Карбидокремниевые спиральные нагреватели с односторонним выводом

Работаем удалённо. Увеличено время обработки звонков

Работаем удалённо. Увеличено время ожидания звонка

Спиральные КЭНы типа SER. Общее описание

Изготовленные из высокоплотного реакционно-связанного карбида кремния, КЭНы типа SER представляют собой трубку с двумя электрическими подсоединениями, расположенными с одного конца. Рабочая зона формируется разрезанием двойной спиралевидной выемки, которая сокращает площадь поперечного сечения, через которую проходит ток, в результате чего сопротивление рабочей зоны выше чем у необогреваемых выводов. Необогреваемые выводы формируются разрезанием двух продольных частей вдоль всей трубки. Элемент типа SER поставляется с керамической втулкой, присоединенной к концам необогреваемых зон. С расстояния 2 дюйма концы элемента SER покрываются алюминием из распылителя, а затем обжигаются огнем. Плетеные ремешки прижимаются стальными зажимами к металлизированной области. Зажимы имеют электрическую изоляцию от ремешков. Плетеные ремешки обычно имеют длину 254 мм и отверстия, обеспечивающие легкое подключение.


Спиральные КЭНы типа TSR. Общее описание

Элементы TSR изготавливаются пяти разных диаметров, и у них больше внутренний диаметр, используемый как нагревательная камера. Имея оба электрических подсоединения с одной стороны, КЭНы типа TSR и типа SER аналогичны. Карбидокремниевые спиральные нагреватели типа TSR имеет тонкие стенки и полость внутри. Благодаря такому строению (тонкие стенки), этот элемент подходит для соответствующих применений в печах. Элементу типа TSR не требуется втулка.


Высокая производительность

Карбидокремниевые спиральные нагреватели с односторонним выводом обладают высокой плотностью - 27 г/см2. Благодаря низкопористой структуре нагревательные элементы данного типа способны выдерживать работу в тяжелых условиях. Высокая плотность предотвращает окисление кристаллической решетки. За счёт этого КЭНы спирального типа обладают более длительным ресурсом работы (в сравнении с КЭНами с не спиральным строением).

Доступные размеры

Нагревательные элементы типа SER и TSR изготавливаются длиной до 2032 мм. Максимальная длина рабочей зоны 1016 мм. Смотрите ниже Таблицу A, где указаны диаметры и возможная длина.

Рабочие температуры

В воздушной среде, либо инертной среде аргона и гелия, элементы SER и TSR работают при температуре в печи до 1650ºC. В восстанавливающихся средах максимальная рабочая температура 1370ºC. Смотрите график распределения мощности, График 1.

На карбидокремниевом элементе есть защитный слой оксида кремния. Воздействие водорода истончает эту оболочку и элемент начинает работать хуже. Использование в азотной среде ограничивается температурой 1370°C и 20-30 Вт на квадратный дюйм (3.1-4.6 ватт на см2) нагрузки на единицу поверхности. Слишком высокая температура на поверхности вызовет реакцию нитрида кремния. Из-за термоизолирующего слоя формирующегося вокруг элемента, возникает очень высокая температура на поверхности, что повреждает КЭНы.

Подключение


Для крепления КЭНов типа TSR и SER в печах применяются плетёные алюминиевые ремешки.

Рабочая длина алюминиевых плетеных ремешков составляет 254 мм. Диаметр хомута для ремня 50 ампер составляет 7 мм, для ремня 100 ампер и выше – 14 мм.

Значения в амперах для плетеных алюминиевых креплений зависит от диаметров КЭНов:

  • для диаметров SER от 13 до 25 мм – 50 ампер,
  • для диаметров SER от 32 до 54 мм – 100 ампер,
  • SER с диаметром 70 мм – 400 ампер;
  • TSR элементы от 44 до 62 мм.

Таблица А: размеры карбидокремниевых нагревателей тип SER.

Диаметр SER (мм)

Диаметр керамической втулки (мм)

Высота керамической втулки (мм)

**Максимальная длина рабочей зоны SER (мм)

**Максимальная общая длина SER (мм)

***Максимальный наружный диаметр загрузочной трубы OD (мм)

*Внутренний диаметр SER (мм)

Длина активной зоны SER без спирали (мм)

13
38
50
250
533
2
5
13
16
38
50
250
559
5
8
13
19
38
50
406
635
6,5
9,5
13
22
57
50
508
914
9
12
13
25
57
50
508
914
11
14
13
32
57
50
508
991
14
17
19
35
57
76
610
1016
18
21
19
38
57
76
610
1016
21
24
19
44
76
76
610
1016
24
27
19
54
76
76
610
1219
30
33
25
70
95
100
1016
1549
46
48
38

Размеры карбидокремниевых  нагревателей тип TSR.

Диаметр TSR (мм)

Размеры керамической втулки (мм)

**Максимальная длина рабочей зоны TSR (мм)

**Максимальная общая длина TSR (мм)

***Максимальный наружный диаметр загрузочной трубы OD (мм)

*Внутренний диаметр TSR (мм)

Длина активной зоны TSR без спирали (мм)

44
Как правило для КЭНов TSR не требуется керамическая втулка, но в случае необходимости нагреватель может быть поставлен с ней
305
610
29
37
13
50
305
635
32
40
13
55
305
635
36
44
13
63
305
660
46
54
16
75
305
660
59
67
16

* Внутренний диаметр SER стандартно присоединен к электрическим концам
(если не оговорен как чистый ID - внутренний диаметр). Внутренний диаметр TSR
чистый.

** Рекомендуемая максимальная длина = 70% от указанной выше максимальной.

*** Максимальный диаметр загружаемой трубы определяется по общей длине
элементов SER и TSR. Из-за различных коэффициентов термического расширения, овальности и недостаточной прочности нагревательного элемента и загружаемой трубы, возможно понадобится уменьшение значений.

Электрические характеристики

Карбидокремниевый элемент – это нагреватель линейного типа, превращающий электрическую энергию в тепловую (по з-ну Джоуля) W = I² x R, (W = мощность в Ватт, I = ток в амперах, R = сопротивление в Ом).

У КЭНов спирального типа соотношение сопротивления к температуре отрицательно при комнатной температуре и до температуры (650ºC). По достижении этой температуры соотношение становится положительным и уже таким и остается. Смотрите рисунок 2 соотношения сопротивление/температура.

Номинальное сопротивление наших элементов может быть измерено при температуре 1070ºC. Значения Номинальное сопротивление в Ом на единицу длины можно увидеть в таблице B.

Таблица В: Электрические сопротивление КЭНов тип SER.

Диаметр SER (мм)

Сопротивление активной части SER +/- 20% (Ом/мм)

Сопротивление токовыводов SER +/- 20% (Ом/мм)

13
0,03929
0,00791
16
0,03153
0,00550
19
0,02362
000394
22
0,02165
0,00314
25
0,01969
0,00233
32
0,01341
0,00152
35
0,01224
0,00110
38
0,01103
0,00116
44
0,00960
0,00079
54
0,00636
0,00073
70
0,00379
0,00042

Электрическое сопротивление КЭНов тип TSR.

Диаметр TSR (мм)

Сопротивление активной части TSR +/- 20% (Ом/мм)

Сопротивление токовыводов TSR +/- 20% (Ом/мм)

44
0,02953
0,0000
50
0,03153
0,0000
19
0,02953
0,0000
22
0,02953
0,0000
25
0,02953
0,0000

Электрическая нагрузка

В отличие от металлических нагревательных элементов, у карбидокремниевых нагревателей нет связи между их размером и мощностью. Количество энергии, которую КЭН способен перевести из электрической в тепловую, зависит от температуры в печи и от среды, в которой он работает.

Потенциальная мощность КЭНа рассчитывается как единица мощности на единицу поверхности излучения. На рисунке 1 указана рекомендуемая удельная мощность в Ватт на см2 излучающей поверхности для печи.

Для определения потенциальной мощности КЭНов, обратитесь к рисунку 1. Отследив по температурной линии при правильной среде, вы увидите удельную мощность на единицу излучающей поверхности элемента КЭН. Прочтите мощность КЭНА в Ватт на кв. дюйм излучающей поверхности, применимый к данному КЭНу. Чтобы выяснить общую мощность одного КЭНа, которую он может обеспечить в данных условиях, умножьте его удельную мощность на площадь излучающей поверхности элемента. Площадь излучающей поверхности вычисляется умножением диаметра на длину обогреваемой зоны на число πи (3,14).

Пример расчета площади излучающей поверхности:

    Элемент типа SER 610 x 406 x 32 мм имеет рабочую зону длиной 406 мм и диаметр 32 мм. Площадь излучающей поверхности 406 x 32 x 3.14 или 40,795 мм2 - в сантиметрах 408 см2.

    Пример:
    При 1500ºC в воздушной атмосфере, спиральные КЭНы могут иметь нагрузку Вт/см2. Таким образом, спиральный КЭН с площадью излучающей поверхности 100 см2 может обеспечить мощность 600 Вт, тогда как при 2000 см2 излучающей поверхности, мощность составит 12 000 Вт.

Электропитание

В предыдущем параграфе мы объяснили как рассчитать мощность спирального КЭНа. Далее объясним как провести расчет для обеспечения рекомендуемой мощности.

Зная конечную мощность и сопротивление спирального КЭНа, мы имеем следующее уравнение:E=√(W x R), (E = номинальное напряжение при загрузке, W = нагрузка КЭНа в Вт, и R = сопротивление спирального КЭНа в Омах).

Находя значение E мы определяем номинальное напряжение спирального КЭНа при номинальном сопротивлении, необходимое для обеспечения желаемой мощности. Так, мы определяем номинальное сопротивление.

    Пример: КЭН типа SER 24 x 16 x 1.25 имеет сопротивление 5.76 Ом и 63 дюйма2 площадь излучающей поверхности. При нагрузке в 40 Вт/дюйм2 этот КЭН обеспечит мощность около 2500 Вт. Чтобы вычислить номинальное сопротивление, определим E.

    E = √ (W x R).
    E = √ (2500 x 5.76).
    E = 120 V.

Спиральные КЭНы могут быть подсоединены параллельно, последовательно, или комбинированным способом. Предпочтительно параллельное подсоединение, ведь если сопротивление одного или нескольких КЭНов увеличится, при таком подсоединении, его доля нагрузки может быть сокращена и группа элементов останется сбалансированной.

При параллельном подсоединении напряжение всех КЭНов остается одинаковым. Формула W= E²÷R (W = мощность;  E = напряжение;  R = сопротивление) показывает, что при увеличении сопротивления, мощность уменьшается. При параллельном подключении, КЭНы с самым низким сопротивлением будут излучать больше тепловой энергии и, таким образом, работать при более высоких температурах.

Высокая температура элементов приведет к постепенному увеличению сопротивления, пока у всех КЭНов не станет одинаковое сопротивление. К этому моменту все КЭНы должны иметь приблизительно одинаковые значения сопротивления и температур поверхности, и, следовательно, их работа сбалансирована.

Вычислить сетевое сопротивление группы КЭНов поможет следующая формула: Rn = R x S ÷ P (Rn = сетевое сопротивление, R = сопротивление КЭНа, S = число КЭНов, последовательно объединенных в серию, P = число параллельных схем подключения).

    Пример: 8 спиральных КЭНов типа SER размером 24 x 16 x 1.25 (R = 5.76 Ом) объединенных в серии по 2 шт (S = 2) и 4 параллельных подключения (P = 4).

    Rn = R x S I P
    Rn = 5.76 x 2 I 4
    Rn = 2.88 ohms.

Для расчета требуемого номинального напряжения группы спиральных КЭНов, используется комбинация двух предыдущих формул: En = √ (Wt x Rn), (En = суммарное номинальное напряжение, Rn = сопротивление сети, Wt = общая мощность).

    Пример: 8 спиральных КЭНов типа SER 24 x 16 x 1.25 (R = 5.76 Ом) объединенных в серии по 2 шт, и 4 параллельных подключения. Каждый КЭН обеспечивает 2500 Вт. Wt = 8 x 2500 = 20,000 Вт. Rn = 2.88 Ом.

    En = √ (Wt x Rn)
    En = √ (20,000 x 2.88)
    En = 240 volts.

Сопротивление КЭНов постепенно увеличивается в течение срока их службы. Поэтому требуются специальное обслуживание для поддержания в печи мощности, достаточной для обеспечения требуемой температуры.

Изначально дорогое оборудование с переменным напряжением, например многоступенчатые трансформаторы и усилители рекомендовались для любых областей применения, кроме тех, где наблюдались очень низкие температуры.

Спиральные КЭНы могут быть подключены напрямую (с фиксированным напряжением) при температурах до 1370ºC. Чтобы компенсировать сокращение мощности , вызванное старением элемента или снижением сопротивления, загрузка печи обычно увеличена на 25% to 50% больше максимальной. Этот метод исключает необходимость применения дорогостоящего оборудования по распределению напряжения, и он успешно зарекомендовал себя во многих областях применения, кроме тех, где требуется точная регулировка температуры рабочего процесса.

Предположим, что с учетом всех тепловых потер и факторов нагрузки, печи требуется мощность 20,000 Вт. Увеличив 20,000 на 25% - 50% мы получаем мощность 25,000 - 30,000 Вт.

10 спиральных КЭНов типа SER 24 x 16 x 1.25 соединенные по 2 шт, 5 параллельных подключений на 240 В обеспечат 25,000 Вт. Если же взять 12 КЭНов, по 2 в серии, 6 параллельных групп, такого же размера дадут 30,000 Вт.

12 элементов соединенных в серии по 4 шт на фазу 240 В, образуют сбалансированную трехфазную сеть с напряжением 240 В.

Температура печи контролируется регулируемым датчиком. Пока КЭНы еще новые, они работают только часть времени, 20/25 или 20/30 времени. С увеличением сопротивления элементов их рабочее время будет также возрастать. При увеличении сопротивления до момента, когда мощность элементов будет 30,000 Вт, элементы будут работать 100% времени. Можно использовать тиристор.

Чтобы компенсировать сокращение излучаемой мощности по мере увеличения сопротивления карбидокремниевых нагревателей, требуется напряжение, которое скомпенсирует 100% ное увеличение сопротивления. Следующая формула может использоваться для расчета: Emax = √ (Wt x Rn) x 1.5, (Emax = рекомендуемое максимальное напряжение, требуемое для компенсации при увеличении сопротивления из-за старения и погрешности сопротивления, Wt = мощность преобразования в Вт, Rn = сопротивление сети карбидокремниевых элементов, 1.5 = minimum минимальная надбавка для размещения удвоения сопротивления +20% погрешность сопротивления). Большие значения дают возможность чуть более длительного срока службы.

Ресурс работы

По мере службы сопротивление КЭНов возрастает. Этот процесс называют старением. Старение элемента сказывается на:

1. Рабочей температуре
2. Электрической нагрузке - измеряется в Ватт на дюйм2 или Ватт на единицу излучающей поверхности.
3. Рабочей среде.
4. Типе работы (постоянный или прерывистый)
5. Рабочих и ремонтных характеристиках.

Монтаж

Относительно установки КЭНов особенных ограничений нет, хотя чаще всего их размещают горизонтально или вертикально. Следуют следить, чтобы при установке КЭНы не испытывали напряжения. Необходимо обеспечить достаточное пространство для того чтобы КЭНы и элементы печи могли расширяться независимо друг от друга При вертикальном монтаже КЭНов необходимо поддерживать их нижний конец с помощью изолированных держателей. КЭНы должны быть так расположены в печи, чтобы при расширении обогреваемая зона не соприкасалась со стеной печи. Иногда для этого на внутренней стороне печи, через которую проходит элемент, делают углубление конической или усеченной формы глубиной 13 мм. Это обеспечивает правильное излучение рабочей зоны и равномерную температуру в печи.

Нагревательная камера печи

Размеры нагревательной камеры в печи, куда устанавливаются КЭНы, могут совпадать с размерами КЭНа, как показано на рисунке 3 и 4. Рекомендуемые отверстия диаметра можно рассчитать прибавив к размеру внешнего диаметра 20% для размеров 35 мм, и 10% для больших размеров. В таблице C можно увидеть рекомендуемые минимальные диаметры отверстий в огнеупорных стенах относительно размеров КЭНа.

Таблица С: рекомендуемые минимальные диаметры отверстий в огнеупорной стене печи для установки КЭНов тип SER.

Диаметр SER (мм)

Рекомендуемые минимальные диаметры отверстий в огнеупорной стене(мм)

13
16
16
19
19
23
22
27
25
30
32
39
35
42
38
42
44
49
54
60
70
77

Рекомендуемые минимальные диаметры отверстий в огнеупорной стене печи для установки КЭНов тип TSR.

Диаметр TSR (мм)

Рекомендуемые минимальные диаметры отверстий в огнеупорной стене (мм)

44
49
50
55
19
61
22
69
25
84



КЭНы типа SER и TSR не должны располагаться друг к другу ближе чем на 2 своих диаметра либо на 1,5 диаметра от стены или другого отражающего предмета (от центральной линии КЭНа). Если элемент не способен рассеивать тепловую энергию во всех направлениях одинаково, это может привести к перегреву и неисправности.

Для расчета рекомендованного пространства под установку карбидокремниевых нагревательных элементов с двойной спиралью SER и TSR и обеспечения равномерного прогрева садки используйте указанные ниже формулу и схему.


X = 2 x диаметр элемента составляет минимум, 1,5 x диаметр элемента составляет абсолютный минимум и требует уменьшения поверхностной мощности элемента.

Z = S/1,41 минимальное при стационарной загрузке.

Z = S/1,73 минимальное при нестационарной загрузке.

S = 2 x диаметр элемента составляет минимум.

X – расстояние между осью элемента до других отражающих поверхностей, таких как огнеупорная стена или садка.

Z – расстояние от центральной оси элемента до движущейся или неподвижной садки.

S – расстояние расстояние от центральной оси элемента до соседнего элемента.

Стандарты и допуски

КЭНы изготавливаются с допуском номинального сопротивления +/- 20%. Все КЭНы проходят проверку как минимум дважды, чтобы гарантировать их изготовление в соответствии со стандартами. Значение величины силы тока каждого КЭНа отмечено на коробке и с правой стороны на каждом элементе. При установке постарайтесь разместить КЭНы с близкими значениями силы тока рядом. Подобрав спиральные КЭНы по сопротивлению, можно увеличить ресурс их работы.

В этой категории нет товаров

Отзывы

Здесь пока ничего нет

Написать отзыв
  • Карбидокремниевые спиральные нагреватели с односторонним выводом