Виды карбидокремниевых нагревателей. Варианты установки и схемы подключения

Что такое карбидокремниевый нагреватель?

Карбидокремниевые нагреватели, также известные как карборундовые, представляют собой устройства, состоящие из химического соединения углерода (С) и кремния (Si). Эти нагреватели отличаются уникальными эксплуатационными характеристиками, такими как возможность достижения высоких температур до 1600 °C, долговечность и высокая стойкость к деформациям, что делает их идеальным выбором для различных промышленных применений.

По способу исполнения карбидокремниевые нагреватели делятся на одностержневые и многостержневые.

Виды исполнения карбидокремниевых нагревателей

Одностержневые карбидокремниевые нагреватели состоят из двух холодных выводов с низким сопротивлением и горячей центральной зоны. По запросу заказчика, длина холодных выводов и центральной зоны может варьироваться, что позволяет адаптировать устройство под конкретные требования. Нагревательные элементы могут быть выполнены в одном диаметре по всей длине нагревателя или холодная зона, монтажная, может отличаться по диаметру от нагреваемой зоны.

Многостержневые нагреватели, в свою очередь, состоят из нескольких склеенных между собой карбидокремниевых стержней и чаще всего имеют конструкции с двумя, тремя или четырьмя стержнями. Все элементы в этих нагревателях изготавливаются из одного материала, что обеспечивает однородность и надежность финальной конструкции. При этом каждый стержень состоит из двух половинок с точно заданной длиной горячей зоны и холодных выводов. Наиболее распространенные модели многостержневых нагревателей имеют сложные формы, такие как у U-образных и Ш-образных нагревательных элементов.

Особенности нагревателей из карбида кремния

Карбидокремниевые нагреватели обладают целым рядом уникальных характеристик. Их максимальная рабочая температура достигает 1600°C, а диапазон эксплуатационных температур колеблется от 600°C до 1600°C. Данные нагревательные элементы обеспечивают высокую теплоотдачу на единицу площади поверхности, превосходя по этому показателю нихромовую проволоку в 5-10 раз.

Карбидокремниевые нагреватели демонстрируют отличные химические свойства и способны работать в разных атмосферных условиях, включая воздух и контролируемые среды. Эти устройства практически не создают шумового и воздушного загрязнения. Изготавливаются в виде полых трубок или стержней, с диаметрами от 10 до 55 мм.

Варианты исполнения карбидокремниевых нагревателей

Сферы применения карбидокремниевых нагревателей

Нагреватели из карбида кремния находят широкое применение в качестве источника высоких температур в электрических печах. Они используются для обжига керамических конденсаторов, ферритов и других электронных компонентов. Их можно увидеть в печах, предназначенных для производства магнитов, стекла и керамики, а также в условиях порошковой металлургии и машиностроения. Благодаря своим выдающимся характеристикам, таким как

• высокая температура эксплуатации;
• эффективность теплоотдачи;
• долговечность и надежность;
• химическая стойкость;

карбидокремниевые нагреватели являются идеальным выбором для технологий, требующих высокотемпературного нагрева.

Варианты установки и схемы подключения КЭН

Нагревательные элементы в печах с нагревом SiC нагревателями могут быть соединены как параллельно, так и последовательно. В большинстве случаев предпочтительным считается параллельное соединение, так как оно помогает уравновесить изменения сопротивления с числом нагревателей в цепи. При последовательном соединении элементов подобного уравновешивания не происходит, в результате чего срок службы компонент может существенно сократиться.

Несмотря на то, что сопротивление элементов увеличивается относительно медленно, влияние нарушений равновесия в системе нагревателей необходимо рассчитать заранее. Последовательное соединение до четырех элементов возможно только при условии, что их сопротивления согласованы. При температуре электропечи, превышающей 1400°С, рекомендованное количество элементов, которые могут быть соединены последовательно, не должно превышать двух.

Последовательный и параллельный варианты соединения нагревательных элементов

Наиболее эффективным подходом часто является комбинация параллельного и последовательного соединений. В такой конфигурации рекомендуется соединять параллельно группы последовательно соединенных элементов. Напротив, если группы, соединенные параллельно, объединяются последовательно, выход из строя одного из элементов влечет за собой значительную перегрузку остальных компонентов этой группы, что может привести к их повреждению.

В трехфазных электрических сетях элементы можно соединять по схемам звезды или дельты. При применении схемы звезды желательно использовать четырехпроводный источник питания, чтобы обеспечить балансировку фазовых напряжений независимо от значений сопротивления в каждой фазе. В случае использования трехпроводного соединения (звезда) нужно тщательно подбирать значения фазовых сопротивлений, чтобы избежать значительных дисбалансов в системе, которые могут привести к перегрузкам и преждевременному выходу из строя элементов.

Удельная теплоемкость, теплопроводимость и коэффициент линейного расширения карбидокремниевого нагревателя будут изменяться в зависимости от температуры. Соответствующие показатели представлены в таблице:

Рекомендации по установке и эксплуатации карбидокремниевых нагревателей

Установка и эксплуатация карбидокремниевых нагревателей требуют тщательного подхода и соблюдения ряда рекомендаций для обеспечения их долговечности и надежности. Прежде всего, стоит отметить, что эти нагреватели крайне хрупки, поэтому при их установке и дальнейшем использовании следует проявлять осторожность, чтобы избежать механических повреждений.

Возможный вариант установки ККМ

Прежде чем запускать новую печь, необходимо провести ее предварительную сушку. Для этого можно применять старые нагревательные элементы или альтернативные источники тепла. Важно также обеспечить наличие выходных отверстий для водяного пара и других газов, чтобы при розжиге и работе печи избежать образования конденсата.

Карбидокремниевые нагреватели могут функционировать как на переменном, так и на постоянном токе. Для их использования потребуется соответствующее оборудование, включающее регулировочный трансформатор, вольтметр и амперметр. Следует учесть, что при установке нагревателей в печь необходимо избегать жесткой фиксации, чтобы избежать механических повреждений ККМ в процессе теплового расширения.

Оптимальная эксплуатация нагревателей невозможна без соблюдения допустимого сопротивления, которое не должно превышать ±10% от нормативного. Замеры сопротивления следует проводить на испытательном стенде при температуре 1050°C, так как измерения на холодном нагревателе недействительны. Важно помнить, что сопротивление новых и отработанных элементов может увеличиваться, особенно в первые три часа работы, когда оно возрастает до 30%.

Правильный выбор поверхностной нагрузки нагревателя играет ключевую роль в обеспечении его долговечности. Также необходимо контролировать, чтобы скорость повышения температуры в камере печи не превышала 350°C в час, а напряжение при запуске поднималось медленно и постепенно.

Соединять электронагреватели можно различными способами: параллельно, последовательно или смешанным методом, однако параллельное подключение считается наиболее оптимальным вариантом. При кратковременных остановках печи не рекомендуется снижать температуру ниже 950°C, а при длительных — двери печи следует держать закрытыми в течение как минимум 10 минут, чтобы предотвратить резкое охлаждение.

Необходимо также учитывать, что печи с нагревателями не следует размещать вблизи механических молотов или в зонах с вибрациями, так как это может привести к выходу нагревателей из строя.

Важно помнить, что одновременно устанавливать нагреватели разных типов или от различных производителей в одной печи не рекомендуется, так как это может привести к преждевременному выходу из строя всех элементов.

Соблюдение этих рекомендаций поможет обеспечить стабильную работу карбидокремниевых нагревателей и продлить срок их службы.

Итоги

Карбидокремниевые нагреватели имеют множество преимуществ, которые делают их предпочтительным выбором в высокотемпературных процессах. Благодаря своей эффективности, прочности, химической устойчивости и низкому уровню загрязнения, они находят широкое применение в таких сферах, как обжиг керамики, производство магнитов, стекла и порошковая металлургия, обеспечивая надежные и качественные результаты.