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硅碳棒的特点及使用

日期:2019-08-21 06:31
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摘要:硅碳棒的特点及使用
硅碳棒的特点及使用

硅碳棒,*大直径可达Φ40mm,长度4m以上。棒型包括U型棒、三相棒、H型棒、枪棒、螺纹棒、螺纹槽棒、槽棒、五节棒、保护管等。硅钼棒通常可使用的炉体温度为1300℃-1800℃,广泛应用于冶金、玻璃、陶瓷、耐火材料、晶体、电子元器件、窑炉制造等领域、是产品高温烧结时必备的理想发热元件。       
(1)硅碳棒质地硬而脆,受到剧烈震动和撞击容易断裂。因此运输时要格外小心,搬运时要轻拿轻放。
       (2)硅碳棒发热部的长度应该等于炉膛的宽度。如果发热部伸入炉墙内,容易烧损炉墙。 
       (3)硅碳棒冷端部的长度应该等于炉墙厚度加上冷端伸出炉墙的长度。一般冷端部伸出长度为50-150mm, 
                 以便冷却冷端部及连接卡具。 
       (4)穿硅碳棒的炉子的内径应是冷端部外径的1.4~1.6倍,炉孔过小或孔内填充物塞得过紧,高温时会 
                 阻碍硅碳棒自由伸缩而导致断棒。安装时,应该使硅碳棒能够自由转动360度。 
       (5)硅碳棒与被加热物及炉墙的距离应大于或等于发热部直径的3倍。硅碳棒与硅碳棒之间的中心距应不 
                 小于其发热部直径的4倍。 
       (6)硅碳棒冷端部与主电路用铝辫或铝箔连接。冷端部的夹具要卡紧。 
       (7)新建炉或长时间不使用的电炉在使用前要进行烘炉,应采用旧棒或其它热源烘炉。 
       (8)硅碳棒存放时要防止受潮。因为受潮后容易使冷端部铝层分解、脱落,导致冷端部与卡具接触电阻 
                 增大,而且硅碳棒通电后容易崩裂。 
       (9)硅碳棒在使用前要进行配阻。先阻值相同或接近的硅碳棒连接在一起。 
        (10) 为硅碳棒配备调压装置。送电初期电压为其正常工作电压的一半,稳定一段时间以后再逐渐提高电 
                  压。这样硅碳棒就不会因为急剧升温而导致断裂。 
        (11)硅碳棒连续使用寿命长;间断使用寿命短。 
        (12)硅碳棒使用时要选择合理的表面负荷密度和使用温度。使用温度应不大于1650℃;在有害气体环 
               境中使用更要防止硅碳棒与有害气体发生化学反应。 
        (13)更换硅碳棒时,应选用和炉内运行的硅碳棒的电阻相接近的硅碳棒,必要时更换整炉硅碳棒,这样 
               有利于提高硅碳棒的使用寿命,卸不来的硅碳棒,如果电阻值合适,还可以在电炉运行中后期换上使用 
       (14)防止硅碳棒溅上熔融金属,溅上熔融金属容易导致断棒。 
     (15)防止碱、碱土金属和碱性氧化物腐蚀硅碳棒。 
     (16)经常观察电流表、电压表及温度表的读数是否正常;冷端部夹具是否松运、氧化发黑或打火;硅碳棒是否断裂;硅碳棒发热部红热是否均匀。

 

(1)为了使每支硅碳棒都能处于正常而理想的工作状态,安装前对整批硅碳棒测定其电阻值,将其分类,电阻值相近的装在同一调整区,每组元件电阻值在《5%》之内。使之工作电源相近,*好冷阻也大致一致减少每组棒的温差时间。  
(2)硅碳棒本身电阻1050度时为准阻值《900度时为正值》,为了每组元件良好工作,可用电压电流表逐一冷测定电阻。同一区域在相等的电压下电阻相近*好。  
(3)硅碳棒电热元件质脆易断,特别在带螺纹位置*为脆弱,安装要特别小心,轻拿轻放,安装时要特别注意绝不允许单边受力,必要时应用耐热钢管套住硅碳棒轻轻推入然后拔出钢管套,安上护套固定好。  
(4)为防止硅碳棒电热元件与上部结构的耐火材料互相影响,各个元件的管脚均用陶瓷纤维套管绝缘,陶瓷纤维套管不但起着电气绝缘的作用而且还起到固定硅碳棒的作用。  
(5)在窑炉中使用硅碳棒,操作温度一般在1550度以下。在还原性气氛下,其*高操作温度为1350℃。碳化硅加热元件的寿命一般为6个月,如合理使用得当1年也有  
(6)料道中使用的硅碳棒,为了延长硅碳棒加热元件的寿命。可改进料道上部结构,用挡砖将料道与工作池隔开,严格控制料道气氛。  
(7)减少使用温度的影响。碳化硅元件的老化速度与使用温度成正比,使用温度越高,老化越快,其寿命越短。  
(8)通过调整加于硅碳棒元件的电力负荷,降低表面负荷密度。如采用较小的负荷和较低的表面负荷密度,窑内温度虽高,也可以保持相当长的寿命,这可通过改变硅碳棒元件的安装支数,或改变元件的规格,以调节发热表面的大小来实现。表面负荷密度与炉膛温度成反比,炉膛温度越高,允许表面负荷密度越小;超负荷使用会引起碳化硅元件过热分解导致发热部表面脱落、烧损。为确保元件寿命,切忌让电热元件在超负荷条件下使用,一般其值控制在6~8W/cm2。  
(9)硅碳棒电热元件使用一定时间后,由于电阻值增大,需要提高电压,用以补偿电阻增加的损失,因此需要变压器有一定的电压调节范围;对于连续运行的窑炉和料道,电压调整范围为0.7~2.5V(V是指硅碳棒元件初期使用的电压)。通过增压调节,可以延长碳化硅元件的使用寿命。  
(10)硅碳棒元件的接线方法,可采用并联、串联、角形、星形以及其它形式的接线方式;但是并联优越于串联,并联可以调节负荷不平衡的因素,而多支串联则加重了不平衡的因素,提高了工作电压。为了延长硅碳棒元件的寿命、保证安全使用,应避免采用多支串联。  
(11)硅碳棒碎片落入玻璃液中会造成气泡,这是由于碳化硅有强还原作用,会与溶解于玻璃液中的气体和玻璃组分起化学反应。因此残缺的硅碳棒碎片必须设法取出,但一般情况下碳化硅棒只会断裂不会破碎。  
(12)窑炉气体内含有大量硫、钠、硼等氧化物,会与硅碳棒起强烈反应,几天之内就会使整个棒体发胖而损坏。使用硅碳棒发热体时,料道必须与工作池火焰空间完全分隔,


 
   物理特性 项目 
单位品 种SH.SL.SU SG·SGR真比重 g/cm33.2 3.1表观比重g/cm32.52.8气孔率%235抗弯强度Mpa at 25℃4998比热kJ/kg+℃ at 25℃-1300℃1.01.0热传导率W/m + ℃ at 1000℃14-19 16-21 比抵抗Ω cm at 1000℃0.080.100.016热膨胀率1000℃ ( × 10-6/℃ )4.54.5  电阻、温度特性(参照图1)    电阻值在0-700℃之间随温度提高而降低,高于700℃时阻值随温度的升高而升高。标准电阻值是在空气中1000℃条件下测定的,与在常温下测定的电阻值差别很大,提请注意。


 
 


硅碳棒是陶瓷制品,在运输过程中可能会因撞击等发生损坏,所以请到货时迅速开箱确认是否有损坏,万一有损坏等不希望的情况发生,请不要直接用手接触破损面以防被锐角弄伤,建议先戴上手套。同时请速与我公司售后服务部联系,因货物运送都有保险,确认损坏后要履行一些保险手续。


硅碳棒在炉中使用时,同一回路的硅碳棒尽量保持相同电阻值。因不同阻值的硅碳棒在同一回路中使用时,每个硅碳棒的负荷不同,导致电阻高的硅碳棒负荷集中,寿命变短。换硅碳棒时,建议同一回路的硅碳棒全部调换,如果旧的硅碳棒还能再使用的话,将其组装在同一回路。

使用中的硅碳棒,因通电时有触电的危险,且升温中硅碳棒温度高有**的危险,所以请勿用手接触硅碳棒表面。更换硅碳棒时,必须切断电源后再进行更换作业,且必须戴上耐热手套 进行操作。


选择硅碳棒时要注意炉内尺寸与发热部长度一致,如果发热部长度比炉内尺寸短的话,接着部处在炉内的高温区域内,会使硅碳棒提早老化、熔接强度下降,有可能引起折断现象。相反,如果发热部长度比炉内尺寸长,有可能使炉壁或绝热层过度受热而有损伤。总之,请慎重确认后再选定发热部长度。 硅碳棒的安装孔的大小参考右表  硅碳棒直径 (单位mm)炉壁厚度150mm以内250mm以内250mm以上12 20 25 —1420303016253035203035 40253540453040455035 455055 40 556065 在将硅碳棒装入电气炉的插孔前,须先用不同直径的棒检查两侧的插孔是否水平 硅碳棒贯通孔(mm) 检查管(mm)2018 25223028 353240 38454250485551605665 61


安装孔与硅碳棒之间须用保温棉填充,但又不能填充得过紧,要确保硅碳棒有一指活动距离。因为随着硅碳棒温度的升高,耐火砖发生热膨胀,如果不留距离会使硅碳棒产生应力、热体部或接着部提早损坏。保温棉大约按以下数值称取。  硅碳棒直径(mm) 塞每10根硅碳棒塞保温棉的重量(g)14~16 1516~2520 30~3525 

安装铝编带和夹子时,请不要使之与炉壁接触,否则易造成短路。而且铝编带要留一手指的间隙。如果间隙不够,在升温硅碳棒可能折断。接线结束后,用指尖碰一下硅碳棒,确认是否能自由运动,然后才能开始通电操作。  硅碳棒的安装方法示意

硅碳棒在空气中被加热后,表面形成致密的氧化硅膜,变成抗氧化的保护膜,起到延长寿命的作用。近年来,开发了各种涂层以防止硅碳棒裂化,用于有各种侵蚀气体的炉内。关于选用何种涂层材料,请与我公司洽谈。 
 
    硅碳棒在氧化气氛中使用会逐渐氧化生成二氧化硅,随之电阻逐渐增加导致硅碳棒老化,此外也与材料老化性能有关。氧化反应方程式如下:SiC+2O2 → SiO2+CO2

    碳化硅在空气中与氧气(O2)反应,随着二氧化硅(SiO2)数量的增加,硅碳棒表面逐步氧化,引起阻值增大。当温度达到800℃时出现氧化反应,温度越高反应越快。这种氧化过程在硅碳棒的使用初期硅碳棒表面未能形成致密的氧化膜,氧化反应较快,电阻增加尤为显著,随后反映的进行,当在硅碳棒表面形成致密的氧化膜以后,进入电阻稳定区。之后随着时间的增加,导电层逐渐减少,绝缘层逐渐增加,硅碳棒的内部产生局部过热,电阻快速增加。一般情况下当阻值达到初始阻值的约3倍时,硅碳棒的寿命达到极限(而螺旋棒却不同,要达到其初始阻值的约1.7倍)。这是因为当阻值增加到其3倍时,每根棒发热分布不均匀,从而导致炉内温度分布不均匀。当硅碳棒寿命将尽时,不但阻值会增加而且会因气孔率的变化、强度变化等原因发生断棒事件。      硅碳棒的寿命还因 ① 使用温度 ②表面负荷密度 ③ 炉内处理物的气氛及材料 ④ 炉子运行方式 ⑤ 接线方法的不同而有所不同,具体说明如下: ①


硅碳棒温度越高寿命越短。特别是在炉膛温度超过1400℃以后(SH和SL型,而螺旋棒在1600℃),氧化速度加快,硅碳棒的使用寿命变短,所以请尽量不要让硅碳棒表面温度过高,即有必要缩小炉膛温度与硅碳棒温度之差。②
表面负荷密度指棒的发热部单位表面积所允许承载的额定功率。 表面负荷密度=额定功率(W)/ 发热部表面积(cm2)     实践证明:负荷密度大则发热体表面温度与炉膛温度之差也大。负荷密度大则棒体表面温度高,电阻增长快,SIC棒的寿命短。因此,硅碳棒表面温度负荷密度、炉内气氛、温度与SIC棒老化速度成正比,与SIC棒的寿命成反比。  炉膛温度与表面负荷密度的关系     图示的使用范围曲线为表面负荷密度临界线,实际情况下请保持临界线的1/2—1/3的表面负荷。硅碳棒的额定值在冷端部已有标注,此额定电流是据日本JIS技术说明在空气中表面温度为1000±50℃时测定的,此时表面负荷密度为15W/cm2左右。请注意如果按额定电压、电流给硅碳棒通电将造成硅碳棒超负荷。③


在烧成中与处理物挥发出来的各种化学物质之间的反应也同样需要注意。在实际高温使用过程中,硅碳棒如果与水、氢、氮、硫、卤素等气体及熔融的铝、碱、盐、熔融金属、金属氧化物接触的话,也会发生反应、腐蚀或氧化现象。④

 

电气炉昼夜连续运转与间断运转相比,前者的寿命较长。硅碳棒在使用中表面氧化生成二氧化硅皮膜。长时间使用使二氧化硅皮膜增加,硅碳棒阻值也随之增加。此二氧化硅皮膜在结晶临界点(270℃)附近发生异常膨胀、收缩。因间断使用总在此温度上下浮动,所以反复破坏皮膜、加速氧化。所以停电炉温降至室温时经常急剧增加电阻。⑤


E如果硅碳棒阻值不同,串联时电阻高的硅碳棒负荷较集中,易导致某一根硅碳棒的电阻快速增加,寿命变短。硅碳棒一般是串、并联接线结合使用。建议采用2根串联为一组后多组并联。特别当炉内温度超过1350℃时必须并联。三相接线时建议使用开放三角形接线。


 

 


首先要确定表面负荷密度。一般情况下,硅碳棒表面负荷密度是由炉内温度和硅碳棒表面温度的关系求得,表面负荷密度不超过硅碳棒极限表面负荷密度的1/3。由于硅碳棒上施加的功率越大,硅碳棒的表面温度越高,表面负荷密度越大,老化越快。建议尽量降低硅碳棒的表面负荷密度。

 

次根据设备功率除以表面负荷密度得到硅碳棒的总发热面积。已知炉膛尺寸便可求出不同直径硅碳棒的根数。如果硅碳棒阻值不同,串联时电阻高的硅碳棒负荷较集中,易导致某一根硅碳棒的电阻快速增加,寿命变短。所以硅碳棒尽可能并联使用。但是硅碳棒的并联使用,直接造成线路电流的增加,导致初期设备投资的增加。硅碳棒一般是串、并联接线结合使用。建议采用2根串联为一组后多组并联。

回路额定电压的计算可根据以下公式得出电压: 
V:回路额定电压[V]
Pm:设备功率[W]
r:硅碳棒1000[℃]时的电阻[Ω](参照规格表)
S:串联接线数[根]
P:并联接线数[根]
举例:设备功率Pm=16[kW]
2S-8P(2根串联、8根并联)接线
如选用SH14*500*300(3.57Ω),则
V=√16000*3.57*2/8 =119.5→115[V]所得电压数值(119.5)减到能被5整除的数值(115V)。


硅碳棒在使用过程中电阻会增加,一般情况下初期使用硅碳棒电阻值增加较快,然后到达稳定期,电阻值达到初始阻值的约3倍时为硅碳棒极限寿命(而螺旋棒却不同,要达到其初始阻值的约1.7倍)。所以要想有效利用好硅碳棒,需要电压补偿装置以针对电阻的变化。电压补偿范围是额定电压的1.73倍。为减少无效电力提高设备电源容量使用率建议使用带有多极抽头的自耦变压器,电压转换开关和晶闸管电力调整器的电力控制装置可以提高硅碳棒的寿命。小容量电力设备可控硅装置可单独作业。在低电压大电流状态下,可将变压器安装在晶闸管电力调整器的输出端。 考虑到硅碳棒在700到1000℃的电阻值变化为10%。变压器的容量要留10%的余地,晶闸管电力调整器要留15-20%的余地。例如:如电炉的设备容量为30KW,则变压器为33KVA,晶闸管电力调整器容量为36KVA.  有关硅碳棒的选型的接线方式(单相并联,2根串联后再并联;三相星型,三相三角型)敬请来电咨询。


 

   近年来,随着需控制炉内气氛要求的增加,关于在不同气氛中使用硅碳棒的注意事项也变得越来越重要。而且,在烧成中与处理物挥发出来的各种化学物质之间的反应也同样需要注意。所以,针对特殊气氛和腐蚀性物质,我公司开发了各种防止硅碳棒快速老化的涂层。选用适当的涂层可以延长硅碳棒的寿命。无论在哪种气氛中都*好让表面负荷尽量小。不同气氛对硅碳棒的影响气氛 影响对策 推荐涂层水蒸气和湿气比在干燥大气中的使用寿命缩短1/5新炉子试运行或者旧炉子长时间不工作再使用时,要先低温充分干燥后再升温。U涂层氢气硅碳棒温度上升到1350℃以后电阻急速增加,机械强度也下降。而且根据气体干湿的不同寿命也差别很大。建议在炉内温度为1300℃以下的状态下使用。表面负荷尽量小(5W/cm2)。氮气温度超过1400℃时氮气与碳化硅反应生成氮化硅,使硅碳棒变脆,寿命缩短。受露点的影响与氢气的状况相同建议在炉内温度为1300℃以下的状态下使用。表面负荷尽量小(5W/cm2)。N涂层氨气(H275%)、(N225%)与氢气、氮气的状况相同。建议在炉内温度为1300℃以下的状态下使用。表面负荷尽量小。N涂层分解反应气体(N2、CO、CO2、H2、CH2混合物)加热过程中硅碳棒表面附着分解后的碳黑,造成棒体疏松。经常向炉内输送空气,让多余的碳燃烧。在炉子构造方面,保持硅碳棒间足够的间隔以防止短路。N涂层硫(S、SO2)硅碳棒温度升到1300℃以后,硅碳棒表面被侵蚀、电阻急剧增加。将硅碳棒温度控制在1300℃以下。N涂层其他由被处理物产生的各种物质,如铅、锑、碱金属的化合物与硅碳棒反应,使其寿命缩短。预先将这些物质从处理物中除掉,炉内设排气口以便减弱其影响。H涂层