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瑞雪调试维修手记(十八) （毕加索篇）
------硅碳棒加热器的问题
硅碳棒是以高纯度的碳化硅为原料，采用独特的高温烧结技术使之再结晶而得到的非金属碳化硅制品。表面发热温度最高可达到1600℃，具有红外辐射率高（镍鉻丝的5-10倍）、机械强度高和抗震性强以及化学稳定性好、和易安装等特点，是一种经久耐用的优质环保产品。
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 使用温度：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：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。
③ 炉内处理物的气氛及材料：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 炉子运行方式：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 接线方法的不同而有所不同：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。EREMA®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。
选定方法：首先要确定表面负荷密度。一般情况下，EREMA®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。
其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。EREMA®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：
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.
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最好让表面负荷尽量小。
不同气氛对硅碳棒的影响：
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szzunzheng 发表于 2007/8/28 13:56:19
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引用 szzunzheng 2007/8/28 13:56:19 发表于2楼的内容
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