Карбидкремниевые нагреватели (SiC)
(производство Китай)

Карбидкремниевый нагреватель – это разновидность неметаллического высоко - температурного электрического нагревательного элемента.

Отборный, высокого качества карбид кремний зеленый, является основным элементом для производства электронагревателей SiC. Способ изготовления карбидкремниевых нагревателей - пластичное формование, в результате которого нагреватели получаются сплошными, с целью получения холодных выводов, нагревательные элементы пропитываются кремниевым сплавом. В отличии от металлических нагревательных элементов, карбидкремниевые нагреватели могут применяться при высоких температурах (до 1300 - 1450 °С на поверхности нагревателей), в процессе работы не окисляются, мало подвергаются деформации, не подвергаются коррозии, легко устанавливаются в печь, могут быть легко заменены без длительной остановки печи, имеют более длинный срок эксплуатации. Поэтому карбидокремниевый нагреватель  широко используется в различных высокотемпературных электрических печах и других электронагревательных приборах при производстве магнита, керамики, стекла, в порошковой металлургии, в металлургии, машиностроении и т.д.

Благодаря новому процессу производства холодных выводов, удельное сопротивление рабочей части  карбидкремниевых нагревателей значительно выше, чем сопротивление материалов холодных выводов, в результате чего при прохождении электрического тока через нагреватель основная часть тепла выделяется на рабочей части, а пропитанные вывода, которые проходят через футеровку печи, остаются холодными, что приводит к увеличению срока службы, экономии энергии, минимальным  теплопотерям и минимальным нарушениям футеровки печи.

К основным факторам, определяющим срок службы карбидкремниевых нагревателей, относятся: температурно-временной режим работы электро печи, значение удельной поверхностной мощности, схема соединения нагревателей, способ регулирования температуры печи, состав печной атмосферы.

Виды и типы карбидкремниевых нагревателей
(карборундовых электронагревателей)

Физические свойства карбидкремниевых электронагревателей

Коэффициент линейного расширения, теплопроводность и удельная теплоемкость карбидкремниевого нагревателя будут изменяться с изменением температуры. Относительные данные приведены в таблице:

Химические свойства карбидкремниевых электронагревателей (SiC)

1. Антиоксидантные свойства карбидокремниевых электронагревателей.

Карбидкремниевый нагревательный элемент начинает подвергаться окислению на воздухе при температуре свыше 800 °С и на поверхности горячей зоны начинает образовываться защитная пленка  из SiO₂, когда температура достигает 1000-1300 °С, защитная пленка выкристаллизовывается при 1300 °С и достигает определенной толщины, когда температура достигнет 1400 °С, что делает процесс дальнейшего окисления очень медленным. Если продолжить нагревание свыше 1450 °С, защитная пленка будет повреждена и скорость окисления будет быстрее, следовательно и карбидкремниевый нагревательный элемент разрушится быстрее.

Несмотря на то, что элемент будет окисляться очень медленно в процессе использования, это также приведет к  увеличению сопротивления при дальнейшем длительном применении, такой  процесс называется «старением».

Чтобы сократить скорость старения,  используется специальная технология распространения защитной пленки на поверхности горячей зоны в процессе производства,  которая увеличивает антиоксидантные свойства карбидкремниевых электронагревателей и увеличивает срок их службы.

2. Влияние щелочей и оксидов щелочных металлов на карбидкремниевые нагреватели.

Щелочи и оксиды щелочных металлов будут вступать в реакцию с SiC при температурах 1300 °С и выделять вещество, которое вызывает щелочно-химическую коррозию и может влиять на раскаленность нагревательного элемента.

3. Влияние расплавленного металла на карбидкремниевый нагреватель.

Некоторые металлы, такие как кобальт, никель, хром и т.д. могут повреждать элемент - карбидкремниевый электронагреватель при температуре плавления и сокращать срок службы элемента.

Электрические свойства карбидкремниевых нагревателей (карборундовых)

Поверхностная температура элементов °С

Карбидкремниевые нагреватели имеют довольно большое удельное сопротивление.

При нагреве в воздухе, поверхностная температура горячей зоны достигает 1050 °С. Норма сопротивления при этом 600-1400 Ом*мм²/м. Величина сопротивления изменяется с повышением температуры. Это показывает кривая, характеризующая изменения сопротивления в зависимости от температуры: снижение значений сопротивления происходит при температурах до 800 °С и повышение значений сопротивления при температурах более чем 800 °С.

Управление прикладываемыми температурными и поверхностными нагрузками
на карбидкремниевые электронагреватели в различных средах.

Стойкость карбидкремниевых нагревателей при эксплуатации в атмосфере углекислого газа такая же, как при эксплуатации в воздушной среде. Кислород несколько снижает срок службы карбидокремниевых электронагревателей по сравнению с воздушной атмосферой. В водороде и в смеси водорода и азота (диссоциированный аммиак) электронагреватели могут работать при температуре не выше 1300°С на их активной поверхности. При применении в атмосфере с содержанием водорода до 20% необходимо снижать значение допустимой поверхностной мощности электронагревателей на 40%, с содержанием водорода свыше 20% - на 60%. В вакууме  карбидкремниевые электронагреватели показывают низкий срок службы. Водяной пар при температуре выше 750 °С способствует быстрому окислению нагревателей и резкому снижению их стойкости (в 2-3 раза). Поэтому сушку печей необходимо проводить при открытой дверце до температур 300 - 400 °С. Углеводороды - метан, аргон, бутан, природный газ, расщепляясь при высокой температуре, приводят к науглероживанию карбидкремниевых электронагревателей. Содержание углеродсодержащего газа в составе атмосферы не должно превышать 2%. Фтор, хлор, бром разрушают карбидкремниевые нагреватели при температуре выше 700 °С.

Поверхностная нагрузка карбидкремниевых нагревателей

Ключевой фактор для оптимальной службы карбидкремниевого электронагревателя – это правильный выбор поверхностной нагрузки нагревательного элемента в соответствии  с конструкцией  печи, средой и температурой. Значение удельной поверхностной мощности определяет температурное поле по сечению электронагревателя SiC от его центра к поверхности. Превышение оптимальных значений удельной поверхностной мощности приводит к преждевременному выходу карбидкремниевых электронагревателей из строя в основном из-за растрескивания и перегорания, а также возможен разогрев выводов нагревателя. Ниже представлены цифры, показывающие отношения между температурой печи, температурой элемента и поверхностной нагрузкой элемента при условии, когда излучение элемента не заграждается.

Рекомендуемая поверхностная нагрузка карбидкремниевых электронагревателей SiC:

Рекомендации по установке и эксплуатации карбидкремниевых нагревателей

1. Так как нагревательный элемент очень хрупкий, будьте осторожны при установке и эксплуатации, чтобы избежать повреждения.

2. Прежде чем использовать новую печь, или печь, которая  долго не использовалась - перед началом работы необходимо ее высушить. Для сушки можно использовать старые элементы или другие источники тепла.

3. При розжиге печи, если есть выделение воды, печь должна иметь отверстие для выхода водяного пара или других не нужных газов, для защиты и увеличения срока службы нагревательных элементов

4. Карбидкремниевый  электронагреватель работает как при переменном токе, так и при постоянном, чтобы использовать электронагреватель необходимо приготовить регулировочный трансформатор, вольтметр, амперметр или кремниевый контрольный трансформатор.

5. При установке в печь очень важно избегать жесткой фиксации электронагревателей, обеспечить им свободное перемещение при тепловом расширении.

6. Чтобы добиться оптимальной температуры печи, необходимо чтобы сопротивление нагревателей не превышало более чем +/- 10%.

7. Сопротивление нагревательных элементов указано в конце рабочей части нагревателя мелом.

8. Величина сопротивления электронагревателей в первые три часа  работы, увеличивается на 30%.

9. Замер величины сопротивления нового и отработанного электронагревателя, может производиться только на  испытательном стенде при температуре 1050 град. Величина сопротивления замеренная на холодном нагревателе с помощью каких- либо устройств  считается не действительной.

10. Ключевой фактор для оптимальной службы карбидкремниевого нагревателя SiC – это правильный выбор поверхностной нагрузки элемента в соответствии  с конструкцией  печи, средой и температурой.

11. Скорость подъема температуры в камере печи не должна превышать 350 град С в час.

12. При запуске печи напряжение необходимо поднимать медленно и постепенно иначе нагревательный элемент будет поврежден. Пусковая ваттная нагрузка на поверхность рабочей части нагревательного элемента диаметром до 30мм составляет  10 вт/см2.

13. Электронагреватели могут быть соединены параллельно, последовательно или параллельно-последовательно. Лучшим вариантом является параллельное включение

14. При кратковременных остановках печи не следует снижать температуру ниже 950 град.С, при длительной остановки печи не рекомендуется открывать дверцы в течении 10 минут.

15. Печь должна остывать с закрытыми дверцами.

16. Печь с электронагревателями запрещается располагать в близи молотов или в местах где пол подвергается вибрации, так как это приводит к выводу нагревателей из строя

17. Во время долгой работы печи, если какой-то отдельный элемент поврежден по каким-либо причинам, он должен быть обязательно заменен, на электронагреватель  у которого величина сопротивления соответствует старому, никогда не используйте новый нагревательный элемент наугад.

18. Устанавливать одновременно в одной печи нагреватели разных типов и  заводов изготовителей не рекомендуется, так как это приведет к преждевременному  выходу электронагревателей из строя.

При соблюдении вышеперечисленных  рекомендаций, производитель гарантирует срок службы нагревателей не менее 2000 часов!

Несколько способов вычисления мощности для соединения проводов в общем использовании

U – линейное напряжение,
r  – сопротивление элемента.

Схема соединения карбидкремниевых электронагревателей определяет стабильность их электрических характеристик. При параллельном включении электронагревателей в процессе работы различия в значениях сопротивлений уменьшаются, т. к. нагреватели с меньшим сопротивлением обтекаются большим током. Эти электронагреватели стареют быстрее, и их сопротивление при этом увеличивается. Поэтому параллельное включение карбидкремниевых электронагревателей является более предпочтительным, чем последовательное, при котором различие в значениях сопротивлений увеличивается за счет интенсивного старения электронагревателей с большим сопротивлением. При параллельном включении разброс сопротивлений карбидкремниевых электронагревателей в комплекте не должен превышать ±10% от среднего значения сопротивления комплекта; при последовательном соединении эта разница не должна быть больше ±5%.

При конструировании и эксплуатации электропечей с карбидкремниевыми электронагревателями следует учитывать влияние способа регулирования температуры на срок службы электронагревателей. Непрерывное регулирование температуры по сравнению с позиционным при одинаковой температуре в электропечи приводит к увеличению срока службы электронагревателей, и поэтому непрерывный способ регулирования температуры электропечи предпочтителен.

Правила и последовательность распаковки ящиков и футляров с карбидкремниевыми нагревателями

1. К месту распаковки осторожно доставляется ящик.
2. Не кантовать, на ящик не вставать!
3. Снимаются рейки, крышка из ДВП.
4. Нагреватели упакованы в транспортировочную пленку по 2-3 шт.
5. Нагреватели извлекаются из ящика по одному.
6. Укладывается на ровную поверхность стола.
7. Проверяется состояние карбидкремниевого нагревателя и его маркировка.
8. При переноске поддерживать обеими руками электронагреватель в двух местах средней части длины.

Технические данные нагревательных элементов