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        硅碳棒在玻璃行業中的使用常識

        大業硅碳棒是碳化硅再結晶制品。(西安大業硅碳棒有限公司 聯系人:任步華15829358666 )是一種非金屬高溫電熱元件。由于使用溫度高,易更換,便于控制而被廣泛應用于玻璃行業。有用于供料道,退火爐,以及實驗室的馬弗爐加熱。在我單位長期同玻璃行業合作中發現不同的廠家使用硅碳棒的壽命不盡相同,有的使用壽命很長,一年只換一次,有的斷損嚴重更換很頻繁。因此,為了玻璃廠家能夠節省成本,硅碳棒在玻璃廠家使用壽命更長,硅碳棒在使用中應注意以下事項。

        一,硅碳棒的科學應用

        1、硅碳棒的負荷及支數的選取

        大業硅碳棒的負荷是指硅碳棒允許承受的功率,它是由硅碳棒的負荷密度決定的,負荷密度則是指硅碳棒發熱體單位發熱面積所允許的最大功率,通常用w/cm2來計量,而爐溫的高低又直接影響負荷密度的大小。爐溫越高負荷密度就越小。而在相同的爐溫下,負荷密度越大,硅碳棒老化越快,所以負荷密度的選取就尤為重要,那么該怎樣選取負荷密度?以供料道為例,首先要搞清楚每個溫區所需要的最大功率及最高溫度,通過計算或查閱硅碳棒樣本,得到該溫度對應的負荷密度,同時根據料道的尺寸確定好硅碳棒的直徑(常用35mm的)、發熱部長度、冷端長度,用發熱體的發熱面積乘以負荷密度,算出每支棒的最大功率,再參考類似的成功經驗,確定好每支棒實際的準確功率(負荷),最終根據該區段的功率計算出所需硅碳棒的支數。有些廠家為了省硅碳棒,把負荷選得大,卻影響了硅碳棒的使用效果。例如:35×1120(mm)的三段棒和35×1390(mm)的五段棒發熱體長度分別為460mm和600mm,在1200℃的料道上最常見的負荷基本最大也就3.6KW,人們俗稱三支一組10個千瓦,但也有的廠家把它設計為5—6KW,直接影響了硅碳棒的使用壽命。

        2、熱態電阻的選取

        大業硅碳棒是一種純阻性非金屬電熱元件,其電阻和金屬電熱元件不同,它的電阻冷態較大,隨著溫度的上升而變化,其電阻-溫度曲線如圖一所示:即900℃為拐點,低于900℃為負阻特征,高于900℃為正阻特征?;诖穗娮杼匦?,硅碳棒在出廠所標注的電阻值為在1100℃下,用伏安法測出的熱態電阻值,因此硅碳棒只能按熱態電阻值來選用。那么應該怎樣選熱態電阻呢?應該寧大勿小。一種規格的硅碳棒的電阻都是有個范圍,就按照其中值偏上取。不論三段棒還是五段棒都是幾段發熱體和冷端焊接而成的,其冷端和發熱體工藝不同,分別生產。按照機械部標準,冷端電阻率不得超過發熱體電阻率的1/12,而對于每根硅碳棒焊好后,冷端到底達到發熱體(或整根棒)電阻的多大比例,則很大程度上取決于發熱體電阻的大?。ɡ涠瞬⒉粯穗娮柚?,只分合格與不合格)。如果發熱體電阻小到一定程度(和冷端一個數量級),冷端就會發紅,既會燒壞爐壁也無謂地耗能,只會縮短硅碳棒的使用壽命。我們經常發現,35×460mm長發熱體的棒,用戶要求電阻1.0—1.2Ω,而35×1000mm長發熱體的棒,用戶要求的電阻值還是1.0—1.2Ω,顯然偏小了。

        3、大業硅碳棒型號和規格的選擇

        所謂型號是指三段棒、五段棒、U型棒、H型棒,槍型棒等。簡單地說,對均化性要求高的場合應該使用五段棒,反之用三段棒;需要單端接線時選用H型棒或U型棒;料盆用槍型棒。

        對于硅碳棒的規格,主要指發熱體的長度尺寸,按圖二設計比較合理。圖中所表示的是35×1390mm五段棒在660mm料道上的使用。按照這種結構,五段棒兩個發熱體加上中間不發熱的連橋的總長度是730mm,用在這里是恰到好處,均化效果好,而且運行可靠,起碼五段棒四個焊縫有兩個焊縫處于料液槽兩側的臺階上,即使是焊縫脫焊,棒掉到玻璃液中的概率會小得多,當然如果換成三段棒會更可靠,而且還有一個好處是發熱體變長了,當一只棒的功率一定時,負荷密度自然就減小了,棒的老化自然會延緩。

        4、大業硅碳棒的聯接

        目前,電加熱供料道上所有的硅碳棒大都采取一組全并聯,然后統一接在變壓器二次,這是最科學合理的接法,利于硅碳棒均勻分擔負荷。也有的廠家采取兩支或三支串聯,要么為了利用現有的變壓器,要么為了省掉變壓器,前者可以理解,后者則是對自己不負責。

        5、大業硅碳棒供電設備的設計

        電加熱供料道最常見的控制方式是可控硅反并聯控制變壓器的一次,變壓器二次和對應的一組硅碳棒相連。關于變壓器的設計。和其他電爐變壓器一樣,其容量設計必須留有一定的余量。供料道用的變壓器一般設計成單相380V進線電壓,二次電壓和所接的硅碳棒的電阻和功率相匹配。前已敘及,硅碳棒在使用過程中會老化,電阻會增大,在壽命期限內甚至會增大至初始電阻的4倍。那么變壓器的二次必須有幾個電壓檔次。每個檔設計成恒功率的,最低檔電壓按硅碳棒的初始電阻設計,其余幾個檔電壓則按電阻老化以后設計,這樣,硅碳棒用一段時間電阻增大,不能滿足加熱所需的功率,就把電壓調高一檔,加熱功率又能滿足了,以此類推,也就保證了硅碳棒的使用壽命。這種設計最規范,在前些年的供料道上隨處可見,二次電壓常設計成4個檔,然而,近年來市場競爭日益劇烈,玻璃廠在壓價,窯爐廠要降成本,最終導致許多新料道上用的變壓器都成了一檔電壓。個人覺得即使硅碳棒老化到初始值的4倍不予考慮,總不能老化到初始值的2倍也不考慮吧。1.0Ω的硅碳棒老化到1.5Ω就得換下來,這樣還談什么使用壽命!

        6、爐溫的檢測與控制

        溫度檢測一般都采用熱電偶,但是所用的熱電偶一定要與所測的溫度相對應,絕不能用鎳硅(K分度)熱電偶來測1200℃上下的爐溫,而必須用鉑銠—鉑(S分度)或雙鉑銠(B分度)熱電偶,否則熱電偶的使用壽命要比硅碳棒短得多,就得頻繁換熱電偶,對硅碳棒當然不利。另外,熱電偶安裝的位置應該避開硅碳棒,確保測溫的準確性。

        溫度控制則往往是用熱電偶和智能溫控儀表結合起來,通過調整可控硅的輸出電壓,來調節變壓器的一次電壓,進而調節硅碳棒的加熱功率,達到對爐溫的自動恒溫控制。只要溫控儀的控制參數(P、I、D)調整合適(有些儀表就帶有自整定功能),控溫精度完全可以滿足工藝要求,盡量不要采用手動控制。另外,熱電偶和控溫儀表之間一定要用分度號與熱電偶相同的補償導線連接,否則,張冠李戴,測量誤差巨大,還遠不如用銅導線。

        7、大業硅碳棒的安裝和更換

        (1)安裝時硅碳棒兩端應套保溫棉做的套管,將硅碳棒和電極磚隔開,否則硅碳棒和電極磚會被玻璃揮發物粘死。套管耐溫一定要適應供料道的溫度,如果耐溫過低,套管(熱)融化后反會腐蝕硅碳棒,還會將棒粘住,使棒難以更換。

        (2)裝棒孔一定要對正,確保硅碳棒裝上后能夠360°自由轉動,絕不能把棒卡死。

        (3)硅碳棒和料道蓋板以及料液面之間必須保證一定的安全距離,棒離蓋板太近會導致二者局部過熱;棒離料液面太近,又會使玻璃發揮對棒的腐蝕加重,棒若變形彎曲還容易和液面接觸,使玻璃液帶電。污染玻璃液。

        (4)更換硅碳棒時原則上應該整組變換,避免新舊棒混用,然而在實踐中大部分廠家都不愿這樣做,既麻煩又費棒,比較可行的辦法則是在溫度能夠保證的前提下,把斷棒抽出,堵好棒孔而不裝新棒,下次斷棒以此類推。到溫度保不住時則把整組剩余的硅碳棒全部抽出,換上一組新硅碳棒,如果變壓器已調到高壓檔,則應調回最低檔再送電加熱。把換下來的未斷的棒保存好,下次和舊棒配起來一起用(當然,拆下來前最好測出當時每支棒的電壓、電流,算出每支棒的電阻標到棒的一端,以便按電阻配組)。

        8、爐內氣氛的影響

        在高溫的條件下硅碳棒和許多介質反應,也就是說這些介質會對硅碳棒產生不同程度的腐蝕,這里結合玻璃行業的特點談談氧氣(空氣)、水蒸氣及三氧化二硼的影響:

        (1)氧氣的影響。在高溫下硅碳棒會緩慢氧化,生成二氧化硅和而氧化碳,棒的電阻逐漸增加即老化。一般情況下二氧化硅會在棒表面形成一層保護膜防止氧氣的進一步進入繼續氧化,而在供料道上玻璃揮發物會破壞保護膜,棒會繼續氧化,因此棒必須和料液面保持一定的安全距離。

        (2)水蒸氣的影響。高溫下,微量的水蒸氣會對硅碳棒產生明顯的氧化作用,反應方程式如下:SiC+4H2O—SIO2+CO2+4H2,所產生的氫氣也會侵蝕硅碳棒,嚴重的情況會使硅碳棒發熱體龜裂、膨松,縮短棒的壽命。因此有水蒸氣產生的爐膛要求預留排氣口,新爐烤窯一定要特別注意!

        (3)三氧化二硼的影響。硅碳棒在含有氧化硼(B2O3)的供料道上使用時,玻璃蒸汽附著在硅碳棒表面會發生一系列的化學反應,反應方程式如下:

        SiC+2O2—SIO2+CO2;

        SiC+Na2O—Na2 SiO3;

        B2O3+Na2 SiO3—Na2O· B2O3· SiO2

        生成的復合像硼硅酸鹽在發熱體表面容易發泡、脫落,使原來的硅酸鈉或二氧化硅失去保護作用,從而進入氧化的第一步,如此惡性循環。所以在含硼的料道上,應該降低硅碳棒的表面負荷,來減輕硼的腐蝕。當硼含量高到一定程度,就得考慮硅碳棒暗裝,即在棒下面加一層隔板,隔絕玻璃揮發物對棒的腐蝕,棒通過隔板向下輻射加熱,玻璃液里面可以考慮增設鉬電極加熱,采用這種方式可大大地延長硅碳棒的使用壽命,且不會污染玻璃料。

        9、烤窯

        新窯建成或者舊窯大修后必須要進行烤窯,然后才能放料生產。在條件允許的情況下,最好用其他熱源烤窯,如果一定要用硅碳棒的話,那也要盡可能用舊棒。如前所述高溫下水蒸氣對硅碳棒極為不利,新建的料道必然含有大量的水分,況且硅碳棒有可能長期大功率工作,表面溫度比較高。不論用舊棒還是新棒烤窯,開始送電時,應將控制系統置“手動”狀態,手動緩慢調節加到棒上的電壓,最多加到額定電壓的一半,預熱一段時間,待電壓、電流正常后再逐漸升高電壓。      當需要加速升溫,用火焰槍輔助加熱時,千萬不能讓火焰直接燒硅碳棒,否則硅碳棒會很快被氧化。

        10、窯爐和料道溫度的協調

        電加熱供料道上硅碳棒加熱的目的主要是為了控制或者調節各個區段的溫度,使料盆處達到成型溫度,簡單地說是控制降溫。如果大窯溫度不夠導致料道入口溫度偏低,硅碳棒有可能長期不停加熱,硅碳棒壽命當然長不了;反之,料到入口溫度過高,硅碳棒有可能長期不停加熱,硅碳棒壽命自然會長,兩種情況都不正常,需要調溫時會很難調節。所以,料道入口的溫度和料盆成型溫度必須協調,必須統籌兼顧,供料道才能正常工作。

        二,意見與建議

        綜上所述,供料道加熱是整個玻璃生產的一個重要環節,要想使電加熱供料道工作正常,大業硅碳棒有較長的使用壽命,應該做到以下幾點:

        1、應該統籌兼顧、全面考慮玻璃生產中的各個環節。

        2、合理選用硅碳棒。

        3、必須科學設計硅碳棒供電變壓器的二次電壓。

        4、盡量減輕料道中各種不利成分對硅碳棒的侵蝕。

        只有這樣才能保證在玻璃生產中,硅碳棒的使用壽命更長、成本更合理。

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