台车炉、箱式炉这类炉膛宽度大的设备上,元件常常横跨整个炉宽,中间只有两三个支撑点。运行几个月后拆开看,元件中部向下弯出一个弧,两侧靠近接线端的位置几乎没变形,支撑砖上还能看到被压出的痕迹。如果两根元件在中部碰在一起,接触点会发亮、周围氧化特别重,断点往往就出现在那一小段。这类失效有一个共同点:变形是渐进的,运行前期只是轻微弯曲,等到肉眼明显看到弧线时,元件往往已经接近更换期。判断时把新件和旧件的弯曲量放在一起比较,比单看一根更有说服力。
这种形态说明失效来自自重下的高温蠕变叠加支撑失效:温度越高、跨距越大、截面越细,中部下垂越快。另外要区分一种假性下垂,两端被卡死、热胀没有释放空间,元件被顶弯拱起,看起来也是变形,但方向与自重下垂不同。现场先量下垂量、单跨净距、支撑点数量与元件变色位置,四项凑齐再谈换材料;如果下垂方向朝上或明显偏向一侧,先查卡死与顶紧,而不是先怀疑材料强度不够。如果同一台炉子上多根元件朝同一方向弯曲,更要先查安装与热胀通道。
第一件是支撑点加密,把长跨拆成若干短跨,支撑件沿元件长度均匀分布,避免某一跨明显偏长。第二件是选合适的形状:同样截面积下波形带、折边带的抗弯刚度比直丝好,带材的宽面竖直安装比平放更抗下垂,螺旋元件则靠穿陶瓷管或挂钩来限制下垂方向。第三件是控制表面负荷,把同样的功率分散到更多元件上,每根元件的温度就低,蠕变速度也跟着降下来。支撑件材质也要一起考虑,高温下支撑自身会软化或下沉,等于跨距在运行中变长。
第四件是留对间隙:元件与炉衬、元件与元件之间按最高温度下的膨胀量留够,固定端之外留滑动余量,不要两端都焊死或卡死。第五件是考虑拆装,支撑点不能密到元件装不进去、检修时拆不出来,实际布置要同时满足刚度和可维护性,这两点冲突时需按具体工况确认取舍。经验上,检修通道和支撑数量最好在图纸阶段一起排,现场临时加支撑往往位置别扭,效果也有限。改造后第一次升温要有记录,包括达到工作温度的时间与各点温度分布。
跨距大意味着元件承受的弯矩大,同样的温度下,截面越粗、单位长度发热越少的规格越抗下垂。这里电阻率起作用:0Cr25Al5 的 ρ20 是 1.40 μΩ·m,Cr20Ni80 是 1.09 μΩ·m,同样长度下铁铬铝的电阻更大,达到同一功率可以用更大的截面,对长跨布置有时反而有利;反过来说,换成电阻率不同的牌号必须重新核算电压、电流与接线方式,否则功率分布会变,局部过热会先出现在改动过的那几根上。同一台炉子上不同功率段的元件不宜混用不同电阻率的牌号,否则功率分配会互相影响。
温度档次按元件温度定:1050℃ 以内用 Cr20Ni35 或 Cr20Ni30,1050~1200℃ 用 Cr20Ni80 或 Cr15Ni60(ρ20=1.12 μΩ·m,≤1150℃),1200℃ 以上用 0Cr25Al5,再高用 0Cr21Al6Nb(≤1350℃),元件温度长期 1300℃ 以上可考虑 0Cr27Al7Mo2(ρ20=1.45-1.53 μΩ·m,1250-1400℃)。需要注意的是,跨距大小本身不改变材料的温度上限,它改变的是元件承受的应力和变形量,所以布置与材料要分开判断:先看布置能不能把弯矩降下来,再看材料在对应元件温度下余量够不够。含硫气氛禁止使用镍铬与含铁镍铬,必须改用铁铬铝。铁铬铝长期高温后室温塑性下降,拆装时单独放置,避免与其他工件磕碰。
换牌号不等于换强度。如果元件温度本来就在安全区间,下垂主要靠缩短跨距、加密支撑、加粗截面来解决,换材料往往解决不了问题。还要留意铁铬铝长期高温后室温塑性下降,冷态拆装容易断,校正应在退火软态下进行,不能敲打硬弯;现场没有退火条件时宁可整根更换,也不要勉强校形,敲出来的裂纹在升温后就是断点。需要现场校形时,用木锤轻敲并垫软垫,仍在退火软态下操作更稳妥。
现场确认清单可以固定为五项:单跨净距与支撑点数量、元件实测温度与炉温、丝径或带厚、炉气是否含硫、每月启停次数。这五项里只要有一项没确认,选型就只能给方向、不能给结论,需按具体工况确认。清单填完之后再定布置与牌号,把改动前后元件数量、规格与接线方式一并记录,投运后对照一次,返工的概率会低很多。投运后第一个月做一次复测,把下垂量与温度记录下来,与改造前对照。
| 牌号 | ρ20 μΩ·m | 最高使用温度 | 大跨距布置参考 |
|---|---|---|---|
| 0Cr21Al6Nb | 1.42-1.45 | ≤1350℃ | 元件温度 1300℃ 上下的大跨距,含微量 Nb |
| 0Cr25Al5 | 1.40 | ≤1300℃ | 电阻率较大,同功率可用更粗截面 |
| Cr20Ni80 | 1.09 | ≤1200℃ | 元件温度 1050~1200℃,塑性好便于成型 |
| Cr20Ni35 | 1.04 | ≤1050℃ | 中温区大跨距,注意预留余量 |
泰州奥兰特合金可按图定尺波形带、折边带与螺旋元件,丝材 φ0.03–10 mm、带材 0.05–3.5 mm × 宽 2–300 mm,退火软态或半硬态、光亮退火或酸洗均可选。常用规格有现货,非标支持打样试装,出厂随批提供成分与尺寸检验资料,支持炉号追溯;询价后 1 个工作日内答复交期,报价请提供牌号、规格、数量与交货地。