Cr20Ni80是电阻电热合金,此类合金组织稳定,电气物理特性稳定、高温力学性能好,冷变形塑性好,焊接性好,长期使用不会产生脆性断裂。多用于制造家用电器和工作温度在1000℃以下的加热元件,使用寿命长。由于含镍量高,价格较高。
Cr20Ni80电阻电热合金化学成分如下图:
Cr20Ni80性能:
元件最高使用温度 1200℃
快速寿命:不小于80h
熔点 1400℃
密度 84克/立方厘米
电阻率:软态丝材
比热容 046J/(gK)
延伸率 ≥20
抗拉强度:不小于650 Rm/MPa
导热系数: 15 W/(mK) (20℃)
线胀系数 18
初中物理课本第二册中提到:电热器的发热体是由熔点高、电阻率大的合金丝绕在绝缘材料上制成的要求合金丝熔点高比较容易理解,但为什么又要求合金丝电阻率大呢 有人这样解释:根据焦耳定律公式,Q二12尸t,电流产生的热量和电阻成正比,电阻率大电阻就大,发热体产生的热量就多。 这种解释是不正确的其一,电阻率大的导体电阻不一定就大,电热器的额定电压、额定功率一经确定,无论选用何种材料其总电阻都应是相同的。其二,只有在电流强度相同、通电时间相同时,电阻越大、电流产生热量才越多而电热器一般是在一定电压下工作的,根据Q~U“t/R可知,在相l4J的时间内,电阻越大,电流产生的热量反而越少。 如果单从发热体发热多少来考虑,采用什么材料来制作发热体都行但是,选用电热材料还要考虑到发热体的温度和使用寿命等间题。 电热丝一般是由铁铬铝合金丝或镍铬合金丝制成的,它们的电阻率大(11~14欧姆·毫米’/米),可以根据需要绕制成大小适中的发热体在发热体功率一定时,单位长度的电热丝可产生较大的热功率,能达到较高的温度而如果用电阻率小的、截面相同的铁丝(p一010欧姆·毫米 (
利用电流的焦耳效应将电能转变成热能以加热物体。通常分为直接电阻加热和间接电阻加热。前者的电源电压直接加到被加热物体上,当有电流流过时,被加热物体本身(如电加热熨平机)便发热。可直接电阻加热的物体必须是导体,但要有较高的电阻率。由于热量产生于被加热物体本身,属于内部加热,热效率很高。间接电阻加热需由专门的合金材料或非金属材料制成发热元件,由发热元件产生热能,通过辐射、对流和传导等方式传到被加热物体上。由于被加热物体和发热元件分成两部分,因此被加热物体的种类一般不受限制,操作简便。
间接电阻加热的发热元件所用材料,一般要求电阻率大、电阻温度系数小,在高温下变形小且不易脆化。常用的有铁铝合金、镍铬合金等金属材料和碳化硅、二硅化钼等非金属材料。金属发热元件的最高工作温度,根据材料种类可达1000~1500℃;非金属发热元件的最高工作温度可达1500~1700℃。后者安装方便,可热炉更换,但它工作时需要调压装置,寿命比合金发热元件短,一般用于高温炉、温度超过金属材料发热元件允许最高工作温度的地方和某些特殊场合。
感应加热
利用导体处于交变电磁场中产生感应电流(涡流)所形成的热效应使导体本身发热。根据不同的加热工艺要求,感应加热采用的交流电源的频率有工频(50~60赫)、中频(60~10000赫)和高频(高于10000赫)。工频电源就是通常工业上用的交流电源,世界上绝大多数国家的工频为50赫。感应加热用的工频电源加到感应装置上的电压必须是可调的。根据加热设备功率大小和供电网容量大小,可以用高压电源(6~10千伏)通过变压器供电;也可直接将加热设备接在380伏的低压电网上。
中频电源曾在较长时间内采用中频发电机组。它由中频发电机和驱动异步电动机组成。这种机组的输出功率一般在50~1000千瓦范围内。随着电力电子技术的发展,已使用的是晶闸管变频器中频电源。这种中频电源利用晶闸管先把工频交流电变换成直流电,再把直流电转变成所需频率的交流电。由于这种变频设备体积小,重量轻,无噪声,运行可靠等,已逐渐取代了中频发电机组。
高频电源通常先用变压器把三相 380伏的电压升高到约2万伏左右的高电压,然后用闸流管或高压硅整流元件把工频交流电整流为直流电,再用电子振荡管把直流电转变为高频率、高电压的交流电。高频电源设备的输出功率有从几十千瓦到几百千瓦。
感应加热的物体必须是导体。当高频交流电流通过导体时,导体产生趋肤效应,即导体表面电流密度大,导体中心电流密度小。
感应加热可对物体进行整体均匀加热和表层加热;可熔炼金属;在高频段,改变加热线圈(又称感应器)的形状,还可进行任意局部加热。
电弧加热
利用电弧产生的高温加热物体。电弧是两电极间的气体放电现象。电弧的电压不高但电流很大,其强大的电流靠电极上蒸发的大量离子所维持,因而电弧易受周围磁场的影响。当电极间形成电弧时,电弧柱的温度可达3000~6000K,适于金属的高温熔炼。
电弧加热有直接和间接电弧加热两种。直接电弧加热的电弧电流直接通过被加热物体,被加热物体必须是电弧的一个电极或是媒质。间接电弧加热的电弧电流不通过被加热物体,主要靠电弧辐射的热量加热。电弧加热的特点是:电弧温度高,能量集中,炼钢电弧炉溶池的表面功率可达560~1200千瓦/平方米。但电弧的噪声大,其伏安特性为负阻特性(下降特性)。为了在电弧加热时保持电弧的稳定、在电弧电流瞬时过零时电路电压的瞬时值大于起弧电压值,同时为了限制短路电流,在电源回路中,必须串接一定数值的电阻器。
电子束加热
利用在电场作用下高速运动的电子轰击物体表面,使之被加热。进行电子束加热的主要部件是电子束发生器,又称电子枪。电子枪主要由阴极、聚束极、阳极、电磁透镜和偏转线圈等部分组成。阳极接地,阴极接负高位,聚焦束通常和阴极同电位,阴极和阳极之间形成加速电场。由阴极发射的电子,在加速电场作用下加速到很高速度,通过电磁透镜聚焦,再经偏转线圈控制,使电子束按一定的方向射向被加热物体。
电子束加热的优点是:①控制电子束的电流值Ie,可以方便而迅速地改变加热功率;②利用电磁透镜可以自由地变更被加热部分或可以自由地调整电子束轰击部分的面积;③可增加功率密度,以使被轰击点的物质在瞬间蒸发掉。
红外线加热
利用红外线辐射物体,物体吸收红外线后,将辐射能转变为热能而被加热。
红外线是一种电磁波。在太阳光谱中,处在可见光的红端以外,是一种看不见的辐射能。在电磁波谱中,红外线的波长范围在075~1000微米之间,频率范围在3×10~4×10赫之间。在工业应用中,常将红外光谱划分为几个波段:075~30微米为近红外线区;30~60微米为中红外线区;60~150微米为远红外线区;150~1000微米为极远红外线区。不同物体对红外线吸收的能力不同,即使同一物体,对不同波长的红外线吸收的能力也不一样。因此应用红外线加热,须根据被加热物体的种类,选择合适的红外线辐射源,使其辐射能量集中在被加热物体的吸收波长范围内,以得到良好的加热效果。
电红外线加热实际上是电阻加热的一种特殊形式,即以钨、铁镍或镍铬合金等材料作为辐射体,制成辐射源。通电后,由于其电阻发热而产生热辐射。常用的电红外线加热辐射源有灯型(反射式)、管型(石英管式)和板型(平面式)三种。灯型是一种红外线灯泡,以钨丝为辐射体,钨丝密封在充有惰性气体的玻璃壳内,如同普通照明灯泡。辐射体通电后发热(温度比一般照明灯泡低),从而发射出大量波长为12微米左右的红外线。若在玻璃壳内壁镀反射层,可将红外线集中向一个方向辐射,所以灯型红外线辐射源也称为反射式红外线辐射器。管型红外线辐射源的管子是用石英玻璃做成,中间是一根钨丝,故亦称石英管式红外线辐射器。灯型和管型发射的红外线的波长在07~3微米范围内,工作温度较低,一般用于轻、纺工业的加热、烘烤、干燥和医疗中的红外线理疗等。板型红外线辐射源的辐射表面是一个平面,由扁平的电阻板组成,电阻板的正面涂有反射系数大的材料,反面则涂有反射系数小的材料,所以热能大部分由正面辐射出去。板型的工作温度可达到1000℃以上,可用于钢铁材料和大直径管道及容器的焊缝的退火。
由于红外线具有较强的穿透能力,易于被物体吸收,并一旦为物体吸收,立即转变为热能;红外线加热前后能量损失小,温度容易控制,加热质量高,因此,红外线加热应用发展很快。
介质加热
利用高频电场对绝缘材料进行加热。主要加热对象是电介质。电介质置于交变电场中,会被反复极化(电介质在电场作用下,其表面或内部出现等量而极性相反的电荷的现象),从而将电场中的电能转变成热能。
介质加热使用的电场频率很高。在中、短波和超短波波段内,频率为几百千赫到300兆赫,称为高频介质加热,若高于300兆赫,达到微波波段,则称为微波介质加热。通常高频介质加热是在两极板间的电场中进行的;而微波介质加热则是在波导、谐振腔或者在微波天线的辐射场照射下进行的。
电介质在高频电场中加热时,其单位体积内吸取的电功率为P=0566fEεrtgδ×10(瓦/厘米)
如果用热量表示,则为:
H=133fEεrtgδ×10(卡/秒·厘米)
式中f为高频电场的频率,εr为电介质的相对介电常数,δ为电介质损耗角,E为电场强度。由公式可知,电介质从高频电场中吸取的电功率与电场强度E的平方、电场的频率f以及电介质的损耗角δ成正比。E和f由外加电场决定,而εr则取决于电介质本身的性质。所以介质加热的对象主要是介质损耗较大的物质。
介质加热由于热量产生在电介质(被加热物体)内部,因此与其他外部加热相比,加热速度快,热效率高,而且加热均匀。
介质加热在工业上可以加热热凝胶,烘干谷物、纸张、木材,以及其他纤维质材料;还可以对模制前塑料进行预热,以及橡胶硫化和木材、塑料等的粘合。选择适当的电场频率和装置,可以在加热胶合板时只加热粘合胶,而不影响胶合板本身。对于均质材料,可以进行整体加热。
电热丝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几倍,使用温度较铁铬铝低。
电热丝是较为常见的一种发热元件,其作用是在通电后将电能转化成热能,在冶金机械、医疗、化工、陶瓷、电子、电器、玻璃等工业加热设备和民用加热器具等领域被广泛应用。就拿电热管加热器来说,电热丝是加热管的核心发热体,所以,对于加热管而言,电热丝的材质优劣决定了发热管的发热性能。
要知道,电热丝的种类是根据电热丝的化学元素及组织机构的不同来进行划分的。市面上常见的电热丝有铁铬铝合金电热丝和镍铬合金的电热丝,这两种电热丝作为电热元件,在功能性能方面各有特点。
铁铬铝合金电热丝
铁铬铝合金电热丝是由铁、铬、铝三种金属材料共同打造的电热丝,具有电阻率高、表面负荷度高、使用寿命长、运行温度高等优点,并且不容易出现熔断现象,能保障加热管的安全性能。同时,铁铬铝合金电热丝还有较好的抗氧化性,经久耐用。但是,它也有一定的缺点,铁铬铝合金电热丝在高温环境下其强度较低,会随着温度的升高发生变形,且变形后不易恢复。因此,对于较长的加热管而言,铁铬铝合金电热丝就不能要求电热丝承载过高的温度,以防止电热丝加热变形而挤压镁粉,导致加热管破裂的情况发生。
镍铬合金电热丝
镍铬合金电热丝是以镍、铬两种金属合制成的电热丝,优点是在高温下硬度较高,长期高温也不会出现变形,即使是因为其他不确定因素导致镍铬合金电热丝出现变形,其修复也很简单。同时,镍铬合金电热丝还不带磁性,不会导致加热管和铁质等物品发生相吸或相斥的情况,加热管更加安全。另外,镍铬合金电热丝还有很好的耐腐蚀能力,使用寿命更长,更耐用。所以,我们泰卓阳五金工具的加热管就采用了镍铬合金电热丝作为加热管的发热元件,也正是因为镍铬合金电热丝的这些优点,我们泰卓阳五金工具才能制造出单头加热管、防爆加热管、法兰加热管、翅片加热管等多种加热管,而且每种加热管都具有加热快加热安全的特点。
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