CN106498563B - 一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，加热工作温度在2400～3000℃。包括石墨发热体、铜电极、感应线圈、感应线圈电极、保温材料、炉壳和测温孔。整个炉体为卧式结构，石墨发热体由三段等长的等静压石墨管通过螺纹连接组成，在石墨发热体的两端安装有水冷式铜电极，在石墨发热体中间段外面布置有与外部变频感应电源连接的电磁感应线圈，石墨发热体及感应线圈与炉壳之间填充保温材料，炉壳上预留有测温孔。本发明将电磁感应加热引入到传统的电阻式加热中，不仅可以大幅度的缩短加热时间，同时还可以有选择的分段调控温区，实现降低能耗的同时增加其功能；实现易损石墨发热体的更换，显著降低运行成本，实现工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于炭纤维连续长丝高温石墨化处理设备领域，具体涉及一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，用于高模量炭纤维连续长丝制备中的关键工序炭纤维的石墨化处理。
背景技术
所谓的高模量炭纤维是指经过2000～3000℃高温石墨化处理的炭纤维，因其具有优异的刚性及尺寸稳定性等特质，特别适用于昼夜温差大的太空环境，用它作为增强体可以制备出热膨胀系数为零的各种结构型和功能型复合材料，已成为解决外层空间结构及功能复合材料不可或缺的关键增强体。
而高模量炭纤维的制备离不开连续式的超高温石墨化装备，目前我国自主研制的超高温石墨化炉主要分为：电磁感应加热石墨化炉和电阻式加热石墨化炉。中国实用新型专利CN201770483U公开了中频感应加热式超高温石墨化炉，但是其为立式结构，间歇式石墨化操作，不能实现炭纤维的连续石墨化处理；中国实用新型专利CN201497336U公开了卧式连续高温石墨化炉，其采用卧式结构，感应式加热形式，进料口设有推舟结构，主要用于碳粉及石墨粉的连续石墨化处理，并不适用于炭纤维连续长丝的石墨化处理。
由此可见，目前我国自主研制的超高温石墨化炉尚不能完全满足制备高模量炭纤维连续长丝的要求，已严重制约了我国高模量炭纤维的国产化及产业化制备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉。该设备的特点是将电磁感应加热引入到传统的电阻式加热中，不仅可以大幅度的缩短加热时间，同时还可以有选择的分段调控温区，实现降低能耗的同时增加其功能；三段式螺纹连接结构易于实现易损石墨发热体的更换，显著降低运行成本，实现工业化应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，包括石墨发热体、铜电极、感应线圈、感应线圈电极、保温材料、炉壳和测温孔。其特征在于，整个炉体为卧式结构，石墨发热体由三段等长的等静压石墨管通过螺纹连接组成，在石墨发热体的两端安装有水冷式铜电极，在石墨发热体中间段外面布置有与外部变频感应电源连接的电磁感应线圈，石墨发热体及感应线圈与炉壳之间填充保温材料，炉壳上预留有测温孔。
所述石墨发热体由三段等长的等静压石墨管通过螺纹连接，中间段为工作温区，温度可达3000℃，前后两段为辅助温区，温度可达2600℃，每段长度不少于300mm。
所述铜电极用于给石墨发热体本身通电流。
所述感应线圈电极用于给感应线圈通电流。
所述保温材料为经过2300℃石墨化处理的PAN基炭纤维毡体。
所述测温孔是通过预埋在保温层中的石墨通管与石墨发热体连通。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、将电磁感应加热引入到传统的电阻式加热中，不仅可以大幅度的缩短加热时间，同时还可以有选择的分段调控温区，实现降低能耗的同时增加其功能；
2、石墨发热体采用三段式螺纹连接结构易于实现易损件的更换，显著降低运行成本，实现工业化应用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉。
附图标记说明:
具体实施方式
实施例1
一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，包括石墨发热体4、铜电极7、感应线圈3、感应线圈电极6、保温材料5、炉壳1和测温孔2。整个炉体为卧式结构，石墨发热体4由三段等长的等静压石墨管通过螺纹连接组成，在石墨发热体4的两端安装有水冷式铜电极7，在石墨发热体中间段外面布置有与外部变频感应电源连接的电磁感应线圈，石墨发热体及感应线圈与炉壳之间填充保温材料5，炉壳1上预留有测温孔2。
所述石墨发热体4由三段等长的等静压石墨管通过螺纹连接，中间段为工作温区，温度可达3000℃，前后两段为辅助温区，温度可达2600℃，每段长度不少于300mm。铜电极7用于给石墨发热体本身通电流。感应线圈电极6用于给感应线圈3通电流。
下面介绍使用的具体步骤：
步骤1：首先用高纯氩气对石墨发热体及保温层中的空气进行置换，待炉内各位置氧含量≤5ppm，露点≤-40℃时，开始给电升温；
步骤2：采用电阻直接加热的形式，以5℃/min的加热速率把石墨发热体整体加热到2400℃，然后启动电磁感应加热，把中间段的工作温区加热到2600℃，然后保温；
步骤3：将炭纤维以2m/min的速度从石墨化炉的左端进入石墨马弗炉膛，先经过第一温区的2400℃处理，再经过中间温区的2600℃处理，最后再经过第三温区的2400℃处理，处理后的炭纤维从右端炉口离开，进入下一道处理工序，以此工艺制备的炭纤维模量可以高达600GPa以上，连续运行寿命可达3月以上。
实施例2
本实施例为本发明的一个具体实施方式，具体为以下步骤：
将实施例1中步骤2中把石墨发热体的温度整体加热到2600℃；然后启动电磁感应加热，把中间段的工作温区加热到2800℃，然后保温；以此工艺制备的炭纤维模量可以高达800GPa以上，连续运行寿命可达1月以上。当石墨化炉发热体损坏以后，仅需替换三段马弗中损坏的部分，然后可以重新启用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，其特征在于：包括石墨发热体(4)、铜电极(7)、感应线圈(3)、感应线圈电极(6)、保温材料(5)、炉壳(1)和测温孔(2)，整个炉体为卧式结构，石墨发热体(4)由三段等长的等静压石墨管通过螺纹连接组成，在石墨发热体(4)的两端安装有水冷式铜电极(7)，在石墨发热体(4)中间段外面布置有与外部变频感应电源连接的电磁感应线圈(3)，石墨发热体(4)及感应线圈(3)与炉壳(1)之间填充保温材料(5)，炉壳(1)上预留有测温孔(2)。
2.根据权利要求1所述的一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，其特征在于：所述石墨发热体(4)的中间段为工作温区，温度可达3000℃，前后两段为辅助温区，温度可达2600℃，每段长度不少于300mm。
3.根据权利要求1所述的一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，其特征在于：所述铜电极(7)用于给石墨发热体(4)本身通电流。
4.根据权利要求1所述的一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，其特征在于：所述感应线圈电极(6)用于给感应线圈(3)通电流。
5.根据权利要求1所述的一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，其特征在于：所述保温材料(5)为经过2300℃石墨化处理的PAN基炭纤维毡体。
6.根据权利要求1所述的一种感应辅助电阻式连续超高温石墨化炉，其特征在于：所述测温孔(2)是通过预埋在保温层中的石墨通管与石墨发热体(4)连通。
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