硅碳棒電熱器之老化

硅碳棒電熱器在使用中會(huì)逐漸氧化，電阻也隨之增加，即所謂之老化現(xiàn)象。
一般使用壽命界限系其電阻增加到初期電阻之 4倍。

BATH 中裝有許多硅碳棒電熱器(HEATER)。通常在表面負(fù)荷低密度的使用狀態(tài)下，硅碳棒電熱器的老化非常慢，電阻的增加也很慢。

使用壽命由于使用之溫度、通電方法、爐的構(gòu)造、爐內(nèi)氣體、結(jié)線法、調(diào)節(jié)用變電器之接搭范圍、負(fù)荷電力之大小等而有顯著的差異。

一般認(rèn)為硅碳棒電熱器老化的原因有下列幾種：

 1?與玻璃揮發(fā)出的堿來反應(yīng)：
 在BATH溫度超過850。C以上的區(qū)域，硅碳棒電熱器與堿的反應(yīng)相當(dāng)大，
 會(huì)加速老化。這是BATH中硅碳棒電熱器老化的主要原因。

 1?1 在溫度850~950。C范圍內(nèi)，SiC易受堿侵蝕，在電熱器表面或
 氣孔部份生成低熔點(diǎn)玻璃，掉落就成為drip。低熔點(diǎn)玻璃逐漸
 侵蝕硅碳棒本體，進(jìn)而破壞組織，電組增加 。

 1?2 在1000。C以上的高溫回路之電熱器，由于低熔點(diǎn)玻璃少，不
 易蓄積于氣孔中，電阻增加反而較少，在850~950。C范圍內(nèi)， 
硅碳棒電熱器即使不通電，其老化電阻增加率反而較高。

 2?與混和氣中的N2來反應(yīng)：
 1150。C左右時(shí)，開始可以看出SiC電熱器與氮?dú)夥磻?yīng)。到1300。C左
 右時(shí)，兩者的反應(yīng)就很顯著；尤其是被稱為活性氧化之氣化反應(yīng)會(huì)伴
 隨而至，壽命會(huì)很短。

 3?與混和氣中的H2來反應(yīng)：
 在H2中，硅碳棒電熱器的溫度達(dá)1450。C以上時(shí)會(huì)急速增加電阻，電熱
 器會(huì)因而脆弱，其機(jī)械強(qiáng)度也會(huì)因而轉(zhuǎn)弱。
 BATH溫度必需在1300。C以下，表面負(fù)荷密度5W/cm2以下。

 4?隨著低露點(diǎn)重量減少而引起的氧化 (產(chǎn)生SiO)：
 水蒸氣對SiC電熱器影響大，使用上通常會(huì)縮短1/2的壽命，甚至
 壽命縮短至1/5以下。
 新窯試窯時(shí)或長時(shí)間停用電爐再使用時(shí)，必需低溫充分干燥后方可升溫。

 5?與熔化的Sn來反應(yīng)：略。

 6?受硫磺氣的影響： 
 在硫磺氣中，電熱器的溫度若超過1300。C則電熱器表面會(huì)受到硫磺
 的侵蝕，電阻急速增加，致使壽命縮短。所以爐內(nèi)溫度應(yīng)在1200。C
 以下比較經(jīng)濟(jì)。

 7?分解反應(yīng)氣體的影響：略。

 8?其它氣體的影響：
 還有各種不同的氣體，多少對電熱器有影響。如：碳酸鋇及氯化物的
 蒸氣。

 9?使用溫度：
 爐內(nèi)溫度越高，壽命越短。
 尤其爐內(nèi)溫度達(dá)1600。C以上時(shí)，氧化速度加快，壽命更短。
 但若調(diào)整加于電熱器之負(fù)荷電力，即使?fàn)t內(nèi)溫度升高，亦可保持相當(dāng)
 可觀的壽命。
 又高溫真空下硅碳棒也會(huì)升華，發(fā)熱部變細(xì)而使壽命顯著縮短。

10?通電方法：
 由于電熱器的表面氧化所產(chǎn)生的硅酸于常溫的膨脹差以及270。C左右
 硅酸的異常膨脹所引起電熱器返復(fù)龜裂而使機(jī)械強(qiáng)度變差即電阻增 
 加。
 因此，即使不用時(shí)爐內(nèi)溫度宜保持800。C以上，低限度也要保持在
 300。C以上，這樣可延長使用壽命。

11?爐的構(gòu)造：
 爐內(nèi)尺寸與電熱器的發(fā)熱部尺寸不一致，或電熱器插入孔的兩端不一
 致等，均會(huì)使壽命縮短。前者是發(fā)熱部與端部之接觸部份發(fā)生異常發(fā)
　 熱；后者是由于膨脹(耐火磚及電熱器)引起機(jī)械性折損。

12?結(jié)線方法：
 盡可能用并聯(lián)。因?yàn)殡姛崞饔袀€(gè)別不同的電阻，如果串聯(lián)時(shí)電阻大的
 更加逐漸增大，造成個(gè)別的電阻差距，而老化更快。
 若有需要使用串聯(lián)時(shí)，為避免負(fù)荷不均，勿超過2支串聯(lián)。
 電壓增到初期電壓支2 倍以上而電熱器仍無法紅熱，表示電熱器使
 用壽命已終。

13?調(diào)節(jié)用變壓器之接搭(TRANSFORMER TAP)范圍：
 電熱器的壽命是與其電阻之增加有關(guān)。電阻增大，在電壓下其電
 流減小，而發(fā)熱量也相對減低。亦即：

 加之于電熱器之電壓為 E
 電熱器通過之電流為 I
 電熱器之電阻為 R
 電熱器消耗之電力為 W (即為發(fā)熱量)

 公式：W = I?E = E2 / R = I2?R

 當(dāng)電壓E時(shí)，發(fā)熱量W與電阻R成反比。
 當(dāng)我們需要的發(fā)熱量W時(shí)，電熱器的電阻R增加時(shí)，其所需的電 
 壓E2也增加，也就是：電阻R和電壓E2成正比。

 前述壽命界限系其電阻增加到初期電阻之 4倍，此時(shí)電壓調(diào)整2倍則
 可保持的發(fā)熱量。因此調(diào)節(jié)用變壓器之接搭范圍宜為電熱器初期
 電壓的2倍。接搭TAP上限低時(shí)并不是電熱器壽命終了，而是發(fā)熱量
 未能全部使用，就呈現(xiàn)縮短使用壽命同樣的結(jié)果。

14?表面負(fù)荷密度大?。?br /> 電熱器的發(fā)熱表面積每一平方公分所承受電力就稱為表面負(fù)荷密度
 (W/cm2)。
 14?1 電熱器承受電力越大時(shí)，電熱器表面溫度越高。溫度越高，
 壽命越短，如超過1700。C時(shí)，則于短時(shí)間內(nèi)熔斷燒毀。

 14?2 爐內(nèi)溫度相同時(shí)，表面負(fù)荷密度大，電熱器表面溫度也高，
 電熱器壽命也短。

 14?3 盡可能采用低表面負(fù)荷密度，使電熱器溫度與爐內(nèi)溫度更為接
 近，則其使用壽命將相對延長。