立式電熱輻射管的介紹

設(shè)備上現(xiàn)有的電熱輻射管如圖1所示：電熱輻射管是把電熱元件放置在輻射管內(nèi)部，與爐內(nèi)的氣氛隔絕，不受爐內(nèi)氣氛腐蝕，電熱輻射管主要用于可控氣氛爐及其他有腐蝕性氣體的工業(yè)爐，通電加熱后，由套管間接地把熱量輻射給被加熱工件。

電熱輻射管由外殼、外隔離架、內(nèi)限位板、三孔隔離架、凸臺支承架、十字支承架、底托、電熱元件組成。但是由于電熱元件長期工作會出現(xiàn)變軟、膨脹、下墜，先倒伏搭接、后熔斷等現(xiàn)象以及氧化皮脫落，造成在支承架和底托位置經(jīng)常性出現(xiàn)由于氧化皮堆積導(dǎo)致的電熱元件與外殼接地（如圖1所示），繼而拉弧擊穿外殼，燒壞電熱元件。

圖1

下圖是現(xiàn)在所用電熱輻射管中間和底部氧化皮堆積短路拉弧損壞的情況。

下圖是電熱元件膨脹損壞情況。

改進(jìn)立式電熱輻射管的具體措施

（1）提高立式電熱輻射管的電熱元件與外殼在高溫環(huán)境下的絕緣，使用耐高溫絕緣涂料刷涂外殼內(nèi)壁。

（2）減少由于氧化皮堆積而造成電熱元件與外殼接地拉弧，將支承架和底托的形狀改為向上的斜坡。將凸臺支承架和十字支承架改為如圖2所示，在承力的范圍內(nèi)將支承架周圍挖空并做成斜坡形狀，氧化皮脫落后直接滑落到底部不會停留在支承架上而堆積，同時又可以起到支撐的作用。

底托改為如圖3所示，底托中間加高并做成內(nèi)螺紋，將輻射管中間的連接桿延長并加工外螺紋與底托的內(nèi)螺紋相配合，增加電熱元件在外殼內(nèi)的穩(wěn)定，同時增加了底部存放氧化皮的空間，具體的螺紋尺寸要與中間連接桿的尺寸相配合確定。

圖2

圖3

（3）減少底部氧化皮的吸附，將電熱元件的纏繞方式改為雙向纏繞方式，如圖4所示。在每個支承架上下都采用一正一反的繞線方式，抵消掉一個方向繞制形成的磁性加強(qiáng)，到底部就形成強(qiáng)大的磁場，吸附起氧化皮。

圖4

（4）對底部的電熱元件與中間連接桿的連接方式進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)有的輻射管是用一塊平板將兩個焊接在一起，如圖5所示，離外殼距離太近若堆積氧化皮就會很快接地短路，改為將電熱元件纏繞在加長的中間連接桿上并焊接，如圖6所示。

圖5

圖6

（5）減少由于冷熱升溫而造成的電熱元件與外殼的變形引起的接地拉弧，使用更好的不易熱變形的材料制作電熱元件。

①首先良好的電熱元件材料應(yīng)具備下列技術(shù)性能：

a．良好的高溫力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。電熱體的溫度比爐膛溫度高出100-150度，長期在高溫條件下工作，必須具備良好的耐熱性和高溫強(qiáng)度，即在高溫下變形小、不塌陷、不斷裂、抗氧化，與耐火材料不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

b．高的電阻率。

c．較小的電阻溫度系數(shù)。電阻溫度系數(shù)小，爐溫變化時爐內(nèi)功率變化少，爐溫波動?。蝗绻娮铚囟认禂?shù)大，爐內(nèi)溫度變化時，爐內(nèi)功率變化大，溫度波動大，就應(yīng)安裝調(diào)節(jié)變壓器。

d．低的熱膨脹系數(shù)。

e．良好的機(jī)械加工性能。

②目前使用的電熱元件有兩大類：一類是鐵鉻鋁合金系列，另一類是鎳鉻合金系列，它們作為電熱材料分別具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)

a．鐵鉻鋁合金：經(jīng)常使用的鐵鉻鋁合金有Cr13Al4、Cr17Al5、0Cr25Al5、0Cr24Al6Re、0Cr13Al6Mo2、0Cr27Al7Mo2 等。鐵鉻鋁合金的熔點(diǎn)高，最高使用溫度可達(dá)1400度，在空氣介質(zhì)中加熱后表面形成一層致密的Al2O3保護(hù)膜，其熔點(diǎn)比合金基體高。

鐵鉻鋁合金電阻率大，同樣功率條件下，用料少；電阻溫度系數(shù)小，爐子使用過程中，功率波動小；價格低廉。但質(zhì)脆，加工性能較差，彎曲時需要預(yù)熱；高溫時強(qiáng)度低，元件易于變形倒塌。加熱后合金晶粒長大，脆性增加，經(jīng)不起沖擊和彎曲；維修時比較困難；熱膨脹系數(shù)大，安裝時要留有適當(dāng)膨脹空間。

b.鎳鉻合金:經(jīng)常使用的鎳鉻合金有Cr15Ni60、Cr20Ni80、Cr20Ni80Ti3、0Cr23Ni13、0Cr25Ni20等。鎳鉻合金在空氣中加熱后，表面形成一層較硬的Cr2O3保護(hù)膜并緊附在合金基體上，熔點(diǎn)比合金基體高，能耐受交替性的加熱和冷卻，抗蝕能力強(qiáng)，高溫時力學(xué)性能好，常溫時易于加工和焊接，但電阻率較鐵鉻鋁合金小，最高使用溫度達(dá)1100℃。

總的來說，鎳鉻合金是性能較好的電熱元件材料，選用鎳鉻合金制作電熱輻射管使生產(chǎn)更加穩(wěn)定，提高了生產(chǎn)效率。

（6）使用更好的材料和制作工藝制作外殼。

輻射管的外殼應(yīng)具有抗氧化、耐腐蝕及足夠的高溫力學(xué)性能，熱導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)小，能抵抗高溫下的溫度波動。常用的管體材料有0Cr18Ni13Si4、oCr18Ni35、Cr18Ni35Si2。目前使用的外管有無縫管、板材圈焊管、離心鑄造管等，其中板材焊接管在高溫下變形最大，容易導(dǎo)致電熱元件與外殼接地，離心鑄造管變形量最小，所以最好選用離心鑄造管。

（7）將中間的連接桿選用更好的不易變形的材料。

由于現(xiàn)有電熱輻射管若懸吊在外殼里，中間連接桿在高溫下長時間工作會出現(xiàn)拉長變形，所以需要選用在高溫環(huán)境下變形小，不易拉伸的材料并加粗制成中間連接桿。同時中間連接桿與引出端的連接方式需要改變，圖7為原有的鉆孔焊的連接方式，圖8 為改后的搭焊連接方式。

由于電熱元件的焊接性一般都比較差，對于不同的電熱元件，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒?，采用成分與電熱元件相同或者相近的焊條，并嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接，鎳鉻元件焊接性較好，可采用電弧焊或氣焊。鐵鉻鋁元件，一般質(zhì)量要求的可采用電弧焊，質(zhì)量要求較高時應(yīng)采用氬弧焊。

鐵鉻鋁元件經(jīng)高溫加熱后會因晶粒粗大而變脆，因此應(yīng)進(jìn)行快速焊接。此外，為保證焊接區(qū)的強(qiáng)度，搭焊時端部應(yīng)留有5-10mm的不焊接區(qū)。

圖7

圖8

結(jié)論

通過以上幾點(diǎn)的改進(jìn)之后，電熱輻射管總體就如圖9所示：

圖9

由于對外殼內(nèi)部刷涂絕緣涂料增加了絕緣性能；對支承架的形狀做了改進(jìn)，減少了電熱輻射管內(nèi)部的電熱元件的氧化皮在支承架上停留；對底部電熱元件與連接桿的連接方式改進(jìn)可以減少底部接地；使用更好的材料制作電熱元件和外殼；使用更好的材料制作連接桿并加粗減少熱態(tài)的延伸性；這樣就可以延長電熱輻射管的壽命，節(jié)省成本，減少電熱輻射管損壞引起的停機(jī)，保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行提高了效益。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“延長立式電熱輻射管使用壽命”，作者為于戰(zhàn)文、李寶新。