表面负荷和工作气氛对硅碳棒加热元件的影响
硅碳棒电热材料的电特性从可以看出,在650℃以前,硅碳棒的电阻温度系数为负,高于此温度电阻温度系数为正,并一直维持到高温。用于设计的标称电阻值是在1071℃下给出的。这一点我国似无这种明确规定,给出的数据也有差别。查阅1982年6月出版的“电机工程手册”第2卷电工材料篇有关硅碳棒的介绍称,1400℃时电阻率为100。欧·毫米2/米左右,室温至900℃时电阻率由大变小900-1450℃则由小变大。给出的硅碳棒产品的电阻值为1400℃下误差士10i。的数值。按文献介绍的数据进行推算,在1071℃下的电阻率约为129。欧姆·毫米/米文献还指出,硅碳棒加热元件由冷态到高温的过程中,其阻值大约有70%的变化,这一点从图中亦可得到印证。
从图可以看出,元件在使用过程中,阻值会随时间发生变化。这种老化过程的速率与工作气氛、温度有关。即硅碳棒元件的寿命与不同温度和气氛条件下的使用状态有关。元件的电阻在寿命期内有1-4倍的变化,在接近寿命终了时其阻值有可能会变至原来的4倍。
表面负荷是加热元件单位面积上所发出的功率数,以瓦/厘米2为单位。表而负荷值的大小决定电热元件温度与炉内温度之间的差额。表面负荷越大,二者的温度差越大。可见在这一定条件下,如果表面负荷小.则加热元件本身的温度就低,所使用的加热元件材料就多;相反如表面负荷大,则加热元件本身温度就高,所使用的加热元件材料则少。表面负荷取得过大,会使硅碳棒元件温度超过允许范围而大大降低元件的使用寿命。因此合理地选取加热元件的表面负荷值甚为重要,应从经济性和元件的使用寿命等方面进行权衡考虑。
硅碳棒加热元件在各种温度下所推荐的表面负荷如图3所示。上面的折线是在空气和惰性气体(如氢)气氛中表面负荷的最大值。下面的折线所界定的区域则适用于氢、氮等还原气氛。
有些气氛在一定的温度条件下要缩短硅碳棒加热元件的寿命。
硅碳棒在氢气氛和离解的氨气中可以工作到1300℃。温度超过1370℃,在含氮的气氛中会形成氮化硅。甲烷,碳氢气氛及某些气氛会减少元件的寿命。在含碳的气氛中硅碳棒有吸碳的趋势,造成元件局部短路,致使未短路的元件部份承受的负荷增加而缩短使用寿命。总之。硅碳棒加热元件的表面负荷、工作温度和气氛这三者应全面考虑。表1中推荐的资料值得参考。
现举一例说明上述资料的应用。设有一台工作温度要求达到1350℃的窑炉,使用硅碳棒加热元件工作气氛为空气。经计算要求的最大功率为15kW。窑炉的结构希望硅碳棒加热元件的发热部分长度为600毫米。http://www.zbqunqiang.cn/
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