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1350℃硅碳棒加热炉的故障修复

浏览量: 来源:硅碳棒厂家 时间:2022-09-13

摘要:硅碳棒加热炉因其具有使用温度高、自动化程度高等特性,已广泛使用于陶瓷、电子、冶金等行业。结合生产现场中1350℃硅碳棒加热炉的一例故障进行了原因分析并提出了相应的解决办法和注意事项。

1、硅碳棒加热炉概述

传统的电阻加热炉以电炉丝作为加热元件,其优点是控制简单,但存在热效率低、熔化速度慢、控制精度低等缺点。硅碳棒加热炉主要是采用硅碳棒半导体材料作为加热元件,不同于金属,其优点是使用温度高,并有良好的化学稳定性,与自动化系统配套,温度精准且温度可按曲线自动调节。硅碳棒是碳化硅的再结晶制品,是用高纯度绿色六方碳化硅为主要原料,按一定料比加工制坯,经2200℃高温硅化再结晶烧结而制成的管状、棒状非金属高温电热元件。硅碳棒多采用星形连接和三角形连接法,端电压为380伏,其使用最高温度为1600℃使用寿命2000小时左右。现已广泛应用于陶瓷、玻璃、电子、冶金等高温领域,成为辊道窑、隧道窑、冶炼炉及各类加热设备的电加热元件。

1350℃硅碳棒加热炉系西北有色金属研究院在用设备,该加热炉主要用于金属材料挤压前的加热,其额定使用温度为1350℃,有效温区尺寸为400mmx350mmx850mm(宽*高*长),采用U型硅碳棒为加热器,8组U型硅碳棒星型连接的方式,加热总功率45kW测温采用1支铂铑热电偶(S分度)测量控温的方式。该加热炉的操作主要通过控制柜面板上的旋钮和FP93仪表进行操作,整个使用过程具有控温精确、加热可靠、操作方便等特点。图1为该加热炉的系统结构图。

2、硅碳棒加热炉温控原理

硅碳棒加热炉的温度控制系统主要由检测热电偶、温仪表、PID调节器、周波控制器、驱动模块、可控硅模块等组成,其系统组成如图2所示。目标炉温参数在控温仪表上设定,实际炉温参数通过热电偶等检测元件从现场控制目标点采集,两参数比较运算后的差值作为PID调节器的偏差输人,PID调节器计算出的最终调节量通过周波控制器和驱动模块驱动可控硅,控制硅碳棒加热器中流过的电流,从而达到控制炉温的目的。

3、硅碳棒加热炉故障描述及解决方案

在某次加热炉加热使用时,从常温开始设定加热温度梯度曲线,最高设定温度1100℃并均温30min具体温度梯度曲线描述为:0→200℃(升温2h.并保温2h烘炉→400℃(升温1.5h,并保温1.5h烘炉→1000℃(升温1h并保温20min)→1100℃(升温40min.并保温30min均温)。加热温度梯度曲线按照低温烘炉、升温速率先慢后快、达温后均温的方式进行。

在该升温阶段中,低温下烘炉时加热炉运行状态良好,控温仪表正常,电流、电压值均在正常阶段运行。当炉温升到800~900℃时,发现温度上升缓慢,炉温在规定时间内无法按照既定设定曲线1000℃进行升温,不能正常热处理使用,遂即停炉检查,主要依次检查了以下加热炉状态:

(1)炉门外壳温度,检查时发现外壳温度较之前正常工作时偏高;

(2)检查炉外加热器与电炉接头,未发现问题:

(3)检查控制柜内的快速熔断器,未发现损坏;

(4)待炉温降至300℃以下后,开炉检查炉膛时发现炉门处挡火砖出现了裂纹破损;

(5)开炉检查每一组硅碳棒加热器,通过万用表检查某一组加热器时,发现其三相绕组的直流电阻值不相等,由此推断加热器损坏。

通过检查加热炉记录的形式,发现在之前的一次维修过程中由于该炉意外碰断过2组硅碳棒,当时新购置了2组硅碳棒随即安装在该加热炉使用。未进行阻值的测量匹配。由于新硅碳棒加热工作时。表面温度差约在60℃以内,并且该温差会随着老化而变大,最大可达200℃。因此,在使用硅碳棒时,应先进行电阻值的测量,选择电阻值相近的匹配使用。同一电阻炉中各硅碳棒的电阻值相差宜≤2%。同样,由于该加热炉仅是用于挤压前的坯料加热,使用频率较低导致该炉每次使用均先烘炉再使用,炉门挡火砖承受每次开关炉门的低、高温恶劣条件转换,导致挡火砖破裂。

通过以上分析,遂进行了硅碳棒的电阻测量,与新的硅碳棒进行了重新配阻使用,并更换了加热炉门处的挡火砖。在后续几次开炉加热使用过程中,温度可按既定曲线加热使用,未发现异常情况出现,加热炉使用状态良好。

4、硅碳棒加热炉使用注意事项

由于硅碳棒质地硬而脆,膨胀系数小具有良好的化学稳定性,利用工业上成熟的可编程控制器控制技术,在加热炉使用中得到良好的延续性,但是由于其在600°以下具有负温度系数,以上具有正温度系数,高温区氧化加快等特性决定了其使用应遵循以下特点:

(1)尽量连续使用硅碳棒炉,避免间断使用而导致硅碳棒加热器不断处与冷热交替状态,影响其寿命;

(2)硅碳棒更换时,宜采用成批更换,如无条件可对硅碳棒进行配阻使用,选用阻值相同或接近的硅碳棒连接在一起;

(3)初次使用或长时间不开炉再次使用时,严格按照工艺进行充分预热烘炉,防止其急剧加热而损坏,送电初期电压为其正常工作电压的一半,稳定后再逐渐提高电压;

(4)经常观察电流表、电压表,防止因电源缺相导致电器件损坏。

硅碳棒加热炉因其采用半导体材料作为加热器,化学稳定性好、加热温度高,与自动化系统配套使用应用领域广,但其高温下加热氧化快导致了其使用过程应遵循一定的条件使用,主要体现在:尽量连续使用加热炉;长时间停用再次使用时先烘炉再使用;更换加热器时尽量全部更换或配阻使用。通过以上措施,即可进一步提高硅碳棒加热炉的使用寿命和效率,保证设备的安全和高效生产。


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