安装硅碳棒需按照（图 1）的位置安装好加热器，安装时， 要在护板 2 和保护套法兰上端面之间、护板 1 和保护套法兰 下端面之间、护板 1 和加热器底板之间的位置分别放 10mm 的保温棉 [4]，加热器和保护套管安装好后，用兆欧表测试加 热体和保护套之间绝缘电阻，绝缘值不能低于 2 兆欧，硅碳 棒绝缘值测试合格后方可合闸通电。 3.2 使用前应对硅碳棒外观进行检查

  除气箱在使用的过程中，铝液的保温主要是通过除气箱加热 系统来进行保温，加热系统也可用于除气箱内衬的预热，但它 不适合用于对铝液的升温。加热系统主要由螺纹硅碳棒加热 器、碳化硅硅碳棒保护套管、测温热电偶、调功器四部分组 成，加热器安装在碳化硅硅碳棒保护套管内，并浸没在铝 液 中 ，加 热 效 率 高 。由 于 螺 纹 硅 碳 棒 加 热 器 采 用 螺 纹 状 加 工 而 成 ，中 间 间 隔 小 ，在 频 繁 的 启 停 中 ，不 断 受 电 流 及 震 动 的冲击，易老化断裂，寿命短。螺纹硅碳棒制造工艺复杂， 且价格昂贵，因此规范硅碳棒使用方法及将螺纹硅碳棒加

  硅 碳 棒 暴 露 在 空 气 中 会 在 表 面 形 成 一 层 SiO2 保 护 膜，SiO2 保护膜可以有效的预防硅碳棒进一步氧化，由于 SiO2 在 270℃左右会发生晶相变化，内部结构发生明显的变化会产生膨胀 和收缩，此时会导致 SiO2 膜被破坏，同时硅碳棒的表面温 度急剧上升或者下降，都会破坏保护膜，加快硅碳棒老化速 度 [6]。因此在使用硅碳棒时，尽量让硅碳棒处于正常保温状 态，避免硅碳棒极热或极冷，从而延长其使用寿命。

  硅 碳 棒 的 接 线 端 接 线 夹 应 选 用 用 不 锈 钢 接 线 夹 ，采 用 不锈钢接线夹可解决高温环境下严重变形导致接触不良问 题 ，同 时 接 线 夹 的 厚 薄 要 适 中 ，太 厚 会 使 夹 子 与 硅 碳 棒 的 接触不良，太薄会因为氧化脱皮而烧坏 [5]，为了能够更好的保证接线 夹与硅碳棒接触良好，在安装硅碳棒时应在硅碳棒的冷端 包一层锡箔纸或涂抹导电膏，让接线夹与硅碳棒紧密接触 增 加 导 电 性 ，接 线 夹 螺 栓 压 得 不 能 太 紧 ，太 紧 会 导 致 硅 碳 棒高温时膨胀损坏硅碳棒，安装好后如图 2 所示，在安装 完硅碳棒接线夹后有必要进行接线夹与硅碳棒之间电阻值测 量，需要保证安装接线夹与未安装接线夹时阻值基本一致 为宜。

  4 采用先进的控制技术进行电气控制 4.1 采用带有自动功率分配功能的调功器

  硅碳棒发热部位所承受的电功率会随温度的变化而变 化，若硅碳棒调功器的功率选择不当，会导致硅碳棒通电后 很快烧断，在硅碳棒加热控制中，需要用带有自动功率分 配功能的调功器对硅碳棒加热控制。

  硅碳棒加热系统采用带有自动功率分配功能调功器控 制，调功器功率元件采用双向可控硅元件，控制电路采取单 片机智能控制电路，启动方式选用软启动控制方式可减少 功率对硅碳棒的冲击。加热器的控制，有自动和手动控制模 式 ；自动控制时采用 PID 闭环控制，调功器带有欠压、过流 保护、故障报警功能。

  由于硅碳棒在运输途中或搬运过程中有可能出现碰撞 导致硅碳棒表面受损，因此在更换硅碳棒前应对硅碳棒表面 外观进行仔细检查，确保硅碳棒表面无裂纹。 3.3 硅碳棒使用前充分预热，使用正确的加热操作方法

  安装硅碳棒之前，需先除气箱碳化硅保护套内部清扫干 净，需保证碳化硅保护套不能有开裂现象，同时保护套内部 不能有铝液或铝渣残留在保护套内，因为保护套内若出现铝 液会导致硅碳棒短路烧坏，硅碳棒在安装前需进行至少 24 小时均匀预热，若预热方式不正确或者采用其他加热方式对 硅碳棒进行预热会使硅碳棒的局部温度过热导致硅碳棒断 裂，严重影响其使用寿命。

  硅碳棒在更换完成后不能马上打开电源加热，由于 急剧加热会使 SiO2 保护膜被破坏，因此，在通电前应利用 铝液温度先对硅碳棒进行预热，使硅碳棒内的水分去除，再 让硅碳棒缓慢升温，缓慢从低温过渡到高温。加热初期，设 定温度尽量调小，待温度稳定一段时间后再逐渐调高设定温 度，可有效保证 SiO2 保护膜不被破坏，这样硅碳棒就不会 因为急剧升温而导致断裂。 3.4 接线 1200 1200

  表 1  碳化硅硅碳棒对应温度发生化Байду номын сангаас反应

  氨气分解为 N2、H2 开始与硅碳棒反应 氯气完全分解硅碳棒中的 SiC

  4.3 硅碳棒由螺纹状改为 U 形碳化硅硅碳棒 由于硅碳棒加热体材质种类很多，考虑选用具有耐

  高温、抗氧化升温快、寿命长，且有良好的化学稳定性的碳 化硅硅碳棒。由于目前除气箱多采用螺纹硅碳棒（图示 3）， 在使用的过程中易断裂，因此我们选用 U 形碳化硅硅碳棒（图 示 4）来代替螺纹硅碳棒，可提高硅碳棒使用寿命。

  3.5 控制加热温度，降低老化速度 硅碳棒随着使用时间的延长会逐渐老化，硅碳棒会逐渐

  氧化变成 SiO2，SiO2 的生成会导致硅碳棒的阻值慢慢的变大， 导致硅碳棒在原来的调功器上通电后就马上烧坏，且硅碳 棒老化一般是从 800℃开始，且温度越高，氧化反应越快 [6]。 因此硅碳棒在除气箱中使用时，应该尽可能降低硅碳棒的表面 温度，保证硅碳棒设定温度不超过 800℃，以减慢硅碳棒的 老化速度。 3.6 硅碳棒应避免极冷或极热

  1 碳化硅硅碳棒的发展的新趋势 碳化硅硅碳棒，是以高纯度的绿色 SiC 为主要的组成原材料，经

  2200℃高温再结晶制成的非金属发热体，最高使用温度为 1350℃，其电阻随使用温度和时间而变化。通过向碳化硅中 加入粘合剂，粘合剂占碳化硅重量的 0.8~1.2%，再采用连续 高温烧结工艺 [1]，可使碳化硅电阻值偏差缩小，红热均匀度 偏差缩小，烧成成品率提高，耗能大大降低。

  目 前，国 外 的 SiC 电 热 元 件 的 最 高 使 用 温 度 已 达 到 1650℃，在 1600℃时可经常使用。我国的碳化硅电热元件 在生产成品率和产品质量上与国外存在比较大的差距，主要存 在问题是碳化硅电热元件的烧结工艺和及电阻离散性大和 力学性能差等问题 [2]。

  SiC 硅碳棒的主要优点是热辐射能力强、升温快、热态 时抗氧化性强 [3]，硅碳棒加热的方式被广泛的应用于铝行业 中，在铝行业加热系统运用中，主要有棒状、U 型、L 型及螺 旋型等，电气连接方式主要是采用星形或三角形连接。

  我们公司目前使用的 Pyrotek 除气箱主要放置在静置 炉和履带式铸机之间，除气的工作原理是 ：将 16m3/h 流量 的氩气气体通过 2 个石墨转子注入到铝液中，石墨转子安装 在旋转机构上，变频电机带动旋转机构旋转，将注入的氩气 分散成微小的气泡并均匀地在铝液中扩散，在小气泡上升过 程中，铝液中吸附的氢气及氧化渣随着小气泡的上升，将氧 化渣及氢气带出熔体，从而有效地去除铝液中的氢气及氧化 渣。同时石墨转子在熔体中搅拌，可以使熔体中的合金元素 更加均匀，搅拌可使氩气气泡与铝液的接触面增大，在相同 的时间内吸附的氢气更多。

  为了延长硅碳棒常规使用的寿命，电气控制管理系统采用误差控制 技术来实现除气箱内温度控制，通过硅碳棒对除气箱内铝液 进行辐射加热，利用热电偶采集加热温度，将除气箱硅碳棒 保护套内温度信号送入 PLC 控制器做处理，同时在已经 设定的温度值基础上作比较，通过误差控制借助温控仪 和调功器来调整实时温度，达到满足系统温度稳定运行的 要求。

  SiC2O2=SiO2CO2 SiC4H2O=SiO2CO24H2 随着使用时间的延长，硅碳棒中 SiO2 含量逐渐增加，电 阻值随之增加，从而加速硅碳棒的老化。同时水蒸气过多， 会促进 SiC 氧化，氧化过程中产生的 H2 与空气中的 O2 结合 又生成 H2O，导致产生恶性循环，以此来降低硅碳棒的使用寿 命。硅碳棒在 1350℃以上时，硅碳棒会与氮气反应生成一 系列的氮硅化合物，加快老化速度。随着加热温度的变化， 碳化硅硅碳棒会发生一系列化学反应（如表 1 所示），导致硅 碳棒老化损坏。

  摘  要 ：随着铝工业的快速发展，硅碳棒在铝行业设备中运用广泛，目前在铝行业中硅碳棒主要用于保温炉、退火炉、 除气箱等设备中，硅碳棒加热方式逐步替代电阻丝加热，我公司在除气箱加热系统中采用硅碳棒进行加热，在使用过程 中硅碳棒损坏频繁，因此规范碳化硅硅碳棒使用方法尤为重要。 关键词 ：除气箱 ；碳化硅硅碳棒 ；老化 ；误差控制技术 中图分类号 ：Ｏ６１２    文献标识码 ：Ａ    文章编号 ：１００２－５０６５（２０２１）０４－０１４６－３

  （ＹｕｎｎａｎＹｕｎｌｕＺｅｘｉｎＡｌｕｍｉｎｕｍＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｕｊｉｎｇ６５５５００，Ｙｕｎｎａｎ） Abstract ：ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｒｏｄｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎａｌｕｍｉｎｕｍｉｎｄｕｓｔｒｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｒｏｄｉｓｍａｉｎｌｙｕｓｅｄｉｎｈｏｌｄｉｎｇｆｕｒｎａｃｅ，ａｎｎｅａｌｉｎｇｆｕｒｎａｃｅ，ｄｅｇａｓｓｉｎｇｂｏｘａｎｄｏｔｈｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎａｌｕｍｉｎｕｍｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｒｏｄｈｅａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｇｒａｄｕａｌｌｙｒｅｐｌａｃｅｓｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｗｉｒｅｈｅａｔｉｎｇ．Ｏｕｒｃｏｍｐａｎｙ ｕｓｅｓｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｒｏｄｉｎｄｅｇａｓｓｉｎｇｂｏｘｈｅａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｈｅａｔｉｎｇ．Ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｒｏｄｉｓｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｄａｍａｇｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆｕｓｅ，ｓｏｉｔｉｓｎｏｔｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄＴｈｅｕｓａｇｅｏｆＳｉＣｒｏｄｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ． Key words ：ｄｅｇａｓｓｉｎｇｂｏｘ ；ＳｉＣｒｏｄ ；ａｇｉｎｇ ；ｅｒｒｏｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

  带有自动功率分配功能的调功器在硅碳棒加热过程中， 可以根据除气箱设定温度进行电功率调节，可以动态地实现 每根硅碳棒功率的自动平均分配，除气箱保护套管内的热电 偶将套管内的实际温度传给 PLC，PLC 采用 PID 运算后，将 设定温度与实际温度作比较，从而输出一个控制 4—20mA 电流信号给电源调功器，通过电源调功器对输出功率进行分 配调节，从而实现温度高低的调节控制，因此选择合适的调 功器可以延长硅碳棒常规使用的寿命。 4.2 采用误差控制技术实现温度控制

  收稿时间 ：２０２１－０１ 作者简介 ：刘忠波，男，生于 １９９１ 年，云南昭通人，本科，电气工程师， 研究方向 ：自动控制。

  2 碳化硅硅碳棒老化的缘由分析 碳化硅硅碳棒老化的过程主要是由于电阻值的增加导

  致寿命降低的过程，由于碳化硅硅碳棒在除气箱中长期加 热，温度达到 800℃以上，硅碳棒经常使用能与氧气和水蒸