高温真空炉中真空炉石墨加热元件的运用研究

      基于石墨资料的许多优秀特性，真空炉中常运用真空炉石墨加热元件，本文详细将真空热处理炉内石墨加热元件的各种结构方法，以及设计、运用中的一些注意事项，为石墨加热元件在真空炉职业的推行运用供给参阅。

　　常温下，石墨的强度比金属差，可是其机械强度在2500度以下随温度的上升而进步，在1700-1800度时最佳，竟然超过所有的氧化物和金属。石墨资料熔点高，蒸气压低，真空炉内的气氛会含有低浓度的碳，将与残存气体中的氧气和水蒸气分子发生反应，发生净化作用，即使在低真空度下，也能使被处理工件取得亮光的外表状况，大大简化了真空体系，降低了本钱，这是任何金属电热体所无法比拟的。由于石墨具有上述一系列的优秀特性，做为真空电阻炉的加热元件，越来越遭到热处理职业的欢迎，在高温电阻炉方面日益得到广泛的运用。

电流从两头直接导入石墨棒，L1为发热部分，L2为接头部分。为了增大发热量，可以将石墨棒制成空心，由于不需求对中心部分加热，因而可有用地运用电能。不可能将接头部分与作业部分做成全体，可分红几部分制造，再用螺母把这几部分联接起来。设计时应注意，由于石墨资料中有孔隙、杂质、晶粒等缺点，联接应选用粗牙螺纹，螺丝的内径应大于加热体作业部分的直径，刻螺纹的长度为螺丝直径的1.5倍，确保衔接处有满足的导电面积，特别在运用大电流时，为改进螺纹联接与电极接头间的触摸，先用石墨膏涂在施紧的零件上，增大导电面积。

为广泛运用的单相管式加热体，从管子的一端将它切开为两个持平的部分，另一端不切开，这样加热长度等于添加了一倍，因而增大了电阻，一起为了添加加热体的强度，加厚了加热体切开一端的厚度。电热体电阻等于上、下两部分电阻之和。单相管式加热体和三相管式加热体，结构相似，从管子的一端将它切开为三个持平的部分，另一端不切开，由三道间隙把它分为在端部按星形相连的电阻相同的三部分，Ａ、Ｂ、Ｃ为三相引出端。必要时，可依据阻值的需求，在每相上开一条或多条长槽形长缝，增大电阻值。
      组合式棒状加热体管式加热体多用在作业室为圆柱形的电阻炉上，由于资料尺度仅适用于小型高温真空炉上。由于遭到原资料尺度的约束，管式加热体无法满足大型热处理炉的需求，而且全体加工不只制造本钱大，运用过程中部分呈现损坏即全体作废，运用本钱大。新研发的组合式棒状加热体，适用于运用温度1500度以下的真空炉。该结构采用石墨棒为加热元件，由多个组件拼装而成，因而不受原资料尺度的制约，加工简单，大大节约了制造本钱。假如在运用过程中，由于磕碰、氧化、老化等原因呈现零部件损坏时，可进行部分零件的替换，维修便利，大大降低了运用本钱。整个结构首要由石墨加热棒、石墨锥形卡套、石墨导电环、99瓷绝缘衔接环、石墨螺栓等拼装而成。石墨加热棒为发热元件，经过石墨锥形卡套，固定于上下两头的石墨导电环上。石墨导电环、99瓷绝缘衔接环经过石墨螺栓衔接，构成上下两个完好的圆环，经过合理安置石墨加热棒、石墨导电环、99瓷衔接环的数量及位置，使石墨加热棒构成所需的串并联回路，最后由电极引出棒衔接，与外部电源相通，完成加热的目的。
      平板式加热体，是近几年新采用的一种加热元件。它具有制造便利，辐射面积大，可以接受较大的热应力等长处。平板式加热体首要运用在方形作业室内，依据有用加热区的尺度可由一块或几块组成串并联方法。制造时将石墨坯料加工成板状，再在上面开槽若干，构成回路，电极引出端Ａ、Ｂ处应加厚处理。依据炉温均匀性的要求，将平板式加热体安置在炉内的两侧面、项部及底部，构成方形作业室，可完成多面加热的目的。
      石墨布及石墨带加热体石壤螺钉压板石墨加热带衔接柱。近年来，用石墨纤维织形成石墨布或石墨带来制造加热元件，可采用多条带并联成单相、三相供电。与石墨比较，石墨布具有热惯性小、不变形，柔性好等特色，不断得到推行运用。简单的石墨带固定方法，元件替换便利。石墨纤维织造的尺度，可依据电阻率的要求和炉膛空间安置的需求，进行专门织造。
      真空炉石墨加热元件的运用条件石墨加热体的资料一般选用优质石墨或三高石墨，由于不同厂家生产的石墨坯料，其电阻率的差别很大。待确定生产厂家后，经过适当批改变压器的电参数，使加热体系的功率满足设计要求。

      （１）真空炉石墨加热元件在电阻炉中的运用寿命取决于其氧化和蒸发速度、外表功率、最高作业温度等。当真空度为10-10.3Pa时，作业温度应在2200度以下，假如加热体需求在2200度以上作业时，炉内必须坚持低真空或向炉内通入保护气体，如H2、Ｎ2、CO2等气体，形成必定压力以减小蒸发，这样运用温度可达3000度左右。

      （２）真空炉石墨加热元件的允许外表负荷值很大，约在40-60W/CM3，一般采用的石墨棒、管、板等元件的辐射面积都很大，其外表负荷值均很低，因而在设计石墨电热元件时，可不考虑负荷的。

      （３）石墨在低温时导热性好，高温时就下降为低温的几分之一，因而在加热体中心与外外表间形成温度差，温度差引起加热体内部发生机械应力，故石墨加热体的壁厚一般为8-16ｍｍ，加厚部分壁厚为16-30ｍｍ。关于实心棒，当石墨加热棒的直径超过日P12ｍｍ时，最好用石墨管代替，这样不只可以添加电阻值，增大辐射面积，进步热效率，而且克服了实心棒在高温时心部与外部温度差过大易于损坏电热元件的缺点。
     （４）石墨加热元件作为真空炉用电热元件，电压挑选不宜过高，否则会导致炉内的真空放电或辉光放电，致使电热元件遭到损坏；假如电压挑选的太低，就会增大电热元件的电流，致使电热元件的衔接结构困难且杂乱，而且增大了电损耗。因而，元件的电压应在200V以下，依据运用温度及炉内气氛，电压挑选在170-30之间较好。
     （５）石墨电热元件电阻率随温度的改变不大，故一般不考虑电阻温度系数，设计时依据电压及功率的大小，挑选固定值的变压器即可满足运用。就石墨的某些功能来看，它既像金属又像陶瓷，说它像金属，是由于具有高的导热性和导电性，加工功能非常好；说它像陶瓷，则是由于具有多孔性和小的热膨胀系数，膨胀系数很小，近似为零。石墨有较高的电阻，因而可以在加热体截面积较大的情况下采用低电压大电流的电源，简单得到高温，与真空炉常用纯金属资料钨、钼、钽比较，价格便宜很多。