高溫電阻爐電爐絲的失效問題

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目前的高溫電阻爐均使用電爐絲盤成螺旋狀的螺管，然后盤繞在爐膛壁上。高溫電阻爐的工作溫度取決于電爐絲在工作環境中有足夠使用壽命的條件下所能耐受的溫度，在空氣中加熱時，其工作爐溫取決于其抗氧化能力，其失效方式為:由于電爐絲盤繞時螺距小處散熱慢其溫度將高于別處，加之電阻率隨溫度升高而升高，使該處的單位長度發熱量高于別處，溫差很大；此外，此處的氧化現象也為之加劇，隨之電爐絲變細；最后，電爐絲在爐溫波動產生的熱應力作用下斷裂失效。

    對于在碳氫化合物保護氣氛下工作，則主要由于碳黑的沉積導致電爐絲圈間打弧導致電爐絲熔斷而失效。其次，電阻發熱體表面滲碳后，其開始熔化溫度降低，也影響在1100℃以上工作時的使用壽命。對于在氧化氣氛下工作提高電爐工作溫度的方法，是研制具有更高抗氧化能力的電熱合金。目前，已有在1200℃工作的電爐絲。但它不能解決在碳氧化合物保護氣氛下工作時碳黑沉積導致起弧失效的問題。

解決電爐絲失效問題的思路

    1)加大電爐絲的截面尺寸，電爐絲的氧化失效或在滲碳性氣氛下表面滲碳導致其開始熔化溫度的降低，都是表面作用過程。由于在固態下的擴散速度不快，因而，如果增加電阻發熱體的截面尺寸，顯然可以延長電爐絲的工作壽命，提高其工作溫度。

    2)降低電爐絲“圈間”電壓降，加大電爐絲“圈間”距離消除其由碳黑沉積所產生的打弧現象(“圈間”距離可用耐火材料隔離的措施而加大)。

    根據以上兩點，筆者曾設計出一種用厚度為10mm的lCr18Ni9不銹鋼制出迷宮式電爐絲。用鹽浴爐變壓器作供電電源的試驗性電爐，保護氣直接使用鋼瓶裝液化氣(主要成分為丙烷)，用流量計控制通入爐內的流量以控制其碳勢。該高溫電阻爐曾在原新疆工學院科研實習廠使用兩年，主要供學生實習用，可以做到保證工件不氧化不脫碳，還曾試驗在1050℃下工作。2000年，曾在廣東佛山楊戈熱處理公司做了一臺爐膛尺寸為<600mm×1000mm的高溫電阻爐，在該廠試用，功率僅為50kW，在中溫加熱淬火時一次裝爐量近0.5噸；也曾對少量20CrMnTi鋼齒輪做過一次1050℃高溫滲碳處理。該試驗爐型電爐絲結構設計上不夠合理，未考慮變形問題，爐絲由于變形而失效。雖然變形問題完全可以用修改電爐絲結構來解決，但此項工作因筆者退休沒有繼續做下去。

原文《研制高溫可控氣氛爐的必要性和可行性》徐彰德

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