Höga-temperaturmiljöer: tänjer på gränserna för 28 mm patronvärmare

Vad händer när driftstemperaturen går över 500 grader och hur man håller en patronvärmare i funktion.


De flesta industriella värmejobb fungerar bra mellan 100 grader och 400 grader. När den är korrekt installerad fungerar en enkel kassettvärmare i rostfritt stål bra i flera år vid dessa temperaturer.

Men vissa användningsområden behöver mer. Pressgjutning, glasformning, vissa kemiska processer och plaster som fungerar vid mycket höga temperaturer måste alla arbeta vid 500 grader, 600 grader eller till och med högre under lång tid. Standardpatronvärmare bryter snabbt ut vid dessa ytterligheter.

Alla som arbetar med svåra termiska processer måste veta vad den 28 mm stora kassettvärmaren kan och inte kan göra i höga-temperaturer.

Vad händer när temperaturen stiger?
När temperaturen stiger måste varje del av en patronvärmare arbeta hårdare.

Material till manteln. Över 500 grader börjar standard rostfritt stål (304, 316) förlora sin styrka och förmåga att motstå oxidation. Skidan kan bli spröd och ytavlagringar kan inträffa. Snabb nedbrytning sker när du kör den länge i 600 grader. Incoloy®-slidor (graderna 800 och 840) förblir starka och rostar inte upp till cirka 800 grader. Nickel-kromlegeringar eller unika superlegeringar behövs för de hetaste temperaturerna.

Isolering av MgO. Magnesiumoxidisolering är ganska stabil och smälter inte förrän den når 2800 grader. Men när temperaturen är hög kan MgO bli lite ledande, vilket sänker isolatorns motstånd. Denna effekt försvinner när temperaturen sjunker, men det kan skapa irriterande jordfelsutlösning i känsliga styrsystem. MgO med en kontrollerad mängd fukt fungerar bättre vid höga temperaturer.

Tråd som gör motstånd. Tråden som står emot värme är den del som är mest känslig för temperatur. Över 600 grader oxiderar standard NiCr (80/20 nickel-krom) tråd snabbt. För att fortsätta arbeta över denna punkt behöver du speciallegeringar som NiCrFe eller anpassade hög-temperaturkvaliteter.

Uppsägningar. Platsen där de elektriska ledningarna ansluter till motståndstråden är svag. Vid höga temperaturer kan standardlödda eller krimpade anslutningar bli svagare eller gå sönder. Du behöver svetsade kontakter eller hög-temperaturavslutningar som är gjorda just för detta ändamål.

28 mm fördel i varmt väder
I situationer med hög-temperatur är en 28 mm patronvärmare bättre eftersom den har en större diameter. Motståndstråden kan lindas med en lägre wattdensitet för samma totala watt eftersom den har mer utrymme inuti. Även när manteln är uppvärmd, är lägre wattdensitet lika med lägre temperaturer inuti tråden.

En 28 mm enkelhuvud patronvärmare med en manteltemperatur på 600 grader och en wattdensitet på 5 W/cm² kan ha en invändig trådtemperatur på 750 grader. En 12 mm värmare med samma wattal kan höja temperaturen på de inre ledningarna till mer än 900 grader, vilket är alldeles för högt för någon resistent legering att hantera.

Denna skillnad är anledningen till att större värmare ofta fungerar i situationer med hög-temperatur medan mindre inte gör det.

Att välja mantelmaterial för hög temperatur
Att välja rätt mantelmaterial är mycket viktigt för en patronvärmare som fungerar i 500 grader.

Incoloy 800 kan användas kontinuerligt vid temperaturer upp till 760 grader. God mekanisk hållfasthet och motståndskraft mot oxidation. Det mest typiska valet för industriell användning som behöver arbeta vid höga temperaturer.

Incoloy 840 är som 800, förutom att den har mer krom i sig, vilket gör den bättre på att motstå oxidation. Fungerar bra upp till 800 grader.

Nickel-kromlegeringar som 80/20 kallas nikrom (NiCr). De kan användas som mantelmaterial vid mycket höga temperaturer (upp till 1000 grader), men de kostar mer och tål inte korrosion lika bra som Incoloy.

Rostfritt stål 310 är en austenitisk kvalitet som har mer krom och nickel än 304/316. Bra under korta perioder vid temperaturer upp till 1000 grader, men den oxiderar snabbare än Incoloy när den används kontinuerligt vid höga temperaturer.

När du arbetar med frätande gaser eller kemikalier vid höga temperaturer kan du behöva titan eller speciella beläggningar. Dessa lösningar är dock mycket dyrare.

Saker att tänka på vid installation i hög värme
Termisk expansion är mer märkbar vid högre temperaturer. När den värms upp till 600 grader kan en 28 mm patronvärmare som redan har rumstemperatur expandera med cirka 0,1 % av sin längd (cirka 0,2 mm på en 200 mm värmare). Om monteringshålet expanderar mer än värmaren kan det göra att värmaren fastnar i ett smalt hål eller å andra sidan gör en glipa.

För applikationer med hög- temperatur är ett diametralt spel i den övre delen av det föreslagna området (0,04–0,05 mm) bäst eftersom det tillåter differentiell expansion. Monteringshålet ska vara rakt och slätt så att värmaren kan expandera utan att böjas.

Du måste också tänka på temperaturerna nära blyutgången. Även om blyänden inte är uppvärmd, kan värme fortfarande röra sig längs manteln till ändarna. Om temperaturen på elektrodutgångarna går över 200 grader kommer normala elektrodledningar och tätningar att gå sönder. Du kan behöva långa, ouppvärmda längder, kylblock eller blymaterial med hög-temperatur som keramiska fibrer eller kablar med metall-mantlade.

De vanligaste sätten att saker går fel vid hög temperatur
När en patronvärmare slutar fungera vid en hög-temperatur beror det vanligtvis på något av följande:

Oxidation av manteln: Skalning gör mantelväggen tunnare, vilket slutligen leder till ett brott som låter omvärlden se de inre delarna.

Fall av isolationsresistans: MgO blir tillräckligt ledande vid höga temperaturer för att lösa ut jordfelsskyddet, även när värmaren fortfarande fungerar.

Oxidation av motståndstråd: Tråden tappar långsamt sitt- tvärsnitt, vilket ökar motståndet och genererar hot spots som påskyndar fel.

Blytätningsfel: Tätningen mellan manteln och ledningstrådarna går sönder och släpper in fukt eller smuts i värmaren när den svalnar.

Användbara tips för att lyckas vid höga temperaturer
Tänk på dessa saker när du väljer en patronvärmare för användning vid hög-temperatur. Storleken på 28 mm är ofta den bästa eftersom den är den största som kan användas. Välj mantel- och trådmaterial som klarar den temperatur du behöver plus en säkerhetsmarginal för långvarig användning. För lång-användning vid höga temperaturer, håll wattdensiteten så låg som möjligt, helst under 5 W/cm². Se till att det finns tillräckligt med ouppvärmd längd vid ledningsänden för att skydda avslutningarna. Om du behöver, tänk på att använda aktiv kylning (luft eller vatten) för blyutgångar.

Sista tankar
När den används vid höga temperaturer pressas varje del av en patronvärmare till sin gräns. För att bli framgångsrik måste du välja dina material noggrant, hålla wattdensiteten låg och vara uppmärksam på termisk expansion och blyutgångstemperaturer. Den 28 mm stor diameter enhuvudspatronvärmaren är att föredra för dessa tuffa förhållanden eftersom den har en högre yta och en större inre volym än mindre storlekar.

Olika termiska processer kräver olika mängder värme. En patronvärmare som fungerar i en gjutningsapp- vid 550 grader kanske inte fungerar lika bra i en glasformningsprocess- vid 700 grader. För att värmaren ska fungera tillförlitligt måste den ställas in på rätt temperatur för jobbet.