Aliatge calefactor
Els aliatges calefactors són aliatges de dos o més metalls que tenen una resistència elèctrica específica relativament alta i una baixa tendència a oxidar-se.
La seva finalitat és convertir l'energia elèctrica en calor .
Mitjançant l'aliatge, les propietats positives dels metalls individuals s'utilitzen per adaptar-los al seu ús previst com resistència calefactora .
Funció i formes d'aplicació
[modifica]Quan flueix corrent elèctric, un conductor calefactor es converteix en un emisor d'escalfor com a conseqüència de la seva resistència elèctrica, que genera calor a l'interior.
La calor generada és proporcional al quadrat del corrent i proporcional al quadrat de la tensió elèctrica aplicada a un element calefactor donat.
Les resistències calefactores són conductors enrotllats en forma d'hèlix que s'utilitzen en elements calefactors (fogues, escalfadors, calderes). Els conductors calefactors sovint s'insereixen o incrusten en motllures ceràmiques protectores o tubs de quars . La micanita també serveix com a suport.
Requisits i exemples
[modifica]Els materials emprats com conductors calefactors són principalment aliatges. No obstant això, per a temperatures especialment elevades, s'utilitza carbur de silici, disiliur de molibdè, platí i -en absència d'oxigen – s'utilitzen grafit i tungstè.[1] També s'utilitza fil de tungstè pur per escalfar els càtodes dels tubs electrònics .
El material no s'ha de fondre quan s'escalfa i ha de ser resistent a la corrosió fins i tot després d'escalfaments i refredaments repetits. L'objectiu també és una alta resistència a la temperatura de funcionament i una baixa tendència a la recristal·lització.
Per poder utilitzar conductors d'escalfament curts i gruixuts, és avantatjosa una alta resistència específica .
Les taules següents enumeren alguns paràmetres de metalls, aliatges i altres materials conductors calefactors utilitzats com a conductors calefactors sota els seus noms comercials.
| material | Resistència específica ρ (20 °C), en |
Conductivitat elèctrica ϰ, en |
|---|---|---|
| Coure pur (per a comparació) | 0,0172 | |
| c.níquelat | 14,6 | |
| c. cromat | 6,7 | |
| Nickelina | 0,4 / 0,33 | 3,0 / 2,5 |
| Manganina | 0,43 | |
| Constantà | 2.04 | |
| 30Mn 70Cu | 1,0 | 1,0 |
| Nicrom (80 % Ni, 20 % Cr) | 1,1 | 0,9 |
| Ferrocronina (NiCr15Fe) | 1,03 [2] | |
| Sicromal (X10CrAlSi13) | 0,75 [3] | |
| Kanthal® A-1 [4] (aliatge FeCrAl) | 1,45 | 0,69 |
| manganès | 1.44 | 0,69 |
| grafit [5] | 13,8 [6] …40 [7] | 0,025…0,073 |
L'anàlisi de la taula mostra que en aliar níquel i zinc, la resistència elèctrica específica augmenta 28 vegades en comparació amb el coure pur i níquel . Si augmenta el contingut de zinc augmentant el níquel i només es substitueix l'1% de manganès (constantà) la resistència específica augmenta 30 vegades en comparació amb el coure.
La llista també mostra que la presència de ferro, crom i alumini en els aliatges ("Kanthal") augmenta significativament la resistència en comparació amb els basats en coure-níquel.
La Niquel·lina amb 0,4
L'aliatge Kanthal® A-1 (FeCr22Al6) amb 1,45 .
El desenvolupament d'aliatges aptes com a conductors calefactors es remunta a principis del segle XX. i fins i tot més enrere. Després que Thomas Alva Edison inventés la bombeta, es van buscar materials que fossin més duradors que un filament de carboni i poguessin suportar temperatures molt elevades. Els aliatges d' osmi i iridi, més tard d'osmi i tungstè (marca Osram), van oferir una solució. Tungstè disponible en abundància (de wolframita) amb el seu punt de fusió F = 3380 °C va substituir l'osmi i l'iridi (marca Tungsram).
Aliatges de níquel-coure
[modifica]Els primers fil de resistència es van fer de Nickelin, un aliatge de coure, níquel i manganès amb una alta resistivitat i un coeficient d'expansió tèrmica molt baix. Típic del gènere és "Isabellin", que porta el nom del líder del mercat.[8] Això també s'aplica als aliatges de coure i manganès amb addicions no només d'alumini, sinó també d'altres elements, que es coneixen col·lectivament com a aliatges Heusler . Relacionats amb ells hi ha aliatges molt resistents a la corrosió amb un alt contingut en níquel, com el Constantà estandarditzat amb un 56 % de coure i un 44 % de níquel, màxim un 1 % de manganès. Els aliatges de conductors calefactors eficients també són sistemes de dos materials fets de níquel i <20 % de crom.
Els aliatges de níquel-coure com a materials calefactors estan estandarditzats a la norma DIN 17471. CuNi44 s'utilitza per escalfar resistències en forma de cable. Els aliatges estan estandarditzats com a materials continguts sota la norma DIN 17664. El rang d'aplicació està entre 500 i 600 °C, es fonen a 1230-1290 °C, per tant, no es pot utilitzar en metal·lúrgia ferrosa, fins i tot en algunes àrees de metalls pesants.[9]
Acers cromats
[modifica]Acers al crom ferrític amb fins un 5% d'alumini es pot aliar per formar una capa d'òxid inhibidor de la corrosió. Tenen un alt punt de fusió des d'un 5 % fins un 2,5-3 % d'addició reduïda d'alumini, o de fins un 0,3 % ittri, hafni i zirconi.[10]
Els aliatges són, p. B. CrAl 25 5, és a dir, un 5 % i un 70 % ferro, així com CrAl 20 5 amb un 75 % ferro.[11] L'augment del contingut de ferro provoca estats microestructurals austenítics i ferrítics amb una resistència a la temperatura i una vida útil corresponents. Tots els aliatges que contenen alumini es caracteritzen per una capa protectora resistent a la temperatura feta d'òxid alfa d'alumini (corindó) que es forma durant l'ús.
Aliatges de níquel-crom
[modifica]La cromina es pot trobar a la literatura des de 1955 com un aliatge no estàndard "per a la producció de resistències per a calefactores elèctrics". Conté un 83-84 % níquel, equilibri crom. Chromel A i Chromel B estan estretament relacionats. Chromel C, en canvi, és un aliatge de tres components amb un 25 % ferro, un 11 % crom, equilibri níquel. Tots s'utilitzen per escalfar resistències. Chromel P conté un 10 % de crom, la resta de níquel i s'utilitza juntament amb el fil d'Alumel com a termoparell (tipus K) fins a un màxim de 1100 °C (breument fins 1300 °C).
Els aliatges de conductors calefactors a base de níquel i crom normalitzats segons DIN 17470 són aliatges de dos components i de tres components amb el ferro com a factor determinant. L'estàndard inclou NiCr 80 20, NiCr 60 15 amb un 25 % ferro, NiCr 30 20 amb un 50 % ferro, així com CrNi 25 20 amb un 55 % ferro.
Kanthal
[modifica]Kanthal® és una marca comercial del grup Sandvik per a diversos productes calefactors elèctrics.
Kanthal era originalment un aliatge conductor calefactors amb una composició definida. Un aliatge de ferro, crom i alumini amb una resistència que aguanta fins a 1400 °C [12] va ser desenvolupat per l'empresa del mateix nom el 1931. Més tard, la marca Kanthal també es va utilitzar per a aliatges de conductors calefactors a base de coure i níquel i també per a elements calefactors sòlids fets de carbur de silici (també conegut com Silit, Carborundum).
Exemples d'aplicació
[modifica]Per generar calor a partir del corrent elèctric, els conductors calefactors solen mantenir-se aïllats i sovint protegits addicionalment per un tub metàl·lic.
Electrodomèstics com fogons elèctrics de cuina, fogons, rentadores i rentavaixelles, bullidors, assecadors de cabells, escalfadors d'aigua, calderes d'aigua calenta, escalfadors de ventilació, soldadors o escalfadors d'immersió, etc. contenen conductors calefactors d'aliatge.
En la metal·lúrgia, els motlles de nucli escalfables (procés de caixa calenta per endurir la sorra de nucli lligada a resina sintètica) s'escalfen amb conductors calefactors; altres exemples inclouen forns de fusió de gresol escalfats per resistència o forns per a la fusió elèctrica que es fan servir per amantenir les masses foses calentes i temperar lingots premsats i laminats per processar-los. en productes semielaborats .
Referències
[modifica]- ↑ Der Neue Brockhaus. Band 2, Brockhausverlag, Wiesbaden 1974, ISBN 3-7653-0025-X
- ↑ http://woite-edelstahl.info/24816de.html Datenblatt Werkstoff-Nr.: 2.4816 bei Fa. M. Woite GmbH, abgerufen am 11. Mai 2019.
- ↑ http://www.metalcor.de/datenblatt/51/ Datenblatt Werkstoff 1.4724 Fa, Metalcor, abgerufen am 11. Mai 2019.
- ↑ https://www.kanthal.com/en/products/material-datasheets/wire/resistance-heating-wire-and-resistance-wire/kanthal-a-1/ Datenblatt bei Fa. Sandvik, abgerufen am 11. Mai 2019.
- ↑ Graphit hat einen stark negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen elektrischen Widerstandes
- ↑ Franz Pawlek: Metallhüttenkunde. Verlag Walter de Gruyter, 2011, ISBN 978-3-11-007458-1, S. 341.
- ↑ https://www.calculand.com/einheiten-umrechnen/stoffe-liste.php?gruppe=Spezifischer+Widerstand&einheit=1e-3--m%E2%84%A6m Norbert Schneider (online-Angebot): Wert für Bogenkohle, abgerufen am 11. Mai 2019.
- ↑ Isabellenhütte Heusler GmbH
- ↑ siehe zu Einzelheiten DKI – Informationsdruck 014 mit Tabellen nr. 6–8 zu Kupfer-Nickel-Widerstandslegierungen und Graphiken zu elektrischem Widerstand, Längenausdehnungsbeiwert, Wärmeleitfähigkeit und weiteren Angaben zu Eigenschaften.
- ↑ Fachpresse-Mitteilung von Thyssen Krupp zu ALUCHROM ECO am 29. März 2004.
- ↑ Giesserei Lexikon. 17. Auflage. Verlag Schiele& Schön, Berlin 1997, ISBN 3-7949-0606-3
- ↑ Handbuch Kanthal Heizleiterlegierungen. Katalog 1-A-2-2 01. 97 3000, 1997, S. 6.
Bibliografia
[modifica]- Paul Krais: Werkstoffe. Band 2, Verlag J. Barth, Leipzig 1921, DNB 368670562.
- Giesserei Lexikon. 17. Auflage. Verlag Schiele & Schön, Berlin 1997, ISBN 3-7949-0606-3.
- Lexikon der Metalltechnik. Verlag A. Hartleben, Wien/ Pest/ Leipzig, ohne Jahr.
- Kupfer-Nickellegierungen, Eigenschaften, Bearbeitung, Anwendung. (= DKI Informationsdruck. Nr. 014). Herausgeber DKI, Berlin 1992.
- Der Neue Brockhaus. Verlag F.A. Brockhaus, Wiesbaden 1974, ISBN 3-7653-0025-X.
- Sandvik AB, Internetseite „materials technology“ (Seite zu Kanthal).