高溫真空爐中真空爐石墨加熱元件的運用研究
基于石墨資料的許多優(yōu)秀特性，真空爐中常運用真空爐石墨加熱元件，本文詳細將真空熱處理爐內(nèi)石墨加熱元件的各種結(jié)構(gòu)方法，以及設(shè)計、運用中的一些注意事項，為石墨加熱元件在真空爐職業(yè)的推行運用供給參閱。
常溫下，石墨的強度比金屬差，可是其機械強度在2500度以下隨溫度的上升而進步，在1700-1800度時最佳，竟然超過所有的氧化物和金屬。石墨資料熔點高，蒸氣壓低，真空爐內(nèi)的氣氛會含有低濃度的碳，將與殘存氣體中的氧氣和水蒸氣分子發(fā)生反應，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用。
電流從兩頭直接導入石墨棒，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，由于不需求對中心部分加熱，因而可有用地運用電能。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)計時應注意，由于石墨資料中有孔隙、雜質(zhì)、晶粒等缺點，聯(lián)接應選用粗牙螺紋，螺絲的內(nèi)徑應大于加熱體作業(yè)部分的直徑，刻螺紋的長度為螺絲直徑的1.5倍，確保銜接處有滿足的導電面積，特別在運用大電流時，為改進螺紋聯(lián)接與電極接頭間的觸摸，先用石墨膏涂在施緊的零件上，增大導電面積。
為廣泛運用的單相管式加熱體，從管子的一端將它切開為兩個持平的部分，另一端不切開，這樣加熱長度等于添加了一倍，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，可依據(jù)阻值的需求，在每相上開一條或多條長槽形長縫，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，運用過程中部分呈現(xiàn)損壞即全體作廢，運用本錢大。新研發(fā)的組合式棒狀加熱體，適用于運用溫度1500度以下的真空爐。該結(jié)構(gòu)采用石墨棒為加熱元件，由多個組件拼裝而成，因而不受原資料尺度的制約，加工簡單，大大節(jié)約了制造本錢。假如在運用過程中，由于磕碰、氧化、老化等原因呈現(xiàn)零部件損壞時，可進行部分零件的替換，維修便利，大大降低了運用本錢。整個結(jié)構(gòu)首要由石墨加熱棒、石墨錐形卡套、石墨導電環(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電環(huán)上。石墨導電環(huán)、99瓷絕緣銜接環(huán)經(jīng)過石墨螺栓銜接，構(gòu)成上下兩個完好的圓環(huán)，經(jīng)過合理安置石墨加熱棒、石墨導電環(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力等長處。平板式加熱體首要運用在方形作業(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，不斷得到推行運用。簡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，進行專門織造。
真空爐石墨加熱元件的運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)過適當批改變壓器的電參數(shù)，使加熱體系的功率滿足設(shè)計要求。
（１）真空爐石墨加熱元件在電阻爐中的運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。當真空度為10-10.3Pa時，作業(yè)溫度應在2200度以下，假如加熱體需求在2200度以上作業(yè)時，爐內(nèi)必須堅持低真空或向爐內(nèi)通入保護氣體，如H2、Ｎ2、CO2等氣體，形成必定壓力以減小蒸發(fā)，這樣運用溫度可達3000度左右。
（２）真空爐石墨加熱元件的允許外表負荷值很大，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，其外表負荷值均很低，因而在設(shè)計石墨電熱元件時，可不考慮負荷的。
（３）石墨在低溫時導熱性好，高溫時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)生機械應力，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)于實心棒，當石墨加熱棒的直徑超過日P12ｍｍ時，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，進步熱效率，而且克服了實心棒在高溫時心部與外部溫度差過大易于損壞電熱元件的缺點。
（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，否則會導致爐內(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，元件的電壓應在200V以下，依據(jù)運用溫度及爐內(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)計時依據(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，是由于具有高的導熱性和導電性，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，簡單得到高溫，與真空爐常用純金屬資料鎢、鉬、鉭比較，價格便宜很多。
