Одним из наиболее распространенных типов нагревателей для электрических печей сопротивления являются нагревательные элементы из карбида кремния. Они широко используются в промышленности, когда требуются высокие температуры, максимальная мощность и долгие циклы работы.
Нагревательный элемент из карбида кремния (SiC) обычно представляет собой экструдированный трубчатый стержень или цилиндр, изготовленный из высокочистых зерен карбида кремния, сплавленных вместе либо в процессе реакционного связывания, либо в процессе рекристаллизации при температурах, превышающих 2150°C. В результате получается химически стабильный материал с низким коэффициентом теплового расширения и незначительной склонностью к деформации.
В результате рекристаллизации образуются мелкие зерна карбида кремния, которые действуют как «мостики» или точки соединения между более крупными зернами, образуя таким образом проводящие пути. Количество образовавшихся перемычек определяет сопротивление материала — чем их больше, тем меньше сопротивление. Технология создания хорошего нагревательного элемента заключается в контроле этого процесса формирования внутри материала, чтобы обеспечить постоянное электрическое сопротивление.
Факторы, влияющие на срок службы нагревательного элемента из карбида кремния, включают тип атмосферы в печи, удельную мощность, рабочую температуру, тип обслуживания (непрерывный или периодический) и техническое обслуживание. Тип печи, конструкция и загрузка также играют важную роль. Нагревательные элементы из карбида кремния универсальны, они работают на воздухе при температуре до 1500°C.
Карбидокремниевые нагреватели, будучи пористыми на 20–30 %, окисляются или иным образом реагируют с атмосферой печи и увеличивают сопротивление в течение срока службы. Окисление вызывает уменьшение площади поперечного сечения перемычек, что приводит к увеличению электрического сопротивления. Кислород из воздуха вступает в реакцию с зернами карбида кремния, превращая его в кремнезем (SiO2)
Новые карбидокремниевые нагревательные элементы увеличивают свое электрическое сопротивление на 10–15% при первом пуске, что следует учитывать при рассмотрении вопроса о частичной замене нагревательных элементов. В большинстве случаев нагревательные элементы из карбида кремния выходят из строя механически задолго до выхода из строя в результате старения.
Основные характеристики
|
Свойство |
Значение |
|
Рабочая температура |
до 1500–1600 °C |
|
Материал |
Рекристаллизованный SiC |
|
Плотность |
~ 2,6–2,8 г/см³ |
|
Твёрдость |
~ 9 по Моосу |
|
Прочность на изгиб |
до ~ 3000 кг |
|
Пористость |
~ 30 % |
|
Теплопроводность |
120–270 Вт/(м·К) |
|
Коэффициент теплового расширения |
4×10⁻⁶/°C |
|
Атмосферы эксплуатации |
Воздух, инертные газы, восстановительные среды |
Формы и исполнения
|
Форма |
Особенности применения |
|
Стержневой |
Базовый вариант, используется в муфельных и лабораторных печах. |
|
U-образный |
Компактное размещение в печах с ограниченными габаритами. |
|
W-образный |
Для печей большой мощности и равномерного распределения температуры. |
|
Гантель |
Прочные выводы, применяются в мощных промышленных установках. |
|
Спиральный |
Высокая плотность мощности, равномерный нагрев. |
|
Специальные (DB, ED, SG, LD и др.) |
Изготавливаются по чертежу заказчика. |
Диапазоны размеров
|
Параметр |
Диапазон |
|
Диаметр горячей части |
8–75 мм |
|
Длина горячей зоны |
100–2500 мм |
|
Общая длина |
до 4500 мм |
|
Мощность / плотность |
до 30 Вт/см² |
|
Напряжение |
индивидуально (обычно 110–380 В) |
«Типоразмеры карбидокремниевых нагревателей (SiC)»
Стержневые
|
Диаметр горячей зоны, мм |
Длина горячей зоны, мм |
Общая длина, мм |
Рабочая температура, °C |
Применение |
|
8 |
100–200 |
200–400 |
до 1450 |
Малые лабораторные печи |
|
10 |
150–300 |
300–500 |
до 1500 |
Муфельные печи малой мощности |
|
12 |
200–400 |
400–600 |
до 1500 |
Лабораторные и опытные установки |
|
16 |
250–600 |
500–800 |
до 1500 |
Муфельные и камерные печи |
|
20 |
300–800 |
600–1000 |
до 1550 |
Печи средней мощности |
|
25 |
400–1000 |
700–1200 |
до 1550 |
Промышленные печи |
|
30 |
500–1200 |
800–1500 |
до 1600 |
Камеры с высокой нагрузкой |
|
40 |
600–1500 |
1000–1800 |
до 1600 |
Промышленные агрегаты |
|
50 |
800–1800 |
1200–2200 |
до 1600 |
Высокотемпературные установки |
U-образные нагреватели
|
Диаметр, мм |
Длина горячей зоны (дуга), мм |
Высота «ножек», мм |
Общая длина, мм |
Температура, °C |
Применение |
|
20 |
200–600 |
200–400 |
500–800 |
до 1500 |
Компактные лабораторные печи |
|
25 |
300–800 |
300–600 |
700–1200 |
до 1550 |
Муфельные печи средней мощности |
|
30 |
400–1000 |
400–800 |
900–1400 |
до 1600 |
Камеры с ограниченной шириной |
|
40 |
600–1200 |
500–900 |
1200–1800 |
до 1600 |
Промышленные установки |
|
50 |
800–1500 |
600–1000 |
1500–2200 |
до 1600 |
Большие термопечи |
W-образные нагреватели
|
Диаметр, мм |
Длина горячей зоны, мм |
Общая длина, мм |
Температура, °C |
Особенности |
|
20–25 |
400–800 |
700–1200 |
до 1500 |
Равномерный нагрев в камерах |
|
30–40 |
800–1200 |
1200–1600 |
до 1600 |
Используются в больших печах |
|
50 |
1200–2000 |
1600–2200 |
до 1600 |
Для мощных промышленных агрегатов |
Dumbbell (гантельные)
|
Диаметр, мм |
Длина горячей зоны, мм |
Общая длина, мм |
Температура, °C |
Применение |
|
20–25 |
300–800 |
600–1000 |
до 1500 |
Муфельные печи средней мощности |
|
30 |
600–1200 |
1000–1500 |
до 1550 |
Камеры с высокими нагрузками |
|
40–50 |
800–1800 |
1200–2000 |
до 1600 |
Промышленные печи и печи спекания |
Спиральные (Slot / Spiral)
|
Диаметр, мм |
Длина горячей зоны, мм |
Общая длина, мм |
Температура, °C |
Применение |
|
13–20 |
200–600 |
500–900 |
до 1500 |
Небольшие лабораторные печи |
|
25–30 |
600–1200 |
900–1500 |
до 1550 |
Муфельные печи с повышенной плотностью мощности |
|
40–50 |
1000–2000 |
1500–2500 |
до 1600 |
Камеры с высокой нагрузкой |
|
60–75 |
1500–2500 |
2000–3000 |
до 1625 |
Промышленные установки большой мощности |
Применение
- Термообработка металлов и сплавов
- Спекание керамики и порошковых материалов
- Производство кварцевых и огнеупорных изделий
- Лабораторные исследования при высоких температурах
- Муфельные и трубчатые печи
Советы по продлению срока службы нагревателей из карбида кремния.
Чтобы увеличить срок службы карбидкремниевых элементов, обязательно следуйте следующим рекомендациям:
1. Аккуратно обращайтесь с карбидкремниевыми элементами. Нагревательные элементы из карбида кремния имеют низкую прочность на растяжение и поэтому чувствительны к механическим повреждениям от неосторожного обращения, падения (даже в упаковке) или принудительного изгиба, которые могут возникнуть при хранении, распаковке или установке.
2. Учет сопротивления. Целью учета сопротивления карбидокремниевых нагервательных элементов является увеличение их срока службы и улучшение равномерности температуры в печи. Нагревательные элементы из карбида кремния обычно проходят заводские испытания с испытательной силой тока. Элементы могут быть соединены параллельно (предпочтительно), последовательно или последовательно-параллельно. Элементы, соединенные параллельно, должны быть согласованы по сопротивлению в пределах ±20%, а элементы, соединенные последовательно, должны быть согласованы в пределах ±5%.
3. Заменяйте нагревательные из карбидокремния элементы только на идентичные по геометрическим и электрическим характеристикам элементы. Если есть сомнения относительно используемого типа или размера элемента, уточните совместимость у производителя электропечи.
4. Будьте внимательны при установке. Убедитесь, что карбидокремниевые элементы свободно проходят сквозь теплоизоляцию электропечи и электрические клеммы. Не допускайте возникновения изгибающих нагрузок при установке. Элементы должны свободно скользить в отверстиях футеровки. Обязательно отцентрируйте элементы в камере электропечи так, чтобы рабочая часть нагревательного элемента не находилась в теплоизоляции (допускается выход в камеру «холодных» частей нагревательного элемента).
5. Упакуйте элемент из карбидокремния керамическим волокном на глубину около 25 мм, чтобы избежать потери тепла, но убедитесь, что «холодные» части горизонтально установленных элементов ровно лежат в клеммных отверстиях и поддерживаются стенками печи.
6. Используйте низкое напряжение, которое будет поддерживать желаемую рабочую температуру печи. Это обеспечит минимально возможную температуру поверхности элемента и продлит срок его службы.
7. Установите элементы с правильной мощностью для требуемой тепловой нагрузки электропечи.
8. Выполняйте проверки в процессе эксплуатации. Проверьте силу тока, чтобы убедиться, что карбид кремниевые элементы работают правильно.
9. Всегда поддерживайте схемы с согласованным сопротивлением. Не смешивайте старые и новые нагревательные элементы из карюидкремния в одной цепи.
Как понять, что пора менять нагревательные элементы?
1. Начиная с замены элементов, ежеквартально измеряйте силу тока и напряжение на отдельных элементах. Рассчитайте их сопротивление и потребляемую мощность, чтобы определить, согласованы они или нет. Если определенный элемент показывает отличающиеся показания или большие изменения сопротивления от других элементов, пришло время заменить его. Примечание: Нагревательные элементы из карбида кремния следует менять комплектами в зависимости от того, сколько элементов в цепи, находится последовательно.
2. Кроме того, существует относительно простая процедура, позволяющая избежать догадок, когда нужно менять карбидокремниевые нагревательные элементы. Со всеми новыми элементами понизьте температуру печи (и следите за ней во время этой процедуры) и переведите регулятор мощности в ручной режим, требующий 100% мощности. Возьмите цифровой измеритель с очень длинными выводами и, ОСТОРОЖНО касаясь элемента с обоих концов, измерьте падение напряжения на элементе. Примечание. Не снимайте эти показания, касаясь ремешков, так как они немного охлаждаются, и ваши показания не будут такими точными. Измерьте ток с помощью накладных амперметров вокруг ремней и рассчитайте сопротивление и потребляемую мощность. Запишите эту информацию для дальнейшего использования. Когда сопротивление элементов вырастет в 2 раза от номинального, пора менять элементы. Повторяйте эти измерения каждый квартал.
Подводя итоги
Выбор нагревательного элемента зависит от многих факторов. Например, элементы из карбида кремния способны работать при более высоких рабочих температурах, чем, металлические элементы (фехралевые и нихромовые сплавы). Они достаточно прочные и не изгибаются при нагреве, могут быть использованы в широких и длинных печах, их легко заменить в горячем состоянии. Нагревательные элементы из карбида кремния широко используются в печах для пайки и спекания, непрерывно работающих при температуре (1120°C) или выше, а также для других процессов, где диапазон температур находится в диапазоне 1300°-1500°C.
Также мы можем поставить нагревательные элементы на заказ по вашему ТЗ.
У нас вы также можете подобрать комплектующие/аксессуары для установки карбидкремниевых нагревательных элементов.
Аксессуары (комплектующие) к нагревательным элементам (thermocomponents.ru)
