Høje-temperaturmiljøer: skubber grænserne for 28 mm patronvarmeren

Hvad sker der, når driftstemperaturen går over 500 grader, og hvordan man holder en patronvarmer i drift.


De fleste industrielle opvarmningsopgaver fungerer godt mellem 100 grader og 400 grader. Når den er installeret korrekt, fungerer en grundlæggende rustfri stålpatronvarmer med enkelt hoved godt i årevis ved disse temperaturer.

Men visse anvendelser kræver mere. Trykstøbning, glasformning, nogle kemiske processer og plast, der arbejder ved meget høje temperaturer, skal alle arbejde ved 500 grader, 600 grader eller endda højere i lang tid. Standard patronvarmere bryder hurtigt ud ved disse ekstremer.

Enhver, der arbejder med vanskelige termiske processer, skal vide, hvad den 28 mm store diameter enkelthovede patronvarmer kan og ikke kan i høje-temperaturindstillinger.

Hvad sker der, når temperaturen stiger?
Når temperaturen stiger, skal hver del af en patronvarmer arbejde hårdere.

Materiale til kappen. Over 500 grader begynder standard rustfrit stål (304, 316) at miste sin styrke og evne til at modstå oxidation. Skeden kan blive skør, og der kan forekomme afskalning af overfladen. Hurtig nedbrydning sker, når du kører den i lang tid ved 600 grader. Incoloy®-skederne (kvalitet 800 og 840) forbliver stærke og ruster ikke op til omkring 800 grader. Nikkel-chromlegeringer eller unikke superlegeringer er nødvendige for de varmeste temperaturer.

Isolering lavet af MgO. Magnesiumoxidisolering er ret stabil og smelter ikke før den når 2800 grader. Men når temperaturen er høj, kan MgO blive lidt ledende, hvilket sænker isolatorens modstand. Denne effekt forsvinder, når temperaturen falder, men det kan skabe irriterende jordfejlsudløsning i følsomme styresystemer. MgO med en kontrolleret mængde fugt fungerer bedre ved høje temperaturer.

Tråd der gør modstand. Tråden, der modstår varme, er den del, der er mest følsom over for temperatur. Over 600 grader oxiderer standard NiCr (80/20 nikkel-chrom) tråd hurtigt. For at blive ved med at arbejde over dette punkt har du brug for specielle legeringer som NiCrFe eller tilpassede høje-temperaturkvaliteter.

Opsigelser. Det sted, hvor de elektriske ledninger slutter sig til modstandstråden, er svagt. Ved høje temperaturer kan standard loddede eller krympede forbindelser blive svagere eller gå i stykker. Du har brug for svejsede konnektorer eller høje-temperaturafslutninger, der er lavet netop til dette formål.

28 mm fordel i varmt vejr
I situationer med høje-temperaturer er en 28 mm patronvarmer bedre, fordi den har en større diameter. Modstandstråden kan vikles med en lavere watt-tæthed for den samme samlede watt, da den har mere plads indeni. Selv når kappen er opvarmet, er lavere watt-densitet lig med lavere temperaturer inde i ledningen.

En 28 mm enkelthoved patronvarmer med en kappetemperatur på 600 grader og en watt-densitet på 5 W/cm² kan have en indvendig ledningstemperatur på 750 grader. En 12 mm varmelegeme med samme watt kan hæve temperaturen på de indvendige ledninger til mere end 900 grader, hvilket bare er for højt til at nogen modstandsdygtig legering kan håndtere.

Denne forskel er grunden til, at større varmeapparater ofte fungerer i situationer med høje- temperaturer, mens mindre ikke gør.

Valg af kappematerialer til høj temperatur
At vælge det rigtige kappemateriale er meget vigtigt for en patronvarmer, der fungerer ved 500 grader.

Incoloy 800 kan bruges kontinuerligt ved temperaturer op til 760 grader. God mekanisk styrke og modstandsdygtighed over for oxidation. Det mest typiske valg til industriel brug, der skal arbejde ved høje temperaturer.

Incoloy 840 er som 800, bortset fra at den har mere krom i sig, hvilket gør den bedre til at modstå oxidation. Fungerer godt op til 800 grader.

Nikkel-chromlegeringer som 80/20 kaldes nichrome (NiCr). De kan bruges som kappematerialer ved meget høje temperaturer (op til 1000 grader), men de koster mere og modstår ikke korrosion så godt som Incoloy.

Rustfrit stål 310 er en austenitisk kvalitet, der har mere krom og nikkel end 304/316. God i korte perioder ved temperaturer op til 1000 grader, men den oxiderer hurtigere end Incoloy, når den bruges kontinuerligt ved høje temperaturer.

Når du arbejder med ætsende gasser eller kemikalier ved høje temperaturer, kan du have brug for titanium eller specielle belægninger. Disse løsninger er dog meget dyrere.

Ting at tænke på, når du installerer i høj varme
Termisk ekspansion er mere mærkbar ved højere temperaturer. Når den opvarmes til 600 grader, kan en 28 mm patronvarmer, der allerede er ved stuetemperatur, udvide sig med omkring 0,1 % af sin længde (ca. 0,2 mm på en 200 mm varmelegeme). Hvis monteringshullet udvider sig mere end varmelegemet, kan det medføre at varmelegemet sætter sig fast i et smalt hul eller på den anden side laver et hul.

Til høje-temperaturapplikationer er en diametral frigang i den højere ende af det foreslåede område (0,04–0,05 mm) bedst, da det giver mulighed for differentiel udvidelse. Monteringshullet skal være lige og glat, så varmeren kan udvide sig uden at bøje.

Du skal også tænke på temperaturerne i nærheden af ​​blyudgangen. Selvom blyenden ikke er opvarmet, kan varmen stadig bevæge sig langs kappen til enderne. Hvis temperaturen på ledningens udgange går over 200 grader, vil normale ledningsledninger og tætninger knække. Du har muligvis brug for lange, uopvarmede længder, køleblokke eller blymaterialer med høj-temperatur som f.eks. keramiske fibre eller kabler med-metalkappe.

Mest almindelige måder, hvorpå tingene går galt ved høj temperatur
Når en patronvarmer holder op med at fungere ved en høj-temperaturindstilling, er det normalt på grund af et af følgende:

Oxidation af kappen: Afskalning gør kappevæggen tyndere, hvilket til sidst fører til et brud, der lader omverdenen se de indvendige dele.

Isolationsmodstandsfald: MgO bliver ledende nok ved høje temperaturer til at udløse jordfejlsbeskyttelse, selv når varmeren stadig arbejder.

Oxidation af modstandstråd: Tråden mister langsomt sit tværsnit, hvilket øger modstanden og genererer varme punkter, der fremskynder fejl.

Blyforseglingsfejl: Forseglingen mellem kappen og ledningstrådene bryder sammen, og slipper fugt eller snavs ind i varmeren, når den køler ned.

Nyttige tips til succes ved høje temperaturer
Når du vælger en patronvarmer til høj-temperatur, skal du huske disse ting. Størrelsen på 28 mm er ofte den bedste, fordi den er den største, der kan bruges. Vælg kappe og trådmaterialer, der kan klare den temperatur, du har brug for, plus en sikkerhedsmargin ved længere tids brug. Til lang-brug ved høje temperaturer skal watt-tætheden holdes så lav som muligt, ideelt set under 5 W/cm². Ved forenden skal du sørge for, at der er nok uopvarmet længde til at beskytte afslutningerne. Hvis du har brug for det, så tænk på at bruge aktiv køling (luft eller vand) til blyudgange.

Sidste tanker
Når den bruges ved høje temperaturer, skubbes hver del af en enkelthoved patronvarmer til dets grænser. For at få succes skal du vælge dine materialer omhyggeligt, holde watt-tætheden lav og være opmærksom på termisk ekspansion og blyudgangstemperaturer. Den 28 mm store diameter enkelthovede patronvarmer er at foretrække til disse hårde forhold, da den har et større overfladeareal og et større indre volumen end mindre størrelser.

Forskellige termiske processer kræver forskellige mængder varme. En patronvarmer, der fungerer i et-støbningsprogram ved 550 grader, fungerer muligvis ikke så godt i en glas-formningsproces ved 700 grader. For at varmelegemet skal fungere pålideligt, skal det indstilles til den rigtige temperatur til jobbet.