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GWL高温硅碳棒

[来源:山东科达新材料有限公司]    [作者:山东科达新材料有限公司]    [日期:2017-09-29]    [热度: ]

 GWL高温硅碳棒

 

GWL-SH/SL型:系D 型产品的改良型号。其冷端的电阻低且热损耗小。如果安装在普通的工业炉里较之D型可以节能5-10%。

GWL-SU 型:由于冷端根数减少了一半,热损耗减少50%的同时提高了炉内的温度均匀性。

GWL-SW 型:主要用于浮法玻璃熔窑。

GWL-SG,SGR型:使用温度最高可达1600℃,研发阶段,2006年底投放市场

 

产品性能


  物理特性
项目  单位 品 种
SH.SL.SU SG·SGR
真比重 g/cm3 3.2 3.1
表观比重 g/cm3 2.5 2.8
气孔率 % 23 5
抗弯强度 Mpa at 25℃ 49 98
比热 kJ/kg+℃ at 25℃-1300℃ 1.0 1.0
热传导率 W/m + ℃ at 1000℃ 14-19 16-21
比抵抗 Ω cm at 1000℃ 0.08 0.10 0.016
热膨胀率 1000℃ ( × 10-6/℃ ) 4.5 4.5
 电阻、温度特性(参照图1)
    电阻值在0-700℃之间随温度提高而降低,高于700℃时阻值随温度的升高而升高。标准电阻值是在空气中1000℃条件下测定的,与在常温下测定的电阻值差别很大,提请注意。

 

使用寿命


   GWL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  使用温度 表面负荷密度  炉内处理物的气氛及材料  炉子运行方式  接线方法的不同而有所不同,具体说明如下:



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。
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。
 
  炉膛温度与表面负荷密度的关系
      图示的使用范围曲线为表面负荷密度临界线,实际情况下请保持临界线的1/2—1/3的表面负荷。硅碳棒的额定值在冷端部已有标注,此额定电流是据日本JIS技术说明在空气中表面温度为1000±50℃时测定的,此时表面负荷密度为15W/cm2左右。请注意如果按额定电压、电流给硅碳棒通电将造成硅碳棒超负荷。



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。




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。



E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。GWL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,GWL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。



 
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。GWL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:
V:回路额定电压[V]
Pm:设备功率[W]
r:SINTOKAN®硅碳棒1000[℃]时的电阻[Ω](参照规格表)
S:串联接线数[根]
P:并联接线数[根]
举例:设备功率Pm=16[kW]
2S-8P(2根串联、8根并联)接线
如选用SH14*500*300(3.57Ω),则
V=√16000*3.57*2/8 =119.5→115[V]
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.
有关硅碳棒的选型的接线方式(单相并联,2根串联后再并联;三相星型,三相三角型)敬请来电咨询。

气氛影响

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
气氛 影响 对策 推荐涂层
水蒸气和湿气 比在干燥大气中的使用寿命缩短1/5 新炉子试运行或者旧炉子长时间不工作再使用时,要先低温充分干燥后再升温。 U涂层
氢气 硅碳棒温度上升到1350℃以后电阻急速增加,机械强度也下降。而且根据气体干湿的不同寿命也差别很大。 建议在炉内温度为1300℃以下的状态下使用。表面负荷尽量小(5W/cm2)。
氮气 温度超过1400℃时氮气与碳化硅反应生成氮化硅,使硅碳棒变脆,寿命缩短。受露点的影响与氢气的状况相同 建议在炉内温度为1300℃以下的状态下使用。表面负荷尽量小(5W/cm2)。 N涂层
氨气(H275%)、(N225%) 与氢气、氮气的状况相同。 建议在炉内温度为1300℃以下的状态下使用。表面负荷尽量小。 N涂层
分解反应气体(N2、CO、CO2、H2、CH2混合物) 加热过程中硅碳棒表面附着分解后的碳黑,造成棒体疏松。 经常向炉内输送空气,让多余的碳燃烧。在炉子构造方面,保持硅碳棒间足够的间隔以防止短路。 N涂层
硫(S、SO2 硅碳棒温度升到1300℃以后,硅碳棒表面被侵蚀、电阻急剧增加。 将硅碳棒温度控制在1300℃以下。 N涂层
其他 由被处理物产生的各种物质,如铅、锑、碱金属的化合物与硅碳棒反应,使其寿命缩短。 预先将这些物质从处理物中除掉,炉内设排气口以便减弱其影响。 H涂层
S涂层
如果选择错误会产生负面效果。我公司还备有其他特殊涂层,敬请问询。

 

附件


GWL®硅碳棒配有接电源用的铝编带和夹子,请根据硅碳棒的直径区别使用。
No. D L A D1
SS8 8 110 12 7
SS10 10 150
SS12 12
SS14 14 20 10
SS16 16
SS20 20 180
SS25 25 200 23 10
SB30 30 200 25 13
SB35 35 300
SB40 40
SB45 45
SB50 50
No. D F G C
SV8 8 20 8 20
SV10 10 25 10 25
SV12 12 30 12 30
SV14 14 35 14 40
SV16 16 35 16 40
SV20 20 40 20 55
SV25 25 45 25 60
SV30 30 55 30 75
SV35 35 65 35 85
SV40 40 70 40 85
SV45 45 80 40 95
SV50 50 80 40 95

 

 

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