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真空 ›› 2025, Vol. 62 ›› Issue (6): 88-99.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2025.06.12

• 真空冶金与热工 • 上一篇    下一篇

真空炉加热元件设计与研究*

景来兴, 李建昌   

  1. 东北大学机械工程与自动化学院 真空流体工程研究中心,辽宁 沈阳 110819
  • 收稿日期:2024-11-15 出版日期:2025-11-25 发布日期:2025-11-27
  • 作者简介:景来兴(1997-),男,山东省德州市人,博士研究生。
  • 基金资助:
    *山东省科技厅重点研发计划(重大科技创新工程)项目(2023CXGC010208)

Research on the Design of Vacuum Furnace Heating Elements

JING Laixing, LI Jianchang   

  1. Vacuum and Fluid Engineering Research Center, School of Mechanical Engineering & Automation, Northeastern University, Shenyang 110819, China
  • Received:2024-11-15 Online:2025-11-25 Published:2025-11-27

摘要: 真空炉加热元件直接影响炉温均匀性与加热效率,是真空炉设计与研究的重点之一。本文从加热元件的材料与形状、功率计算方法、接电方式、尺寸与数量选择、安装布局及形式等方面,综述了近年来真空炉加热元件的国内外研究进展。首先,归纳了加热元件材料类型、形状、适用气氛与真空度;其次,梳理了接电电压与接电方式的选择方法,对比了七种经验计算功率方法的适用条件;最后,总结了加热元件尺寸设计与不同炉型安装布局形式。为满足真空炉对精确控温和节能降耗的要求,未来应致力于加热元件结构的模块化设计、新型耐腐蚀与抗氧化涂层的研发,以及通过高精度传感器与智能算法相结合实现元件温度的自动监测与优化控制等。

关键词: 真空炉, 加热元件, 炉温均匀性, 石墨加热元件, 表面负荷法

Abstract: Vacuum furnace heating element plays a crucial role in determining the temperature uniformity, heating efficiency, workpiece quality and energy consumption, which is the most important focus in the furnace design and research. This article reviews the domestic and international literature progress of heating elements, including materials and shapes, power specifications, power connection methods, dimensions and quantities selection, and installation layouts / configurations. Firstly, the material type, shape, applicable atmosphere and vacuum degree for heating elements are summarized. Secondly, the selection of power voltage and connection method is analyzed, and the applicable situations of seven empirical methods for power calculation are compared. Finally, to enhance the temperature uniformity and service life, the heating element size and installation layouts for different types of furnace are summarized. To meet the requirements of vacuum furnace for precise temperature control, energy saving and consumption reduction, future efforts should be made on the modularized structure design of heating elements, the research and development of novel corrosion-resistant and anti-oxidation coatings, along with the integration of high-precision sensors and intelligent algorithms. It can thus realize automatic monitoring and optimal control of heating element temperature.

Key words: vacuum furnace, heating element, temperature uniformity of furnace, graphite heating element, surface loading method

中图分类号:  TK175

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