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延长碳化硅硅碳棒使用寿命的方法

浏览量: 来源:硅碳棒厂家 时间:2022-09-12

摘要:随着铝工业的快速发展,硅碳棒在铝行业设备中运用广泛,目前在铝行业中硅碳棒主要用于保温炉、退火炉、除气箱等设备中,硅碳棒加热方式逐步替代电阻丝加热,我公司在除气箱加热系统中采用硅碳棒进行加热,在使用过程中硅碳棒损坏频繁,因此规范碳化硅硅碳棒使用方法尤为重要。

随着铝工业的快速发展,硅碳棒在铝行业设备中运用广泛,目前在铝行业中硅碳棒主要用于保温炉、退火炉、除气箱等设备中,硅碳棒加热方式逐步替代电阻丝加热,我公司在除气箱加热系统中采用硅碳棒进行加热,在使用过程中硅碳棒损坏频繁,因此规范碳化硅硅碳棒使用方法尤为重要。

1、碳化硅硅碳棒的发展趋势碳化硅硅碳棒,是以高纯度的绿色SiC为主要原料,经2200℃高温再结晶制成的非金属发热体,最高使用温度为1350℃,其电阻随使用温度和时间而变化。通过向碳化硅中加入粘合剂,粘合剂占碳化硅重量的0.8~1.2%,再采用连续高温烧结工艺,可使碳化硅电阻值偏差缩小,红热均匀度偏差缩小,烧成成品率提高,耗能大大降低。

目前,国外的SiC电热元件的最高使用温度已达到1650℃,在1600℃时可长期使用。我国的碳化硅电热元件在生产成品率和产品质量上与国外存在较大的差距,主要存在问题是碳化硅电热元件的烧结工艺和及电阻离散性大和力学性能差等问题。

SiC硅碳棒的主要优点是热辐射能力强、升温快、热态时抗氧化性强,硅碳棒加热的方式被广泛的应用于铝行业中,在铝行业加热系统运用中,主要有棒状、U型、L型及螺旋型等,电气连接方式主要采用星形或三角形连接。    

2、碳化硅硅碳棒老化的原因分析碳化硅硅碳棒老化的过程主要是由于电阻值的增加导致寿命降低的过程,由于碳化硅硅碳棒在除气箱中长期加热,温度达到800℃以上,硅碳棒长期使用能与氧气和水蒸气发生如下化学反应:SiC+2O2=SiO2+CO2、SiC+4H2O=SiO2+CO2+4H2随着使用时间的延长,硅碳棒中SiO2含量逐渐增加,电阻值随之增加,从而加速硅碳棒的老化。同时水蒸气过多,会促进SiC氧化,氧化过程中产生的H2与空气中的O2结合又生成H2O,导致产生恶性循环,从而降低硅碳棒的使用寿命。硅碳棒在1350℃以上时,硅碳棒会与氮气反应生成一系列的氮硅化合物,加快老化速度。随着加热温度的变化,碳化硅硅碳棒会发生一系列化学反应(如表1所示),导致硅碳棒老化损坏。

硅碳棒

3、提高碳化硅硅碳棒使用寿命的方法

3.1、采用正确安装方法安装硅碳棒安装硅碳棒需按照(图1)的位置安装好加热器,安装时,要在护板2和保护套法兰上端面之间、护板1和保护套法兰下端面之间、护板1和加热器底板之间的位置分别放10mm的保温棉,加热器和保护套管安装好后,用兆欧表测试加热体和保护套之间绝缘电阻,绝缘值不能低于2兆欧,硅碳棒绝缘值测试合格后方可合闸通电。

3.2、使用前应对硅碳棒外观进行检查由于硅碳棒在运输途中或搬运过程中有可能出现碰撞导致硅碳棒表面受损,因此在更换硅碳棒前应对硅碳棒表面外观进行仔细检查,确保硅碳棒表面无裂纹。

3.3、硅碳棒使用前充分预热,使用正确的加热操作方法安装硅碳棒之前,需先除气箱碳化硅保护套内部清扫干净,需保证碳化硅保护套不能有开裂现象,同时保护套内部不能有铝液或铝渣残留在保护套内,因为保护套内若出现铝液会导致硅碳棒短路烧坏,硅碳棒在安装前需进行至少24小时均匀预热,若预热方式不正确或者采用其他加热方式对硅碳棒进行预热会使硅碳棒的局部温度过热导致硅碳棒断裂,严重影响其使用寿命。

3.4、接线夹的正确使用硅碳棒的接线端接线夹应选用用不锈钢接线夹,采用不锈钢接线夹可解决高温环境下严重变形导致接触不良问题,同时接线夹的厚薄要适中,太厚会使夹子与硅碳棒的接触不良,太薄会因为氧化脱皮而烧坏,为了保证接线夹与硅碳棒接触良好,在安装硅碳棒时应在硅碳棒的冷端包一层锡箔纸或涂抹导电膏,让接线夹与硅碳棒紧密接触增加导电性,接线夹螺栓压得不能太紧,太紧会导致硅碳棒高温时膨胀损坏硅碳棒,安装完成后如图2所示,在安装完硅碳棒接线夹后需要进行接线夹与硅碳棒之间电阻值测量,需要保证安装接线夹与未安装接线夹时阻值基本一致为宜。

3.5、控制加热温度,降低老化速度硅碳棒随着使用时间的延长会逐渐老化,硅碳棒会逐渐氧化变成SiO2,SiO2的生成会导致硅碳棒的阻值越来越大,导致硅碳棒在原来的调功器上通电后就马上烧坏,且硅碳棒老化一般是从800℃开始,且温度越高,氧化反应越快。因此硅碳棒在除气箱中使用时,应该尽量降低硅碳棒的表面温度,保证硅碳棒设定温度不超过800℃,以减慢硅碳棒的老化速度。

3.6、硅碳棒应避免极冷或极热硅碳棒暴露在空气中会在表面形成一层SiO2保护膜,SiO2保护膜可以防止硅碳棒进一步氧化,由于SiO2在270℃左右会发生晶相变化,内部结构发生变化会产生膨胀和收缩,此时会导致SiO2膜被破坏,同时硅碳棒的表面温度急剧上升或者下降,都会破坏保护膜,加快硅碳棒老化速度。因此在使用硅碳棒时,尽量让硅碳棒处于正常保温状态,避免硅碳棒极热或极冷,从而延长其使用寿命。

4、采用先进的控制技术进行电气控制

4.1、采用带有自动功率分配功能的调功器硅碳棒发热部位所承受的电功率会随温度的变化而变化,若硅碳棒调功器的功率选择不当,会导致硅碳棒通电后很快烧断,在硅碳棒加热控制中,需要使用带有自动功率分配功能的调功器对硅碳棒进行加热控制。硅碳棒加热系统采用带有自动功率分配功能调功器控制,调功器功率元件采用双向可控硅元件,控制电路采用单片机智能控制电路,启动方式采用软启动控制方式可减少功率对硅碳棒的冲击。加热器的控制,有自动和手动控制模式;自动控制时采用PID闭环控制,调功器带有欠压、过流保护、故障报警功能。带有自动功率分配功能的调功器在硅碳棒加热过程中,可以根据除气箱设定温度进行电功率调节,可以动态地实现每根硅碳棒功率的自动平均分配,除气箱保护套管内的热电偶将套管内的实际温度传给PLC,PLC采用PID运算后,将设定温度与实际温度作比较,从而输出一个控制4—20mA电流信号给电源调功器,通过电源调功器对输出功率进行分配调节,从而实现温度高低的调节控制,因此选择合适的调功器可以延长硅碳棒使用寿命。

硅碳棒

4.2、硅碳棒由螺纹状改为U形碳化硅硅碳棒由于硅碳棒加热体材质种类很多,综合考虑选用具有耐高温、抗氧化升温快、寿命长,且有良好的化学稳定性的碳化硅硅碳棒。由于目前除气箱多采用螺纹硅碳棒(图示3),在使用过程中易断裂,因此我们选用U形碳化硅硅碳棒(图示4)来代替螺纹硅碳棒,可提高硅碳棒使用寿命。

5、采用U型碳化硅硅碳棒的优点由于U型碳化硅硅碳棒使用温度高、具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、升温快、寿命长、高温变形小、安装维修方便等特点,且有良好的化学稳定性,抗酸能力强。(1)改造前每根螺纹硅碳棒使用寿命为1个月,由螺纹硅碳棒改造为U型硅碳棒后,每根U型硅碳棒使用寿命可达5个月。(2)直接经济效益(3)社会、环境效益由于在更换硅碳棒过程中容易烫伤及触电,硅碳棒使用方法不正确会导致硅碳棒损坏,规范碳化硅硅碳棒使用方法及进行硅碳棒改造后,碳化硅硅碳棒使用寿命明显延长,同时减少烫伤及触电事故的发生,还可以避免除气箱加热体

故障导致影响铝合金正常生产。

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