石墨加热元件在真空炉中应用及研究.pdfVIP

石墨加热元件在真空炉中的应用研究 张淑蓉 (西安电炉研究所有限公司 陕西西安710061) 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内石墨加热 元件的各种结构形式，以及设计、使用中的一些注意事项，为石墨加热元件 在真空炉行业的推广使用提供参考。 关键词：石墨加热元件结构形式使用条件 石墨具有耐高温、热膨胀小、抗热冲击能力强等特性。常温下，石墨的强度比金属 差，但是其机械强度在2500。C以下随温度的上升而提高，在1700～1800。C时最佳，竟然 超过所有的氧化物和金属。石墨材料熔点高，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O：和H20蒸气分子产生反应，产生净化效果，即使在低真空度 下，也能使被处理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的优良特性，做为真空电阻炉的加热元件，越来越受到热 处理行业的欢迎，在高温电阻炉方面日益得到广泛的应用。 1．各种石墨加热元件的结构形式 1．1单根棒状 最简单的单相电热体如图1所示，电流从两端直接导入石墨棒，Ll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，由于不需要对中心部分加热， 因此可有效地利用电能。 ‘ 图1 最简单的单相电热体示意图 ㈩：司班} ” not3ctr如 ， 。r-弋 图2单相加长结构电热体示意图 由于受到石墨坯料的限制，不可能将接头部分与工作部分做成整体，可按如图2所 示，分成几部分制作，再用螺母把这几部分联接起来。设计时应注意，由于石墨材料中 有孔隙、杂质、晶粒等缺陷，联接应选用粗牙螺纹，螺丝的内径应大于加热体工作部分 ．194． 的直径，刻螺纹的长度为螺丝直径的1．5倍，保证连接处有足够的导电面积，特别在使用 大电流时，为改善螺纹联接与电极接头间的接触，先用石墨膏涂在施紧的零件上，增大 导电面积。 1．2管式加热体 管式加热体有单相和三相之分， 图3所示为广泛应用的单相管式加热体，从管子的 一端将它切开为两个相等的部分，另一端不切开，这样加热长度等于增加了一倍，因而 增大了电阻，同时为了增加加热体的强度，加厚了加热体切开一端的厚度。L-为发热部 分，L：为加厚部分，电热体电阻等于上、下两部分电阻之和。 图3单相管式加热体示意图 图4所示为三相管式加热体，结构与单相的相似，从管子的一端将它切开为三个相 等的部分，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，可根据阻值的需要，在每相上开一条或多条长槽形 长缝，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 管式加热体多用在工作室为圆柱形的电阻炉上，由于材料尺寸的限制，仅适用于小 型高温真空炉上。由于受到原材料尺寸的限制，管式加热体无法满足大型热处理炉的需 求，而且整体加工不仅制造成本大，使用过程中局部出现损坏即整体报废，使用成本大。 图5所示为新研制的组合式棒状加热体，适用于使用温度1500。C以下的真空炉。该 结构采用石墨棒为加热元件，由多个组件组装而成，因而不受原材料尺寸的制约，加工 容易，大大节约了制造成本。如果在使用过程中，由于碰撞、氧化、老化等原因出现零 部件损坏时，可进行局部零件的更换，维修方便，大大降低了使用成本。 整个结构主要由石墨加热棒、石墨锥形卡套、石墨导电环、99瓷绝缘连接环、石墨 螺栓等组装而成。石墨加热棒为发热元件，通过石墨锥形卡套，固定于上下两端的石墨 导电环上。石墨导电环、99瓷绝缘连接环通过石墨螺栓连接，形成上下两个完整的圆环， 通过合理布置石墨加热棒、石墨导电环、99瓷连接环的数量及位置，使石墨加热棒形成 所需的串并联回路，最后由电极引出棒连接，与外部电源相通，实现加热的目的。