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與自動化電控系統(tǒng)配套,可得到精確的恒定溫度,又可根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要按曲線自動調(diào)溫。使用硅碳棒加熱既方便,又安全可靠。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電子、磁性材料、粉末冶金、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體、分析化驗、科學(xué)研究等高溫領(lǐng)域,成為隧道窯、輥道窯、玻璃窯爐、真空爐、馬弗爐、冶煉爐以及各類加熱設(shè)備的電加熱元件。

元件質(zhì)地:硬而脆,耐急冷急熱,高溫下不易變形,其它物理性能如下:

導(dǎo)熱系數(shù):20大卡/米·小時·度。

線膨脹系數(shù):5×10(m/℃)。

化學(xué)性質(zhì)

硅碳棒有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,抗酸能力強。在高溫條件下堿性物質(zhì)對其有侵蝕作用。

硅碳棒元件在1000℃以上長期使用能與氧氣和水蒸氣發(fā)生如下作用:

①SiC+2O2→SiO2+CO2 ②SiC+4H2O=SiO2+4H2+CO2

致使元件中SiO2含量逐漸增多,電阻隨之緩慢增加,為之老化。如水蒸氣過多,會促進(jìn)SiC氧化,由②式反應(yīng)產(chǎn)生的H2與空氣中的O2結(jié)合H2O再反應(yīng)產(chǎn)生惡性循環(huán)。降低元件壽命。氫氣(H2)能使元件機械強度降低。氮氣(N2)在1200℃以下能防止SiC氧化1350℃以上與SiC發(fā)生反應(yīng),使SiC分解氯氣(Cl2)能使Sic完全分解。

2、硅碳棒發(fā)熱部的長度應(yīng)該等于爐膛的寬度。如果發(fā)熱部伸入爐墻內(nèi),容易燒損爐墻。

3、硅碳棒冷端部的長度應(yīng)該等于爐墻厚度加上冷端伸出爐墻的長度。一般冷端部伸出長度為50~150mm,以便冷卻冷端部及連接卡具。

4、穿硅碳棒的爐子的內(nèi)徑應(yīng)是冷端部外徑的1.4~1.6倍,爐孔過小或孔內(nèi)填充物塞得過緊,高溫時會阻礙硅碳棒自由伸縮而導(dǎo)致斷棒。安裝時,應(yīng)該使硅碳棒能夠自由轉(zhuǎn)動360度。

5、硅碳棒與被加熱物及爐墻的距離應(yīng)大于或等于發(fā)熱部直徑的3倍。硅碳棒與硅碳棒之間的中心距應(yīng)不小于其發(fā)熱部直徑的4倍。

6、硅碳棒冷端部與主電路用鋁辮或鋁箔連接。冷端部的夾具要卡緊。

7、新建爐或長時間不使用的電爐在使用前要進(jìn)行烘爐,應(yīng)采用舊棒或其它熱源烘爐。

8、硅碳棒存放時要防止受潮。因為受潮后容易使冷端部鋁層分解、脫落,導(dǎo)致冷端部與卡具接觸電阻增大,而且硅碳棒通電后容易崩裂。

9、硅碳棒在使用前要進(jìn)行配阻。先阻值相同或接近的硅碳棒連接在一起。

10、為硅碳棒配備調(diào)壓裝置。送電初期電壓為其正常工作電壓的一半,穩(wěn)定一段時間以后再逐漸提高電壓。這樣硅碳棒就不會因為急劇升溫而導(dǎo)致斷裂。

11、硅碳棒連續(xù)使用壽命長;間斷使用壽命短。

12、硅碳棒使用時要選擇合理的表面負(fù)荷密度和使用溫度。使用溫度應(yīng)不大于1650℃;在有害氣體環(huán)境中使用更要防止硅碳棒與有害氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

13、更換硅碳棒時,應(yīng)選用和爐內(nèi)運行的硅碳棒的電阻相接近的硅碳棒,必要時更換整爐硅碳棒,這樣有利于提高硅碳棒的使用壽命,卸不來的硅碳棒,如果電阻值合適,還可以在電爐運行中后期換上使用。

14、防止硅碳棒濺上熔融金屬,濺上熔融金屬容易導(dǎo)致斷棒。

15、防止堿、堿土金屬和堿性氧化物腐蝕硅碳棒。

16、經(jīng)常觀察電流表、電壓表及溫度表的讀數(shù)是否正常;冷端部夾具是否松運、氧化發(fā)黑或打火;硅碳棒是否斷裂;硅碳棒發(fā)熱部紅熱是否均勻。

硅碳棒的負(fù)荷是指硅碳棒允許承受的功率,它是由硅碳棒的負(fù)荷密度決定,負(fù)荷密度則是指硅碳棒發(fā)熱體單位發(fā)熱面積所允許的最大功率,通常用W/cm來計量。負(fù)荷密度的大小直接決定了棒的負(fù)荷和支數(shù),而爐溫的高低又直接影響負(fù)荷密度的大小,爐溫越高,負(fù)荷密度就越小。而在相同的爐溫下,負(fù)荷密度越大,硅碳棒老化就越快,這樣負(fù)荷密度的選取就顯得尤為重要。以供料道為例,首先要搞清楚每個溫區(qū)所需要的最大功率及最高溫度,通過計算或查閱硅碳棒樣本,得到該溫度對應(yīng)的負(fù)荷密度,同時根據(jù)料道的尺寸確定好棒的直徑(常用35mm的)、發(fā)熱部長度、冷端長度,用發(fā)熱體的發(fā)熱面積乘以負(fù)荷密度,算出每支棒的最大功率( 也可能直接從樣本中查得) ,再參考類似的成功經(jīng)驗,確定好每支棒實際的準(zhǔn)確功率( 負(fù)荷) ,對應(yīng)的負(fù)荷密度便是最科學(xué)的,最終根據(jù)該區(qū)段的功率計算出所需硅碳棒的支數(shù)。

熱態(tài)電阻的選取

硅碳棒是一種純阻性非金屬電熱元件,其電阻和金屬電熱元件不同,它的電阻冷態(tài)較大,隨著溫度的上升而變化,800℃為拐點,低于800℃為負(fù)阻特性,高于800℃為正阻特性。基于此電阻特性,硅碳棒在出廠所標(biāo)注的電阻值為在1100℃下用伏安法測出的熱態(tài)電阻值,因此硅碳棒只能按熱態(tài)電阻值來選用。實踐證明,熱態(tài)電阻應(yīng)該偏上選取,寧大勿小。不論哪家的樣本,一種規(guī)格的硅碳棒的電阻都是個范圍,就按照其中值偏上取,不論是3段棒還是5段棒,都是幾段發(fā)熱體和冷端焊接而成的,其冷端和發(fā)熱體工藝不同,分別生產(chǎn)。按照機械部標(biāo)準(zhǔn),冷端電阻率不得超過發(fā)熱體電阻率的1/12,而對于每根硅碳棒焊好后冷端到底達(dá)到發(fā)熱體( 或整根棒) 電阻的多大比例,則很大程度上取決于發(fā)熱體電阻的大小( 冷端并不標(biāo)電阻值,只分合格與不合格)。如果發(fā)熱體電阻小到一定程度(和冷端一個數(shù)量級) ,冷端就會發(fā)紅,這顯然是不利的,既會燒壞爐壁也無謂地耗電,也自然而然地增長了硅碳棒的實際加熱時間( 棒的最大功率是一定的) ,只會縮短棒的使用壽命。

硅碳棒型號和規(guī)格的選擇

硅碳棒型號是指3段棒、5段棒、U型棒、H型棒和槍型棒等。簡單地說,對均化性要求高的場合應(yīng)該用5段棒,反之用3段棒; 需要單端接線時選用H型棒或U型棒; 料盆用槍型棒。硅碳棒的規(guī)格指直徑、發(fā)熱體長度、冷端長度、連橋長度、中心距等。就直棒(3段棒和5段棒) 而言,冷端長度取決于爐墻的厚度; 發(fā)熱體的長度必須和料液槽寬度相對應(yīng),一般不小于料液槽寬度。

硅碳棒的聯(lián)接

目前,電加熱供料道上所有的硅碳棒大都采取一組全并聯(lián),然后統(tǒng)一接在變壓器二次,這是最科學(xué)合理的接法,利于硅碳棒均勻分擔(dān)負(fù)荷。也有的廠家采取兩支或3支串聯(lián),是不合理的。

硅碳棒供電設(shè)備的設(shè)計

電加熱供料道最常見的控制方式是用可控硅反并聯(lián)控制變壓器一次,變壓器二次和對應(yīng)的一組硅碳棒相連。就變壓器的設(shè)計面言,與其他電爐變壓器相同,其容量設(shè)計必須留有一定的余量。供料道用的變壓器一般設(shè)計成單相380 V進(jìn)線電壓,二次電壓和所接的硅碳棒的電阻和功率相匹配。前面已經(jīng)提到,硅碳棒在使用過程中會老化,電阻會增大,在壽命期限內(nèi)甚至?xí)�增大至初始電阻�?倍。因此,變壓器的二次必須有幾個電壓檔位可調(diào),每個檔設(shè)計成恒功率,最低檔電壓按硅碳棒的初始電阻設(shè)計,其余幾個檔電壓則按電阻老化以后設(shè)計,最高檔電壓應(yīng)為最低檔的2倍。這樣,硅碳棒用一段時間后電阻增大,不能滿足加熱所需的功率,就把電壓調(diào)高一檔,加熱功率又可滿足,以此類推,也就保證了硅碳棒的使用壽命。這種設(shè)計最規(guī)范,在前些年的供料道上隨處可見,二次電壓常設(shè)計成4個檔,分別為60V、80V、100V和120V。

爐溫的檢測與控制

溫度檢測一般都采用熱電偶,但是所用的熱電偶一定要與所測的溫度相對應(yīng),絕不能用鎳鉻-鎳硅(K分度) 熱電偶來測1200℃上下的爐溫,而必須用鉑銠-鉑(S分度) 或雙鉑銠(B分度) 熱電偶,否則熱電偶的使用壽命要比硅碳棒短得多,就得頻繁換熱電偶,對硅碳棒的使用不利。另外,熱電偶的安裝位置要避開硅碳棒,熱電偶的自由端至少要高出爐頂150mm,確保測溫的準(zhǔn)確性。溫度控制往往是熱電偶和智能溫控儀表結(jié)合起來,通過調(diào)整可控硅的輸出電壓來調(diào)節(jié)變壓器的一次電壓,進(jìn)而調(diào)節(jié)硅碳棒的加熱功率,達(dá)到對爐溫的自動恒溫控制。只要溫控儀的控制參數(shù)(P、I、D) 調(diào)整合適(有些儀表就帶有自整定功能) ,控溫精度完全可以滿足工藝要求,盡量不要采用手動控制。另外,熱電偶和控溫儀表之間一定要用分度號與熱電偶相同的補償導(dǎo)線連接,否則測量誤差巨大,遠(yuǎn)不如用銅導(dǎo)線。

硅碳棒的安裝和更換

1、硅碳棒安裝時兩端應(yīng)套保溫棉做的套管,將硅碳棒和電極磚隔開,否則硅碳棒和電極磚會被玻璃揮發(fā)物粘死。套管耐熱溫度一定要適應(yīng)供料道的溫度,如果耐熱溫度過低,套管熔融后反而會腐蝕硅碳棒,還會將棒黏住,難以更換硅碳棒。

2、裝棒孔一定要對正,確保棒裝上后能夠360°自由轉(zhuǎn)動,絕不能將棒卡死。

3、硅碳棒和料道蓋板以及料液面之間必須保證一定的安全距離,棒離蓋板太近會導(dǎo)致二者局部過熱;棒離料液面太近,又會使玻璃揮發(fā)物對棒的腐蝕加重,棒若變形彎曲還容易和液面接觸,使玻璃液帶電。

4、換棒時原則上應(yīng)該整組更換,避免新舊棒混用。然而在實踐中大部分廠家都不愿這樣做,既麻煩又費棒,比較可行的辦法是在溫度能夠保證的前提下,把斷棒抽出,堵好棒孔而不裝新棒,下次斷棒時依此類推。到溫度達(dá)不到要求時則把整組剩余的棒全部抽出,換上一組新棒,如果變壓器已調(diào)到高壓檔,則應(yīng)調(diào)回最低檔后再送電加熱。把換下來的未斷的棒保存好,下次和舊棒配起來一起使用( 當(dāng)然,拆下來前最好測出當(dāng)時每支棒的電壓、電流,算出每支棒的電阻后標(biāo)到標(biāo)棒一端,以便按電阻值配組)。

爐內(nèi)氣氛的影響

在高溫條件下碳化硅( 硅碳棒的主要成份) 能和許多介質(zhì)反應(yīng),也就是說這些介質(zhì)會對硅碳棒產(chǎn)生不同程度的腐蝕,這里結(jié)合玻璃行業(yè)的特點談?wù)勓鯕? 空氣)、水蒸汽及三氧化二硼的影響。

1、氧氣的影響。

在高溫下碳化硅會緩慢氧化,生成二氧化硅和二氧化碳,棒的電阻逐漸增加,即老化。一般情況下二氧化硅會在棒表面形成一層保護(hù)膜防止氧氣的進(jìn)一步進(jìn)入,繼續(xù)氧化,而在供料道上玻璃揮發(fā)物會破壞保護(hù)膜,棒會繼續(xù)氧化,因此棒必須和料液面保持一定的安全距離。

2、水蒸汽的影響。

高溫下,微量的水蒸汽會對硅碳棒產(chǎn)生明顯的氧化作用,反應(yīng)方程式如下:

SiC+ 4H2O →SiO2+ CO2+ 4H。

所產(chǎn)生的氫氣也會侵蝕硅碳棒,嚴(yán)重的情況會使棒發(fā)熱體龜裂、膨松,縮短棒的壽命。因此有水蒸汽產(chǎn)生的爐膛要求預(yù)留排氣口,特別是新爐烤窯一定要特別注意。

烤窯

新窯建成或者舊窯大修后必須要進(jìn)行烤窯,然后才能放料生產(chǎn)。在條件允許的情況下,最好用其他熱源烤窯,如果一定要用硅碳棒時,則建議采用舊棒。如前所述,高溫下水蒸汽對硅碳棒極為不利,新建的料道必然含有大量的水分,況且硅碳棒有可能長期大功率工作,表面溫度比較高。不論用舊棒還是新棒烤窯,開始送電時,應(yīng)將控制系統(tǒng)置于"手動"狀態(tài),緩慢調(diào)節(jié)加到棒上的電壓,最多加到額定電壓的一半,預(yù)熱一段時間,待電壓、電流正常后再逐漸升高電壓。當(dāng)需要加速升溫,用火焰槍輔助加熱時,切不可讓火焰直接燒硅碳棒,否則棒會很快被氧化。

窯爐和料道溫度的協(xié)調(diào)

電加熱供料道上硅碳棒加熱的目的主要是為了控制或者調(diào)節(jié)各個區(qū)段的溫度,使料盆處達(dá)到成型溫度,簡單地說是控制降溫。如果大窯溫度不夠?qū)е铝系廊肟跍囟绕��?硅碳棒有可能長期不停加熱,硅碳棒的壽命當(dāng)然長不了; 反之,料道入口溫度過高,硅碳棒又會長期不加熱,硅碳棒的壽命自然會長,但這兩種情況都不正常,需要調(diào)溫時都會很難調(diào)節(jié)。所以,料道入口的溫度和料盆成型溫度必須協(xié)調(diào),要統(tǒng)籌兼顧,供料道才能正常工作。