（陕西西安 ） 摘要：基于石墨材料的诸多优良特性，详细分析了真空热处理炉石墨加热元件的各种结构形式，以及设计和使用中的一些注意事项，为人们提供参考。石墨加热元件在真空炉行业的使用。 为推广和使用提供参考。 关键词：石墨发热体结构形式 使用条件 石墨具有耐高温、热膨胀小、抗热震能力强的特点。 常温下，石墨的强度比金属差，但其机械强度为2500。℃以下的温度随温度升高而升高，范围为1700～1800℃。℃最好，超过所有氧化物和金属。 石墨材料具有高熔点和低蒸气压。 真空炉内的气氛中会含有低浓度的碳，它会与残余气体中的O：和H2O蒸气分子发生反应，产生净化效果。 即使在低真空下，也能使加工工件获得光亮的表面状态，大大简化了真空系统，降低了成本，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优良性能，作为真空电阻炉的加热元件在热处理行业日益受到欢迎，并在高温电阻炉中得到越来越广泛的应用。 1、各种石墨加热元件的结构形式 1.1 单棒形状 最简单的单相电加热元件如图1所示，电流从两端直接引入石墨棒，L1为加热部分，L2为发热部分。联合部分。 为了增加热值，可将石墨棒制成空心。 由于不需要加热中心部分，因此可以有效地利用电能。
图2 单相细长结构电加热体示意图。 由于石墨毛坯的限制，不可能将接头部分和工作部分制成一个整体。 它可以分为如图2所示的几个部分，然后用螺母将这些部分连接起来。 。 设计时应注意，由于石墨材料存在气孔、杂质、晶粒等缺陷，应采用粗螺纹连接，且螺纹内径应大于加热体工作部分。 194.直径，螺纹长度应为螺钉直径的1.5倍，以保证连接处有足够的导电面积。 特别是使用大电流时，为了改善螺纹连接与电极接头之间的接触，首先在紧密部位涂上石墨膏，增加导电面积。 1.2 管式加热元件 管式加热元件分为单相和三相。 图 3 显示了广泛使用的单相管式加热元件。 它从管的一端被切成两等份。 另一端不被切割，因此加热长度增加一倍，从而增加电阻。 同时，为了增加发热体的强度，加厚发热体切割端的厚度。 L-为加热部分，L：为加厚部分，电热体的电阻等于上下部分的电阻之和。 图3 单相管式加热元件示意图 图4 显示了三相管式加热元件。 结构与单相结构相似。 它从管子的一端被切成三等份，另一端不被切割。 三个间隙将其分成三个电阻相同的部分，在末端连接成星形。 A、B、C 为三相端子。 必要时，可根据电阻值的需要，在每一相上开一条或多条长槽形狭缝，以增大电阻值。
图4 组合式棒状加热体示意图 1.3 组合式棒状加热体 管式加热体多用于工作腔为圆筒形的电阻炉。 由于材料尺寸限制，仅适用于小型高温真空炉。 由于原材料尺寸的限制，管式加热体无法满足大型热处理炉的需要。 而且整体加工不仅制造成本高，而且在使用过程中容易造成局部损坏，导致整机报废，导致使用成本高昂。 图5所示为新开发的组合式棒状加热元件，适合在1500℃的温度下使用。 C以下真空炉。这种结构采用石墨棒作为加热元件，由多个部件组装而成。 因此，不受原材料尺寸的限制，易于加工，大大节省制造成本。 如果在使用过程中因碰撞、氧化、老化等原因导致零件损坏，可以更换部分零件，方便维修，大大降低了使用成本。 整个结构主要由石墨加热棒、石墨锥形套圈、石墨导电环、99瓷绝缘连接环、石墨螺栓等组装而成。石墨加热棒是一种加热元件，固定在上部的石墨导电环上。下端穿过石墨锥形套圈。 石墨导电环和99瓷绝缘连接环通过石墨螺栓连接，形成上环和下环两个完整的环。 通过合理安排石墨加热棒、石墨导电环和99瓷连接环的数量和位置，可使石墨加热棒形成所需的形状。 串并联电路最后通过电极引棒连接，接通外部电源，达到加热的目的。 图5 三相管式加热元件示意图 1.4 平板式加热元件 图6 为平板式加热元件，这是近年来新采用的加热元件。
具有制造容易、辐射面积大、能承受较大热应力等优点。 图6是平面加热体的示意图。 平面加热体主要用于方形工作室。 根据有效加热面积的大小，可以由一台或多台串联、并联组成。 生产时，将石墨毛坯加工成板状，然后在其上切出许多沟槽，形成电路。 电极引出端A、B应加厚。 根据炉温均匀性的要求，在炉体两侧、顶部和底部布置平板加热体，形成方形工作室，可实现多面加热。 1.5 石墨布及石墨带加热体 石土螺杆压板 石墨加热带连接柱 石墨带固定方法示意图 近年来，已将石墨纤维编织成石墨布或石墨带来制作加热元件。 多条皮带并联可构成单相和三相供电。 与石墨相比，石墨布具有热惯性小、不变形、柔韧性好等特点，得到了不断的推广和使用。 图7所示为最简单的石墨条固定方式，且部件更换方便。 石墨纤维编织的尺寸可根据电阻率要求和炉膛空间布局的需要进行特殊编织。 2、石墨加热元件的使用条件。 石墨发热体的材质一般为优质石墨或三高石墨。 由于不同厂家生产的石墨毛坯的电阻率差别很大，通常为8～13fl。 删除：n可以m，设计时可以使用。 暂时选定厂家后，通过适当修正变压器的电气参数，加热系统的功率可以满足设计要求。 加热元件采用石墨纤维编织而成，电阻率为4.7fl n_z/m。
(1)电阻炉石墨发热体的使用寿命取决于其氧化和挥发速度、表面功率、最高工作温度等。当真空度为10。~10.3Pa时，工作温度应在2200℃以下°C。 如果加热元件需要在2200℃以上工作，炉内必须保持低真空或通入保护气体，如H2、N2、CO2、M等气体，造成一定的压力以减少挥发，使使用温度可达3000"C左右... (2)石墨发热体的允许表面负荷值很大，约为40~60W/cm3。常用石墨棒、管、板等元件的辐射面积都很大，而且它们的表面负荷值很低，所以在设计石墨电热元件时，不需要考虑负荷限制。（3）石墨在低温下具有良好的导热性，但它会下降到高温时低温的几分之一，因此，在加热体的中心和外表面之间会产生温差，该温差导致加热体内部产生机械应力......，所以石墨加热体的壁厚本体通常为8~16mm，加厚部分壁厚为16~30mm。 对于实心棒，当石墨加热棒直径超过时，最好更换为石墨管。 这样不仅可以增大电阻值，增大辐射面积，提高热效率，而且可以克服高温下实心棒芯部和外部温度升高的问题。 相差太大很容易损坏加热元件。 (4)石墨加热元件用作真空炉的电加热元件。 电压不宜选择过高，否则会引起炉内真空放电或辉光放电，造成电热元件损坏； 如果电压选择太低，电加热就会增加。 元件的电流使得电热元件的连接结构变得困难和复杂，并且增加了电损耗。
因此，元件的电压应低于200V。 根据操作温度和炉内气氛，电压最好选择170～30V之间。 (5)石墨电热元件的电阻率随温度变化不大，因此一般不考虑电阻温度系数。 设计时根据电压和功率，可采用定值变压器。 3、结论从石墨的一些性能来看，它既像金属又像陶瓷。 之所以说它像金属，是因为它具有很高的导热性和导电性，加工性能非常好； 据说它像陶瓷，因为它是多孔的。 而且热膨胀系数小，膨胀系数很小，近似于零。 石墨的电阻较高，因此当发热体截面积较大时，可以采用低压大电流的电源，很容易获得高温。 与真空炉常用的纯金属材料钨、钼、钽相比，价格便宜很多。 基于以上优点，作为真空电阻炉、保护气氛炉的加热元件在热处理行业日益受到欢迎。 参考文献[1]孙世奇，马远，王树丽，等。真空电阻炉设计[M]． 北京：冶金工业出版社，1978：48． 【2】王天全． 电阻炉设计[M]． 北京：航空工业出版社，2000。． ． 197.．
