（陜西西安 ） 摘要：基于石墨材料的諸多優(yōu)良特性，詳細(xì)分析了真空熱處理爐石墨加熱元件的各種結(jié)構(gòu)形式，以及設(shè)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(yè)的使用。 為推廣和使用提供參考。 關(guān)鍵詞：石墨發(fā)熱體結(jié)構(gòu)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?！嬉韵碌臏囟入S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(nèi)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(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)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(tài)，大大簡化了真空系統(tǒng)，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(yōu)良性能，作為真空電阻爐的加熱元件在熱處理行業(yè)日益受到歡迎，并在高溫電阻爐中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 1、各種石墨加熱元件的結(jié)構(gòu)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(fā)熱部分。聯(lián)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(xì)長結(jié)構(gòu)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(shè)計時應(yīng)注意，由于石墨材料存在氣孔、雜質(zhì)、晶粒等缺陷，應(yīng)采用粗螺紋連接，且螺紋內(nèi)徑應(yīng)大于加熱體工作部分。 194.直徑，螺紋長度應(yīng)為螺釘直徑的1.5倍，以保證連接處有足夠的導(dǎo)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(dǎo)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(fā)熱體的強度，加厚發(fā)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(jié)構(gòu)與單相結(jié)構(gòu)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(jù)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(dǎo)致整機報廢，導(dǎo)致使用成本高昂。 圖5所示為新開發(fā)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(jié)構(gòu)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(jié)省制造成本。 如果在使用過程中因碰撞、氧化、老化等原因?qū)е铝慵p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(jié)構(gòu)主要由石墨加熱棒、石墨錐形套圈、石墨導(dǎo)電環(huán)、99瓷絕緣連接環(huán)、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(dǎo)電環(huán)上。下端穿過石墨錐形套圈。 石墨導(dǎo)電環(huán)和99瓷絕緣連接環(huán)通過石墨螺栓連接，形成上環(huán)和下環(huán)兩個完整的環(huán)。 通過合理安排石墨加熱棒、石墨導(dǎo)電環(huán)和99瓷連接環(huán)的數(shù)量和位置，可使石墨加熱棒形成所需的形狀。 串并聯(lián)電路最后通過電極引棒連接，接通外部電源，達(dá)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(yīng)力等優(yōu)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(jù)有效加熱面積的大小，可以由一臺或多臺串聯(lián)、并聯(lián)組成。 生產(chǎn)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(yīng)加厚。 根據(jù)爐溫均勻性的要求，在爐體兩側(cè)、頂部和底部布置平板加熱體，形成方形工作室，可實現(xiàn)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(lián)可構(gòu)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(jù)電阻率要求和爐膛空間布局的需要進(jìn)行特殊編織。 2、石墨加熱元件的使用條件。 石墨發(fā)熱體的材質(zhì)一般為優(yōu)質(zhì)石墨或三高石墨。 由于不同廠家生產(chǎn)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(shè)計時可以使用。 暫時選定廠家后，通過適當(dāng)修正變壓器的電氣參數(shù)，加熱系統(tǒng)的功率可以滿足設(shè)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(fā)熱體的使用壽命取決于其氧化和揮發(fā)速度、表面功率、最高工作溫度等。當(dāng)真空度為10。~10.3Pa時，工作溫度應(yīng)在2200℃以下°C。 如果加熱元件需要在2200℃以上工作，爐內(nèi)必須保持低真空或通入保護(hù)氣體，如H2、N2、CO2、M等氣體，造成一定的壓力以減少揮發(fā)，使使用溫度可達(dá)3000"C左右... (2)石墨發(fā)熱體的允許表面負(fù)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(fù)荷值很低，所以在設(shè)計石墨電熱元件時，不需要考慮負(fù)荷限制。（3）石墨在低溫下具有良好的導(dǎo)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(chǎn)生溫差，該溫差導(dǎo)致加熱體內(nèi)部產(chǎn)生機械應(yīng)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(dāng)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(nèi)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(jié)構(gòu)變得困難和復(fù)雜，并且增加了電損耗。

因此，元件的電壓應(yīng)低于200V。 根據(jù)操作溫度和爐內(nèi)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(shù)。 設(shè)計時根據(jù)電壓和功率，可采用定值變壓器。 3、結(jié)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(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，加工性能非常好； 據(jù)說它像陶瓷，因為它是多孔的。 而且熱膨脹系數(shù)小，膨脹系數(shù)很小，近似于零。 石墨的電阻較高，因此當(dāng)發(fā)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(yōu)點，作為真空電阻爐、保護(hù)氣氛爐的加熱元件在熱處理行業(yè)日益受到歡迎。 參考文獻(xiàn)[1]孫世奇，馬遠(yuǎn)，王樹麗，等。真空電阻爐設(shè)計[M]． 北京：冶金工業(yè)出版社，1978：48． 【2】王天全． 電阻爐設(shè)計[M]． 北京：航空工業(yè)出版社，2000。． ． 197.．