真空熱處理電爐的重要部件--電加熱器

1、第二、電熱元件在真空狀態(tài)下的工作條件比在其他狀態(tài)下要好，特別是比在爐內(nèi)為氧化性氣氛的要好。因，在氧化性氣氛中工作的電熱元件要求具有抗氧化性; 而在真空狀態(tài)下工作的電熱元件就沒有這種要求; 第三、電熱元件在真空爐內(nèi)比在其他爐子內(nèi)容易揮發(fā)。因?yàn)?，隨著電熱元件溫度的升高，其蒸氣壓也增加，在一定的溫度和真空度下電熱元件的揮發(fā)速度很大，因此，真空也給電熱先件帶來了不利的影響。 爐子的最高溫度，爐溫均勻性，升溫速度，都與電熱元件的材料選擇，幾何尺寸計(jì)算和結(jié)構(gòu)等有關(guān)，下面分別加以介紹.(一 電熱材料具有的一般性能:(1電阻系數(shù):在電熱元件端電壓一定的條件下，為了獲得必需的功率，電熱材料應(yīng)具有較高的電阻系數(shù)。

2、電阻系數(shù)較大的材料作電熱元件，可使用截面大、長度短的材料，這樣，節(jié)省材料，而且便于安裝。(2電阻溫度系數(shù):電熱材料的電阻值，會(huì)隨著溫度的升高而發(fā)生變化，其變化規(guī)律可用下式表示: R1=R0(1+at(歐式中 R0R1電熱材料在0、t時(shí)的電阻(歐 ，t電熱材料的溫度(;a電阻溫度系數(shù)(1/。當(dāng)電阻溫度系數(shù)為正值時(shí)，R1將隨溫度的升高而增大。電阻溢度系數(shù)大，電熱元件在不同溫度下的功率差別也大，電阻溫度系數(shù)較小，可保持比較穩(wěn)定的功率。使用電阻溫度系數(shù)較大的材料作電熱元件，為了調(diào)整、穩(wěn)定爐子的功率，則需配備調(diào)壓器。(3高溫機(jī)械強(qiáng)度：即在高溫下能保持長時(shí)間正常工作，不變形、不損壞的機(jī)械性能。當(dāng)高溫機(jī)械強(qiáng)

3、度不足時(shí)，則電熱元件容易變形、倒塌，引起短路等。(4熱膨脹系數(shù):電熱材料受熱后要伸長。當(dāng)膨脹系數(shù)較大時(shí)，電熱材料受熱后長度伸長較大，因此，在電熱元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝時(shí)必須留有充分的膨脹量。(5加工性:電熱元件的成形加工、繞制、炸接和返修性要好。(二 選擇電熱材料的基本要點(diǎn):選擇電熱材料除應(yīng)滿足上述性能要求外，還應(yīng)考慮下列基本要點(diǎn):(1根據(jù)爐子的最高溫度來確定。一般電熱元件的工作溫度以比爐子最高溫度高100200為宜，其材料為:爐子最高溫度<1000度, 選用鎳鉻合金電熱材料;爐子最高溫度<1200度, 選用鐵鉻鋁合金;爐子最高溫度>1200度, 選用相、鎢或石墨。(2根據(jù)爐子的

4、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來選擇。如單室油淬真空爐選用能抵抗油蒸氣污染的石墨布為宜。(3根據(jù)熱處理工件的特殊要求來確定。如處理鎳基合金等精密合金，宜選用鋁等純金屬。(4選用輻射面積大，輻射效率高，性能比較穩(wěn)定的材料如石墨布。(5選用資料豐富又經(jīng)濟(jì)適用的材料。(三 常用電熱材料。真空熱處理電爐常用的電熱材料主要有如下幾種:(1合金電熱材料:主要是指鐵鉻鋁合金與鎳鉻合金兩種。它們的共同特點(diǎn)是:電阻系數(shù)較大，電阻溫度系數(shù)較小，耐熱性好，因此，在加熱過程中工作穩(wěn)定。但在真空下，由于鉻元素的蒸氣壓高，容易揮發(fā)，所以使用范圍受到一定的限制。一般只能用在中、低溫和中、低真空熱處理爐或外熱式真空熱處理爐上。下表列出了常用合金電

5、熱材料的主要成分和性能。 鎳格合金加工性能好，制造容易，經(jīng)高溫加熱不易脆化，便于返修和焊接，具有較好的抗氮?dú)饽芰?，但抗?jié)B碳能力差。鐵格鋁合金是我國應(yīng)用廣泛的電熱材料，它具有較強(qiáng)的擾滲碳、耐硫、耐各種碳氮?dú)怏w的能力。但其加工性能差，制作較難，經(jīng)高溫加熱后晶拉變粗，材質(zhì)變脆，不便于返修和焊接。(2純金屬電熱材料:主要有鉑、相、鎢、鉭等，它們的共同特點(diǎn)是熔點(diǎn)高，抗氧化性能差，只能在真空或保護(hù)氣氛下使用。由于它們的電阻系數(shù)小，電阻溫度系數(shù)大，因此，隨著溫度的變化，爐子功率有很大的變化。為了穩(wěn)定功率，必須采用調(diào)壓器調(diào)節(jié)。下表是常用純金屬電熱材料的性能。 (3非金屬電熱材料:主要碳化硅、二硅化相和石墨，其

6、性能見下表。由于碳化硅在真空下粘結(jié)劑易分解，二硅化鋁在真空下超過1300時(shí)會(huì)軟化，所以，真空熱處理電爐較少采用這兩種電熱材料。石墨具有熱膨脹系數(shù)小，加工性能好，耐高沮、耐急冷急熱性好以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但在高溫下石墨與氧親和力很強(qiáng)，所以，應(yīng)在還原性保護(hù)氣氛和真空下使用。目前，石墨已廣泛地應(yīng)用在真空熱處理電爐上。 石墨布是一種新型電熱材料，這種材料塑性好，便于加工，輻射面積大，抗熱沖擊性能好。下表是石墨布性能規(guī)格。 (四 電熱元件的表面負(fù)荷:表面負(fù)荷是電熱元件單位面積上所發(fā)出的電功率。在相同的工作條件下，表面負(fù)荷越大，元件單位面積上發(fā)出的功率越大，則使用的電熱材料越少，有利于快速加熱。但是，如果

7、表面負(fù)荷取得過高，電熱元件的使用壽命將顯著降低，表面負(fù)荷過低，將增加電熱材料的消耗重。因此，準(zhǔn)確地選擇表面負(fù)荷，對(duì)于節(jié)省電熱材料，延長電熱元件的使用壽命，提高加熱效率有若重要的意義。(1表面負(fù)荷w 的選擇要點(diǎn):當(dāng)電熱元件工作沮度較高時(shí)，而爐內(nèi)又有控制氣氛或腐蝕氣體時(shí)，沖應(yīng)取低值，當(dāng)電熱元件有遮蔽物保護(hù)(非直接輻射加熱 時(shí)，w 值應(yīng)減少40500%;在爐內(nèi)有強(qiáng)制通風(fēng)時(shí)，w 值可增加30-40%;帶狀電熱元件的PV 值應(yīng)比線狀電熱元件的w 值高30-50%;在更換電熱元件困難的情況下，w 取低值，為了加速傳熱效果，w 取高值。(2電熱元件的表面負(fù)荷值:合金電熱元件的允許表面負(fù)荷可按下表選取，純金屬

8、電熱元件如相、鎢、鈕，當(dāng)工作溫度<1800時(shí)，W=1020每平方厘米瓦，石墨電熱元件的表面負(fù)荷值可以很大，約為4060每平方厘米瓦。 (五 電加熱器結(jié)構(gòu):由于電熱材料品種較多，因此，電加熱器的結(jié)構(gòu)也是多種多樣的。下而介紹幾種常見的加熱器結(jié)構(gòu)。(1金屬加熱器:下圖是常見的金屬加熱器典型結(jié)構(gòu)，即“之”字形加熱器。它由金屬電熱元件，絕緣子和支承件等組成。這種結(jié)構(gòu)的電熱元件可以采用合金絲或帶，也可以采用多股鑰絲，整個(gè)加熱器可以繞制成鳥籠形伏，也可以制成平面形狀?！爸弊中渭訜崞鹘Y(jié)構(gòu)簡單，彎制容易，拆裝方便，加熱過程中變形較小。但是絕緣子的耐急冷急熱性要好，否則，絕緣子碎斷會(huì)造成電氣短路。(2石墨加熱器:石墨電熱元件基本上可分為棒狀、管狀、板狀和帶狀四種類型，下圖所示。它們的共同特點(diǎn)是:石墨的電阻系數(shù)相當(dāng)大，因此，可以采用較大的