CN103538132B

CN103538132B - 一种湿木材直接碳化的方法

Info

Publication number: CN103538132B
Application number: CN201310440191.9A
Authority: CN
Inventors: 丛德宝; 冯继国; 李子满; 张百富
Original assignee: SYD TIMBER DRYING EQUIPMENT (KAIYUAN) CO Ltd
Current assignee: SYD TIMBER DRYING EQUIPMENT (KAIYUAN) CO Ltd
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: CN103538132A

Abstract

本发明公开了一种湿木材直接碳化的方法，包括：预热阶段、干燥阶段、调节阶段、干燥碳化过渡阶段、碳化阶段、降温阶段，在干燥阶段依据窑内木材实时绝对含水率的变化，将干燥阶段分为八个子阶段进行干燥，在各个子阶段采用不同的干燥温度，在干燥阶段的各子阶段初期对窑内作抽真空处理，采用该方法可以对绝对含水率超过12%的湿木材直接进行碳化处理，碳化过程中木材不会发生扭曲变形、开裂现象，木材碳化均匀度好，较木材干燥、碳化独立处理方式相比节能效果好，处理时间短，设备利用率高。

Description

一种湿木材直接碳化的方法

技术领域

本发明涉及木材碳化技术领域，尤其是一种以含水率较高的湿木材为原料，直接进行碳处理的方法。

背景技术

碳化木是指在高温环境中对木材进行同质碳化处理后得到的木材，经碳化处理后的木材除表面美观外，还具有防腐及抗生物侵袭、抗变形开裂，耐高温的优点，并且由于其具有含水率低、不易吸水、材质稳定、不变形、完全脱脂不溢脂、隔热性能好、无特殊气味等特点，是理想的家俱及室内外装修材料。由于湿木材中含水率较高，直接对湿木材进行碳化处理会使木材在碳化过程中出现碳化不均匀、木材扭曲变形、爆裂等现象。由于这一技术障碍的存在，现有技术中的木材碳化方法和设备都只能以经过干燥处理后的木材为原料进行碳化处理，即只能对绝对含水率WMC小于等于12%的木材进行碳化处理，对于绝对含水率超过12%的湿木材，则需要先用干燥设备对木材进行干燥脱水处理，将木材绝对含水率降到小于等于12%后，再将木材放入碳化设备进行碳化处理。现有技术多采用烘干的方式对木材进行干燥处理，即将湿木材放到木材干燥设备中，对木材进行加热烘干，当木材在干燥设备中的含水率降到12%时，结束干燥，此时，木材的温度通常在80℃左右，需要使木材自然冷却降温至40℃以下时，才能将木材从干燥设备中取出。而在对木材进行碳化时，需要将木材放入到碳化设备中，对木材进行预热处理，将木材加热到100℃以上，然后才开始进入碳化处理阶段。因此，存在木材干燥过程中热量浪费多、碳化过程中热量消耗大的缺点。

发明要解决的技术问题是：提供一种湿木材直接碳化的方法，采用该方法可以对绝对含水率超过12%的湿木材直接进行碳化处理，碳化过程中木材不会发生扭曲变形、开裂现象，木材碳化均匀度好，较木材干燥、碳化独立处理方式相比节能效果好，处理时间短，设备利用率高。

发明内容

解决技术问题所采取的技术方案：一种湿木材直接碳化的方法，包括：预热阶段、干燥阶段、调节阶段、干燥碳化过渡阶段、碳化阶段、降温阶段，在干燥阶段依据窑内木材实时绝对含水率的变化，将干燥阶段分为八个子阶段进行干燥，在各个子阶段采用不同的干燥温度：第一子阶段，木材含水率WMC＞50%时，干燥温度62℃；第二子阶段，木材含水率50%≥WMC＞40%时，干燥温度64℃；第三子阶段，木材含水率40%≥WMC＞30%时，干燥温度66℃；第四子阶段，木材含水率30%≥WMC＞25%时，干燥温度68℃；第五子阶段，木材含水率25%≥WMC＞20%时，干燥温度70℃；第六子阶段，木材含水率20%≥WMC＞17%时，干燥温度72℃；第七子阶段，木材含水率17%≥WMC＞14%时，干燥温度74℃；第八子阶段，木材含水率14%≥WMC＞11%时，干燥温度76℃。

作为本发明的改进：在干燥阶段的各子阶段初期对窑内作抽真空处理，第一子阶段至第三子阶段抽真空至30 Kpa，第四子阶段至第八子阶段抽真空至25 Kpa。

作为本发明的进一步改进：所述窑内木材实时绝对含水率是按照以下方法获得的：

1）在入窑前测量木材的绝对含水率WMC，称量入窑前湿木材的重量G_S，计算入窑木材的绝干重量G_g0；

2）称量装入木材后的窑体重量G_y0；

3）在干燥过程中称量当前窑体的重量G_yd；

4）计算木材实时含水率WMC_d

G_g0= G_S /(100%+WMC)

WMC_d=[ G_S - G_g0-（G_y0 -G_yd）]/ G_g0

作为本发明的再进一步改进：所述调节阶段温度80℃，压力100 Kpa，时间不少于10小时。

作为本发明的优选：所述干燥碳化过渡阶段分两步进行，第一步，将木材升温至100℃，升温速度为10—20℃/小时；第二步，将木材升温至130℃，升温速度为5℃/小时。

作为本发明的最佳方案：碳化阶段将木材从150℃加热至190℃，升温的速度为20℃/小时。

有益效果：本发明的湿木材直接碳化方法，由于采用了在干燥阶段依据窑内木材实时含水率的变化，将干燥阶段分为八个子阶段进行干燥，在各个子阶段采用不同的干燥温度，使得木材在干燥的过程中水份能均匀的排出，在整个干燥过程中木材内外含水率一致，木材内部含水率差小于0.5%，木材在干缩过程中不会发生扭曲、节理发育及细小的开裂现象，并且在低温干燥后设置了调节阶段，消除干燥过程给木材内部带来的应力变化，因此，本发明克服了现有技术中直接将湿材干燥碳化时容易造成木材变形、开裂，必须要将干燥和碳化分开独立处理的弊端，实现了湿木材直接碳化；本发明的湿木材直接碳化方法可以直接对含水率大于12%的湿木材进行碳化处理，碳化过程中木材不会发生扭曲变形、开裂现象，木材碳化均匀度好；由于采用了在一个设备内将干燥与碳化连续进行，省略了干燥降温和碳化升温过程，不但节约了能源的消耗，而且也缩短了木材在窑内停留的时间，提高了设备的利用率；由于在干燥阶段采用了间歇式抽真空处理，并合理地限定了在不同含水率阶段窑内的抽真空的压力，使得以较低的温度就能使木材中的水份蒸发出来，且木材内部纤维的通透性更好，利于碳化过程中产生的挥发烟气从木材内排出，提高了木材碳化的质量；由于采用了称重法实时精确计算窑内木材的含水率，使计算出的木材含水率较电测法精度大幅度提高，再配合本发明在各含水率阶段所采用的特定干燥温度，使得木材干燥过程中干燥温度对含水率的针对性更强，因此，经干燥处理后的木材在顺纹方向、横纹径向及弦向干缩均匀，内部不会产生裂纹，进一步保证了木材在碳化过程中不变形、不开裂；由于合理地限定了调节阶段的温度、压力和时间，最大限度地消除干燥过程使木材内部产生的应力，并且使木材内外的含水率更均匀一致，使得碳化后的木材质量更好；由于采用了所述干燥碳化过渡阶段分两步进行的技术特征，进一步防止木材在较大的温差变化时发生开裂；由于合理地限定了碳化阶段的温度和升温速度，使得采用本方法碳化出的木材碳化程度更均匀、木材颜色更好。

具体实施方式

下面对本发明的湿木材直接碳化方法作进一步的详细说明。

在待碳化的湿木材上取样，测算木材的绝对含水率WMC，称量入窑前木材的重量G_S，计算入窑木材的绝干重量G_g0， G_g0= G_S/(100%+WMC)。

将湿木材装入真空干燥碳化窑，称量装入木材后的窑体重量G_y0，采用热介质对木材进行热处理，所述热介质为热风或热蒸汽。

整个热处理过程分为：预热阶段、干燥阶段、调节阶段、干燥碳化过渡阶段、碳化阶段、降温阶段。

预热阶段

以20℃/小时的升温速度，将窑内木材加热到60℃，完成预热。

干燥阶段

在干燥阶段依据窑内木材实时含水率的变化，将干燥阶段分为八个子阶段进行干燥，在各个子阶段采用不同的干燥温度：第一子阶段，木材含水率WMC＞50%时，干燥温度62℃；第二子阶段，木材含水率50%≥WMC＞40%时，干燥温度64℃；第三子阶段，木材含水率40%≥WMC＞30%时，干燥温度66℃；第四子阶段，木材含水率30%≥WMC＞25%时，干燥温度68℃；第五子阶段，木材含水率25%≥WMC＞20%时，干燥温度70℃；第六子阶段，木材含水率20%≥WMC＞17%时，干燥温度72℃；第七子阶段，木材含水率17%≥WMC＞14%时，干燥温度74℃；第八子阶段，木材含水率14%≥WMC＞11%时，干燥温度76℃。当木材含水率小于11%时，干燥阶段结束。

在干燥阶段实时称量干燥过程中当前窑体的重量G_yd，计算木材实时含水率WMC_d，WMC_d=[ G_S - G_g0-（G_y0 -G_yd）]/ G_g0。

在干燥阶段采用间歇式抽真空处理，在干燥阶段的各子阶段对窑内作抽真空处理，第一子阶段至第三子阶段抽真空至30 Kpa，第四子阶段至第八子阶段抽真空至25 Kpa。

调节阶段

将窑温调整至80℃，窑内压力100 Kpa，使木材此状态下保持时间不少于10小时。

干燥碳化过渡阶段

所述干燥碳化过渡阶段分两步进行，第一步，将木材升温至100℃，升温速度为10—20℃/小时；第二步，将木材升温至130℃，升温速度为5℃/小时。

碳化阶段

向窑内通饱和水蒸汽，碳化阶段在水蒸汽的保护下将木材从130℃加热至190℃，升温的速度为20℃/小时，并根据用户对碳化深度的要求，确定加热至190℃后持续加热的时间，碳化结束。

降温阶段

停止加热，使窑内木材冷却，待窑温降至40℃时，打开窑门，将碳化后的木材取出，整个湿木材直接碳化过程结束。

Claims

1.一种湿木材直接碳化的方法，其特征是：所述湿木材直接碳化的方法包括：预热阶段、干燥阶段、调节阶段、干燥碳化过渡阶段、碳化阶段、降温阶段，在干燥阶段依据窑内木材实时绝对含水率的变化，将干燥阶段分为八个子阶段进行干燥，在各个子阶段采用不同的干燥温度：第一子阶段，木材含水率WMC＞50%时，干燥温度62℃；第二子阶段，木材含水率50%≥WMC＞40%时，干燥温度64℃；第三子阶段，木材含水率40%≥WMC＞30%时，干燥温度66℃；第四子阶段，木材含水率30%≥WMC＞25%时，干燥温度68℃；第五子阶段，木材含水率25%≥WMC＞20%时，干燥温度70℃；第六子阶段，木材含水率20%≥WMC＞17%时，干燥温度72℃；第七子阶段，木材含水率17%≥WMC＞14%时，干燥温度74℃；第八子阶段，木材含水率14%≥WMC＞11%时，干燥温度76℃。

2.根据权利要求1所述的湿木材直接碳化的方法，其特征是：在干燥阶段的各子阶段初期对窑内作抽真空处理，第一子阶段至第三子阶段抽真空至30 Kpa，第四子阶段至第八子阶段抽真空至25 Kpa。

3.根据权利要求1或2所述的湿木材直接碳化的方法，其特征是：所述窑内木材实时绝对含水率是按照以下方法获得的：

2）称量装入木材后的窑体重量G_y0；

3）在干燥过程中称量当前窑体的重量G_yd；

4）计算木材实时含水率WMC_d

G_g0= G_S /(100%+WMC)

WMC_d=[ G_S - G_g0-（G_y0 -G_yd）]/ G_g0。

4.根据权利要求3所述的湿木材直接碳化的方法，其特征是：所述调节阶段温度80℃，压力100 Kpa，时间不少于10小时。

5.根据权利要求4所述的湿木材直接碳化的方法，其特征是：所述干燥碳化过渡阶段分两步进行，第一步，将木材升温至100℃，升温速度为10—20℃/小时；第二步，将木材升温至130℃，升温速度为5℃/小时。

6.根据权利要求5所述的湿木材直接碳化的方法，其特征是：碳化阶段将木材从150℃加热至190℃，升温的速度为20℃/小时。