CN104048513A - 一种组合式石墨发热体 - Google Patents

Abstract

一种组合式石墨发热体，保温筒位于炉壳内，两块发热板和卡环均位于保温筒内，各发热板中的插接端与卡环连接；电极棒上端与各发热板中的固定端连接，电极棒的下端于电源连接。所述绝缘套套装在电极棒上。发热板用石墨板整体加工为多个菱形构成的镂空结构；在各菱形的两个对称角之间均加工有水平的加强板，并且该加强板的两端为等电位点。本发明中的各零部件利用自身重量，通过拔模斜度实现了自锁紧连接，使发热板与电极棒、发热板与卡环之间始终连接紧密，提高了连接可靠性。

Description

一种组合式石墨发热体

技术领域

本发明涉及一种电阻炉发热体，具体是真空电阻炉的石墨发热体。 

背景技术

石墨发热体是高温真空炉广泛采用的一种发热体材料，但由于大尺寸石墨材料价格高昂，导致加工大型整体式石墨发热体成本很高，而且该类发热体十分容易损坏，且难以修复。因此目前绝大部分大型真空炉的石墨发热体采用小尺寸部件拼接式结构。 

目前应用最为广泛的组合式石墨发热体是用石墨连接片、石墨(或碳/碳)连接件将石墨棒连接起来，组合成较大型的石墨发热体。 

喏莫里克株式会社在申请号为201110303273.X的发明创造中提出了一种石墨加热器炉，该石墨加热器炉采用了上述结构，这种发热体具有成本低、加工方便的优点，但由于该真空石墨电阻炉运行电流大，发热体石墨棒之间会产生很大的互感力，在普通交流电的作用下会产生严重的震荡，从而导致连接头松动，进而引起接头部位电阻过大而打火损坏。又由于该类发热体连接点很多，所以这类发热体故障率很高，使用寿命较短。 

另外，该类发热体需与炉体保温支架、炉底座等进行连接，连接点之间的发热体与支架的涨缩特性不同，也会导致接头松动从而损坏发热体。 

发明内容

为克服现有技术中存在的连接点多、故障率很高和使用寿命较短的不足，本发明提出了一种组合式石墨发热体。 

本发明包括电极棒、两块发热板、炉壳、卡环、底盘和保温筒。其中：两块发热板均包括固定端、发热区、插接端三部分，由一整块石墨板整体加工而成；所述发热区为多个菱形构成的镂空结构，所述菱形的数量≥2，并且水平对称排布；在各菱形的两个对称角之间均加工有水平的加强板，并且该加强板的两端为等电位点。保温筒位于炉壳内。两块发热板和卡环均位于保温筒内，并使发热板位于卡环和所述保温筒的底盘之间。各发热板中的插接端与卡环连接；电极棒上端穿过底盘上的电极棒过孔与各发热板中的固定端连接，电极棒的下端穿出炉壳底板上的电极棒过孔伸出炉壳之外。在电极棒中部有限位台，并且该限位台上表面与底盘下表面之间有绝缘套，在限位台 下表面与炉壳底板上表面之间亦有绝缘套。所述绝缘套套装在电极棒上。 

所述电极棒伸出底盘上表面的长度为50～200mm，电极棒伸出炉壳下表面的长度为100～200mm。 

所述底盘直径比炉体内腔直径小200～400。电极棒过孔与炉体预置电极孔同心。 

所述发热板的厚度为30～100mm；发热板中的固定端的宽度为发热板宽度的0.6～0.8倍，高度为50～200mm；所述发热板底表面的几何中心有电极棒插接孔，该电极棒插接孔的深度为50～200mm；该电极棒插接孔具有和电极棒相同的直径和拔模斜度。 

当所述发热区由多层菱形构成时，下一个奇数层各菱形的上顶点均与上一个的奇数层各菱形的下顶点整体连接；相互整体连接的各菱形之间构成了偶数层的菱形；并且所述发热区第一层的各菱形的下顶点均与发热板固定端上表面的两端整体连接，发热区顶层的各菱形的上顶点均与插接端下表面的两端整体连接。 

所述发热板的插接端包括发热板限位台和发热板插接端子，其中发热板限位台的宽度与固定端宽度相等，高度为25-100mm。插接端子为楔形，其表面有1～3°的拔模斜度，插接端子的宽度为20～100mm，高度为25～100mm。 

在所述卡环的端面均布有多个贯通卡环上下表面的发热板卡槽，所述发热板卡槽的数量与发热板的数量相同。卡环上的发热板卡槽具有和插接端子相同的尺寸和拔模斜度。卡环的内径小于各发热板插接在卡环上后，由所述各发热板内表面之间形成的内切圆的直径。卡环的外径等于所述插接在卡环上的各发热板外表面之间形成的外接圆的直径。卡环厚度为10～80mm。 

所述稳固绝缘套的轴向长度为6～12mm。稳固绝缘套的内径与电极棒的直径相同。稳固绝缘套的外形为阶梯状，其中该稳固绝缘套小外径段的外径≤炉壳底孔或底盘上的电极棒过孔内径。 

由于采取上述技术方案，本发明具有以下有益效果： 

1、本发明采用石墨板加工发热体材料来源丰富、制造成本低。 

2、本发明采用数块整体石墨板铣削加工成镂空三角形网格状发热体，较石墨棒组合式发热体减少了零件数量75％以上，相应减少了发热体之间的连接点数量，因此大幅降低了连接点易松动打火引起的故障。所述发热体的三角形单元格结构稳固，可靠性更高。 

3、本发明中，各零部件之间采用锥度连接，各零部件利用自身重量，通过拔模斜 度实现了自锁紧连接，使发热板与电极棒、发热板与卡环之间始终连接紧密，提高了连接可靠性。 

4、本发明的发热板发热区电流通路为数条折线组成的菱形单元格，但由于棱形单元格结构稳定性低，本发明在菱形单元格的两个等电位顶点之间增加了加强板，变稳定性较差的菱形单元格为稳定性较好的等腰三角形单元格，提高发热板的结构强度和稳固性。 

5、本发明的发热板只有底部通过电极棒与炉体固定连接，上部为自由端，使该发热板在冷热交替条件下可自由膨胀，消除了旧式结构两端固定连接方式中存在的膨胀不匹配问题。 

附图说明

图1是发热体组装轴测图； 

图2是发热体的剖视图； 

图3是发热板轴测图； 

图4是卡环轴测图； 

图5是底盘轴测图； 

图6是发热板电流示意图； 

图7是电极棒的结构示意图； 

图8是稳固绝缘套的结构示意图。图中： 

1.电极棒；2.底盘；3.保温筒；4.发热板；5.卡环；6.保温盖；7.炉壳；8.发热板固定端；9.发热板发热区；10.发热板插接端；11.电极棒插接孔；12.发热板限位台；13.发热板插接端子；14.发热板卡槽；15.电极棒过孔；16.稳固绝缘套。 

具体实施方式

本实施例是针对现有技术中整体发热体尺寸小，组合式石墨发热体连接点多、可靠性低、易损坏等问题，提供一种低成本、高可靠性的发热体结构。 

本实施例包括电极棒1、发热板4、炉壳7、卡环5、底盘2和保温筒3。其中：保温筒3位于炉壳7内。发热板4和卡环5均位于保温筒3内，使发热板4位于卡环5和所述保温筒的底盘2之间，并且发热板4上端的发热板插接端子13与卡环5连接，发热板4下端的发热板固定端8中的电极棒插接孔11与穿过底盘2上的电极棒过孔15的电极棒1的上端连接。 

电极棒1的下端穿出炉壳底板上的电极棒过孔，伸出炉壳之外。在电极棒1的限位台上表面与底盘2下表面之间有绝缘套16，在限位台下表面与炉壳底板上表面之间亦有绝缘套16。所述绝缘套16套装在电极棒1上。 

电极棒1伸出底盘2上表面的长度为50-200mm，电极棒1伸出炉壳7下表面的长度为100～200mm。电极棒1与发热板4的电极棒插接孔11配合部分有1～3°的拔模斜度。 

所述电极棒1是材质为紫铜的圆柱体。距离电极棒1的顶部300～450mm处设有环形限位凸台。自电极棒1的顶端开始往下100～150mm带有1～3°拔模斜度。 

所述底盘2为石墨圆盘，直径取决于炉体内腔的大小，比炉体内腔直径小200～400。本实例中底盘2的直径为1200mm。底盘2上设有用于电极安装的电极棒过孔15。电极棒过孔15与炉体预置电极孔同心。所述发热板4由一整块30～100mm厚的石墨板加工而成，包括发热板固定端8、发热板发热区9、发热板插接端10三部分。发热板4的加工方式为全板整体铣削而成。 

发热板固定端8的宽度为发热板4宽度的0.6～0.8倍，高度为50-200mm，。所述热体板底表面的几何中心有用于电极1插入连接的电极棒插接孔11，该电极棒插接孔的孔深为50-200mm，该电极棒插接孔11具有和电极棒1相同的直径和拔模斜度。本实施例中，所述热体板固定端的宽度为360mm，高度为200mm，电极棒插接孔的孔深为150mm。两块发热板4通过所述的电极棒插接孔11分别套接在两根电极棒1之上，并保持二者良好导通。 

发热板发热区9均为镂空结构，所有单元格壁厚均为6mm。 

所述发热板发热区的镂空结构呈多个菱形。并且所述菱形的数量≥2，并且水平对称排布。在各菱形的两个对称角之间均加工有水平的加强板，并且该加强板的两端为等电位点。 

当所述发热区由多层菱形构成时，下一个奇数层各菱形的上顶点均与上一个的奇数层各菱形的下顶点整体连接；相互整体连接的各菱形之间构成了偶数层的菱形；并且所述发热区第一层的各菱形的下顶点均与发热板固定端8上表面的两端整体连接，发热区顶层的各菱形的上顶点均与插接端10下表面的两端整体连接。 

本实施例中，构成镂空结构的菱形有5个，所述5个菱形按2、1、2分为三层，即第一层和第三层分别有2个菱形，第二层为1个菱形。所述发热板发热区第一层的2个菱形的下顶点均与发热板固定端8上表面的两端整体连接；发热板发热区第一层的2个菱形的上顶点均与发热板发热区第三层的2个菱形的下顶点整体连接。发热板发热区第三层的2个菱形的上顶点均与发热板插接端10下表面的两端整体连接。发热 板发热区第一层的2个菱形与发热板发热区第三层的2个菱形之间构成了第二层的1个菱形。 

发热板插接端10用于和卡环5上的卡环插接孔14插接后导通形成电流通路。 

发热板的插接端包括发热板限位台和发热板插接端子13。所述发热板限位台用于限定卡环5位置，所述发热板插接端子13用于与卡环5上的卡环插接孔15相插接。其中发热板限位台12的宽度与发热板固定端8宽度相等，高度为25-100mm。发热板插接端子13为楔形结构，其四面均有1～3°的拔模斜度，发热板插接端子13的宽度为20～100mm，高度为25～100mm。本实施例中，发热板限位台12的高度为50mm，发热板插接端子13的宽度为50mm，高度为50mm。发热板插接端子13为楔形结构，其四个侧表面的拔模斜度均为2°。 

所述卡环5为一环形石墨板，用于连接导通发热板4。在所述卡环5的端面均布有多个贯通卡环上下表面的发热板卡槽14，所述发热板卡槽的数量与发热板的数量相同。本实施例中，卡环上有2个发热板卡槽。卡环5上的发热板卡槽14具有和发热板插接端子13相同的尺寸和拔模斜度，使发热板插接端子13插入卡环5的发热板卡槽14内，二者之间保持良好接触。 

卡环5的内径小于各发热板插接在卡环5上后，由所述各发热板内表面之间形成的内切圆的直径。卡环5的外径等于所述插接在卡环5上的各发热板外表面之间形成的外接圆的直径。卡环厚度为10～80mm，本实施例中卡环厚度为60mm。 

电极棒1为圆形杆，在所述电极棒1中部有径向提出的限位凸台。电极棒1的外径略小于稳固绝缘套16的内径。电极棒1与电极棒插接孔11配合段有1～3°拔模斜度。 

所述稳固绝缘套16是由绝缘材料制成的套筒状基座。用于对电极棒1在炉内的垂直性和稳固性进行确定，轴向长度为6～12mm。稳固绝缘套16的内径与电极棒1的直径相同。稳固绝缘套16的外形为阶梯状，其中该稳固绝缘套小外径段的外径≤炉壳底孔或底盘上的电极棒过孔内径；该稳固绝缘套小外径段与大外径段相接处的端面为与炉壳底孔或底盘下表面的配合面。使用时，将所述两个稳固绝缘套16分别套装在电极棒1上，并使两个稳固绝缘套分别位于电极棒的限位凸台的上方和下方。将两个稳固绝缘套16的小直径段分别装入炉壳底孔内电极棒过孔15内，通过所述两个稳固绝缘套16的小直径段实现电极棒与炉壳和电极棒与底盘之间的绝缘。 

工作时，将第一个发热板处于炉体外部的电极棒1的底端作为正极，与外接电源连接，电流经所述第一个发热板的电极棒通过该第一个发热板固定端8流向该发热板发热区9。所述电流沿第一个发热板发热区9上镂空的菱形的各边向该第一个发热板插接端汇合后通过卡环5导入第二个发热板，继续沿第二个发热板发热区上镂空的菱形的各边向所述第二个发热板的固定端汇合后导入第二个发热板的电极棒的负极。 

Claims (9)

1.一种组合式石墨发热体，其特征在于，包括电极棒、两块发热板、炉壳、卡环、底盘和保温筒；其中：两块发热板均包括固定端、发热区、插接端三部分，由一整块石墨板整体加工而成；所述发热区为多个菱形构成的镂空结构，所述菱形的数量≥2，并且对称排布；在各菱形的两个对称角之间均加工有水平的加强板，并且该加强板的两端为等电位点；保温筒位于炉壳内；两块发热板和卡环均位于保温筒内，并使发热板位于卡环和所述保温筒的底盘之间；各发热板中的插接端与卡环连接；电极棒上端穿过底盘上的电极棒过孔与各发热板中的固定端连接，电极棒的下端穿出炉壳底板上的电极棒过孔伸出炉壳之外。

2.如权利要求1所述组合式石墨发热体，其特征在于，电极棒伸出底盘上表面的长度为50～200mm，电极棒伸出炉壳下表面的长度为100～200mm。

3.如权利要求1所述组合式石墨发热体，其特征在于，所述底盘直径比炉体内腔直径小200～400；电极棒过孔与炉体预置电极孔同心。

4.如权利要求1所述组合式石墨发热体，其特征在于，所述发热板的厚度为30～100mm；发热板中的固定端的宽度为发热板宽度的0.6～0.8倍，高度为50～200mm；所述发热板底表面的几何中心有电极棒插接孔，该电极棒插接孔的孔深为50～200mm，并且该电极棒插接孔具有和电极棒相同的直径和拔模斜度。

5.如权利要求1所述组合式石墨发热体，其特征在于，当所述发热区由多层菱形构成时，下一个奇数层各菱形的上顶点均与上一个的奇数层各菱形的下顶点整体连接；相互整体连接的各菱形之间构成了偶数层的菱形；并且所述发热区第一层的各菱形的下顶点均与发热板固定端上表面的两端整体连接，发热区顶层的各菱形的上顶点均与插接端下表面的两端整体连接。

6.如权利要求1所述组合式石墨发热体，其特征在于，发热板的插接端包括发热板限位台和发热板插接端子，其中发热板限位台的宽度与固定端宽度相等，高度为25-100mm；插接端子为楔形，其表面有1～3°的拔模斜度，插接端子的宽度为20～100mm，高度为25～100mm。

7.如权利要求1所述组合式石墨发热体，其特征在于，在所述卡环的端面均布有多个贯通卡环上下表面的发热板卡槽，所述发热板卡槽的数量与发热板的数量相同；卡环上的发热板卡槽具有和插接端子相同的尺寸和拔模斜度；卡环的内径小于各发热板插接在卡环上后，由所述各发热板内表面之间形成的内切圆的直径；卡环的外径等于所述插接在卡环上的各发热板外表面之间形成的外接圆的直径；卡环厚度为10～80mm。

8.如权利要求1所述组合式石墨发热体，其特征在于，所述稳固绝缘套的轴向长度为6～12mm；稳固绝缘套的内径与电极棒的直径相同；稳固绝缘套的外形为阶梯状，其中该稳固绝缘套小外径段的外径≤炉壳底孔或底盘上的电极棒过孔内径。

9.如权利要求1所述组合式石墨发热体，其特征在于，在所述电极棒中部有限位台，并且该限位台上表面与底盘下表面之间有绝缘套，在限位台下表面与炉壳底板上表面之间亦有绝缘套；所述绝缘套套装在电极棒上。