ПРОДУКЦИЯ

НИХРОМ

ФЕХРАЛЬ

НИХРОМ В ИЗОЛЯЦИИ

ТИТАН

ВОЛЬФРАМ

МОЛИБДЕН

КОБАЛЬТ

ТЕРМОПАРЫ

ТЕРМОПАРЫ НАГРЕВОСТОЙКИЕ

НИКЕЛЬ

МОНЕЛЬ

КОНСТАНТАН

МЕЛЬХИОР

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

ПОРОШКИ МЕТАЛЛОВ

НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ

ЖАРОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ

ФЕРРОСПЛАВЫ

ОЛОВО

ТАНТАЛ

НИОБИЙ

ВАНАДИЙ

ХРОМ

РЕНИЙ

ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ

ЦИРКОНИЙ


 
Внимание! Если Вы обнаружили ошибку на сайте, то выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

 

8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95
logo
(800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54

Применение продукции из сплава константан для изготовления нагревателей

В статье рассматривается применение проволоки и ленты из константана для производства нагревателей электрических печей.

Медно-никелевый сплав константан входит в группу электротехнических материалов с высоким удельным электросопротивлением. Величина температурного коэффициента сопротивления этого сплава равна 0,03·10-3 К-1 и принимается как максимально близкая к нулю, в связи с чем, его электрическое сопротивление практически не меняется при изменении температуры.

Иными словами, при подключении отрезка ленты или проволоки константана к источнику питания, и превращения его тем самым в нагреватель, мощность исходящего от него теплового потока всегда будет иметь фактически одинаковое (постоянное) значение при любом температурном режиме работы, и будет равняться:

W=U²/R,

где W – тепловой поток; U – напряжение на отрезке константана (нагревателе); R – электрическое сопротивление отрезка (нагревателя).

В контексте сказанного необходимо отметить, что электрическое напряжение на нагревателе будет равно напряжению переменного тока (при использовании соответствующего источника электроэнергии).

Из-за такого постоянства электрического сопротивления константан и получил своё название (constans - постоянный, неизменный). Вместе с этим, константан обладает хорошей жаропрочностью (сохраняет механическую прочность при нагреве) и сопротивляемостью газовой коррозии (жаростойкостью). Благодаря перечисленным достоинствам константановая проволока и лента широко используются в электронагревательных приборах и печах сопротивления в виде пластин, лент, спиралей. Из константана изготавливают нагреватели для электрических печей с верхней температурной границей в 500 градусов, поскольку при более высоких температурах и при отсутствии изоляции сплав начинает интенсивно окисляться.

Ленточные нагреватели из константана

Рисунок 1. Ленточные нагреватели из константана

Преимущества нагревателей из константана

За счет высокого электрического сопротивления константан способен быстро и сильно нагреваться, что позволяет изготавливать из сплава нагреватели малой длины и с большой площадью поперечного сечения. Это свойство константана является его безусловным, и возможно, ключевым достоинством, так как конструкции многих типов печей, например, лабораторных, не позволяют встраивать в них слишком длинные нагреватели. Кроме того, нагреватель с большим диаметром обладает большим сроком службы даже при активной эксплуатации, что, в свою очередь, выгодно с экономической точки зрения – нет необходимости в частой замене нагревательного элемента. Этим обстоятельством объясняется и тот факт, что константановая нить выступает в качестве нагревателя значительно реже, чем проволока или лента.

Важным преимуществом константана является упомянутый выше нулевой температурный коэффициент сопротивления. Это существенно упрощает и удешевляет использование константановых нагревателей - для запуска печи из холодного состояния не нужно использовать трансформаторы, понижающие напряжение в момент включения. Еще один плюс сплава в том, что он обладает хорошими технологическими характеристиками. В этом велика заслуга никеля, который существенно упрочняет медь, сохраняя при этом её традиционную пластичность и вязкость. За счёт того, что константановая лента и проволока хорошо поддается изгибу, из них можно создавать нагреватели любой, даже самой сложной конфигурации. Кстати, именно благодаря высокой пластичности и вязкости сплава, из него изготавливается так же константановая фольга и нить.

Расчет длины константанового нагревателя

Высокая технологичность сплава открывает широкие возможности изготовления открытых нагревателей в условиях эксплуатации печей. Для этого параметры нагревательного элемента предварительно рассчитываются с учётом напряжения в сети и мощности печи. Зная удельное сопротивление и площадь сечения, которые имеет константановая лента (обычно с шириной более 5 мм), или диаметр - в случае, если в качестве заготовки выступает проволока, можно по формуле определить оптимальную длину нагревателя по формуле:

l = R · S / ρ,

где R - электрическое сопротивление нагревателя (Ом); S - площадь сечения ленты или проволоки (мм²); ρ - удельное электрическое сопротивление константана (Ом·мм²/м); l - длина нагревателя (мм).

Константан в электрических печах и ТЭНах

Нагреватели из константана могут быть открытыми и закрытыми. Для изготовления открытых нагревателей электрических печей термообработки с максимальным нагревом до 400-450°С в основном используется проволока и лента, поскольку константановая нить со слишком малым диаметром на открытом воздухе быстро горит. Это, впрочем, не отменяет эффективности нити в вакуумных печах и в печах с инертным газом, а также в закрытых нагревателях типа ТЭН, предназначенных для обогрева воздуха, жидкостей, тёплых полов и т.п. Закрытыми такие нагреватели называют потому, что константан в них не имеет прямого контакта с нагреваемым материалом. В большинстве случаев конструкция закрытого нагревателя состоит из металлической трубки или иной оболочки, герметично закрытой с обеих сторон, внутрь которой помещается константановая нить в виде спирали. Для более мощных приборов (печей) используется проволока и лента в различной конфигурации, в зависимости от конструкции печи и требуемого режима термообработки.

По технико-экономическим показателям константановая проволока часто оказывается предпочтительнее ленты. Для больших промышленных печей используется проволока Ø 3-7 мм, а для печей меньшего масштаба проволока Ø 0,03-2,5. Ключевыми аргументами в пользу проволочного константанового нагревателя является простота и низкая стоимость его изготовления и монтажа без специальных понижающих напряжение трансформаторов. Классические спиральные нагреватели из проволоки легко изготовить путем навивки на станке.

При необходимости проволоку можно разместить на стенках и сводах печи по лабиринтному типу или в виде зигзагов, навить на цилиндрическое основание, или предварительно заготовленную спираль подвесить на керамических изоляторах (последнее применяется в низкотемпературных печах). Из всех перечисленных вариантов, нагреватель в виде спирали, навитой на трубчатое основание, обеспечивает более высокую удельную мощность печи в расчете на 1 м2 внутренней поверхности рабочей камеры.

Несмотря на то, что константановая лента требует больше средств и усилий для изготовления из неё нагревателей из-за большей площади сечения, существует целый ряд обстоятельств, когда она оказывается более целесообразной в виде нагревателя, чем проволока. В каждом отдельном случае принятие решения об использовании в печи проволоки или ленты основывается на анализе технико-экономических показателей того или иного варианта. Тем более, что с точки зрения общей эффективности константановые нагреватели из проволоки и ленты не имеют существенных различий.

"Метотехника"
e-mail: info@metotech.ru

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Нихром :: Фехраль :: Нихром в изоляции :: Титан :: Вольфрам :: Молибден :: Кобальт :: Термопары :: Термопары нагревостойкие :: Никель :: Монель :: Константан :: Мельхиор :: Твердые сплавы :: Порошки металлов :: Нержавеющая сталь :: Жаропрочные сплавы :: Ферросплавы :: Олово :: Тантал :: Ниобий :: Ванадий :: Хром :: Рений :: Прецизионные сплавы :: Цирконий :: Обзор цен на металлы и ферросплавы :: Карта сайта
                     Яндекс цитирования