Przyczyny uszkodzeń elementów grzejnych pieców elektrycznych

Życie elementy grzejne zależy od wielu czynników: od temperatury pracy, charakteru jej zmian w czasie, konstrukcji i wielkości nagrzewnicy, wpływu na nią atmosfery pieca. Może to być spowodowane stopniowym utlenianiem się materiału roboczego (lub jego sproszkowaniem, jeśli mówimy o metalach szlachetnych lub grzejnikach pracujących w próżni lub w atmosferze ochronnej) lub utratą wytrzymałości mechanicznej.

Materiały stosowane na grzejniki po podgrzaniu tworzą gęste warstwy tlenków, które chronią materiał bazowy przed dalszym utlenianiem, dlatego do pewnych (dla każdego materiału) temperatur utlenianie przebiega niezwykle wolno, a po przejściu przez ten poziom temperatury proces przyspiesza ostro. Natryskiwanie materiałów w próżni lub atmosferze ochronnej również przebiega w ten sam sposób.

Maksymalna dopuszczalna temperatura materiału powinna być temperaturą, w której proces utleniania lub dyspersji materiału gwałtownie wzrasta. Jeśli przekroczysz ten poziom, żywotność elementu grzejnego znacznie się zmniejszy.

Kiedy grzejnik utlenia się, warstwa tlenku na nim (zwykle nieprzewodząca lub słabo przewodząca) stopniowo gęstnieje, a przekrój metalowego rdzenia maleje. Dlatego rezystancja grzejnika stopniowo wzrasta, a uwalniana w nim moc maleje. Kiedy ta redukcja mocy staje się znacząca (około 10-15%), grzałka musi zostać wymieniona na nową, jej żywotność się kończy.

Stopniowy proces zwiększania rezystancji grzałki w wyniku jej utleniania lub rozpraszania nie zawsze jest powodem jej wymiany; bardzo często grzałka ulega awarii na długo przed tym, zanim jej rezystancja osiągnie wartość graniczną. Grzejnik ma zwykle kilka osłabionych miejsc, małe pęknięcia na zagięciach, wtrącenia warstw tlenków itp., gdzie obserwuje się miejscowy wzrost rezystancji.

Takie obszary o zwiększonej rezystancji będą powodować miejscowe przegrzewanie się grzejników i intensywniejsze utlenianie w miejscach tego przegrzania. Z kolei intensywne utlenianie doprowadzi do dalszego zmniejszenia przekroju grzejnika w tych punktach, dalszego wzrostu ich temperatury, proces ten będzie postępował z rosnącą szybkością i doprowadzi do przepalenia grzejnika w jednym z te punkty.

Żywotność grzałki drutowej 1 mm w zależności od jej temperatury (w powietrzu)

Podobny efekt może wystąpić, gdy powierzchnia grzejnika jest zabrudzona lub źle zaprojektowana, jeśli przenoszenie ciepła do niektórych jego części jest utrudnione (np.

Tego typu miejscowe przegrzanie nie wpłynie znacząco na skrócenie żywotności grzałki w przypadkach, gdy ich wartości bezwzględne są niskie, a temperatury najgorętszych stref nie osiągną wartości, przy których intensywne utlenianie (lub rozpraszanie) zaczyna się materiał.

Dlatego należy dążyć do tego, aby pomiędzy temperaturą pracy nagrzewnicy a maksymalną dopuszczalną temperaturą jej grzania istniała pewna granica, która przekracza wartość ewentualnego lokalnego przegrzania. Jeśli ten margines jest mały, to te lokalne przegrzania muszą być minimalizowane poprzez racjonalne projektowanie i dobór dużych przekrojów grzejnika, ponieważ im większe te przekroje, tym mniejszy procent lokalnych przewężeń, tym mniej lokalnych będzie miało przegrzanie.

Przyczyną awarii grzałki może być również jej niewystarczająca wytrzymałość mechaniczna w wysokich temperaturach, skłonność do pełzania lub wypaczania.Na przykład, jeśli grzejnik jest zaprojektowany w taki sposób, że w temperaturze pracy zaczyna się odkształcać pod własnym ciężarem (pociągnięcie pętli grzejnika zawieszonych na hakach, wypaczenie cewek grzejnika), to sąsiednie zwoje lub pętle mogą się zamknąć, łuki w w tych miejscach iw efekcie przepalenie grzałki lub po prostu miejscowe pocienienie odcinka w wyniku rozciągania z ponownym powstaniem miejscowego przegrzania.

Wreszcie grzejnik może zostać uszkodzony w wyniku interakcji chemicznej w temperaturze roboczej z materiałami okładziny. piekarnik elektrycznyz którym wchodzi w kontakt lub z jego atmosferą.

Wydajność dowolnego materiału w elementach grzejnych elektrycznego pieca oporowego można scharakteryzować za pomocą dwóch temperatur - zalecanej temperatury roboczej i maksymalnej dopuszczalnej temperatury.

Maksymalna dopuszczalna temperatura materiału odpowiada temperaturze granicznej, powyżej której rozpoczyna się jego intensywne utlenianie lub rozpryskiwanie, a zatem gwałtowne skrócenie żywotności. Zalecana temperatura jest niższa od maksymalnej dozwolonej.

W obszarze ograniczonym zalecaną temperaturą materiału żywotność grzałki jest dość długa, dla stopów metali około 12000-15000 godzin. W tym obszarze ograniczone lokalne przegrzanie nie jest straszne, ponieważ nawet przy ich znacznych rozmiarach temperatura grzejnika nie przekroczy maksymalnej dopuszczalnej wartości. W takich temperaturach można zatem stosować grzejniki o małych przekrojach poprzecznych.Oczywiście we wszystkich przypadkach, w których jest to możliwe, grzejniki należy projektować w taki sposób, aby ich temperatura projektowa nie przekraczała zalecanej.