Kanthal A-1 i Kanthal D należą do ferrytycznych stopów żelazo-chromowo-aluminiowych (FeCrAl), ale pracują w różnych zakresach temperatur i znajdują zastosowanie w różnych aplikacjach. Różnica maksymalnej temperatury pracy wynosząca 100°C jest istotna, jednak wybór stopu zależy od wielu czynników: atmosfery roboczej, konstrukcji elementu grzejnego oraz rzeczywistej temperatury drutu.

Kluczowe różnice: temperatura, rezystywność i właściwości

*Podane wartości oznaczają maksymalną temperaturę samego elementu grzejnego podczas pracy ciągłej w powietrzu. Nie jest to temperatura komory pieca ani ogrzewanego medium. Dopuszczalna temperatura zależy również od atmosfery roboczej, średnicy drutu, obciążenia powierzchniowego i konstrukcji elementu.

Główne zastosowania: Kanthal A-1 nadaje się do wysokotemperaturowych pieców przemysłowych, w tym pracujących w temperaturach do 1400°C, stosowanych w przemyśle ceramicznym, szklarskim, stalowym i elektronicznym. Kanthal D jest wykorzystywany w urządzeniach gospodarstwa domowego oraz w zastosowaniach przemysłowych w umiarkowanych i wysokich temperaturach.

Właściwości elektryczne w podwyższonych temperaturach

Rezystywność rośnie wraz z temperaturą. Dla Kanthal D współczynniki korekcyjne rezystancji (Ct) przedstawiają się następująco:

Przewodność cieplna Kanthal D:

Ciepło właściwe Kanthal D:

Moduł sprężystości Kanthal D:

Współczynnik Poissona: 0.30 — wartość podana w karcie technicznej.

Wytrzymałość mechaniczna

Kanthal A-1 — drut w temperaturze pokojowej (dane z karty technicznej producenta):

Kanthal D — drut w temperaturze pokojowej (dane z karty technicznej producenta):

W warunkach badania w temperaturze 900°C i przy szybkości odkształcenia 6,2 × 10⁻²/min wytrzymałość na rozciąganie wyniosła 34 MPa zarówno dla Kanthal D, jak i Kanthal A-1. Jest to wynik konkretnego badania, a nie uniwersalna wartość dla wszystkich warunków eksploatacji.

Zastosowania

Kanthal A-1:

• Piece do wysokotemperaturowej obróbki ceramiki — wypalanie porcelany, ceramiki technicznej i materiałów ogniotrwałych
• Przemysł szklarski — odprężanie i formowanie szkła
• Piece do obróbki cieplnej stali narzędziowych
• Piece do spiekania podłoży ceramicznych w przemyśle elektronicznym

Kanthal D (możliwe zastosowania — przydatność zależy od temperatury drutu, atmosfery roboczej i konstrukcji konkretnego urządzenia):

• Grzałki rurkowe do zmywarek
• Elementy grzejne zatopione w ceramice, stosowane w grzejnikach panelowych
• Grzałki patronowe stosowane w metalowych matrycach
• Przewody i liny grzejne do systemów rozmrażania i ochrony przed oblodzeniem
• Elementy grzejne z izolacją mikową stosowane w żelazkach
• Kwarcowe promienniki rurowe do ogrzewania pomieszczeń
• Przemysłowe suszarki na podczerwień
• Spirale grzejne na formowanym włóknie ceramicznym do płyt grzewczych z powierzchnią ceramiczną
• Elementy grzejne z izolacją koralikową do grzejników panelowych
• Podwieszane spiralne elementy grzejne do nagrzewnic powietrza w suszarkach do ubrań

Zalety stopów FeCrAl w porównaniu ze stopami niklowo-chromowymi

Maksymalna temperatura pracy Kanthal A-1 (1400°C) jest o 200°C wyższa niż w przypadku Nikrothal 80 (1200°C).

Tlenek glinu (Al₂O₃) tworzy się na powierzchni stopów Kanthal podczas pracy w wysokiej temperaturze. Na stopach niklowo-chromowych tworzy się natomiast tlenek chromu (Cr₂O₃). Właściwości ochronnych warstw tlenkowych różnią się w zależności od warunków eksploatacji.

Temperatura Curie Kanthal D wynosi około 600°C. Współczynnik emisyjności całkowicie utlenionego Kanthal D wynosi 0,70.

Praktyczny wybór i dostępne postacie

Kanthal A-1 jest odpowiednim wyborem przede wszystkim wtedy, gdy projektowana temperatura elementu grzejnego przekracza 1300°C, ale nie przekracza 1400°C podczas pracy w powietrzu. Trzeba jednak uwzględnić również atmosferę roboczą, obciążenie powierzchniowe, średnicę drutu i sposób podparcia elementu. Wartości 1400°C dla Kanthal A-1 i 1300°C dla Kanthal D są wartościami granicznymi, odnoszącymi się do prawidłowo zaprojektowanych elementów grzejnych wykonanych z materiału o odpowiednio dużym przekroju. Nie należy ich przyjmować jako dopuszczalnej temperatury pracy cienkiego drutu. Wraz ze zmniejszaniem średnicy drutu zalecana maksymalna temperatura pracy wyraźnie spada. Przykładowo dla Kanthal D temperatura 1300°C dotyczy drutu o średnicy powyżej 3 mm, natomiast dla drutu o średnicy 1–3 mm zalecana maksymalna temperatura wynosi około 1100–1200°C.

Wybierz Kanthal D, jeśli projektujesz elementy grzejne do pracy w umiarkowanych temperaturach lub do urządzeń gospodarstwa domowego. Kanthal A-1 ma rezystywność o około 7,4% wyższą niż Kanthal D. Przy tej samej wymaganej rezystancji pozwala to zastosować krótszy drut o takim samym przekroju albo drut o większym przekroju przy zachowaniu tej samej długości. Ostateczne wymiary elementu zależą jednak również od dopuszczalnego obciążenia powierzchniowego, konstrukcji i warunków odprowadzania ciepła.

Dostępne postacie:

Kanthal A-1 i Kanthal D są dostępne w postaci drutu okrągłego oraz taśmy oporowej. Dostępność konkretnych wymiarów należy sprawdzić w aktualnej ofercie Fabryki Drutu.

Obliczanie długości drutu dla wymaganej rezystancji:

R = ρ × L / S

gdzie:

• R — rezystancja (Ω)
• ρ — rezystywność (1,45 dla A-1 i 1,35 dla D, w Ω·mm²/m)
• L — długość drutu (m)
• S — pole przekroju poprzecznego (mm²)

Dla drutu Kanthal D o średnicy 1 mm i długości 1 metra (S = 0,785 mm²): R = 1,35 × 1 / 0,785 = 1,72 Ω.

Przy temperaturze roboczej należy zastosować odpowiedni współczynnik Ct z powyższej tabeli. Na przykład przy 1000°C (Ct = 1,07) rezystancja wzrośnie do: 1,72 × 1,07 = 1,84 Ω.