（陜西西安 ） 摘要：基于石墨材料的諸多優良特性，詳細分析了真空熱處理爐石墨加熱元件的各種結構形式，以及設計和使用中的一些注意事項，為人們提供參考。石墨加熱元件在真空爐行業的使用。 為推廣和使用提供參考。 關鍵詞：石墨發熱體結構形式 使用條件 石墨具有耐高溫、熱膨脹小、抗熱震能力強的特點。 常溫下，石墨的強度比金屬差，但其機械強度為2500。℃以下的溫度隨溫度升高而升高，范圍為1700～1800℃。℃最好，超過所有氧化物和金屬。 石墨材料具有高熔點和低蒸氣壓。 真空爐內的氣氛中會含有低濃度的碳，它會與殘余氣體中的O：和H2O蒸氣分子發生反應，產生凈化效果。 即使在低真空下，也能使加工工件獲得光亮的表面狀態，大大簡化了真空系統，降低了成本，這是任何金屬電熱體所無法比擬的。 由于石墨具有上述一系列優良性能，作為真空電阻爐的加熱元件在熱處理行業日益受到歡迎，并在高溫電阻爐中得到越來越廣泛的應用。 1、各種石墨加熱元件的結構形式 1.1 單棒形狀 最簡單的單相電加熱元件如圖1所示，電流從兩端直接引入石墨棒，L1為加熱部分，L2為發熱部分。聯合部分。 為了增加熱值，可將石墨棒制成空心。 由于不需要加熱中心部分，因此可以有效地利用電能。
圖2 單相細長結構電加熱體示意圖。 由于石墨毛坯的限制，不可能將接頭部分和工作部分制成一個整體。 它可以分為如圖2所示的幾個部分，然后用螺母將這些部分連接起來。 。 設計時應注意，由于石墨材料存在氣孔、雜質、晶粒等缺陷，應采用粗螺紋連接，且螺紋內徑應大于加熱體工作部分。 194.直徑，螺紋長度應為螺釘直徑的1.5倍，以保證連接處有足夠的導電面積。 特別是使用大電流時，為了改善螺紋連接與電極接頭之間的接觸，首先在緊密部位涂上石墨膏，增加導電面積。 1.2 管式加熱元件 管式加熱元件分為單相和三相。 圖 3 顯示了廣泛使用的單相管式加熱元件。 它從管的一端被切成兩等份。 另一端不被切割，因此加熱長度增加一倍，從而增加電阻。 同時，為了增加發熱體的強度，加厚發熱體切割端的厚度。 L-為加熱部分，L：為加厚部分，電熱體的電阻等于上下部分的電阻之和。 圖3 單相管式加熱元件示意圖 圖4 顯示了三相管式加熱元件。 結構與單相結構相似。 它從管子的一端被切成三等份，另一端不被切割。 三個間隙將其分成三個電阻相同的部分，在末端連接成星形。 A、B、C 為三相端子。 必要時，可根據電阻值的需要，在每一相上開一條或多條長槽形狹縫，以增大電阻值。
圖4 組合式棒狀加熱體示意圖 1.3 組合式棒狀加熱體 管式加熱體多用于工作腔為圓筒形的電阻爐。 由于材料尺寸限制，僅適用于小型高溫真空爐。 由于原材料尺寸的限制，管式加熱體無法滿足大型熱處理爐的需要。 而且整體加工不僅制造成本高，而且在使用過程中容易造成局部損壞，導致整機報廢，導致使用成本高昂。 圖5所示為新開發的組合式棒狀加熱元件，適合在1500℃的溫度下使用。 C以下真空爐。這種結構采用石墨棒作為加熱元件，由多個部件組裝而成。 因此，不受原材料尺寸的限制，易于加工，大大節省制造成本。 如果在使用過程中因碰撞、氧化、老化等原因導致零件損壞，可以更換部分零件，方便維修，大大降低了使用成本。 整個結構主要由石墨加熱棒、石墨錐形套圈、石墨導電環、99瓷絕緣連接環、石墨螺栓等組裝而成。石墨加熱棒是一種加熱元件，固定在上部的石墨導電環上。下端穿過石墨錐形套圈。 石墨導電環和99瓷絕緣連接環通過石墨螺栓連接，形成上環和下環兩個完整的環。 通過合理安排石墨加熱棒、石墨導電環和99瓷連接環的數量和位置，可使石墨加熱棒形成所需的形狀。 串并聯電路最后通過電極引棒連接，接通外部電源，達到加熱的目的。 圖5 三相管式加熱元件示意圖 1.4 平板式加熱元件 圖6 為平板式加熱元件，這是近年來新采用的加熱元件。
具有制造容易、輻射面積大、能承受較大熱應力等優點。 圖6是平面加熱體的示意圖。 平面加熱體主要用于方形工作室。 根據有效加熱面積的大小，可以由一臺或多臺串聯、并聯組成。 生產時，將石墨毛坯加工成板狀，然后在其上切出許多溝槽，形成電路。 電極引出端A、B應加厚。 根據爐溫均勻性的要求，在爐體兩側、頂部和底部布置平板加熱體，形成方形工作室，可實現多面加熱。 1.5 石墨布及石墨帶加熱體 石土螺桿壓板 石墨加熱帶連接柱 石墨帶固定方法示意圖 近年來，已將石墨纖維編織成石墨布或石墨帶來制作加熱元件。 多條皮帶并聯可構成單相和三相供電。 與石墨相比，石墨布具有熱慣性小、不變形、柔韌性好等特點，得到了不斷的推廣和使用。 圖7所示為最簡單的石墨條固定方式，且部件更換方便。 石墨纖維編織的尺寸可根據電阻率要求和爐膛空間布局的需要進行特殊編織。 2、石墨加熱元件的使用條件。 石墨發熱體的材質一般為優質石墨或三高石墨。 由于不同廠家生產的石墨毛坯的電阻率差別很大，通常為8～13fl。 刪除：n可以m，設計時可以使用。 暫時選定廠家后，通過適當修正變壓器的電氣參數，加熱系統的功率可以滿足設計要求。 加熱元件采用石墨纖維編織而成，電阻率為4.7fl n_z/m。
(1)電阻爐石墨發熱體的使用壽命取決于其氧化和揮發速度、表面功率、最高工作溫度等。當真空度為10。~10.3Pa時，工作溫度應在2200℃以下°C。 如果加熱元件需要在2200℃以上工作，爐內必須保持低真空或通入保護氣體，如H2、N2、CO2、M等氣體，造成一定的壓力以減少揮發，使使用溫度可達3000"C左右... (2)石墨發熱體的允許表面負荷值很大，約為40~60W/cm3。常用石墨棒、管、板等元件的輻射面積都很大，而且它們的表面負荷值很低，所以在設計石墨電熱元件時，不需要考慮負荷限制。（3）石墨在低溫下具有良好的導熱性，但它會下降到高溫時低溫的幾分之一，因此，在加熱體的中心和外表面之間會產生溫差，該溫差導致加熱體內部產生機械應力......，所以石墨加熱體的壁厚本體通常為8~16mm，加厚部分壁厚為16~30mm。 對于實心棒，當石墨加熱棒直徑超過時，最好更換為石墨管。 這樣不僅可以增大電阻值，增大輻射面積，提高熱效率，而且可以克服高溫下實心棒芯部和外部溫度升高的問題。 相差太大很容易損壞加熱元件。 (4)石墨加熱元件用作真空爐的電加熱元件。 電壓不宜選擇過高，否則會引起爐內真空放電或輝光放電，造成電熱元件損壞； 如果電壓選擇太低，電加熱就會增加。 元件的電流使得電熱元件的連接結構變得困難和復雜，并且增加了電損耗。
因此，元件的電壓應低于200V。 根據操作溫度和爐內氣氛，電壓最好選擇170～30V之間。 (5)石墨電熱元件的電阻率隨溫度變化不大，因此一般不考慮電阻溫度系數。 設計時根據電壓和功率，可采用定值變壓器。 3、結論從石墨的一些性能來看，它既像金屬又像陶瓷。 之所以說它像金屬，是因為它具有很高的導熱性和導電性，加工性能非常好； 據說它像陶瓷，因為它是多孔的。 而且熱膨脹系數小，膨脹系數很小，近似于零。 石墨的電阻較高，因此當發熱體截面積較大時，可以采用低壓大電流的電源，很容易獲得高溫。 與真空爐常用的純金屬材料鎢、鉬、鉭相比，價格便宜很多。 基于以上優點，作為真空電阻爐、保護氣氛爐的加熱元件在熱處理行業日益受到歡迎。 參考文獻[1]孫世奇，馬遠，王樹麗，等。真空電阻爐設計[M]． 北京：冶金工業出版社，1978：48． 【2】王天全． 電阻爐設計[M]． 北京：航空工業出版社，2000。． ． 197.．
