硅碳棒的使用寿命
粗端部型(CG型)硅碳棒发热部表面温度不高于1450℃,等直径型(DG型)硅碳棒发热部表面温度不高于1500℃,在干燥的空气中,连续使用寿命分别可达2000、4000小时以上,间断使用分别可达1500、2000小时以上。由于碳化硅在高温下慢慢氧化,棒的电阻逐渐增加,这种现象通称为老化:硅碳棒氧化反应式如下:
SiC+2O2---S iO2+CO2↑
按理论推算,当硅碳棒电阻值增加到初始电阻值的4倍左右,一般视为使用寿命期限。硅碳棒的使用寿命与使用温度的高低,单位负荷密度的大小及炉体结构合理与否、炉内气氛、调压变压器或可控硅调压器的调压范围以及接线方式等均有一-定的关系和影响。
1.使用温度的影响
硅碳棒的使用寿命与使用温度成反比。使用温度越高,氧化愈剧,寿命则越短。如表面温度超过1700°C时,短暂时间内即烧断。应当指出,如果采用较小的表面负荷,例如炉内增加装棒支数或改换棒的规格,增加发热部表面积,即使在较高的炉温条件下使用,亦可取得较长的使用寿命。
棒表面温度与电阻增长率的关系可参见座标2

2.表面负核的影响
在相同的炉温条件下,棒发热部单位表面负荷密度的大小对棒的电阻增加有显著的影响,表面负荷大,温度高,老化速度快。因此,在通电加热时要严格控制在允许负荷范围之内,切忌超负荷作用。
棒表面负荷与电阻增长率的关系
可参加坐标3

3.连续或间断使用的影响
硅碳棒在使用过程中,由于碳化硅的氧化,在棒的发热部表面形成一层石英薄膜,这层石英薄膜,在一定时间内对棒起到保护作用。随着时间延长,石英薄膜加厚,从而有损于棒的冷热急变性能。
在炉温与表面负荷密度相同时,连续使用(昼夜不停的窑炉)比间断使用(每日工作8小时的窑炉)棒的寿命要长。原因是间断使用时,石英薄膜在270C时发生膨胀,由于反复冷热变化、石英膜龟裂,进而氧气向深层侵入,老化加快,电阻增大,寿命缩短。因此,停炉间断时间短的,使炉温保持在600C左右,这样可延长棒的使用寿命。
4.炉内气氛的影响
水蒸气的影响:微量的水蒸气对硅碳棒的氧化作用是十分明显的。因此,凡是新建或长期停用的窑炉,在运行或再次运行之前,都必须采取干燥措施。水蒸气与碳化硅在高温下的氧化反应式如下:
SiC+4H2O--→SiO2+CO2↑+4H2↑
氢气的影响:硅碳棒在氢气中(干湿有差异)使用温度要低于1200*C.炉温达1400C以上,棒的电阻会急剧增大,材质变脆,使用寿命明显缩短。
氯气的影响:游离氣气在500一600°C时,对棒有明显的侵蚀破坏,1200-C时,对碳化硅产生激烈地分解。因此,凡炉内导入氯气的电阻炉选用硅碳棒为电热体时,则必须在棒表面套上石英保护管,石英管的内径应比棒的端部外径大一倍。
氮气的影响:炉温1250*C以下,氮气对硅碳棒起保护作用,可防止氧化。若温度升到1350°C以上,棒表面与氮气反应生成氮化硅,电阻增大,老化速度加快。
氨气的影响:氨分解后的气体是H275%,N 25%,为还原性气氛;温度1300°C以下相同于在干燥的空气中使用的效果。
硫磺气氛的影响:当炉温高达1300C时,sO或sO都能侵蚀棒,使发热部脱落变细。为确保寿命,要降低负荷密度,并使棒的温度降到1200°C以下。
一氧化碳的影响:金属热处理、粉末冶金烧结炉通常用煤气为保护性气体。电炉经过常期使用后,墙壁穿棒孔易附着游离碳,个别情况下会造成棒间短路,电流瞬间增大,有烧坏变压器的危险。为防止事故,电炉使用一段时间后,应敞开炉门,使游离碳燃烧掉。