CN105347833A - 一种连续式碳化、石墨化设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种连续式碳化、石墨化设备，包括依次设置且相互连通的碳化机构、石墨化机构、保温机构与第一冷却机构，以及用于向所述碳化机构供给碳毡原料的放卷机构，用于收卷所述第一冷却机构输出的成品碳毡且为碳毡的移动提供动力的收卷机构，在所述碳化机构上设置有第一密封件，在所述冷却机构上设置有第二密封件，所述第一密封件与所述第二密封件配合，以使得所述碳化机构、所述石墨化机构、所述保温机构与所述第一冷却机构呈密闭腔体。本申请提供的连续式碳化、石墨化设备，能够实现碳毡的连续生产，生产效率高。

Description

一种连续式碳化、石墨化设备

技术领域

本申请涉及碳毡加工设备技术领域，特别是涉及一种连续式碳化、石墨化设备。

背景技术

碳毡是碳纤维毡的简称，其作为一种优秀的隔热材料现已广泛应用于热工装备中，如真空炉、晶体生长炉等。由于碳纤维毡中存在着90％为空隙，在真空或惰性气氛中的隔热保温性能能非常优越，特别是在超高温下性能稳定，由于它重量轻，比热容小，质地柔软，隔热效果好，作为隔热材料可大大节约能量，因此，受到广泛的青睐。

现有市场上的碳毡是经过碳化然后再经石墨化后的碳毡，其生产主要是先将碳毡进行歇式碳化炉中碳化，待其被加热到一定温度后保温一段时间，然后将间歇式碳化炉停止加热并冷却至室温，形成碳化后的碳毡，然后将碳化后的碳毡放入间歇式石墨化炉中加热，待其被加热到一定温度后保温一段时间，然后将间歇式石墨化炉停止加热并冷却至室温，之后将已石墨化后的成品碳毡取出以完成单次加工操作，而后再重新装料并重复上述工艺步骤。然而，虽然该种加工过程能够满足基本的生产需要，但由于其单次加工的碳毡规格有限，加工效率较低，且加工质量也不够稳定，同时加工过程中加热设备需要不断进行升温降温操作，能源消耗较大，给相关的工艺加工操作造成了诸多不便。

因此，在现有技术的基础上，一种高效率的碳化、石墨化设备，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种连续式碳化、石墨化设备，能够连续进行碳毡的生产，生产效率高。

本发明提供的技术方案如下：

一种连续式碳化、石墨化设备，包括依次设置且相互连通的碳化机构、石墨化机构、保温机构与第一冷却机构，以及用于向所述碳化机构供给碳毡原料的放卷机构，用于收卷所述第一冷却机构输出的成品碳毡且为碳毡的移动提供动力的收卷机构，在所述碳化机构上设置有第一密封件，在所述冷却机构上设置有第二密封件，所述第一密封件与所述第二密封件配合，以使得所述碳化机构、所述石墨化机构、所述保温机构与所述第一冷却机构呈密闭腔体。

优选地，在所述碳化机构上设置有用于对碳毡进行输送的网带输送机构。

优选地，所述碳化机构包括第一碳化机构与第二碳化机构，所述第一碳化机构靠所述放卷机构设置，所述第二碳化机构靠所述石墨化机构设置，所述网带输送机构设置在所述第一碳化机构上。

优选地，所述网带输送机构包括主动轮、从动轮与网带，所述主动轮与所述从动轮均安装在所述第一碳化机构上，所述网带套设在所述主动轮与所述从动轮上且能够在所述第一碳化机构内移动。

优选地，在所述第一碳化机构上设置有用于对从所述第一碳化机构内输出的网带进行冷却的第二冷却机构。

优选地，所述第二冷却机构包括第二内壳体与第二外壳体，所述第二内壳体内形成第二冷却腔，所述第二冷却腔与所述第一碳化机构内部连通，所述网带置于所述第二冷却腔内，且在所述第二冷却腔内移动，所述第二内壳体与所述第二外壳体形成用于储存冷却剂的第二冷却剂储存腔，在所述第二冷却机构上所述网带的出口处设置有第三密封件。

优选地，在所述碳化机构、所述石墨化机构、所述保温机构与所述第一冷却机构的内部均设置有托辊，所述托辊的轴线垂直于碳毡输送方向。

优选地，所述托辊为石墨材质。

优选地，在所述碳化机构与所述石墨化机构内均包括内衬与至少一件加热件，所述加热件包括固定在所述内衬上的一对水冷电极，在所述水冷电极上设置有石墨加热棒，所述石墨加热棒的两端分别与两水冷电极连接。

优选地，在内衬与加热件的表面均设置有抗氧化层。

优选地，所述收卷机构包括支架，安装在所述支架上且相接触的两辊轮，以及用于驱动所述辊轮转动的电机，所述第一冷却机构输出的碳毡置于两辊轮之间且同时与辊轮接触。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的石墨化设备，包括依次设置且相互连通的碳化机构、石墨化机构、保温机构与第一冷却机构，以及用于向碳化机构供给碳毡原料的放卷机构，用于收卷第一冷却机构输出的成品碳毡且为碳毡的移动提供动力的收卷机构，在碳化机构上设置有第一密封件，在冷却机构上设置有第二密封件，第一密封件与第二密封件配合，以使得碳化机构、石墨化机构、保温机构与第一冷却机构呈密闭腔体。在上述结构下，在当碳毡原料在收卷机构的牵引下由放卷机构进入碳化机构进行碳化处理，经过碳化处理的碳毡进入石墨化机构内进行石墨化处理，完成后再进入保温机构内进行保温，最后经过第一冷却机构的冷却，由收卷机构将石墨化后的碳毡进行收卷，完成碳毡生产的整个过程。由上述可知，碳毡石生产的整个过程均在移动中完成，因此，与现有技术相比较，能够连续进行碳毡的生产，大大提高了碳毡生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的连续式碳化、石墨化设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中第一碳机构的结构示意图；

图3为本发明实施例中石墨化机构的截面结构示意图；

图4为本发明实施例中第一冷却机构的结构示意图；

图5为本发明实施例中收卷机构的一种结构示意图；

图6为本发明实施例中收卷机构的另一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请如图1至图6所示，本发明实施例提供一种连续式碳化、石墨化设备，包括依次设置且相互连通的碳化机构1、石墨化机构2、保温机构3与第一冷却机构41，以及用于向碳化机构1供给碳毡原料的放卷机构5，用于收卷第一冷却机构41输出的成品碳毡且为碳毡的移动提供动力的收卷机构6，在碳化机构1上设置有第一密封件71，在第一冷却机构41上设置有第二密封件72，第一密封件71与第二密封件72配合，以使得碳化机构1、石墨化机构2、保温机构3与第一冷却机构41呈密闭腔体。

现有碳毡的生产中，将碳毡原料放入间歇式碳化炉中加热，待其被加热到一定温度后保温一段时间，然后将间歇式碳化炉停止加热并冷却至室温，之后将已碳化后的成品碳毡取出以完成单次加工操作，而后再将碳化后的碳毡放入间歇式石墨化炉中加热，待其被加热到一定温度后保温一段时间，然后将间歇式石墨化炉停止加热并冷却至室温，之后将已石墨化后的成品碳毡取出以完成单次加工操作，而后再重新装料并重复上述工艺步骤。然而，虽然该种加工过程能够满足基本的生产需要，但由于其单次加工的碳纤维毡规格有限，加工效率较低，且加工质量也不够稳定，同时加工过程中加热设备需要不断进行升温降温操作，能源消耗较大，给相关的工艺加工操作造成了诸多不便。

而采用本发明实施例所提供的连续式碳化、石墨化设备来实现碳毡的生产，当碳毡原料在收卷机构6的牵引下由放卷机构5进入碳化机构1进行碳化处理，经过碳化处理的碳毡进入石墨化机构2内进行石墨化处理，完成后再进入保温机构3内进行保温，最后经过第一冷却机构41的冷却，由收卷机构6将石墨化后的碳毡进行收卷，完成碳毡生产的整个过程。由上述可知，碳毡生产的整个过程均在移动中完成，因此，与现有技术相比较，能够连续进行碳毡的生产，大大提高了碳毡生产效率。

运用上述设备在碳毡碳化的过程中，碳毡在运行中需承受一定的拉力。碳毡在碳化处理的前期，即初始碳化时，由于热分解反应剧烈，碳纤维的强度会降低，碳纤维在拉力的作用下容易断裂，对碳毡的碳化过程及最终产品性能均产生了不利影响。

为了解决上述问题，本发明实施例中，在碳化机构1上设置有用于对碳毡进行输送的网带输送机构8。

网带输送机构8能够在碳毡初始碳化的过程中输送碳毡，有效避免碳纤维受牵引力的拉扯而断裂。因此，与现有技术相比较，网带输送机构8能够在初始碳化的过程中输送碳毡，有效避免碳纤维因牵引力作用断裂，提高了碳毡产品的性能。

其中，碳化机构1包括第一碳化机构11与第二碳化机构12，第一碳化机构11靠放卷机构5设置，第二碳化机构12靠石墨化机构2设置，网带输送机构8设置在第一碳化机构11上。第一碳化机构11的设置用于完成碳毡的初始碳化，第二碳化机构12用于完成碳毡的最终碳化。第一碳化机构11的设置将碳毡的初始碳化与最终碳化分开，使得碳毡的碳化过程得到较好的控制。

请如图2所示，本发明实施例中的网带输送机构8包括主动轮81、从动轮82与网带83，主动轮81与从动轮82均安装在第一碳化机构11上，网带83套设在主动轮81与从动轮82上。主动轮81带动从动轮82转动，使得套设在主动轮81与从动轮82上的网带83移动，当碳毡在收卷机构5的牵引力的作用下进入第一碳化机构11内后，网带83带动碳毡移动，避免了碳毡仅受牵引力所造成的碳纤维的断裂。

作为一种优选，网带输送机构8还包括压轮85，压轮85的设置使得网带83在主动轮81与从动轮82上始终保持拉紧状态。

本发明实施例中的网带输送机构8还包括设置在第一碳化机构11上的第二冷却机构42，第二冷却机构42用于对从第一碳化机构11输出的网带83进行冷却。由于网带83对进入第一碳化机构11内的碳毡进行输送，因此，网带83在第一碳化机构11内会被加热，又由于第一碳化机构11被密封，内充如氮气这类的惰性气体，因此，网带83从第一碳化机构11内出来后与空气接触容易被氧化。第二冷却机构42的设置，使得网带83在从第一碳化机构11出来后被冷却，能够有效避免网带83被氧化。

其中，第二冷却机构42优选包括，第二内壳体421与第二外壳体422，第二内壳体421内形成第二冷却腔423，第二冷却腔423与第一碳化机构11连通，网带83置于第二冷却腔423内，且在第二冷却腔423内移动，第二内壳体421与第二外壳体422形成用于储存冷却剂的第二冷却剂储存腔424。其中，冷却剂优选采用冷却液，冷却液可流动，保证了第二冷却机构42对从第一碳化机构11出来的网带持续的冷却。

在第二冷却机构42上，网带83的出口处设置有第三密封件73，第三密封件73、第二密封件72与第一密封件71配合，使得第一碳化机构11、第二碳化机构12、石墨化机构2、保温机构3、第一冷却机构41内部与第二冷却腔423呈密闭腔体。

本发明实施例中，在碳化机构1、石墨化机构2、保温机构3与第一冷却机构41的内部均设置有托辊9，托辊9的轴线垂直于碳毡输送方向。碳毡在生产过程中，其移动的动力来自于收卷机构6所提供的牵引力，托辊9的设置，使得碳毡在移动的过程中更加容易，降低了收卷机构6的负荷。

碳毡的石墨化需要的温度非常高，一般为1800℃以上，因此，本发明实施例中的托辊优选采用石墨材质。

本发明实施例中，在碳化机构1、石墨化机构2与保温机构3内包括内衬21与至少一件加热件(图中未标出)，加热件包括固定在内衬21上的一对水冷电极22，水冷电极22与加热源连接，在水冷电极22上设置有石墨加热件23，石墨加热件23的两端分别与两水冷电极22连接。

碳化机构1、石墨化机构2与保温机构3还包括壳体，其中，壳体为采用型钢与钢板焊接成的密封结构，能够有效防止热量泄漏，保证石墨化机构的安全性，降低能源消耗。

本发明实施例中，在石墨化机构的壳体上设置有进气管，进气管与保护气源连接，用于向石墨化机构内通入保护气体。其中，进气管均匀设置在壳体上，保护气体可以吹扫残余在内衬夹层内的空气，并在工作时保证石墨化机构内形成微正压，保护加热体。

本发明实施例中，在壳体上还设置有维修口，在壳体上设置有用于关闭维修口的盖体，在盖体的底部设置有盖体保温层。盖体与维修口的设置，便于石墨化机构内部的清理和维修。

其中，盖体保温层与内衬21均由陶瓷纤维板、莫来石纤维板、石墨硬毡板等组合而成的复合式结构，通过由碳/碳复合材料制成的螺栓连接成整体。既能最大限度抵抗石墨化机构内残余氧气的侵袭，又能承受炉内1800℃以上的高温。

本发明实施例中，在内衬21与盖体保温层靠石墨化机构内的一侧设置有抗氧化层。在加热体表面也设置有抗氧化层。其中，抗氧化层优选采用氮化硼抗氧化涂层。抗氧化层的设置，提高了加热体、内衬与盖体保温层的抗氧化能力，提高了加热体的使用寿命。

在壳体上还设置有红外观察口，便于实时观察加热腔内情况。

现有碳毡石墨化热加的加热体的电极从炉体两侧引出，由于炉内存在大量碳纤维丝，碳纤维丝的导电性能好，运行一段时间后碳纤维丝沉积在两侧的电极接头处，造成电极处引弧打火现象。而且，石墨加热件采用多点支撑的方式固定在炉膛内部，两侧及顶部均设置有支撑点，其空间自由度大部分或全部被约束。设备升温或降温过程中，石墨加热件的热膨冷缩量被约束，就会在加热件内部会产生大的热应力，容易造成加热器变形，严重时甚至可能造成加热体损坏，大大降低了加热件的使用寿命，甚至可能引发安全事故。另外出于安全考虑，需定期更换变形或损坏的加热件，也增加了生产成本。

本发明实施例中的加热件，水冷电极22竖直放置，碳纤维丝无法在水冷电极22表面堆积，避免高导电性碳纤维丝长期堆积引起的引弧打火现象，延长了电极的使用寿命，保证了设备运行的安全性；且由于石墨加热件23悬空吊挂于内衬中的加热腔内，整个石墨加热件23仅在与水冷电极22连接处被固定住，其余方向均不受约束，能很好的吸收石墨加热件23在加热或冷却过程中由热胀冷缩效应而形成的伸缩量，不会在石墨加热件23内部产生大的热应力而造成石墨加热件23变形或损坏，影响设备运行、引发安全事故。

本发明实施例中的收卷机构6的结构请如图6所示，包括支架61，安装在支架61上且能够在支架上转动的卷筒64，卷筒64用于收卷冷却机构4输出的碳毡101，在支架61上还安装有用于驱动卷筒64转动的电机63。

其中，电机驱动卷筒64转动具体为，在电机63上设置有收卷主动轮65，在支架61上竖直错位设置有两收卷从动轮66，在收卷主动轮65与收卷从动轮66上套设有传动带67，以使得传动带67与卷筒64接触且能够带动卷筒64转动。

其中，收卷主动轮65与收卷从动轮66均为传动链轮，在卷筒64上设置有收卷链轮68，传动带67为链条，链条套设在传动链轮上且与收卷链轮接触。

电机63的运行使得收卷主动轮65转动，从而带动收卷从动轮66转动，由于两收卷从动轮66在支架61上竖直错位设置，且收卷主动轮65与收卷从动轮66上套设有传动带67，且与收卷链轮接触，使得收卷链轮呈压迫，传动带67在移动的过程中带动收卷链轮转动，从而带动卷筒64转动，实现对冷却机构4输送出的成品碳毡的收卷。

请如图5所示，图5为本发明实施例中收卷机构6的另一种实施方式的结构示意图。包括支架61，安装在支架61上且相接触的两辊轮62，以及用于驱动辊轮62转动的电机63，冷却机构4输出的碳毡置于两辊轮62之间且同时与辊轮62接触。收卷机构6所提供的牵引力为两接触的辊轮62与碳毡101之间的摩擦力。

请如图4所示，图4为本发明实施例中第一冷却机构的结构示意图。第一冷却机构41包括内壳体411与外壳体412，在内壳体411内设置有冷却腔体413，托辊9设置在冷却腔体413内，内壳体411与外壳体412之间形成用于放置冷却剂的冷却剂储存腔414。

本发明实施例提供的石墨化设备还包括工作台10，碳化机构1、石墨化机构2、保温机构3与第一冷却机构41均设置在工作台10上。当然，还可以在工作台底部设置行走部件。行走部件优选采用行走轮。

放卷机构5包括支撑架51，在支撑架51上设置有用于放置碳毡原料的放置槽。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，包括依次设置且相互连通的碳化机构(1)、石墨化机构(2)、保温机构(3)与第一冷却机构(41)，以及用于向所述碳化机构(1)供给碳毡原料的放卷机构(5)，用于收卷所述第一冷却机构(41)输出的成品碳毡且为碳毡的移动提供动力的收卷机构(6)，在所述碳化机构(1)上设置有第一密封件(71)，在所述第一冷却机构(41)上设置有第二密封件(72)，所述第一密封件(71)与所述第二密封件(72)配合，以使得所述碳化机构(1)、所述石墨化机构(2)、所述保温机构(3)与所述第一冷却机构(41)呈密闭腔体。

2.根据权利要求1所述的连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，在所述碳化机构(1)上设置有用于对碳毡进行输送的网带输送机构(8)。

3.根据权利要求2所述的连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，所述碳化机构(1)包括第一碳化机构(11)与第二碳化机构(12)，所述第一碳化机构(11)靠所述放卷机构(5)设置，所述第二碳化机构(12)靠所述石墨化机构(2)设置，所述网带输送机构(8)设置在所述第一碳化机构(11)上。

4.根据权利要求3所述的连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，所述网带输送机构(8)包括主动轮(81)、从动轮(82)与网带(83)，所述主动轮(81)与所述从动轮(82)均安装在所述第一碳化机构(11)上，所述网带(83)套设在所述主动轮(81)与所述从动轮(82)上且能够在所述第一碳化机构(11)内移动。

5.根据权利要求4所述的连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，在所述第一碳化机构(11)上设置有用于对从所述第一碳化机构(11)内输出的网带(83)进行冷却的第二冷却机构(42)。

6.根据权利要求5所述的连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，所述第二冷却机构(42)包括第二内壳体(421)与第二外壳体(422)，所述第二内壳体(422)内形成第二冷却腔(423)，所述第二冷却腔(423)与所述第一碳化机构(11)内部连通，所述网带(83)置于所述第二冷却腔(423)内，且在所述第二冷却腔(423)内移动，所述第二内壳体(421)与所述第二外壳体(422)形成用于储存冷却剂的第二冷却剂储存腔(424)，在所述第二冷却机构(42)上所述网带(83)的出口处设置有第三密封件(73)。

7.根据权利要求1所述的连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，在所述碳化机构(1)、所述石墨化机构(2)、所述保温机构(3)与所述第一冷却机构(41)的内部均设置有托辊(9)，所述托辊(9)的轴线垂直于碳毡输送方向。

8.根据权利要求7所述的连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，所述托辊(9)为石墨材质。

9.根据权利要求1所述的连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，在所述碳化机构(1)、所述石墨化机构(2)与所述保温机构(3)内均包括内衬(21)与至少一件加热件，所述加热件包括固定在所述内衬(21)上的一对水冷电极(22)，在所述水冷电极(22)上设置有石墨加热件(23)，所述石墨加热件(23)的两端分别与两水冷电极(22)连接。

10.根据权利要求9所述的连续式碳化、石墨化设备，其特征在于，在所述内衬(21)与所述加热件的表面均设置有抗氧化层。