热膨胀是安装阶段最容易被忽略、后果又最直接的一项。元件在冷态装得严丝合缝,升温后它必须变长,没地方去就只能弯曲,弯出来的地方间距变小,局部过热,然后断在那里。
铁铬铝的线膨胀系数大约 15×10⁻⁶ /℃,从 20℃ 升到 1200℃ 的温升是 1180℃,一根 1000 mm 的元件伸长约 17.7 mm,也就是 1.77%。镍铬系略低一些,Cr20Ni80 大约 15.5×10⁻⁶ /℃,量级差不多。
| 元件长度 | 升到 800℃ | 升到 1000℃ | 升到 1200℃ |
|---|---|---|---|
| 500 mm | 6 mm | 7 mm | 9 mm |
| 1000 mm | 12 mm | 15 mm | 18 mm |
| 2000 mm | 23 mm | 30 mm | 35 mm |
| 3000 mm | 35 mm | 44 mm | 53 mm |
| 5000 mm | 58 mm | 74 mm | 88 mm |
这是按铁铬铝算的。实际取值时再留 30% 左右的富余,因为炉膛内温度分布不均匀,局部可能比设定值高。
原则是“一端固定、一端自由”。固定端承担定位,自由端要能滑动。两端的支撑件如果都做成固定式,元件升温后只能向上拱,拱起来的地方就是未来的断点。
自由端的滑动量要大于计算值。比如 2 米的元件在 1200℃ 会涨 35 mm,自由端至少留 50 mm 的滑动空间,别让它在槽里顶死。
波形带本身有波纹,热膨胀会被波纹部分吸收一部分,但带材的横向膨胀不能忽略——一条 300 mm 宽的带,在 1200℃ 时宽度方向会涨 5 mm 左右,两侧的导向槽要留够。
辐射管是两端固定的结构,热膨胀只能靠管本身的弯曲段吸收。安装时管子的 U 形或 W 形弯不能压扁,弯段一旦变形,膨胀应力全传到焊缝上,裂的就是焊缝。
装好以后不要直接通电。先把炉子升到 300℃ 左右保温一小时,让元件和支撑件都完成第一次膨胀,然后停炉降到室温,打开检查有没有顶弯、有没有滑不到位的地方。这一步花两小时,能省掉后面一次断丝事故。