Silisyum Karbür Rezistanslar

ELEKTRİKLİ ALUMİNYUM BEKLETME FIRINLARINDA ÖZEL SIR KAPLI KANTHAL Globar SDA özel sır kaplı elemanların kullanımı ile ısıtıcı elemanların ömründe %25 ile %100 arasında artış gözlemlenmektedir. En fazla zarar görülen, agresif ortamda çalışan ısıtıcı elemanlarda dahi ortalama ömür 3 aydan 6 aya yükseltmektedir. Bu, yalnızca eleman maliyetlerinde değil aynı zamanda fırın bakım maliyetlerinde tasarruf sağlamaktadır. Genel Bilgi Elektrikli Aluminyum ergitme ve bekletme (tutma) sıvı-banyo ocaklarında seramik bazlı Silisyum Karbür (SiC) ısıtıcı elemanlar 50 yılı aşkın bir süredir başarılı bir şekilde kullanılmaktadır. Bu fırınlar birkaç kilogramdan birkaç tona kadar farklı kapasite ve 10kW’dan 1MW’a kadar farklı güçte olmakla birlikte endüstride kullanılan fırınların gücü 100 ile 400kW arasında değişmektedir. Aluminyum ergitme ve bekletme fırınları, tavanı boyunca yatay olarak yerleştirilmiş, bir dizi Silisyum Karbür ısıtıcı eleman ile ısıtılmaktadır. Ergitme işlemi için gerekli enerjinin transferi, direkt olarak metal üzerine ısının yayınımı ve fırının tavan ya da duvarlarından ısının geri yansıması ile gerçekleşmektedir. Elektrikli Reverber fırınları genellikle ergitilmiş, alaşımlanmış ve gaz giderme işlemi yapılmış metali, döküm öncesi bekletme (tutma) amacı ile kullanılır. Bu durumda, fırının ana fonksiyonu, döküm için hazır olan metalin temiz olarak kalmasını ve sıcaklığını muhafaza etmesini sağlamaktır. Bu fırınların ergitme amacıyla kullanılması halinde daha yüksek sıcaklıklar gerektiğinden ısıtıcı elemanların özellikleri ile ilgili beklentilerde artmaktadır. Isıtıcı Eleman Sorunlarına Tipik Örnekler SiC ısıtıcı elemanlar, bekletme fırınlarında kullanıldığında elemanların ömrü yıllarla ölçülebilecek kadar uzun olabilmektedir. Bu tip uygulamalar için eleman sıcaklığı nispeten düşüktür, genellikle 980 C’nin altındadır. Metalin temiz olmaması ve flakslama işleminin bu fırında gerçekleştirilmesi halinde bu durumda oksidasyon etkisinden dolayı elemanların ömrü azalmaya başlayacaktır. Oksidasyon, silisyum karbür elemanın ‘’yaşlanması’’ olarak bilinen olayla sonuçlanır ki burada silisyum karbür silikayı oksitler ve elemanların rezistansı zamanla artar. Oluşan silika, amorf silika tabakası ile taneleri kaplayarak silisyum karbür alt tabakası için koruyucu olarak rol alır. Bu proses, oksidasyon ürününün koruyucu yapısından dolayı ‘’pasif oksidasyon’’ olarak isimlendirilir. Ergitme fırınlarında da aynı kurallar geçerli olup ısıtıcı elemanların daha yüksek çalışma sıcaklıklarından dolayı oksidasyon hızı da daha yüksek olmaktadır. Kimyasal Atak Mekanizması Fırının çalışmasından kaynaklı birçok faktör, elemanın ömrünü azaltabilmektedir. Bu faktörler, operatörün neden olduğu mekanik kırılmalar ya da kullanım hataları ve kimyasal ataklara bağlı korondum tabakasının büyümesinin neden olduğu hatalardır. Hatanın birinci kaynağı, mekanik kırılmalar ya da kullanım hataları olduğunda ısıtıcı elemanın kalitesi ve performansı bir önem teşkil etmemektedir. Mekanik kırılmalar, refrakter astarının doğru seçilmesi, korondum tabakasının büyümesinin minimuma indirilmesi ya da tamamen ortadan kaldırılması ile azaltılabilmektedir. Isıtıcı elemanın üzerinde ya da elemanın yerleştirildiği deliklerin içine doğru korondum tabakasının büyümesi veya operatörün korondum tabakasını mekanik olarak uzaklaştırmaya çalışması ile elemana çarpması veya vurması ısıtıcı elemanın kırılmasına neden olabilmektedir. Eğer ısıtıcı elemanlar üreticinin önerilerine göre çalıştırılırsa ve kaza ile meydana gelebilecek kırılmalara karşı önlemler alınırsa bu durumda elemanın ömrünü etkileyecek ana faktör kimyasal ataklar olacaktır. Kimyasal ataklar ergitmede agresif flaksların kullanımından kaynaklanmaktadır. Bu flakslar, Sodyum(Na), Potasyum(K), Kalsiyum(Ca) gibi alkali metallerin tuzlarını içermektedir. Bu tuzlardan çıkan buharlar, metallerin yüzeyinde ergiyecek, fırın yüzeyinde ya da fırının iç bölgesinde birikecek, konveksiyon (ısıyayınımı) ile kolaylıkla elemanlara geçecektir. Metal şarjı yapıldığında ya da kirli hurda kullanılması nedeniyle oluşan metal sıçraması ile bu flaks malzemeleri ısıtıcı elemanlar ile temasa geçecektirler. Ergimiş aluminyum, silisyum karbürü ıslatamaz. Ancak flaksların ilavesi ergimiş aluminyumun SiC elemanlara yapışmasına imkân sağlar. Bu da elektriksel problemlere ve elemanın yüzeyinde flaks bileşeni içermesine neden olur. Bu durumda elemanın içyapısı sürekli olarak kimyasal ataklara maruz kalır. Flaks bileşenleri ısıtıcı elemanları dolaylı olarak etkilemekte, ısıtma bölgesindeki Silisyum Karbür ile direk reaksiyona girmemektedir. Kimyasal ataklar, genellikle, silisyum karbürün oksidasyonunun bir ürünü olan silika üzerindedir ve böyle bir kimyasal atak silika tabakası tarafından meydana getirilen korumayı bozar ya da tamamen yok edebilir. Elemanlara enerji verildiğinde oluşan camsı yapı sıvılaşacak, yüzeyden kolayca damla şeklinde akacaktır. Isıtıcı elemanların koruyucu tabakası döküldüğünden dolayı yeniden oksidasyona maruz kalacaktır. Belirli bölgelerdeki kimyasal ataklar ısıtıcı üzerinde sıcak noktalara neden olur. Bu sıcak noktalarda eleman rezistansı oransız olarak artacaktır. Sıcak nokta, sıcak bölgenin hacminden daha yüksek sıcaklıklarda çalışır ki bu yukarıda gösterildiği gibi eleman yüzeyinin erozyonuna yada çatlak oluşumu gibi elemanda daha hızlı bir deformasyona neden olur. Kimyasal ataklara karşı geliştirilen özel sır kaplı Kanthal Globar SDA ısıtıcı eleman Kanthal Globar SDA ısıtıcı elemanların bu tarz kimyasal ataklara karşı üç temel özelliği vardır. Kanthal Globar SD eleman Geleneksel SİC eleman 1) Sıcak bölge kısmı, ileri rekristalizasyon teknikleri ve düşük yüzey alanı teknolojisi kullanılarak oksidasyon dayanımlı olarak üretilmektedir. 2) Elemanlar karmaşık silikalı ‘’A’’ özel sırla korunmaktadır. ‘’A’’ sır oksidasyon oranını azaltır ve daha yüksek ergime noktasına sahip cam tabakası oluşturarak alkali malzemeler ile karışır. 3) Bu koruyucu sır, refrakteri yeni örülmüş fırınlarda var olan su buharına karşı oldukça dayanıklıdır. Aksi takdirde, SiC için kuru havadan daha agresif olan su buharı silisyum karbürün oksidasyonuna sebep olacaktır. Atak mekanizması silika üzerinde olup Silisyum karbürü etkilememesi nedeniyle, oksidasyon oranını düşürerek flaks bileşenlerinin atak oranını etkilemektedir. Buna ek olarak, alkali atağına karşı sırrın koruyucu yapısı bozulma oranını azaltır ve elemanın ömrünü uzatır.