高溫真空爐中真空爐石墨加熱元件的運(yùn)用研究
基于石墨資料的許多優(yōu)秀特性，真空爐中常運(yùn)用真空爐石墨加熱元件，本文詳細(xì)將真空熱處理爐內(nèi)石墨加熱元件的各種結(jié)構(gòu)方法，以及設(shè)計(jì)、運(yùn)用中的一些注意事項(xiàng)，為石墨加熱元件在真空爐職業(yè)的推行運(yùn)用供給參閱。
常溫下，石墨的強(qiáng)度比金屬差，可是其機(jī)械強(qiáng)度在2500度以下隨溫度的上升而進(jìn)步，在1700-1800度時(shí)最佳，竟然超過所有的氧化物和金屬。石墨資料熔點(diǎn)高，蒸氣壓低，真空爐內(nèi)的氣氛會(huì)含有低濃度的碳，將與殘存氣體中的氧氣和水蒸氣分子發(fā)生反應(yīng)，發(fā)生凈化作用，即使在低真空度下，也能使被處理工件取得亮光的外表狀況，大大簡(jiǎn)化了真空體系，降低了本錢，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的優(yōu)秀特性，做為真空電阻爐的加熱元件，越來越遭到熱處理職業(yè)的歡迎，在高溫電阻爐方面日益得到廣泛的運(yùn)用。
電流從兩頭直接導(dǎo)入石墨棒，L1為發(fā)熱部分，L2為接頭部分。為了增大發(fā)熱量，可以將石墨棒制成空心，由于不需求對(duì)中心部分加熱，因而可有用地運(yùn)用電能。不可能將接頭部分與作業(yè)部分做成全體，可分紅幾部分制造，再用螺母把這幾部分聯(lián)接起來。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，由于石墨資料中有孔隙、雜質(zhì)、晶粒等缺點(diǎn)，聯(lián)接應(yīng)選用粗牙螺紋，螺絲的內(nèi)徑應(yīng)大于加熱體作業(yè)部分的直徑，刻螺紋的長(zhǎng)度為螺絲直徑的1.5倍，確保銜接處有滿足的導(dǎo)電面積，特別在運(yùn)用大電流時(shí)，為改進(jìn)螺紋聯(lián)接與電極接頭間的觸摸，先用石墨膏涂在施緊的零件上，增大導(dǎo)電面積。
為廣泛運(yùn)用的單相管式加熱體，從管子的一端將它切開為兩個(gè)持平的部分，另一端不切開，這樣加熱長(zhǎng)度等于添加了一倍，因而增大了電阻，一起為了添加加熱體的強(qiáng)度，加厚了加熱體切開一端的厚度。電熱體電阻等于上、下兩部分電阻之和。單相管式加熱體和三相管式加熱體，結(jié)構(gòu)相似，從管子的一端將它切開為三個(gè)持平的部分，另一端不切開，由三道間隙把它分為在端部按星形相連的電阻相同的三部分，Ａ、Ｂ、Ｃ為三相引出端。必要時(shí)，可依據(jù)阻值的需求，在每相上開一條或多條長(zhǎng)槽形長(zhǎng)縫，增大電阻值。
組合式棒狀加熱體管式加熱體多用在作業(yè)室為圓柱形的電阻爐上，由于資料尺度僅適用于小型高溫真空爐上。由于遭到原資料尺度的約束，管式加熱體無法滿足大型熱處理爐的需求，而且全體加工不只制造本錢大，運(yùn)用過程中部分呈現(xiàn)損壞即全體作廢，運(yùn)用本錢大。新研發(fā)的組合式棒狀加熱體，適用于運(yùn)用溫度1500度以下的真空爐。該結(jié)構(gòu)采用石墨棒為加熱元件，由多個(gè)組件拼裝而成，因而不受原資料尺度的制約，加工簡(jiǎn)單，大大節(jié)約了制造本錢。假如在運(yùn)用過程中，由于磕碰、氧化、老化等原因呈現(xiàn)零部件損壞時(shí)，可進(jìn)行部分零件的替換，維修便利，大大降低了運(yùn)用本錢。整個(gè)結(jié)構(gòu)首要由石墨加熱棒、石墨錐形卡套、石墨導(dǎo)電環(huán)、99瓷絕緣銜接環(huán)、石墨螺栓等拼裝而成。石墨加熱棒為發(fā)熱元件，經(jīng)過石墨錐形卡套，固定于上下兩頭的石墨導(dǎo)電環(huán)上。石墨導(dǎo)電環(huán)、99瓷絕緣銜接環(huán)經(jīng)過石墨螺栓銜接，構(gòu)成上下兩個(gè)完好的圓環(huán)，經(jīng)過合理安置石墨加熱棒、石墨導(dǎo)電環(huán)、99瓷銜接環(huán)的數(shù)量及位置，使石墨加熱棒構(gòu)成所需的串并聯(lián)回路，最后由電極引出棒銜接，與外部電源相通，完成加熱的目的。
平板式加熱體，是近幾年新采用的一種加熱元件。它具有制造便利，輻射面積大，可以接受較大的熱應(yīng)力等長(zhǎng)處。平板式加熱體首要運(yùn)用在方形作業(yè)室內(nèi)，依據(jù)有用加熱區(qū)的尺度可由一塊或幾塊組成串并聯(lián)方法。制造時(shí)將石墨坯料加工成板狀，再在上面開槽若干，構(gòu)成回路，電極引出端Ａ、Ｂ處應(yīng)加厚處理。依據(jù)爐溫均勻性的要求，將平板式加熱體安置在爐內(nèi)的兩側(cè)面、項(xiàng)部及底部，構(gòu)成方形作業(yè)室，可完成多面加熱的目的。
石墨布及石墨帶加熱體石壤螺釘壓板石墨加熱帶銜接柱。近年來，用石墨纖維織形成石墨布或石墨帶來制造加熱元件，可采用多條帶并聯(lián)成單相、三相供電。與石墨比較，石墨布具有熱慣性小、不變形，柔性好等特色，不斷得到推行運(yùn)用。簡(jiǎn)單的石墨帶固定方法，元件替換便利。石墨纖維織造的尺度，可依據(jù)電阻率的要求和爐膛空間安置的需求，進(jìn)行專門織造。
真空爐石墨加熱元件的運(yùn)用條件石墨加熱體的資料一般選用優(yōu)質(zhì)石墨或三高石墨，由于不同廠家生產(chǎn)的石墨坯料，其電阻率的差別很大。待確定生產(chǎn)廠家后，經(jīng)過適當(dāng)批改變壓器的電參數(shù)，使加熱體系的功率滿足設(shè)計(jì)要求。
（１）真空爐石墨加熱元件在電阻爐中的運(yùn)用壽命取決于其氧化和蒸發(fā)速度、外表功率、最高作業(yè)溫度等。當(dāng)真空度為10-10.3Pa時(shí)，作業(yè)溫度應(yīng)在2200度以下，假如加熱體需求在2200度以上作業(yè)時(shí)，爐內(nèi)必須堅(jiān)持低真空或向爐內(nèi)通入保護(hù)氣體，如H2、Ｎ2、CO2等氣體，形成必定壓力以減小蒸發(fā)，這樣運(yùn)用溫度可達(dá)3000度左右。
（２）真空爐石墨加熱元件的允許外表負(fù)荷值很大，約在40-60W/CM3，一般采用的石墨棒、管、板等元件的輻射面積都很大，其外表負(fù)荷值均很低，因而在設(shè)計(jì)石墨電熱元件時(shí)，可不考慮負(fù)荷的。
（３）石墨在低溫時(shí)導(dǎo)熱性好，高溫時(shí)就下降為低溫的幾分之一，因而在加熱體中心與外外表間形成溫度差，溫度差引起加熱體內(nèi)部發(fā)生機(jī)械應(yīng)力，故石墨加熱體的壁厚一般為8-16ｍｍ，加厚部分壁厚為16-30ｍｍ。關(guān)于實(shí)心棒，當(dāng)石墨加熱棒的直徑超過日P12ｍｍ時(shí)，最好用石墨管代替，這樣不只可以添加電阻值，增大輻射面積，進(jìn)步熱效率，而且克服了實(shí)心棒在高溫時(shí)心部與外部溫度差過大易于損壞電熱元件的缺點(diǎn)。
（４）石墨加熱元件作為真空爐用電熱元件，電壓挑選不宜過高，否則會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)的真空放電或輝光放電，致使電熱元件遭到損壞；假如電壓挑選的太低，就會(huì)增大電熱元件的電流，致使電熱元件的銜接結(jié)構(gòu)困難且雜亂，而且增大了電損耗。因而，元件的電壓應(yīng)在200V以下，依據(jù)運(yùn)用溫度及爐內(nèi)氣氛，電壓挑選在170-30之間較好。
（５）石墨電熱元件電阻率隨溫度的改變不大，故一般不考慮電阻溫度系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)電壓及功率的大小，挑選固定值的變壓器即可滿足運(yùn)用。就石墨的某些功能來看，它既像金屬又像陶瓷，說它像金屬，是由于具有高的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，加工功能非常好；說它像陶瓷，則是由于具有多孔性和小的熱膨脹系數(shù)，膨脹系數(shù)很小，近似為零。石墨有較高的電阻，因而可以在加熱體截面積較大的情況下采用低電壓大電流的電源，簡(jiǎn)單得到高溫，與真空爐常用純金屬資料鎢、鉬、鉭比較，價(jià)格便宜很多。
