、碳 （1）熔点 3500℃ （2）最高使用温度 2500℃～3000℃ （3）电阻温度系数为负值 （4）应在惰性气体或真空中工作。 （5）用碳粒，粒度在 1～10mm。 （6）碳粒成本低。 三、电热元件在各种气氛中的长期使用温度见表 13 所示： 表 13 电热元件在各种可控气氛中的长期使用温度（℃） 电热材 料 空气 不 不 ＜1450 不 还原气 氛氢或 分解氨 ＜1650 氢气中 ＜2480 ＜1200 ＜2480 含氢 15% 的放热性 气氛 不 不 ＜1370 不 一氧化 碳吸热 性气氛 不 不 ＜1370 ＜2480 渗碳气 氛 不 不 不 ＜2480 含硫的氧化 性或还原性 气氛 不 不 ＜1390 含硫还原性 气氛可用 含铝锌 的还原 性气氛 不 不 ＜1370 ＜2480 真空 ＜1650
高温后性能 变脆难加工 变脆难加工 硬、脆
发热端直径 （mm） —— ——
钼 钨 硅碳
7.8~12 10.8
——
6、8、12、 14、18、25 4、6、9
5 硅钼 抗弯﹥2 不能 硬、脆 （2）钼 、钨、硅碳、硅钼在不同温度下的电阻系数见表 11 所示： 表 11
温度 电阻系数 （℃）
(106 m)
3
电热元件
（3）不同温度下，各种发热体电阻系数的比值见表 12 所示：
1200 ：1200℃时电阻系数，余类推。
表 12 材料 钼 钨 硅碳 硅钼
1200 20
6.92 7.2 0.28 10.8
1300 20
—— —— —— ——
1500 20
—— ——
1700 20
9.74 10.16
20
100
200
300
400
500
600
700
材料 钼 钨 Φ18 硅碳棒 硅钼棒 0.054 0.055 3800 0.25 0.074 0.074 2400 0.35 0.100 0.099 1802 0.50 0.126 0.126 1600 0.65 0.152 0.154 1320 0.83 0.179 0.184 1200 1.02 0.205 0.213 1050 1.24 0.232 0.243 1020 1.46
1 (d4- d3) 2
=0.2d2 (mm) 2.4 2.8 3.6 4.4
卡具同炉墙 之间的距离 B(mm) 50 50 50 50
4、在温度为 t℃时，计算每根元件的参数
（1） 功率 （2） 电阻值 （3） 电压 （4） 电流
P 3.14d l1 wy
（W）
R
t l1 （Ω） A
氧化物 发生作用时的温度（℃） 氧化铜 氧化镁 氧化铁 氧化镍 氧化锰 氧化铬
800
1000
1300
1360
1370
2、外形如图 1 所示： 3、硅碳发热元件的安装尺寸见图 2、表 15 和表 16 所示：单位（mm）
5
电热元件
图 1 硅碳棒电热元件外形
图 2 硅碳棒安装图 表 15 热端直径 d1（mm） 冷端直径 d2（mm） 最小中心距 B1（mm） 热端净间距 B2（mm） 元件中心距炉墙 C1（mm） 同炉墙净间距 C2（mm） 6 12 25 19 15 12 8 14 35 27 20 16 25 21 12 18 50 38 25 19 40 34 14 22 60 46 30 23 45 38 18 28 75 57 40 31 60 51 25 38 105 80 50 38 75 63 30 45 125 95 60 45 90 75 160 120 80 60 120 100 40
0Cr25Al5 0Cr27Al7Mo2
1250 (1300~1400) 1350 (1400)
7.1 7.1
3~5
－0.65
15.0~16.0 14.6~16.6
比热容 熔点 （kJ/（kg·℃） ） (℃)
抗拉强度 （104Pa）
伸长率 (%)
截面收缩 率（%）
反复弯 曲次数 ≥5 ≥5
0Cr25Al5 0Cr27Al7Mo2
U PR (V)
I P （A） U
l1 ：热端长（m）
d：热端直径 (mm)
Wy：允许的单位表面功率 （W/cm ）
t ：电阻系数 （Ω·mm /m）
2
2
A：热端截面积 （mm2） I：流过元件的电流 （A） 5、硅碳元件在空气中所允许的单位表面功率见表 17 所示： 表 17
温度 电阻系数 （℃）
(106 m)
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1600
1700
材料 钼 钨 Φ18 硅碳棒 硅钼棒 0.258 0.273 1000 1.70 0.284 0.303 980 1.94 0.314 0.335 1000 2.20 0.344 0.365 1020 2.44 0.374 0.396 1050 2.70 0.404 0.428 1200 2.96 0.435 0.461 1320 3.21 0.496 0.527 1450 3.73 0.526 0.559 —— 4.00
0.054 0.055 3700（φ18） 0.25
抗拉强度 （104Pa）
4.75~5.50 4.8~5.50
随温度变化 随温度变化 表 10 热伸长率 （%） —— —— —— 可加工性 差 差 不能
5.5~6.1 4.44~7.26 5 7.5
0.314 0.147 0.712
——
2625 3410 2227 2030
（4）不同温度下，铁铬铝电阻系数的比值见表 7 所示：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1200 ：1200℃时电阻温度系数，余类推。
表7 材料
1200 20
1.08 0.99
1300 20
——
1500 20
—— ——
1700 20
—— ——
900 20
1.07
——
900 150
—— ——
0Cr25Al5 0Cr27Al7Mo2
700
800
900
1000
1100
1200
1300
3~3.7
—— ——
2.6~3.2 1.8~2.2
——
2.1~2.6 1.4~2.0
——
1.6~2.0 1.0~1.6 1.8~2.4
1.2~1.5 0.8~1.0 1.2~1.8
0.8~1.0
——
0.5~0.7
——
0Cr25Al5
—
0Cr27Al7Mo2