CN102758271B - 一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉，加热温度在1000℃-1600℃。其结构为石墨马弗炉膛，炉膛分匀温区和加热区两个部分，炉膛上、下两面均有加热装置，加热装置是由石墨加热元件和石墨电极螺纹连接而成。炉体内部大量采用石墨硬毡作为保温系统，保温系统的外层是钢结构的炉壳，炉壳外面贴有可拆卸的冷水板。使用带抽头的变压器来抵消石墨发热元件由于氧化的进行和横断表面的老化而引起的加热电阻变大和石墨阻抗性变大所引起电压的不稳定。
Description
技术领域
本发明属于规模化生产碳纤维高温碳化加热设备技术领域，特别适用于高性能、高模量的碳纤维规模化生产。
背景技术
碳纤维及碳纤维制品具有重量轻、强度高、热稳定性好和尺寸稳定等优异性能，所以被广泛用于宇宙飞行器及航天航空领域作为主要结构的增强材料。
碳纤维生产过程中，高温碳化设备极其关键。碳化炉因为具有工作温度高，对碳纤维的性能影响大，综合技术水平要求高等特点，成为大型规模化生产线中的关键设备。由于碳纤维高温碳化设备在我国起步较晚，发达国家对我国高温碳化设备的许可证制度。是制约我国碳纤维产业发展的瓶颈。
目前碳纤维生产用高温碳化炉中，加热原件为硅碳棒或硅钼棒，炉膛为碳化硅或刚玉材质，保温材料为硅酸铝棉，炉壳为单层碳钢。最高使用温度不超过1400℃、炉型保温性能差、炉体气密性差，炉膛寿命短，不能满足制备更高模量碳纤维的需求。
发明内容
本发明在于克服现在的技术不足，而提供一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉，能够满足规模化碳纤维生产的需要。
本发明要解决的问题是通过以下的技术方案来实现的：一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉，加热工作温度为1000℃-1600℃；高温碳化炉的结构为石墨马弗炉膛，炉膛由50-80mm的石墨板分多段搭接而成；炉膛分2-7个温区，温度随温区梯度增加，各温区由石墨硬毡作为隔温板分开；炉膛上、下两面均有加热装置，加热装置是由石墨加热元件和石墨电极螺纹连接而成，石墨加热棒和加热电极为电阻率在20Ωμm或20Ωμm以上的石墨产品；高温碳化炉的炉体内有由厚度在200-400mm之间的石墨硬毡作为保温材料组成的保温系统；保温系统的外层是5-10mm厚的钢结构的炉壳；炉壳外面贴有可拆卸的冷水板；高温碳化炉的2-7个加热区均配有带抽头的变压器，用来抵消石墨发热元件由于氧化的进行和横断表面的老化而引起的加热电阻变大和石墨阻抗性变大所引起的电压的不稳定。
本发明的有益效果：可以满足规模化生产高性能碳纤维的需求，打破了发达国家对高温碳化设备的技术和市场垄断，带动了国内碳纤维设备、技术的快速发展。与以往技术相比，为规模化生产高性能碳纤维提供了性能安全可靠、升温温度高、寿命长的高温碳化设备。.
附图说明
图1是一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉的结构示意图。
图中，1.保温系统；2.可拆卸的冷水板；3.加热元件；4.炉壳；5.石墨炉膛；6.带抽头变压器
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉，如图1所示。炉子工作时，加热元件(3)通电加热，使石墨炉腔(5)升温至1000-1600℃。碳纤维在石墨炉腔(5)内的2-7个温区进行碳化处理。保温系统(1)位于加热元件(3)和炉壳(4)之间，采用200-400mm厚的石墨硬毡等材料组成，保温材料多为板状，板与板之间搭接而成。通过带抽头的变压器(6)控制调整石墨发热元件(3)由于氧化的进行和横断表面的老化而引起的加热电阻变大和石墨阻抗性变大所引起的电压变化，保持加热电压的稳定。可拆卸的水冷板(2)对炉壳(4)进行冷却，保证炉壳(4)表面温度不致过高。水冷板(2)贴在炉壳(4)表面，避免了以往将水冷夹层直接焊接在炉体内部而带来的漏水、维修不方便等问题。
Claims (5)
1.一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉，其特征在于：
(1)所述高温碳化炉的加热工作温度为1000℃-1600℃；
(2)所述高温碳化炉的结构为石墨马弗炉膛，炉膛是由50-80mm的石墨板分多段搭接而成；炉膛分2-7个温区，温度随温区梯度增加，各温区由石墨硬毡作为隔温板分开；炉膛上、下两面均有加热装置，加热装置是由石墨加热元件和石墨电极螺纹连接而成；
(3)所述高温碳化炉的炉体内有由石墨硬毡组成的保温系统；保温系统的外层是钢结构的炉壳，炉壳外面贴有可拆卸的冷水板；
(4)所述高温碳化炉配有带抽头的变压器，用来抵消石墨发热元件由于氧化的进行和横断表面的老化而引起的加热电阻变大和石墨阻抗性变大所引起电压的变化。
2.根据权利要求1所述的一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉，其特征在于：所述高温碳化炉的加热装置由石墨加热棒和加热电极通过螺纹紧连接组成；石墨加热棒和加热电极为电阻率在20Ωμm或20Ωμm以上的石墨产品。
3.根据权利要求1所述的一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉，其特征在于：所述高温碳化炉的炉体内有由石墨硬毡组成的保温系统；保温材料由厚度在200-400mm之间的石墨硬毡组成。
4.根据权利要求1所述的一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉，其特征在于：所述高温碳化炉的炉体外壳是5-10mm厚的钢结构炉壳，壳体外贴有可拆卸的冷水板。
5.根据权利要求1所述的一种规模化生产碳纤维的高温碳化炉，其特征在于：所述高温碳化炉的2-7个加热区均采用带抽头的变压器。
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