Příčiny poškození topných těles elektrických pecí

Život topné prvky závisí na řadě faktorů: na provozní teplotě, povaze její změny v čase, konstrukci a velikosti ohřívače, vlivu atmosféry pece na ni. Může být způsobeno postupnou oxidací pracovního materiálu (nebo jeho rozmělněním na prášek, mluvíme-li o drahých kovech nebo ohřívačích pracujících ve vakuu nebo v ochranné atmosféře) nebo ztrátou mechanické pevnosti.

Materiály používané pro ohřívače při zahřívání vytvářejí husté oxidové filmy, které chrání základní materiál před další oxidací, proto do určitých teplot (pro každý materiál) probíhá oxidace extrémně pomalu a po průchodu touto teplotní úrovní se proces urychluje ostře. Stejným způsobem probíhá i nástřik materiálů ve vakuu nebo ochranné atmosféře.

Maximální povolená teplota materiálu by měla být teplota, při které se prudce zvyšuje oxidační nebo disperzní proces materiálu. Pokud tuto úroveň překročíte, životnost topného tělesa se výrazně sníží.

Když ohřívač oxiduje, oxidový film na něm (obvykle nevodivý nebo málo vodivý) postupně houstne a zmenšuje se průřez kovového jádra. Proto se odpor ohřívače postupně zvyšuje a výkon v něm uvolněný klesá. Když se toto snížení výkonu stane výrazným (asi 10-15%), je nutné ohřívač vyměnit za nový, jeho životnost končí.

Postupný proces zvyšování odporu ohřívače v důsledku jeho oxidace nebo rozptylu není vždy důvodem k jeho výměně; velmi často ohřívač selže dlouho předtím, než jeho odpor dosáhne mezní hodnoty. Ohřívač má obvykle několik zeslabených oblastí, drobné praskliny v ohybech, vměstky oxidových filmů a podobně, kde je pozorováno lokální zvýšení odporu.

Takové oblasti zvýšeného odporu způsobí lokální přehřátí v ohřívačích a intenzivnější oxidaci v místech tohoto přehřátí. Intenzivní oxidace zase povede k dalšímu zmenšení průřezu ohřívače v těchto bodech, dalšímu zvýšení jejich teploty, proces bude pokračovat rostoucí rychlostí a povede k vyhoření ohřívače na jednom z tyto body.

Životnost 1mm drátového topidla v závislosti na jeho teplotě (ve vzduchu)

Obdobný efekt může nastat při znečištění nebo nesprávně navrženém povrchu ohřívače, pokud je ztížený přenos tepla na některé jeho části (např. v částech ohřívače stíněných žáruvzdornými podpěrami nebo háky), což má za následek místní přehřívání .

Tento typ lokálního přehřátí výrazně neovlivní snížení životnosti ohřívače v případech, kdy jsou jejich absolutní hodnoty nízké a teploty nejteplejších zón nedosahují hodnot, při kterých dochází k intenzivní oxidaci (nebo rozptylu) materiálu začíná.

Proto je nutné usilovat o to, aby mezi provozní teplotou ohřívače a jeho maximální povolenou teplotou ohřevu byla určitá hranice, která přesahuje hodnotu možného lokálního přehřátí. Je-li tato rezerva malá, musí být tato lokální přehřívání minimalizována racionálním návrhem a volbou velkých průřezů ohřívače, protože čím větší jsou tyto průřezy, tím menší je procento lokálních zúžení, tím méně lokálních bude mít přehřívání.

Příčinou poruchy ohřívače může být také jeho nedostatečná mechanická pevnost při vysokých teplotách, jeho sklon k tečení nebo deformaci.Je-li například ohřívač konstruován tak, že se při provozní teplotě začne svou vlastní vahou deformovat (vytažením smyček ohřívače zavěšených na hácích, prohnutím cívek ohřívače), mohou se sousední závity nebo smyčky uzavřít, oblouky v těchto míst a v důsledku toho dojde k vyhoření ohřívače nebo jednoduše lokálnímu ztenčení úseku v důsledku natažení s opětovným vznikem lokálního přehřátí.

Nakonec může být ohřívač poškozen chemickou interakcí při provozní teplotě s materiály obložení. elektrická troubase kterou přichází do styku nebo s její atmosférou.

Výkon jakéhokoli materiálu v topných tělesech elektrické odporové pece lze charakterizovat dvěma teplotami – doporučenou provozní teplotou a maximální povolenou teplotou.

Maximální přípustná teplota materiálu odpovídá teplotní hranici, po jejímž překročení začíná jeho intenzivní oxidace nebo rozstřikování, a tedy prudké snížení životnosti. Doporučená teplota je pod maximální povolenou teplotou.

V oblasti omezené doporučenou teplotou materiálu je životnost ohřívače poměrně dlouhá, u kovových slitin cca 12000-15000 hodin. V této oblasti není omezené lokální přehřívání nijak hrozné, protože i při jejich významných rozměrech nepřekročí teplota ohřívače maximální přípustnou hodnotu. Při takových teplotách lze proto použít malé průřezy ohřívačů.Přirozeně ve všech případech, kde je to možné, by ohřívače měly být navrženy tak, aby jejich návrhová teplota nepřekročila doporučenou teplotu.