Спустя тысячелетия после того, как он был впервые обнаружен, человечество все еще одержимо огнем. Мы полагаемся на топливо для сжигания в бесчисленных промышленных и повседневных процессах, от бытового отопления до термической обработки.
Тем не менее, это может быть неудобным методом производства тепла, особенно на промышленных рынках. Печи, работающие на природном газе, по-прежнему широко используются на рынках термообработки, но производители чаще полагаются на сравнительно сложный метод получения тепла из электричества.
Металлические и керамические нагревательные элементы работают по принципу нагрева электрическим сопротивлением, который определяется как тепло, выделяемое материалом с высоким электрическим сопротивлением при прохождении через него тока. Когда ток протекает через металлические или керамические нагревательные элементы, материал сопротивляется потоку электричества и выделяет тепло. Это основное объяснение сложной концепции, но этот принцип в целом справедлив для обычных металлических и керамических нагревательных элементов в промышленных печах.
В этой статье мы расскажем об основных принципах работы такого устройства как керамический сухой тэн
КЕРАМИЧЕСКИЕ ТЭНЫ И РЕЗИСТИВНЫЙ НАГРЕВ
Хотя проектировщикам печей доступно множество типов нагревательных элементов, керамические нагреватели обычно попадают в одну из двух групп: открытые керамические стержни; или катушки, ленты и провода из сплава, встроенные в пластину керамической изоляции. На самом простом уровне эти типы нагревательных элементов работают по одному и тому же принципу.
Коэффициент электрического сопротивления материала определяет его способность генерировать тепло, пропорциональное величине тока, протекающего через него. Таким образом, тепловая мощность керамического нагревательного элемента определяется его электрической нагрузкой и собственными резистивными свойствами. В идеальных условиях элемент будет сопротивляться потоку тока и выделять тепло, которое будет излучаться наружу, в камеру термообработки. Основным преимуществом этого по сравнению со сжиганием является значительно повышенная эффективность, поскольку 100% подаваемой электроэнергии теоретически преобразуется в тепло.
Тем не менее существует множество взаимосвязанных факторов, которые могут повлиять на эти два основных свойства. Состав сплава, размеры элементов, ваттная нагрузка, напряжение и архитектура устройства — это лишь некоторые из этих фундаментально важных свойств.
Например, типичным материалом для открытых керамических нагревательных элементов является карбид кремния высокой чистоты (SiC), который может быть расположен в стержневых, многостержневых и спиральных нагревателях. Длина и диаметр этих элементов могут быть адаптированы к конкретным размерам печи, а выдающаяся термомеханическая стабильность материала означает, что он всегда сохраняет свою жесткость. Это упрощает установку нагревателя, так как его не нужно ни монтировать, ни встраивать в стену печи. Это снижает риск распространения выделяемого тепла через печь и повреждения чувствительного оборудования. Керамические нагревательные элементы из карбида кремния также обладают улучшенной электрической эффективностью, преобразуя 100% всей подаваемой электроэнергии в тепло с небольшим падением потребляемой мощности.
Недостатком открытых керамических нагревательных элементов из карбида кремния является то, что материал не полностью уплотнен, что делает его восприимчивым к перекрестной реакции с атмосферными газами при повышенных температурах. Эти реакции могут влиять на токопроводящее сечение элемента, что со временем вызывает постепенное увеличение электрического сопротивления. Фактически, сопротивление керамического нагревательного элемента из карбида кремния может увеличиться до 300% до окончания срока его службы.
КЕРАМИЧЕСКИЕ ТЭНЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
Производительность нагревательных элементов значительно различается не только в зависимости от архитектуры устройства, но и в зависимости от условий работы самой печи. Разработка соответствующего нагревательного элемента впоследствии требует внутренних знаний о характеристиках материала в данных условиях и о том, как лучше всего оптимизировать эти характеристики для желаемых характеристик.