Нагреватели графитовые

Графитовые нагреватели заказываются техзаданием с эскизом!

Графитовые нагреватели — резистивные нагревательные элементы, применяемые в высокотемпературных вакуумных печах и печах с защитной атмосферой. Они работают по принципу электрического сопротивления: при прохождении тока через графитовый элемент происходит его нагрев с выделением тепловой энергии. Рабочий диапазон температур достигает 2000–2200 °C в стандартных условиях эксплуатации и до 3000 °C в глубоком вакууме.

Условия эксплуатации графитовых нагревательных элементов

Графитовые нагреватели применяют исключительно в неокислительных средах. При контакте с кислородом графит начинает окисляться уже при температуре 400–450 °C. По этой причине нагреватели эксплуатируют в следующих условиях:

• Вакуум до 1×10⁻² мм рт. ст. — рабочая температура до 2000–2200 °C
• Инертная атмосфера (аргон, азот, гелий) — рабочая температура до 2500 °C
• Восстановительная атмосфера (водород) — рабочая температура до 2200 °C

При работе в нейтральных средах защитные блоки и чехлы из графита сохраняют рабочие свойства до 2300 °C.

Конструктивные типы нагревателей из графита

По конструктивному исполнению графитовые нагреватели делятся на две основные категории.

Цельные нагреватели

Изготавливаются из единой графитовой заготовки методом механической обработки. Конструкция включает пропилы (щели), которые увеличивают электрическое сопротивление элемента и обеспечивают равномерное распределение тепла по рабочей зоне. При выходе из строя такой нагреватель заменяется полностью.

Сборные (секционные) нагреватели

Состоят из нескольких ламелей, соединённых специальным крепежом. Преимущество сборной конструкции — возможность замены отдельных секций при локальном повреждении без полной замены всего нагревательного узла. Такое решение снижает эксплуатационные затраты на крупных печах.

Формы нагревательных элементов

В зависимости от конфигурации рабочего пространства печи применяют нагреватели различных форм:

• Цилиндрические и трубчатые — для печей с цилиндрическим рабочим пространством
• Плоские и пластинчатые — для печей с прямоугольной конфигурацией
• Щелевые — для специальных применений с направленным нагревом

Марки графита для изготовления нагревателей

Выбор марки графита определяет рабочие характеристики и ресурс нагревателя. Для производства нагревательных элементов используют несколько групп конструкционного графита.

Графит электродный ГЭ

Материал общего назначения для изготовления нагревателей, экранов, тиглей и электродов. Характеризуется плотностью около 1,55 г/см³ и удельным электросопротивлением 8–11 мкОм·м.

Графит малозольный ГМЗ

Среднезернистый конструкционный графит. Отличается высокой степенью очистки и плотной структурой. Нагреватели из ГМЗ работают при температурах до 2000 °C в вакуумных и высокочастотных электропечах. Защитные элементы из этой марки сохраняют свойства до 2300 °C в нейтральных средах.

Графит мелкозернистый прочный МПГ-6, МПГ-7, МПГ-8

Высокопрочные термостойкие материалы с плотностью 1,65–1,85 г/см³ и пористостью 10–15%. Изделия из МПГ эксплуатируются в вакууме до 2000 °C, в защитной атмосфере — до 2500 °C. Мелкозернистая структура (размер зерна 0,06–0,80 мм) обеспечивает высокую прочность на сжатие до 80 МПа.

Изостатический графит ISEM-1, WX-4, WX-5

Материалы, получаемые методом изостатического прессования. Характеризуются равномерной мелкозернистой структурой, высокой плотностью, минимальной пористостью и изотропными свойствами. Применяются в ответственных узлах, где требуется стабильность характеристик во всех направлениях.

Технология производства искусственного графита

Понимание технологии производства помогает оценить качество материала и обоснованность его применения в конкретных условиях.

Исходное сырьё

Основные компоненты для производства искусственного графита:

• Нефтяной кокс — основной наполнитель
• Каменноугольный пек — связующее вещество
• Природный графит и сажа — добавки для конструкционных марок
• Синтетические смолы (фурановые, фенольные) — альтернативные связующие

Основные этапы производства

Технологический процесс включает несколько последовательных операций:

1. Подготовка кокса — прокаливание при температуре до 1300 °C, дробление, размол и рассев по фракциям
2. Приготовление массы — дозирование и смешивание кокса со связующим при заданных температурных режимах
3. Формование заготовок — методом экструзии или прессования (изостатического, гидростатического)
4. Обжиг (карбонизация) — термообработка при температуре 800–1200 °C для скрепления зёрен в монолитный материал
5. Пропитка — насыщение заготовок пеком или смолами для повышения плотности (при необходимости — многократная с промежуточными обжигами)
6. Графитация — финальная термообработка при температуре 2400–3000 °C в печах Ачесона или Кастнера, при которой аморфный углерод превращается в монолитный графит
7. Механическая обработка — придание заготовкам требуемых размеров и формы

Эксплуатационные характеристики графитовых нагревателей

Теплофизические свойства

Графит обладает комплексом свойств, определяющих его применение в высокотемпературном оборудовании:

• Теплопроводность — от 100 до 354 Вт/(м·К) в зависимости от марки и направления относительно базисных плоскостей
• Термостойкость — графит не плавится, а сублимирует при температуре около 3850 °C
• Прочность при нагреве — в отличие от большинства материалов, прочность графита возрастает с повышением температуры и при 2700 К примерно вдвое выше, чем при комнатной температуре
• Низкий коэффициент теплового расширения — до 700 К графит сжимается при нагревании (отрицательный КТР в направлении базисных плоскостей)

Электрические параметры

Графитовые нагреватели подключают к низковольтным источникам питания напряжением 12–40 В. Рабочий ток определяется мощностью установки и может составлять от единиц ампер до сотен килоампер в крупных промышленных печах. Удельное электросопротивление графита с повышением температуры снижается, что отличает его от металлических нагревателей.

Преимущества перед металлическими нагревателями

Графитовые нагреватели применяют взамен вольфрамовых и молибденовых для плавки редких и полупроводниковых металлов. Основные преимущества:

• Более высокая рабочая температура — до 2200 °C в стандартных условиях против 1800–2000 °C для молибдена
• Меньшая плотность — графит (1,6–1,9 г/см³) значительно легче молибдена (10,2 г/см³) и вольфрама (19,3 г/см³), что снижает нагрузку на конструкцию печи
• Хорошая обрабатываемость — возможность изготовления сложных форм и составных конструкций
• Устойчивость к термоударам — графит выдерживает резкие перепады температур без разрушения
• Стабильность размеров при высоких температурах

Области применения

Графитовые нагревательные элементы используются в различных отраслях промышленности:

• Металлургия — плавка и рафинирование редких, цветных и полупроводниковых металлов
• Электроника — выращивание монокристаллов кремния, производство полупроводниковых материалов
• Порошковая металлургия — спекание металлических и керамических порошков
• Термообработка — закалка, отжиг и отпуск специальных сплавов в вакууме
• Производство стекла и керамики — высокотемпературные процессы спекания
• Научные исследования — лабораторные печи для синтеза новых материалов

Формы поставки

Поставляем графитовые нагреватели следующих типов:

• Цилиндрические нагреватели различных диаметров
• Трубчатые нагревательные элементы
• Плоские (пластинчатые) нагреватели
• Щелевые нагреватели
• Секционные (сборные) конструкции
• Нагреватели по чертежам заказчика

Изготовление нагревателей возможно из марок графита ГЭ, ГМЗ, МПГ-6, МПГ-7, МПГ-8, а также изостатических графитов импортного. Размеры и конфигурация подбираются под конкретное оборудование.

Для уточнения технических характеристик и условий поставки свяжитесь с нашими специалистами.