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RESISTORI IN CARBURO DI SILICIO

RESISTORI SIC PER FORNI ELETTRICI INDUSTRIALI

DESCRIZIONE GENERALE

I resistori SiC di SIM S.r.l. sono delle resistenze in carburo di silicio. Sono composti da una sezione centrale di riscaldamento, denominata “zona calda”, e da due sezioni terminali, chiamate “estremità fredde”.
Due sono le tipologie di resistori SiC che SIM S.r.l. offre alla propria clientela:

  • un tipo ha le estremità fredde impregnate di silicio metallico, noto come “pezzo unico”;
  • un tipo ha le estremità fredde a bassa resistenza saldate in forno alla zona calda, noto come tipo “tre pezzi” o “LRE” (Low Resistance End – Estremità a bassa resistenza);

Tale estremità fredda a minor resistenza consente a questa seconda tipologia di resistori di operare a temperature inferiori. Le estremità di questi resistori sono metallizzate con alluminio in modo da fornire una superficie di contatto a bassa resistenza, alla quale vengono fissati i collegamenti elettrici mediante cinghie di alluminio intrecciate.
I resistori SIC di SIM S.r.l. sono descritti indicando la lunghezza complessiva, la lunghezza della sezione di riscaldamento e il diametro.

PRESTAZIONI DI PRIMA QUALITÀ

I resistori SiC di SIM S.r.l. vi daranno prestazioni di prima qualità, grazie alla loro maggiore densità, circa 2.4 gms/cc. Ciò garantisce ai resistori SiC di SIM S.r.l. caratteristiche quali forza aggiuntiva e deterioramento molto lento.

INTERCAMBIABILITÀ

I resistori SiC di SIM S.r.l. sono intercambiabili con tutti i resistori in carburo di silicio prodotti in Europa, così come con i resistori a maggiore resistenza prodotti per i mercati asiatici e statunitense. E’ importante fornire la resistenza elettrica nominale al momento dell’ordine a SIM S.r.l.

MISURE DISPONIBILI

I resistori SiC di SIM S.r.l. possono essere realizzati in qualunque lunghezza sino ad un massimo di 228 pollici (5800 mm). La lunghezza massima della zona calda è di 166 pollici (4216mm).

TEMPERATURE DI ESERCIZIO

In una atmosfera normale o inerte di argo o elio il “pezzo unico” SiC è in grado di essere impiegato fino a una temperatura di controllo del forno pari a 3100°F (1700°C), mentre il “tre pezzi” fino a 2600°F (1425°C). Il carburo di silicio è ricoperto da un apposito rivestimento protettivo in biossido di silicio. L’idrogeno riduce tale rivestimento e può provocare un deterioramento del resistore SiC. Un idrogeno particolarmente secco o molto bagnato può compromettere la durata del prodotto.

Le applicazioni in atmosfera di azoto sono limitate ad una temperatura di 2500°F (1370°C) e ad una potenza massima di carico di superficie dai 20 ai 30 watt per pollice quadrato (da 3.1 a 4.6 watt per centimetro quadrato). Una temperatura superficiale troppo elevata comporterà una reazione del nitruro di silicio. Uno strato termicamente isolante si forma intorno al resistore SiC, provocando il raggiungimento di temperature superficiali molto elevate, che danneggiano il resistore.

CARATTERISTICHE ELETTRICHE

Il resistore in carburo di silicio di SIM S.r.l. è un tipo di resistenza lineare che converte l’energia elettrica in energia termica. I resistori SiC sono prodotti con carburo di silicio verde, che è classificato come un conduttore con eccesso di elettroni.

La resistenza nominale del resistore SiC è misurata alla temperatura di calibrazione di 1960°F (1071°C). I valori di resistenza nominale di SiC in ohm per unità di lunghezza sono riportati nella Tabella A.

CARICO ELETTRICO

I resistori SiC non sono dimensionati per uno specifico wattaggio come le resistenze metalliche. La quantità di energia che un resistore SiC è in grado di convertire da energia elettrica a energia termica dipende dalla temperatura ambiente del forno e dall’atmosfera in cui il SiC è impiegato.

ALIMENTAZIONE

I resistori SiC possono essere collegati in parallelo, in serie, o in una combinazione di entrambi. In genere, si preferiscono connessioni parallele. In disposizione parallela, il voltaggio lungo tutto il SiC è lo stesso. I resistori SiC in un circuito parallelo con la minima resistenza forniranno più energia termica e quindi opereranno ad una temperatura superiore.

Questa maggiore temperatura dei SiC provocherà un graduale aumento della loro resistenza, fino a quando tutti i resistori SiC avranno la stessa resistenza. A questo punto, i resistori SiC dovrebbero tutti avere all’incirca gli stessi valori di resistenza e temperatura di superficie, quindi rimanere in equilibrio.

La resistenza dei resistori SiC aumenta gradualmente durante il loro impiego. Pertanto, sono necessari alcuni strumenti atti a mantenere la potenza di ingresso nel forno ad un livello sufficientemente alto per mantenere la temperatura desiderata.

I resistori SiC possono essere utilizzati direttamente sulla linea (voltaggi fissi) a temperature fino a 2400°F (1315°C). Per compensare l’output ridotto via via che i resistori SiC “invecchiano” o aumentano gradualmente in resistenza, il forno viene inizialmente sovrapotenziato del 25% fino al 50%. Questo tipo di accorgimento elimina l’impiego di costose attrezzature per la modifica del voltaggio e si è dimostrato molto soddisfacente in numerose applicazioni. Non è però consigliato quando è necessario un preciso controllo della temperatura di processo.

La temperatura del forno è controllata da un regolatore on-off. Quando i SiC sono nuovi, saranno alimentati solo per 24/30 o per 24/36 di un’ora. Via via che i SiC aumentano in resistenza, saranno “on” per una maggiore percentuale di tempo. Quando la loro resistenza sarà aumentata sino al punto in cui forniscono 24000 watt, saranno “on” per il 100% del tempo. Si può anche utilizzare un SCR (Silicon Controlled Rectifier – Raddrizzatore Controllato al Silicio) o un tiristore.

Per le applicazioni in cui si desidera uno stretto controllo della temperatura e/o per temperature superiori ai 2400°F (1315°C), è necessario un dispositivo per incrementare il voltaggio al resistore SiC. Vi sono diversi modi per fornire questa sorgente di voltaggio variabile:

1 – Il trasformatore a presa multipla è il più comune, perchè è solitamente il meno costoso. Il secondario del trasformatore è provvisto di rapporti che in genere variano in numero da 10 a 36. Selezionando attentamente i rapporti di voltaggio, si può ottenere la potenza di uscita adatta alla resistenza dei resistori SiC lungo tutto il loro arco di vita “utile”.

2 – Reattori saturabili e regolatori ad induzione sono utilizzati per fornire un controllo della tensione continua. Talvolta sono anche utilizzati con i trasformatori a presa multipla.

3 – Di rado, si utilizzano controlli mediante condensatori. Questi, certamente, tenderanno a migliorare un fattore di potenza, cosa che rende il loro impiego desiderabile in alcune aree.

4 – Gli SCR (Silicon Controlled Rectifier – Raddrizzatori Controllati al Silicio) sono diventati abbastanza comuni con i progressi nei dispositivi a stato solido.

Per compensare la ridotta potenza di uscita via via che il SiC aumenta in resistenza, si richiede un intervallo di voltaggio che possa compensare un aumento del 100% nella resistenza dei SiC.

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Per riscaldamenti lenti e al minimo, vengono generalmente fornite delle prese a minor voltaggio. Per calcolare il voltaggio minimo, considerare il 70% del voltaggio nominale. Per applicazioni periodiche, considerare il 30% del voltaggio nominale a pieno carico. Se il voltaggio primario è 230 volt o meno, si possono utilizzare auto-trasformatori.

FACILITA’ DI SOSTITUZIONE

I resistori SiC possono essere sostituiti mentre il forno è a temperatura di esercizio. Si dovrà interrompere l’erogazione di corrente al resistore da sostituire, sganciare le pinze a molla e la treccia di alluminio e rimuovere il vecchio SiC. Il nuovo SiC potrà essere inserito agevolmente a forno caldo con la velocità sufficiente ad evitare che l’alluminio non fonda al di fuori del terminale, e facendo attenzione a non causare uno shock termico.

“VITA UTILE”

La resistenza dei SiC aumenta gradualmente con l’uso. Tale caratteristica di incremento della resistenza è chiamata “invecchiamento”. L’invecchiamento è una funzione dei seguenti elementi:

1 – Temperatura di esercizio

– Carico elettrico (generalmente espresso in watt per pollice quadrato o watt per centimetro quadrato di superficie radiante del SiC)

– Atmosfera

– Tipologia di funzionamento (continuo o intermittente)

– Tecniche di funzionamento e di manutenzione

MONTAGGIO

Non ci sono restrizioni alle posizioni di montaggio dei SiC, anche se le posizioni orizzontale e verticale sono le più comuni. Nel montaggio, si dovrà utilizzare estrema cautela per assicurare che i SiC non siano posti in tensione. Ci dovrà essere uno spazio libero adeguato per consentire al forno e ai resistori SiC di espandersi e contrarsi in modo indipendente. Quando i SiC vengono montati verticalmente, l’estremità inferiore dovrà essere appoggiata su supporti isolati elettricamente. La sezione di riscaldamento dei resistori SiC dovrà essere centrata nella camera del forno, in modo che nessuna parte della sezione di riscaldamento si estenda sulla parete del forno. Talvolta, su ogni parete interna attraverso cui passa il resistore SiC, si trova un incavo a forma di cono o di cono tronco profondo 1/2 pollice (13mm). Questo consente alla zona calda di irradiare correttamente e aiuta a mantenere una temperatura uniforme nel forno.

CAMERA DI RISCALDAMENTO DEL FORNO

La camera di riscaldamento del forno, attraversata dai resistori SiC, può essere della stessa lunghezza della zona calda dei resistori SiC. In alternativa, le dimensioni della camera di riscaldamento del forno possono essere un pollice (25mm) inferiori all’effettiva lunghezza della zona di riscaldamento del SiC. In questo caso, ci dovrà essere una cavità conica di 45° nella parete del forno.

La Tabella B mostra i diametri consigliati per i fori terminali delle varie pareti refrattarie e le dimensioni dei resistori. Quest’ultimi non dovranno essere posizionati, ad una parete od a un altro corpo riflettente, vicini gli uni agli altri, ma mantenendo una distanza pari al doppio del diametro o un diametro e mezzo di un resistore.

Se il resistore SiC non è in grado di dissipare energia termica in modo uguale in tutte le direzioni, potrà causare surriscaldamento locale e potenziali guasti.

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SPECIFICHE E CORRISPONDENZE

I resistori SiC hanno una tolleranza di fabbricazione di +/– 20% rispetto resistenza nominale. Tutti i resistori SiC sono calibrati almeno due volte prima della spedizione per garantire che rispettino le specifiche. L’amperaggio calibrato di ogni resistore SiC è segnato sul cartone e sull’estremità destra di ciascuno di essi. Durante l’installazione, sistemare i resistori SiC con i valori di amperaggio il più possibile vicini l’uno all’altro. Quando i resistori SiC, collegati in serie, hanno resistenze corrispondenti, si avrà una “vita utile” di maggior durata. Nella spedizione, si includeranno resistori SiC che siano il più possibile corrispondenti tra loro in resistenza.

DISPONIBILITA’

I resistori SiC possono essere spediti dal nostro stock di magazzino, o da due a tre settimane dopo la ricezione dell’ordine.

CONFIGURAZIONI PERSONALIZZATE

Sono disponibili dimensioni e formati speciali. Le parti fredde possono avere lunghezze differenti: i forni con tetto ad arco, per esempio, richiedono estremità fredde più lunghe lungo il tetto e più corte lungo il pavimento. Un’altra modifica possibile è la zona calda a due temperature, utile per ottenere energia termica aggiuntiva all’interno del forno a tunnel, più lento e caricato più densamente. Questa zona calda, appositamente modificata, non genera una specifica temperatura differenziale e offre un modo conveniente per ottenere più energia termica in una data area del forno. Le estremità fredde sono attaccate perpendicolarmente alla zona calda. L’angolo retto è normalmente installato col l’estremità fredda che attraversa la volta del forno.

LA NOSTRA GAMMA COMPLETA DI RESISTORI IN CARBURO DI SILICIO

Resistori Dritti a Tre Pezzi – Aste SiC

I resistori dritti a tre Pezzi – aste SiC – sono caratterizzati da estremità fredde a bassa resistenza (LRE), più fredde rispetto alle estremità fredde di qualunque altro pezzo. La temperatura massima delle aste è 1550°C e, per una migliore efficienza energetica, il calore è concentrato all’interno del forno, non sulle estremità delle aste. Con il massimo rapporto caldo:freddo di 1:40, questi resistori creano uno dei più efficienti riscaldatori in carburo di silicio.

  HEATING ELEMENTS IN SILICON CARBIDE (4)HEATING ELEMENTS IN SILICON CARBIDE (3)

 Resistori a spirale singola “Reaction Bonded” (carburo di silicio legato per reazione)

Il carburo di silicio “reaction bonded” (legato per reazione) è utilizzato nella produzione di resistori in carburo di silicio a spirale (SPIRAL). Quest’ultimi sono disponibili in diverse dimensioni che vanno dai 12 ai 50 mm di diametro e 2250 mm di lunghezza. Si tratta di elementi riscaldanti a spirale, sagomati a parete sottile e a grana fine di carburo di silicio “reaction bonded” (legato per reazione). Questi possono sopportare carichi elettrici elevati, rapidi cicli di riscaldamento e raffreddamento e shock termici. Per soddisfare vari processi di riscaldamento, questi resistori sono disponibili in diversi formati.

HEATING ELEMENTS IN SILICON CARBIDE (2)HEATING ELEMENTS IN SILICON CARBIDE (5)

Resistori a spirale doppia “Reaction Bonded” (in carburo di silicio legato per reazione)

I resistori a spirale doppia “Reaction Bonded” presentano tutte le connessioni terminali ad una estremità. Questi resistori sono ideali nelle situazioni in cui l’accesso del forno è limitato ad un unico piano.

HEATING ELEMENTS IN SILICON CARBIDE (6)HEATING ELEMENTS IN SILICON CARBIDE (7)

Resistori a forma di “U” – SIC Rods

I resistori a forma di “U” sono delle barre di carburo di silicio (SiC), collegate da entrambi i terminali, a forma di ponte “spesso”. Queste barre sono ideali per le condizioni in cui una sola asta non è in grado di attraversare la camera di riscaldamento. Inoltre, questi resistori sono adatti per sistemi a tubo radiante.

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 Resistori in carburo di silicio a tamburo (o a manubrio)

Questi resistori prendono il loro nome dal fatto di avere le estremità fredde in carburo di silicio più grandi. Le estremità fredde dei resistori abbassano la resistenza elettrica, e l’aumentata sezione trasversale dell’estremità fredda aiuta ad abbassarne la temperatura di esercizio. Nei moderni resistori a forma di manubrio “alpha rods”, la tecnologia avanzata è utilizzata per mantenere le estremità dei terminali fredde, così che le estremità fredde “fuori misura” (oversized) non sono più necessarie. Il rapporto dei resistori di “vecchio stile” era 1:3 mentre quello dei nuovi è 1:40. La temperatura massima è 1550°C.

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