一種用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐，包括爐膛、加熱電極、保溫系統(tǒng)和爐殼；爐膛由石墨板分段搭接形成的空腔，多個加熱電極間隔從縱向截面外周圍繞爐膛設(shè)置，保溫系統(tǒng)由外到內(nèi)由陶瓷纖維氈、隔熱涂層、石墨硬氈和高溫紅外線熱反射涂層構(gòu)成；加熱電極與石墨硬氈之間涂覆高溫紅外線熱反射涂層，陶瓷纖維氈與石墨硬氈之間涂覆隔熱涂層；隔熱涂層的厚度在8mm～18mm之間；保溫系統(tǒng)外層由爐殼包裹。本實(shí)用新型爐膛的溫度由加熱電極分段獨(dú)立控制，通過隔熱涂層、石墨硬氈和高溫紅外線熱反射涂層的巧妙設(shè)計(jì)，保證爐膛工作溫度在800℃～1700℃之間，具有工作溫度高，性能穩(wěn)定，能耗小，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種碳化爐，特別是涉及一種新型高溫碳化爐，適用于預(yù)氧化原絲高溫碳化工序的的碳纖維規(guī)?；a(chǎn)；屬于高溫加熱設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維及碳纖維制品具有重量輕、強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好和尺寸穩(wěn)定等優(yōu)異性能，所以被廣泛用于宇宙飛行器及航天航空領(lǐng)域作為主要結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)材料。
[0003]碳纖維生產(chǎn)過程中，高溫碳化設(shè)備極其關(guān)鍵。碳化爐因?yàn)榫哂泄ぷ鳒囟雀?，對碳纖維的性能影響大，綜合技術(shù)水平要求高等特點(diǎn)，成為大型規(guī)模化生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備。由于碳纖維高溫碳化設(shè)備在我國起步較晚，發(fā)達(dá)國家對我國高溫碳化設(shè)備進(jìn)行技術(shù)限制嚴(yán)重阻礙了我國碳纖維產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
[0004]目前用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐中，加熱元件的材質(zhì)是硅碳或硅鑰，爐膛為碳化硅或剛玉材質(zhì)，保溫材料為硅酸鋁棉，爐殼為單層碳鋼。最高使用溫度不超過1400°C ;爐型保溫性能差，耗能嚴(yán)重；爐體氣密性差，爐膛壽命短，不能滿足制備更高模量碳纖維的需求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)在的技術(shù)不足，提供一種適用于規(guī)?；a(chǎn)，工作溫度高，保溫性能好的碳纖維的高溫碳化爐，能夠滿足規(guī)?；祭w維生產(chǎn)的需要。
[0006]本實(shí)用新型目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]一種用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐，包括爐膛、加熱電極、保溫系統(tǒng)和爐殼；爐膛由石墨板分段搭接形成的空腔，多個加熱電極間隔從縱向截面外周圍繞爐膛設(shè)置，爐膛至少設(shè)置2個溫區(qū)；保溫系統(tǒng)由外到內(nèi)由陶瓷纖維氈、隔熱涂層、石墨硬氈和高溫紅外線熱反射涂層構(gòu)成；加熱電極與石墨硬氈之間涂覆高溫紅外線熱反射涂層，高溫紅外線熱反射涂層的涂覆厚度在5_?20_之間；陶瓷纖維氈與石墨硬氈之間涂覆隔熱涂層；隔熱涂層的厚度在8mm?18mm之間；保溫系統(tǒng)外層由爐殼包裹，爐殼為氣密性的夾層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層中空；爐殼上設(shè)有冷卻水入口和冷卻水出口，爐殼內(nèi)設(shè)有冷卻水通道；高溫碳化爐橫向截面方向間隔設(shè)有多個碳纖維出入口，碳纖維出入口設(shè)有密封裝置。
[0008]優(yōu)選地，所述冷卻水入口設(shè)置在爐殼的左側(cè)，冷卻水出口設(shè)置在爐殼的右側(cè)。所述冷卻水入口設(shè)置在爐殼的下層，冷卻水出口設(shè)置在爐殼的上層。所述冷卻水通道為蛇形通道。所述石墨硬氈截面為矩形，轉(zhuǎn)角為圓角。所述高溫紅外線熱反射涂層的截面為矩形，轉(zhuǎn)角為圓。
[0009]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0010]I)本實(shí)用新型本實(shí)用新型爐膛的溫度由加熱電極分段獨(dú)立控制，爐膛至少設(shè)置2個溫區(qū)，且通過隔熱涂層、石墨硬氈和高溫紅外線熱反射涂層的巧妙設(shè)計(jì)，保證爐膛工作溫度在800°C?1700°C之間，具有工作溫度高，性能穩(wěn)定，能耗小，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0011]2)本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，為規(guī)模化生產(chǎn)高性能碳纖維提供了一種低能耗，高溫度，性能穩(wěn)定，安全可靠，維護(hù)方便的高溫碳化設(shè)備。
[0012]3)本實(shí)用新型可以滿足規(guī)模化生產(chǎn)高性能碳纖維的需求，帶動了國內(nèi)碳纖維設(shè)備、技術(shù)的快速發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為圖1中A - A截面的截面圖；
[0015]圖中示出:冷卻水入口 1、爐殼2、陶瓷纖維氈3、隔熱涂層4、石墨硬氈5、高溫紅外線熱反射涂層6、加熱電極7、石墨板8、爐膛9、碳纖維10、冷卻水出口 11和密封裝置12。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0017]如圖1、2所示，一種用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐，包括爐膛9、加熱電極7、保溫系統(tǒng)和爐殼；爐膛9由石墨板8分段搭接形成的空腔，多個加熱電極7間隔從縱向(圖1中左右方向)截面外周圍繞爐膛9設(shè)置，對爐膛9加熱；保溫系統(tǒng)由外到內(nèi)，由陶瓷纖維氈3，隔熱涂層4，石墨硬氈5和高溫紅外線熱反射涂層6構(gòu)成；加熱電極7與石墨硬氈5之間涂覆高溫紅外線熱反射涂層6，高溫紅外線熱反射涂層的涂覆厚度在5_?20_之間；石墨硬氈5截面為矩形，轉(zhuǎn)角為圓角。高溫紅外線熱反射涂層6截面為矩形，轉(zhuǎn)角為圓角。陶瓷纖維氈3與石墨硬氈5之間涂覆隔熱涂層4 ;隔熱涂層4的厚度在8mm?18mm之間；保溫系統(tǒng)外層由爐殼2包裹，爐殼2為氣密性的夾層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層中空；爐殼上設(shè)有冷卻水入口 I和冷卻水出口 11，爐殼2內(nèi)設(shè)有冷卻水通道，內(nèi)通冷卻水；高溫碳化爐橫向截面方向間隔設(shè)有多個碳纖維出入口，碳纖維出入口設(shè)有密封裝置12 ;碳纖維10從高溫碳化爐橫向截面方向(圖1中前后方向)的碳纖維入口進(jìn)入，貫通爐膛9，從碳纖維出口引出。爐口為寬爐口，爐口的寬度在0.8m?2.2m之間。
[0018]優(yōu)選地，冷卻水入口 I設(shè)置在碳化爐左側(cè)，冷卻水出口 11設(shè)置在碳化爐右側(cè)；冷卻水入口 I設(shè)置在碳化爐下層，冷卻水出口 11設(shè)置在碳化爐上層。爐殼2內(nèi)部設(shè)置蛇形是水路通道，冷卻水沿著水路通道對爐體進(jìn)行冷卻。
[0019]密封裝置12是氣簾密封裝置，在密封裝置的上下端設(shè)置氣簾碰頭，高壓工業(yè)氮?dú)鈴膰婎^噴出產(chǎn)生氣簾，使碳化爐內(nèi)部氣氛和外部空氣隔絕，達(dá)到密封效果。該密封裝置在高溫熔煉的設(shè)備使用較多。
[0020]隔熱涂層4是北京志盛威華化工有限公司的ZS-1耐高溫隔熱保溫材料，是一種粉末狀的復(fù)相硅聚合物材料，可以跟石墨硬氈5與陶瓷纖維氈3形成良好的結(jié)合面。
[0021]高溫紅外線熱反射涂層6是北京志盛威華化工有限公司的ZS-1061耐高溫遠(yuǎn)紅外輻射涂料，一種工作溫度可達(dá)1700°C納米硅酸鹽材料。
[0022]石墨板8把爐膛9分隔成多個溫區(qū)，爐膛9的溫度由加熱電極7分段獨(dú)立控制；爐膛9至少分隔2個溫區(qū)，通常分隔成5個溫區(qū)，分別為:800°c、120(rc、150(rc、120(rc、800°C。設(shè)置多個溫區(qū)是為了在碳化爐的爐膛9形成緩慢變化的溫度場，以利于碳纖維內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。爐膛9的工作溫度在800°C?1700°C之間。[0023]高溫碳化爐由加熱電極7對爐子內(nèi)腔加熱，加熱后，爐膛9工作溫度在800°C?1700°C之間，對加熱電極7的加熱溫度進(jìn)行控制，爐膛9內(nèi)形成至少兩個溫區(qū)。碳纖維10從爐膛9內(nèi)部穿過被加熱。保溫系統(tǒng)對爐子腔體高溫區(qū)進(jìn)行保溫，保溫系統(tǒng)外是爐殼2，高溫碳化爐兩端爐口設(shè)密封裝置12，如圖2所示，防止外部氣體進(jìn)入。
[0024]在加熱電極7與石墨硬氈5之間涂覆一層高溫紅外線熱反射涂層6，高溫紅外線熱反射涂層使攜帶了大量能量的紅外線在爐子腔體能反射而防止能量逃逸。為了使紅外線反射更加充分和爐腔加熱溫度穩(wěn)定均勻，石墨硬氈和高溫紅外線熱反射涂層截面的內(nèi)表面為圓角矩形。陶瓷纖維氈3和石墨硬氈5用于隔熱保溫，另外在陶瓷纖維氈和石墨硬氈之間涂覆一層復(fù)相硅聚合物隔熱涂層4，與陶瓷纖維氈3和石墨硬氈5形成良好的結(jié)合面，起更好的隔熱效果。
[0025]爐殼2為鋼的氣密夾層結(jié)構(gòu)，內(nèi)通冷卻水以降低爐體外壁的溫度,冷卻水從冷卻水入口 I進(jìn)入，從冷卻水出口 12流出。
【權(quán)利要求】
1.一種用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐，其特征在于，包括爐膛、加熱電極、保溫系統(tǒng)和爐殼；爐膛由石墨板分段搭接形成的空腔，多個加熱電極間隔從縱向截面外周圍繞爐膛設(shè)置，爐膛至少設(shè)置2個溫區(qū)；保溫系統(tǒng)由外到內(nèi)由陶瓷纖維氈、隔熱涂層、石墨硬氈和高溫紅外線熱反射涂層構(gòu)成；加熱電極與石墨硬氈之間涂覆高溫紅外線熱反射涂層，高溫紅外線熱反射涂層的涂覆厚度在5_?20_之間；陶瓷纖維氈與石墨硬氈之間涂覆隔熱涂層；隔熱涂層的厚度在8mm?18mm之間；保溫系統(tǒng)外層由爐殼包裹，爐殼為氣密性的夾層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層中空；爐殼上設(shè)有冷卻水入口和冷卻水出口，爐殼內(nèi)設(shè)有冷卻水通道；高溫碳化爐橫向截面方向間隔設(shè)有多個碳纖維出入口，碳纖維出入口設(shè)有密封裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐，其特征在于；所述冷卻水入口設(shè)置在爐殼的左側(cè)，冷卻水出口設(shè)置在爐殼的右側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐，其特征在于；所述冷卻水入口設(shè)置在爐殼的下層，冷卻水出口設(shè)置在爐殼的上層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐，其特征在于；所述冷卻水通道為蛇形通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐，其特征在于；所述石墨硬氈截面為矩形，轉(zhuǎn)角為圓角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于碳纖維生產(chǎn)的碳化爐，其特征在于；所述高溫紅外線熱反射涂層的截面為矩形，轉(zhuǎn)角為圓角。
【文檔編號】D01F9/12GK203820968SQ201420144069
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】湯勇, 謝穎熙, 陸龍生, 萬珍平, 袁偉, 李宗濤, 鐘亮 申請人:華南理工大學(xué)