基于石墨加熱元件的真空超高溫加熱系統

基于石墨加熱元件的真空超高溫加熱系統

石墨具有耐高溫、熱膨脹小、抗熱沖擊能力強等特性。常溫下石墨的強度比金屬差，但是其機械強度在2500℃以下隨溫度的上升而提高，在1700～1800℃時石墨的機械強度超過幾乎所有的氧化物和金屬。石墨材料熔點高，蒸氣壓低，真空爐內的氣氛會含有低濃度的碳，將與殘存氣體中的O2和H2O蒸氣分子產生反應，產生凈化效果，即使在低真空度下，也能使被處理工件獲得光亮的表面狀態，大大簡化了真空系統，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的優良特性，作為真空電阻爐的加熱元件，越來越受到熱處理行業的歡迎，在高溫電阻爐方面日益得到廣泛的應用，這也是本項目選用石墨加熱元件的主要原因。

1. 各種石墨加熱元件的結構形式

1.1 單根棒狀

最簡單的單相電熱體如圖1所示，電流從兩端直接導入石墨棒，L1為發熱部分，L2為接頭部分。為了增大發熱量，可以將石墨棒制成空心，由于不需要對中心部分加熱，因此可有效地利用電能。

圖1 最簡單的單相電熱體示意圖

由于受到石墨坯料的限制，不可能將接頭部分與工作部分做成整體，可按如圖2所示，分成幾部分制作，再用螺母把這幾部分連接起來。由于石墨材料中有孔隙、雜質、晶粒等缺陷，連接應選用粗牙螺紋，螺絲的內徑應大于加熱體工作部分的直徑，刻螺紋的長度為螺絲直徑的1.5倍，保證連接處有足夠的導電面積，特別在使用大電流時，為改善螺紋聯接與電極接頭間的接觸，先用石墨膏涂在施緊的零件上，增大導電面積。

圖2 單相加長結構電熱體示意圖

1.2 管式加熱體

管式加熱體有單相和三相之分，圖3所示為廣泛應用的單相管式加熱體，從管子的一端將它切開為兩個相等的部分，另一端不切開，這樣加熱長度等于增加了一倍，因而增大了電阻，同時為了增加加熱體的強度，加厚了加熱體切開一端的厚度。L1為發熱部分，L2為加厚部分，電熱體電阻等于上、下兩部分電阻之和。

圖3 單相管式加熱體示意圖

圖4所示為三相管式加熱體，結構與單相的類似，從管子的一端將它切開為三個相等的部分，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，可根據阻值的需要，在每相上開一條或多條長槽形長縫，增大電阻值。

圖4 三相管式加熱體示意圖