熔铝炉硅碳棒的合理使用

　　1前言

　　硅碳棒做电热元件具有耐高温、舒缓反应、寿命长、高温下不变形以及单位表面积负荷大等优点,因此,它在机械制造业、冶金工业、轻工业、陶瓷和半导体工业等部门的各种高低温电炉、电窑中获得广泛使用。

　　硅碳棒是用高纯度碳化硅作主要原料,经过高温(2200℃)再结晶处理后制成的非金属电热元件。它有两种类型的产品,即两端加粗式和等直径式。硅碳棒的发热部分非常大直径曰40毫米,非常大总长度3900毫米,它的品种规格有500余种。它作为电热元件的较高使用温度为1600℃,一般工作温度为1450℃左右。在合理使用条件下,连续使用寿命在2000小时以上。如果在1000℃以下使用,则使用寿命更长。硅碳棒具有碳化硅的基本属性,硬度高,比较脆,在运输和安装过程中要防止撞击。本文研究分析硅碳棒在使用中发生损环原因,介绍合理使用硅碳棒的措施。

　　2硅碳棒电热元件主要性能

　　硅碳棒硬而脆,但能承受急冷急热的变化,在高温下不变形,有一定的机械强度。国内外硅碳棒电热元件的主要物理性能列于表1。

　　硅碳棒电热元件在长期使用中,因SIC表面氧化,一部分变成5102,致使元件中510:含量逐渐增多,共电以随之缓慢增加,这种现象称为“老化”。硅碳棒电热元件老化的速度取决于使用温度和表面负荷密度。

　　它在空气气氛环境中使用温度越高,负荷密度越大,则元件老化速度就越快。国外规定,当元件的电阻增加到原来4倍时,即使元件没有断裂,也应将寿命至此终止,予以报废。

　　3硅碳棒元件损坏原因分析

　　(1)元件质量不合格

　　①电阻值较低(1.7欧姆)和电阻值不一致,熔铝的硅碳棒要求选用电阻值为2.2~2.6欧姆。②元件包装不符合木箱悬挂式的规定,因此用汽车长途运输中有的元件产生裂纹,用肉眼不易察觉。③元件在受潮情况下使用,这在电阻炉熔化铝的作业中是不允许的。

　　(2)元件使用不合理

　　①每相元件电阻值应匹配一致,未安装调压变压器时更应如此,这是避免元件损坏的主要措施,而有的厂家未做到这一点。②元件冷端未包铝和预热。③电工、熔炼工不太了解正确使用元件的措施。

　　(3)元件存在微裂纹

　　①用光学显微镜和电子显微镜对室温硅碳棒的断口进行观察,发现在iS和SIC大晶粒处裂开,并在iS晶粒中有裂纹分支,元件断裂表面发生解理和晶间混合型破坏。②对高温下断口观察,发现在超过1200℃时,元件中有缓慢的裂纹扩展,它先于快速破坏;或在快速开裂区域有穿厂断裂或完全晶间断裂。总的趋势是随温度升高,晶间断裂总量增加。

　　一般地说,硅碳棒易断裂的主要原因是:

　　①元件发生脆性断裂一一在运输中包装不完善,在贮存、搬运中不慎,在炉中更换元件时操作不当,这些都易引起脆性断裂。再结晶元件断裂通常是从表面裂纹开始,实质上是亚临界裂纹扩展,使缺陷在加载时长大。

　　②元件发生延迟断裂一一在向炉中投铝锭时,铝液飞溅到元件表面上,造成元件缺陷,元件电阻值每相(区)匹配不一致,元件连接板未全部接触或连接过紧,这些都使其沿晶间和穿晶延迟断裂。再结晶元件超过1200℃时,缓慢裂纹扩展先于快速破坏,断裂表面氧化,品间断裂总量增加。

　　4合理使用硅碳棒的措施

　　1、硅碳棒元件每相电阻值要匹配一致,例如必30毫米元件,选用2.2一2.6欧姆;必40毫米元件,选用2.4~2.8欧姆。同一电阻炉中各个元件电阻值相差不大于2%,这样有利于电阻值均衡增长,便于控制炉温,延长元件使用寿命。

　　2、元件冷端接线部位要包铝,导电夹头一定要与元件冷端严密接触,切勿过紧,一导电夹头材料选用铝或不锈钢制造。

　　3、元件放在电阻炉上部预热;切勿冷装入电阻炉。

　　4、发现元件烧坏断裂,要及时成批(电阻值一致)更换或使用一段时间,要使用电阻值基本一致的元件,切勿零星更换。

　　5、及时更换导电夹里侧(炉墙内侧)已坏的粘土保温砖,防止受炉辐射热的影响,使炉温不均衡。

　　6、吠弃炼时投铝料要平稳,不要碰到元件,更不能让铝液飞溅到元件表面上。

　　7、元件由电工负责管理更换并监督熔炼工人正确使用元件。

　　8、元件连续使用比间歇使用更能延长使用寿命。

　　9、由制造厂到用户的运输过程中,元件采用“木箱悬挂式包装”。在搬运、安装、拆卸时,严禁撞击元件。

　　5结束语

　　据调查,两个工厂虽曾在一个月内分别损坏硅碳棒电热元件52根和37根;但在认真实施合理使用元件的措施后,元件使用寿命达到2000小时左右。