石墨发热体的主要性能及其在工业应用中的优势分析

石墨发热体概述

石墨材料制作的电炉加热部件称为石墨发热体。这种材料因其出色的导电和导热特性，在特殊工业电炉中广泛用作发热元件。过去，工业电炉起初使用石墨电极作为发热元件，后来为了满足生产需求，改用密度更大的高功率电极。

选用石墨的原因

石墨作为发热体的选择理由众多。尽管钼、钨、钽等材料常用于高温真空炉，但钼质地脆弱。二硅化钼棒最高耐温1700℃，氧化锆可达1800℃，且均适用于空气环境。相较之下，氮化硅等材料在高温压力烧结时，石墨成为理想的发热体，它能够适应各种复杂的烧结条件。

合理结构要求

发热体的构造必须得当。只有达到适宜的高度，才能形成足够长的发热区域，满足烧成产品的要求。这样的结构还会关系到发热体的厚度、每相的导电带宽度、加工的难易程度，以及使用的变压器参数和控制调节范围等。合理的构造是确保发热体正常运作并达成生产目标的重要因素之一。

表面功率选择

选择合适的发热体表面功率至关重要。这种功率与材料类型和尺寸等因素相关。若选得恰当，既能节省材料，又能确保设备耐用。功率过小会造成材料浪费，而功率过大则可能缩短设备的使用寿命。以生产实际为例，若表面功率过高，发热体可能迅速损坏，进而影响生产效率和增加成本。

主要性能表现

石墨的氧化和挥发速率会影响发热体的使用寿命，而在特定真空度条件下，操作温度需控制在2300℃以下。石墨的热膨胀系数较低，温度上升时尺寸保持稳定，这对于结构设计来说至关重要。另外，在2500℃以下，石墨的机械强度会随着温度的升高而增强，这些特性使得石墨发热体在高温环境中依然能够表现出色。

石墨发热体存在不足。在炉子高温运作且发热体壁厚较大时，表面和中心的温差较大，导致较大的热应力。虽然石墨的电阻率较高，为了增强强度，侧壁需要有一定的厚度，但这使得总电阻降低，且电阻值随材料的不同而有所变化。然而，石墨的机械强度较高，导热性能好，热膨胀系数小，抗热震能力强，有助于减少高温下裂缝的产生。

结构改进效果

石墨发热体的结构经过优化，效果非常明显。首先，筒内温度分布变得更加均匀，使得炉内各处的温度更加一致。其次，靠近石墨筒门区域的烧结制品温度偏低的问题得到了显著改善，从而提升了整炉烧结制品表面的温度均匀性，确保了产品质量。第三点，烧结产品的表面温度呈现不均匀状态，不再像过去那样顶部中间部分温度最高。这样的变化减少了炉门附近没有设置加热装置带来的影响，从而有效提升了整个炉内烧结产品表面温度的均衡度。

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