电热合金加热元件在工业炉上的应用研究*

雷晏国

(咸阳陶瓷研究设计院有限公司 陕西 咸阳 712000)

前言

电热合金加热元件最常用的是铁铬铝合金和镍铬合金2种，它们各有优缺点，使用条件也有所不同。

铁铬铝合金优点是使用温度高、使用寿命长、电阻率高、表面负荷高、抗氧化性高。其中应用最广的为0Gr27Al7Mo2， 它在1 000 ℃以下可以长期使用，短期可以用到1 250 ℃。缺点是只要升过一次温之后就会变得很脆。所以在设计时要充分考虑其使用寿命和维修方便性。

镍铬合金的优点是韧性好，特别是镍含量较高，升温很多次后还是特别软，可以随便绕而不会折断。其在高温环境中强度高，长期高温运行不易变形，不易改变结构，且镍铬合金电热丝的常温塑性好，变形后的修复较为简单。此外，镍铬合金电热丝的辐射率高、不带磁性、耐腐蚀能力好、使用寿命长。其缺点是使用温度没有铁铬铝高，最高使用温度在900 ℃，长期在800 ℃区间运行良好。价格比铁铬铝高。

1 加热元件的安装形式

电热元件的安装方式，取决于电热元件的形状、炉子的结构、炉温分布和工艺要求。安装电热元件时，必须考虑安全可靠、施工方便、结构合理和制作容易等原则。常见的几种安装形式如图1所示。

图1(a)和图1(b)结构形式采用搁置式安装，适合螺旋状、棒状、带状的加热元件安装，这种结构适合大型工业炉的应用。具有发热量大、维修方便、使用寿命长等特点。

(a) (b)

(c) (d)

图1 电热元件常见的安装形式

图1(c)结构形式使用于小型炉、实验炉。将加热丝嵌入纤维模块中预制成加热模块，加热丝在模块内嵌入深度不能大于螺旋加热丝的2/3，嵌入太多会影响加热丝的发热，加热丝寿命会缩短。

图1(d)结构形式主要用在炉内气氛对加热丝有腐蚀的炉型中，外套保护管用来保护加热丝不受腐蚀气氛的腐蚀。但是保护管会使得加热丝产生的热量不易散出，外保护管内径大于加热丝外径的1.5倍可使热量散出，不会对加热丝造成蜗热而损坏。

2 加热元件的设计注意事项

表面负荷的选择是决定加热元件使用寿命的关键因素。加热元件安装在不易维修的地方、外套保护管嵌入在模块内等热量不易散发的地方时，表面负荷要选小一点，可延长使用寿命、减少维修次数。其它情况正常选择即可。一般电热合金表面负荷选择≤1.5 W/cm2；若加热元件外套保护管或者暗敷时，可选择≤1.25 W/cm2。外保护管内径要大于加热丝绕组外径的1.5倍时，这样才有利于电热丝热量充分释放。

加热元件的连接方式也会影响元件的使用效率。好的连接方式不仅能最大程度调动元件效率、还可以降低成本、降低能耗，同时对炉膛温度均匀性也有很大的影响。

3 几种加热元件的比较

最常用的几种加热元件在使用温度、环境等状况下都会有所不同，具体如表1所示，可根据自身需要选择不同的加热元件。

表1 常用的加热元件情况表

钨、钼为贵重金属，作为加热元件时成本高，一般用在真空高温加热设备上；硅钼棒在800 ℃时会加快氧化，不适用于低温炉中；硅碳棒和硅钼棒除了高温特性外，制作成本和电控成本也限制其广泛应用，目前只用在高温设备上；而电热合金因对电控的要求不高，民用和工业用途都很广泛。

铁铬铝和镍铬2种电热合金，目前应用最广的为铁铬铝。由于镍铬合金采用较稀缺的镍金属材料制成，故该系列产品价格高出铁铬铝最多达好几倍，镍铬电热合金因其高温和低温柔韧性好，特别适用于需要异型加热元件的设备中和带状加热体中一般都选用镍铬合金。

4 结语

就铁铬铝和镍铬加热元件的特性，在工业热处理、日常的生活中随处可用到，虽然不像硅碳棒、硅钼棒、钨、钼、石墨等加热元件可用在更高温度的环境中，但其性价比和使用广度是其他加热元件无法替代的，因此进一步提升其使用温度和制作工艺是未来可期待的。