博比巴茨（上海）機(jī)械設(shè)備有限公司

　　1前言

　　硅碳棒做電熱元件具有耐高溫、舒緩反應(yīng)、壽命長(zhǎng)、高溫下不變形以及單位表面積負(fù)荷大等優(yōu)點(diǎn),因此,它在機(jī)械制造業(yè)、冶金工業(yè)、輕工業(yè)、陶瓷和半導(dǎo)體工業(yè)等部門(mén)的各種高低溫電爐、電窯中獲得廣泛使用。

　　硅碳棒是用高純度碳化硅作主要原料,經(jīng)過(guò)高溫(2200℃)再結(jié)晶處理后制成的非金屬電熱元件。它有兩種類(lèi)型的產(chǎn)品,即兩端加粗式和等直徑式。硅碳棒的發(fā)熱部分非常大直徑曰40毫米,非常大總長(zhǎng)度3900毫米,它的品種規(guī)格有500余種。它作為電熱元件的較高使用溫度為1600℃,一般工作溫度為1450℃左右。在合理使用條件下,連續(xù)使用壽命在2000小時(shí)以上。如果在1000℃以下使用,則使用壽命更長(zhǎng)。硅碳棒具有碳化硅的基本屬性,硬度高,比較脆,在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中要防止撞擊。本文研究分析硅碳棒在使用中發(fā)生損環(huán)原因,介紹合理使用硅碳棒的措施。

　　2硅碳棒電熱元件主要性能

　　硅碳棒硬而脆,但能承受急冷急熱的變化,在高溫下不變形,有一定的機(jī)械強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)外硅碳棒電熱元件的主要物理性能列于表1。

　　硅碳棒電熱元件在長(zhǎng)期使用中,因SIC表面氧化,一部分變成5102,致使元件中510:含量逐漸增多,共電以隨之緩慢增加,這種現(xiàn)象稱(chēng)為“老化”。硅碳棒電熱元件老化的速度取決于使用溫度和表面負(fù)荷密度。

　　它在空氣氣氛環(huán)境中使用溫度越高,負(fù)荷密度越大,則元件老化速度就越快。國(guó)外規(guī)定,當(dāng)元件的電阻增加到原來(lái)4倍時(shí),即使元件沒(méi)有斷裂,也應(yīng)將壽命至此終止,予以報(bào)廢。

　　3硅碳棒元件損壞原因分析

　　(1)元件質(zhì)量不合格

　�、匐娮柚递^低(1.7歐姆)和電阻值不一致,熔鋁的硅碳棒要求選用電阻值為2.2~2.6歐姆。②元件包裝不符合木箱懸掛式的規(guī)定,因此用汽車(chē)長(zhǎng)途運(yùn)輸中有的元件產(chǎn)生裂紋,用肉眼不易察覺(jué)。③元件在受潮情況下使用,這在電阻爐熔化鋁的作業(yè)中是不允許的。

　　(2)元件使用不合理

　�、倜肯嘣�件電阻值應(yīng)匹配一致,未安裝調(diào)壓變壓器時(shí)更應(yīng)如此,這是避免元件損壞的主要措施,而有的廠(chǎng)家未做到這一點(diǎn)。②元件冷端未包鋁和預(yù)熱。③電工、熔煉工不太了解正確使用元件的措施。

　　(3)元件存在微裂紋

　�、儆霉鈱W(xué)顯微鏡和電子顯微鏡對(duì)室溫硅碳棒的斷口進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)在iS和SIC大晶粒處裂開(kāi),并在iS晶粒中有裂紋分支,元件斷裂表面發(fā)生解理和晶間混合型破壞。②對(duì)高溫下斷口觀察,發(fā)現(xiàn)在超過(guò)1200℃時(shí),元件中有緩慢的裂紋擴(kuò)展,它先于快速破壞;或在快速開(kāi)裂區(qū)域有穿廠(chǎng)斷裂或完全晶間斷裂�？偟内厔�(shì)是隨溫度升高,晶間斷裂總量增加。

　　一般地說(shuō),硅碳棒易斷裂的主要原因是:

　�、僭�件發(fā)生脆性斷裂一一在運(yùn)輸中包裝不完善,在貯存、搬運(yùn)中不慎,在爐中更換元件時(shí)操作不當(dāng),這些都易引起脆性斷裂。再結(jié)晶元件斷裂通常是從表面裂紋開(kāi)始,實(shí)質(zhì)上是亞臨界裂紋擴(kuò)展,使缺陷在加載時(shí)長(zhǎng)大。

　�、谠�件發(fā)生延遲斷裂一一在向爐中投鋁錠時(shí),鋁液飛濺到元件表面上,造成元件缺陷,元件電阻值每相(區(qū))匹配不一致,元件連接板未全部接觸或連接過(guò)緊,這些都使其沿晶間和穿晶延遲斷裂。再結(jié)晶元件超過(guò)1200℃時(shí),緩慢裂紋擴(kuò)展先于快速破壞,斷裂表面氧化,品間斷裂總量增加。

　　4合理使用硅碳棒的措施

　　1、硅碳棒元件每相電阻值要匹配一致,例如必30毫米元件,選用2.2一2.6歐姆;必40毫米元件,選用2.4~2.8歐姆。同一電阻爐中各個(gè)元件電阻值相差不大于2%,這樣有利于電阻值均衡增長(zhǎng),便于控制爐溫,延長(zhǎng)元件使用壽命。

　　2、元件冷端接線(xiàn)部位要包鋁,導(dǎo)電夾頭一定要與元件冷端嚴(yán)密接觸,切勿過(guò)緊,一導(dǎo)電夾頭材料選用鋁或不銹鋼制造。

　　3、元件放在電阻爐上部預(yù)熱;切勿冷裝入電阻爐。

　　4、發(fā)現(xiàn)元件燒壞斷裂,要及時(shí)成批(電阻值一致)更換或使用一段時(shí)間,要使用電阻值基本一致的元件,切勿零星更換。

　　5、及時(shí)更換導(dǎo)電夾里側(cè)(爐墻內(nèi)側(cè))已壞的粘土保溫磚,防止受爐輻射熱的影響,使?fàn)t溫不均衡。

　　6、吠棄煉時(shí)投鋁料要平穩(wěn),不要碰到元件,更不能讓鋁液飛濺到元件表面上。

　　7、元件由電工負(fù)責(zé)管理更換并監(jiān)督熔煉工人正確使用元件。

　　8、元件連續(xù)使用比間歇使用更能延長(zhǎng)使用壽命。

　　9、由制造廠(chǎng)到用戶(hù)的運(yùn)輸過(guò)程中,元件采用“木箱懸掛式包裝”。在搬運(yùn)、安裝、拆卸時(shí),嚴(yán)禁撞擊元件。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　據(jù)調(diào)查,兩個(gè)工廠(chǎng)雖曾在一個(gè)月內(nèi)分別損壞硅碳棒電熱元件52根和37根;但在認(rèn)真實(shí)施合理使用元件的措施后,元件使用壽命達(dá)到2000小時(shí)左右。