CN115108837B - 一种纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺 - Google Patents

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Abstract

提供了一种纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺，它使用不锈钢或普通碳钢材质围成的炉体，炉体空间内包括各自独立密封且依次相连接的进料区(1)、高温裂解区(2)、辐射冷却区(3)、风冷区(4)和出料区(5)；还包括进气系统(7)和传动系统(9)；进气系统(7)分别与各区间相连通；传动系统(9)设置在各区间底部共同水平面上，传动系统(9)通过辊轴转动使物料依次进出各区间；裂解工艺为传动系统(9)将不同批次的物料依次送入炉体的不同区间内，分别依次进行裂解准备、高温裂解、辐射冷却、风冷降温和出料的处理，显著提升了裂解效率，节省了处理能耗。

Description

一种纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺
技术领域
本发明总体地属于陶瓷基复合材料制造技术领域，尤其涉及一种纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺。
背景技术
连续纤维增强/增韧陶瓷基复合材料能够解决单相陶瓷的脆性，具备较高的任性和抗冲击能力，同时兼具了陶瓷耐高温、耐磨和抗氧化等优势。
先驱体浸渍-裂解工艺(Polymer infiltration and pyrolysis，简称PIP工艺)是目前制备纤维增强陶瓷基复合材料的主要工艺之一。该工艺过程为：1)将纤维预制体放置于密封容器，抽真空；2)注入溶液或液态先驱体；3)浸渍一段时间，先驱体通过毛细管力渗入预制体；4)打开密封容器，取出已浸渍预制体晾干、交联固化；5)将预制体转移至保护气体保护的高温炉升温至制定温度裂解；6)裂解结束后随炉冷却，取出产品；6)重复浸渍-交联-裂解工序指导获得致密的复合材料。
目前高温裂解设备承担了升温裂解和冷却降温两个功能，需要缓慢升温至1000℃以上(如产品多热沉大升温速率更慢)，完成高温裂解后自然冷却降温，由于有保温毡的保温作用降温过程非常缓慢，一般需要2-3天，如果设备尺寸大或者装载产品多则降温时间更长。在这个升降温过程中存在如下不足：1)升降温过程导致能量损耗大，特别是降温后再次装载产品还需要重新升温，导致能源浪费；2)产品在裂解炉中原位冷却降温速率极慢导致设备占用时间长、利用率低，导致产品的生产效率低、周期长，从而制造成本上升；3)设备利用率低，导致要生产相同的产品则需要建设更多台套的设备，导致生产用设备固定投资增加，变相提高了产品的制造成本。
虽然有部分裂解设备集成了低温段(约500℃)随炉风冷设备，但仍然需要随炉降温且高于500℃的高温段随炉自然降温效率仍然很低。如果能裂解炉分解成不同的空间，将高温裂解功能和冷却降温功能分区实现，在冷却降温区采用辅助措施提高冷却效率，将可以达到降低能耗、提高生产效率、缩短制造周期、降低制造成本的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺。
本发明的技术方案是，一种纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺，它使用一种适用于纤维增强陶瓷基复合材料制备的高温裂解装置，所述高温裂解装置为不锈钢或普通碳钢材质围成的炉体，炉体空间内包括各自独立密封且依次相连接的进料区、高温裂解区、辐射冷却区、风冷区和出料区；还包括进气系统和传动系统；所述进气系统分别与进料区、高温裂解区、风冷区和出料区相连通，用于向上述区间内输送气体；所述传动系统设置在进料区、高温裂解区、辐射冷却区、风冷区和出料区的底部共同水平面上，传动系统通过辊轴转动使物料依次进出进料区、高温裂解区、辐射冷却区、风冷区和出料区；快速裂解工艺包括以下步骤：打开进料区的进料门，将第一批坯料或带工装的工件通过传动系统装入进料区；然后传动系统将第一批坯料或带工装的工件送入打开进料门的高温裂解区，关闭高温裂解区的门后对第一批坯料或带工装的工件进行高温裂解，然后打开高温裂解区的门将第一批坯料或带工装的工件推入辐射冷却区进行辐射降温，再推入风冷区进行风冷降温，最后从出料区离开高温裂解装置；在第一批坯料或带工装的工件进入高温裂解区后进行裂解时，第二批坯料或带工装的工件进入进料区进行热解前准备；同样地，在第一批坯料或带工装的工件进入辐射冷却区后进行辐射降温时，第二批坯料或带工装的工件进入高温裂解区进行高温热解，第三批坯料或带工装的工件进入进料区进行热解前准备，以此类推，实现高温裂解装置每个分区内有正在依次处理的不同批次坯料或带工装的工件。
进一步的，上述适用于纤维增强陶瓷基复合材料制备的高温裂解装置包括真空系统和风冷系统；所述真空系统分别与进料区、辐射冷却区、风冷区和出料区相连，用于使各区处于真空状态；所述风冷系统与风冷区相连，用于风冷区的降温；所述进料区、高温裂解区、辐射冷却区、风冷区和出料区的底部，传动系统辊轴的上表面均设置有石墨料板；所述传动系统在高温裂解区底部为无动力驱动，在高温裂解区底部以外的区间为有动力驱动；所述动力驱动结构为电动铰链驱动结构；进料区底部的电动铰链驱动结构驱动辊轴的上表面的石墨料板将高温裂解区底部的石墨料板顶出驱动至辐射冷却区，实现传动系统在高温裂解区底部的无动力驱动；所述进料区包括设置在远离高温裂解区一侧的第一密封门、靠近高温裂解区一侧的第二密封门；物料在第一密封门打开时进入进料区，在第二密封门打开时离开进料区；所述高温裂解区中垂直物料运动方向的两侧设置有保温毡，保温毡打开时物料进出高温裂解区；所述高温裂解区中平行于物料运动方向的两侧和顶部从外向内依次设置有保温毡和石墨发热体；所述石墨发热体为镂空结构，石墨发热体包括发热节点和石墨电极，所述石墨发热节点与石墨电极相连并由石墨电极支撑；所述高温裂解区底部的传动系统辊轴下侧从内向外依次设置有石墨支撑板、石墨发热体和保温毡；所述石墨支撑板、石墨发热体和保温毡之间通过贯穿石墨发热体间隙的石墨支撑柱与炉体最外侧的内层连接固定；传动系统的辊轴在高温裂解区底部为石墨材质；所述高温裂解区、辐射冷却区、风冷区外侧的炉体为双层水冷结构；所述辐射冷却区的顶部、底部和平行于物料运动方向的两侧均设置有水冷片；所述水冷片材质为铜；所述辐射冷却区的顶部和平行于物料运动方向的两侧的水冷片带有伸缩装置，用于根据物料的尺寸调节水冷片与物料的距离；所述辐射冷却区底部的水冷片位于传动系统辊轴下侧，水冷片与传动系统辊轴下侧之间还设置有石墨支撑板，石墨支撑板通过石墨支撑柱与炉体最外侧的内层相连并固定；所述水冷片直接与炉体的双层水冷结构中的冷却水连通，起到给物料冷却降温的作用；传动系统的辊轴在辐射冷却区底部为石墨材质；所述风冷区底部的传动系统辊轴下侧设置有石墨支撑板；所述风冷区通过管道连接有风机；风冷区及其连接的管道和大功率风机构成密封循环体系；所述管道为双层水冷结构，且管道中配置水冷翅片、盘管增效冷却装置；辐射冷却区与风冷区之间、风冷区与出料区之间、出料区远离风冷区一侧分别设置有第三密封门、第四密封门和第五密封门；所述第二密封门、第三密封门为双层水冷结构，材质为不锈钢或普通碳钢；所述第一密封门、第四密封门和第五密封门为单层结构，材质为不锈钢或普通碳钢；所述进料区、风冷区和出料区底部的传动系统辊轴为金属材质；所述风冷区的个数≥2个，多个风冷区依次连接在辐射冷却区与出料区之间。
本发明的纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺，包括以下步骤：
S1、进料：初始状态为所有分区的门处于关闭状态，所有炉腔均为保护气氛保护状态；打开第一密封门，将第一批坯料或带工装的工件通过传动系统装入进料区，然后关闭第一密封门，对进料区抽真空后注入保护性气氛；
S2、高温裂解：打开第二密封门和与第二密封门相连接的保温毡，通过传动系统将第一批坯料或带工装的工件送入高温裂解区，后关闭第二密封门和与第二密封门相连接的保温毡，升温至设定温度，保温一段时间；在关闭第二密封门和与第二密封门相连接的保温毡关闭之后，进行步骤S1中打开第一密封门之后的操作，以将第二批坯料或带工装的工件装入进料区；
S3、辐射冷却：打开高温裂解区和辐射冷却区之间的保温毡，通过传动系统将第一批坯料或带工装的工件送入辐射冷却区，关闭打开的保温毡；通过水冷片的伸缩装置将辐射冷却区顶部和两侧的水冷片靠近第一批坯料或带工装的工件，通过水冷铜片吸收第一批坯料或带工装的工件的辐射传热，同时增加炉体夹层冷却水的流量，利用与水冷片连接的炉体夹层冷却水循环冷却一定时间，将第一批坯料或带工装的工件冷却到指定温度；在关闭打开的保温毡之后，将第二批坯料或带工装的工件按照步骤S2的操作送入高温裂解区高温裂解，然后将第三批坯料或带工装的工件按照步骤S1的操作送入进料区处理；
S4、风冷：打开第三密封门，通过传动系统将第一批坯料或带工装的工件送入风冷区，然后关闭第三密封门，通过风机产生气流进行热传导冷却，使气流温度降低至设定温度；然后依次、对第二批坯料或带工装的工件进行步骤S3的处理、对第三批坯料或带工装的工件进行步骤S2的处理、将第四批坯料或带工装的工件送入进料区处理；
S5、出炉：打开第四封门，通过传动系统将坯料或带工装的工件送入出料区，后关闭第四封门；打开第五密封门，通过过传动装置将坯料或带工装的工件出料，关闭第五密封门，出料区抽真空后注入保护性气氛；然后依次对第二批坯料或带工装的工件、第三批坯料或带工装的工件、第四批坯料或带工装的工件和第五批坯料或带工装的工件分别进行步骤S4、S3、S2、S1的处理。
进一步的，上述步骤S2中的设定温度为800-1400℃，保温时间0.5-2h，高温裂解区升温和处理物料过程保持流动保护气氛。
进一步的，上述步骤S3中的冷却时间1-6h，炉体夹层中冷却水流量大于100t/h；坯料或带工装的工件被冷却到的指定温度为500-600℃。
进一步的，上述步骤S4中，风冷冷却时间6-15h，风冷至使气流温度降低至80℃。
现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明提供了纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺，所述工艺可以长时间保持高温裂解区的高温，进行工件的步进式半连续化生产，减少了升降温带来的能量浪费；步进式半连续化生产将裂解区和降温区分开，充分利用了设备资源，大幅提高了生产效率。
2、本发明提供了纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺，与现有工艺流程相比通过在冷却区强制高效降温，避免了长时间的随炉自然降温，缩短了复合材料裂解的时间周期，能够将裂解工序生产效率提高50％。
3、本发明使用的适用于纤维增强陶瓷基复合材料制备的高温裂解装置，其将传统技术中的裂解炉分解成不同的空间，将高温裂解功能和冷却降温功能分区实现，在冷却降温区采用辅助措施提高冷却效率，功能分区和一体化集成，降低了单位能耗，提高了生产效率和设备利用率；能够使整个高温裂解和冷却过程全程处于保护气体保护状态，特别适用于生产增强纤维和陶瓷基体高温易被氧化的复合材料体系，解决纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料生产过程中裂解升降温能耗浪费、降温冷却时间长和高温裂解设备利用率低的不足等问题；与现有装置相比提高设备利用效率可提高3倍，生产用固定资产投资减少1/2-2/3，还能达到降低能耗、提高生产效率、缩短制造周期、降低制造成本的目的。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为本发明实施例中一种纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺使用的高温裂解装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种适用于纤维增强陶瓷基复合材料制备的高温裂解装置，其结构如图1所示，它为不锈钢或普通碳钢材质围成的炉体，炉体空间内包括各自独立密封且依次相连接的进料区1、高温裂解区2、辐射冷却区3、风冷区4和出料区5；还包括进气系统7和传动系统9，各部分连接关系和功能如下：
进气系统7分别与进料区1、高温裂解区2、风冷区4和出料区5相连通，用于向上述区间内输送气体；
传动系统9设置在进料区1、高温裂解区2、辐射冷却区3、风冷区4和出料区5的底部共同水平面上，传动系统9通过辊轴转动使物料依次进出进料区1、高温裂解区2、辐射冷却区3、风冷区4和出料区5。
优选还包括真空系统6和风冷系统8；真空系统6分别与进料区、辐射冷却区3、风冷区4和出料区5相连，用于使辐射冷却区3处于真空状态，以根据物料制备的需要提供真空环境；风冷系统8与风冷区4相连，用于风冷区4的进一步快速降温。
各区间的具体结构和优选设计如下：
进料区1、高温裂解区2、辐射冷却区3、风冷区4和出料区5的底部，传动系统9辊轴的上表面均设置有石墨料板11；传动系统9在高温裂解区2底部为无动力驱动，在高温裂解区2底部以外的区间为有动力驱动；动力驱动结构为电动铰链驱动结构；进料区1底部的电动铰链驱动结构驱动辊轴的上表面的石墨料板将高温裂解区2底部的石墨料板顶出驱动至辐射冷却区3，实现传动系统9在高温裂解区2底部的无动力驱动。
进料区1包括设置在远离高温裂解区2一侧的第一密封门I、靠近高温裂解区2一侧的第二密封门II；物料在第一密封门I打开时进入进料区1，在第二密封门II打开时离开进料区1。
高温裂解区2中垂直物料运动方向的两侧设置有保温毡10，保温毡10打开时物料进出高温裂解区2；高温裂解区2中平行于物料运动方向的两侧和顶部从外向内依次设置有保温毡10和石墨发热体13；石墨发热体13为镂空结构，石墨发热体包括发热节点和石墨电极，石墨发热节点与石墨电极相连并由石墨电极支撑；高温裂解区2底部的传动系统9辊轴下侧从内向外依次设置有石墨支撑板12、石墨发热体13和保温毡10；石墨支撑板12、石墨发热体13和保温毡10之间通过贯穿石墨发热体13间隙的石墨支撑柱14与炉体最外侧的内层连接固定；传动系统9的辊轴在高温裂解区2底部为石墨材质。
高温裂解区2、辐射冷却区3、风冷区4外侧的炉体为双层水冷结构；辐射冷却区3的顶部、底部和平行于物料运动方向的两侧均设置有水冷片15；水冷片15材质为铜；辐射冷却区3的顶部和平行于物料运动方向的两侧的水冷片15带有伸缩装置，用于根据物料的尺寸调节水冷片与物料的距离；辐射冷却区3底部的水冷片15位于传动系统9辊轴下侧，水冷片15与传动系统9辊轴下侧之间还设置有石墨支撑板12，石墨支撑板12通过石墨支撑柱14与炉体最外侧的内层相连并固定；水冷片15直接与炉体的双层水冷结构中的冷却水连通，起到给物料冷却降温的作用；
传动系统9的辊轴在辐射冷却区3底部为石墨材质。
风冷区4底部的传动系统9辊轴下侧设置有石墨支撑板12；风冷区4通过管道连接有风机；风冷区4及其连接的管道和大功率风机构成密封循环体系；管道为双层水冷结构，且管道中配置水冷翅片、盘管增效冷却装置。
辐射冷却区3与风冷区4之间、风冷区4与出料区5之间、出料区5远离风冷区4一侧分别设置有第三密封门III、第四密封门IV和第五密封门V。
第二密封门II、第三密封门III为双层水冷结构，材质为不锈钢或普通碳钢；第一密封门I、第四密封门IV和第五密封门V为单层结构，材质为不锈钢或普通碳钢。
高温裂解区2和辐射冷却区3底部的传动系统9辊轴为石墨材质，其余区域的传动系统9辊轴为金属材质。
风冷区4的个数≥2个，多个风冷区4依次连接在辐射冷却区3与出料区5之间。
实施例2
一种C/SiC陶瓷基复合材料构件的快速裂解方法，其利用上述实施例1中适用于纤维增强陶瓷基复合材料制备的高温裂解装置，包括以下步骤：
S1、打开进料区1上的第一密封门I，将浸渍-固化后的第一批3D碳纤维预制体A通过传动系统9装入进料区1，抽真空后注入保护气体Ar；
S2、打开第二密封门II和与第二密封门连接的保温毡10，通过传动系统9将3D碳纤维预制体A送入高温裂解区2，后关闭第二密封门II和与第二密封门连接的保温毡10，按10℃/min升温至1400℃，保温0.5h；在关闭第二密封门II和与第二密封门连接的保温毡10之后，将第二批3D碳纤维预制体A按照步骤S1的方法送入进料区1中；
S3、打开高温裂解区2和辐射冷却区3之间的保温毡10，通过传动系统9将裂解后的第一批3D碳纤维预制体A送入辐射冷却区3，关闭打开的保温毡10；通过水冷片15的伸缩装置将辐射冷却区3中上左右三个壁上的水冷片15靠近第一批3D碳纤维预制体A，通过水冷铜片吸收坯料的辐射传热，利用大流量冷却水循环冷却6h，将第一批3D碳纤维预制体A冷却到600℃；在关闭打开的保温毡10之后，将第二批3D碳纤维预制体按照步骤S2的方法送入高温裂解区2中进行高温裂解，然后将第三批3D碳纤维预制体按照步骤S1的方法送入进料区1中；
S4、打开第三密封门III，通过传动系统9将第一批3D碳纤维预制体A送入风冷区4，后关闭第三封门III，通过高速风机产生气流进行热传导冷却，使气流温度降低至80℃；然后，依次将第二批3D碳纤维预制体、第三批3D碳纤维预制体、第四批3D碳纤维预制体分别依照步骤S3、S2、S1的步骤进行辐射冷却、高温裂解和裂解进料准备的处理；
S5、打开第四密封门IV，通过传动系统9将第一批3D碳纤维预制体A送入出料区5，后关闭第四密封门IV；打开第五密封门V，过传动系统9将第一批3D碳纤维预制体A出料，关闭第五密封门V，出料区5抽真空后注入保护气体N2，对出料区5出来的3D碳纤维预制体进行先驱体浸渍-固化处理后，返回至S1步骤；同理，依次将第二批3D碳纤维预制体、第三批3D碳纤维预制体、第四批3D碳纤维预制体、第四批3D碳纤维预制体分别依照步骤S4、S3、S2、S1的步骤进行风冷降温、辐射冷却、高温裂解和裂解进料准备的处理；
S6、每批坯料各自重复S1-S5步骤16次，完成C/SiC复合材料构件的。
实施例3
一种SiC/SiC陶瓷基复合材料构件的快速裂解方法，其利用上述实施例1中适用于纤维增强陶瓷基复合材料制备的高温裂解装置，包括以下步骤：
S1、打开进料区的第一密封I，将浸渍后的3D SiC纤维预制体通过传动系统9装入进料区1，抽真空后注入保护气体N2；
S2、打开第二密封门II和与第二密封门连接的保温毡10，通过传动系统9将3D SiC纤维预制体送入裂解区2，后关闭密封门II和炉门II配套的保温毡10，按10℃/min升温至800℃，保温2h；
S3、打开高温裂解区2和辐射冷却区3之间的保温毡10，通过传动系统9将裂解后的坯料送入辐射冷却区3，关闭打开的保温毡10；通过水冷片的伸缩装置将辐射冷却区3上左右三个方向的水冷片15靠近坯料，通过水冷铜片吸收坯料的辐射传热，利用大流量冷却水循环冷却1h；
S4、坯料冷却到500℃后，打开第三密封门III，通过传动系统9将坯料送入风冷区4，后关闭第三密封门III，通过高速风机产生气流进行热传导冷却；
S5、气流温度降低至80℃后，打开第四密封门IV，通过传动系统9将坯料送入出料区5，后关闭第四密封门IV；打开第五密封门V，过传动系统9将坯料出料，关闭第五密封门V，出料区5抽真空后注入保护气体N2，对出料区5的出料进行先驱体浸渍-固化处理后，返回至步骤S1；
S6、重复S1-S5步骤16次，完成SiC/SiC复合材料构件制备。
同样的，第一批工件在步骤S2高温裂解步骤进行过程中，可以进行第二批工件的在步骤S1进料步骤；第一批工件在步骤S2高温裂解步骤完成工件转入辐射冷却区3后，可以进行第二批工件的在步骤S2的高温裂解步骤，然后使第三批工件实施步骤S1的操作；第一批工件在步骤S3完成辐射冷却转入风冷区4后，可以进行第二批工件在步骤S3的辐射冷却步骤，然后进行第三批工件在步骤S2的高温裂解，再进行第四批工件在步骤S1的进料操作；第一批工件S4风冷冷却步骤完成工件转入出料区5出料后，可以进行第二批工件的S4风冷冷却步骤，以此类推，使每个分区内依次进行每批工件的顺序处理。
本发明的工艺借助于高温裂解装置的分区设置，可以能够提高设备利用率减少固定资产投资，降低产品单位生产能耗、缩短产品降温冷却时间，大幅提高产品的高温裂解和降温冷却的效率，实现纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的快速节能生产，从而达到缩短产品生产周期降低产品工艺成本的目的，具有广阔的应用前景。
本发明工艺可以长时间保持高温裂解区的高温，进行工件的步进式半连续化生产，减少了升降温带来的能量浪费；步进式半连续化生产充分利用了设备资源，大幅提高了生产效率。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种纤维增强陶瓷基复合材料的快速裂解工艺，其特征在于，它使用一种适用于纤维增强陶瓷基复合材料制备的高温裂解装置，所述高温裂解装置为不锈钢或普通碳钢材质围成的炉体，炉体空间内包括各自独立密封且依次相连接的进料区(1)、高温裂解区(2)、辐射冷却区(3)、风冷区(4)和出料区(5)；还包括进气系统(7)和传动系统(9)；所述进气系统(7)分别与进料区(1)、高温裂解区(2)、风冷区(4)和出料区(5)相连通，用于向上述区间内输送气体；所述传动系统(9)设置在进料区(1)、高温裂解区(2)、辐射冷却区(3)、风冷区(4)和出料区(5)的底部共同水平面上，传动系统(9)通过辊轴转动使物料依次进出进料区(1)、高温裂解区(2)、辐射冷却区(3)、风冷区(4)和出料区(5)；
所述适用于纤维增强陶瓷基复合材料制备的高温裂解装置包括真空系统(6)和风冷系统(8)；所述真空系统(6)分别与进料区(1)、辐射冷却区(3)、风冷区(4)和出料区(5)相连，用于使各区处于真空状态；所述风冷系统(8)与风冷区(4)相连，用于风冷区(4)的降温；
所述进料区(1)、高温裂解区(2)、辐射冷却区(3)、风冷区(4)和出料区(5)的底部，传动系统(9)辊轴的上表面均设置有石墨料板(11)；
所述传动系统(9)在高温裂解区(2)底部为无动力驱动，在高温裂解区(2)底部以外的区间为有动力驱动；所述动力驱动结构为电动铰链驱动结构；进料区(1)底部的电动铰链驱动结构驱动辊轴的上表面的石墨料板将高温裂解区(2)底部的石墨料板顶出驱动至辐射冷却区(3)，实现传动系统(9)在高温裂解区(2)底部的无动力驱动；
所述进料区(1)包括设置在远离高温裂解区(2)一侧的第一密封门(I)、靠近高温裂解区(2)一侧的第二密封门(II)；物料在第一密封门(I)打开时进入进料区(1)，在第二密封门(II)打开时离开进料区(1)；
所述高温裂解区(2)中垂直物料运动方向的两侧设置有保温毡(10)，保温毡(10)打开时物料进出高温裂解区(2)；所述高温裂解区(2)中平行于物料运动方向的两侧和顶部从外向内依次设置有保温毡(10)和石墨发热体(13)；所述石墨发热体(13)为镂空结构，石墨发热体包括发热节点和石墨电极，所述石墨发热节点与石墨电极相连并由石墨电极支撑；所述高温裂解区(2)底部的传动系统(9)辊轴下侧从内向外依次设置有石墨支撑板(12)、石墨发热体(13)和保温毡(10)；所述石墨支撑板(12)、石墨发热体(13)和保温毡(10)之间通过贯穿石墨发热体(13)间隙的石墨支撑柱(14)与炉体最外侧的内层连接固定；传动系统(9)的辊轴在高温裂解区(2)底部为石墨材质；
所述高温裂解区(2)、辐射冷却区(3)、风冷区(4)外侧的炉体为双层水冷结构；所述辐射冷却区(3)的顶部、底部和平行于物料运动方向的两侧均设置有水冷片(15)；所述水冷片(15)材质为铜；
所述辐射冷却区(3)的顶部和平行于物料运动方向的两侧的水冷片(15)带有伸缩装置，用于根据物料的尺寸调节水冷片与物料的距离；所述辐射冷却区(3)底部的水冷片(15)位于传动系统(9)辊轴下侧，水冷片(15)与传动系统(9)辊轴下侧之间还设置有石墨支撑板(12)，石墨支撑板(12)通过石墨支撑柱(14)与炉体最外侧的内层相连并固定；所述水冷片(15)直接与炉体的双层水冷结构中的冷却水连通，起到给物料冷却降温的作用；传动系统(9)的辊轴在辐射冷却区(3)底部为石墨材质；
所述风冷区(4)底部的传动系统(9)辊轴下侧设置有石墨支撑板(12)；
所述风冷区(4)通过管道连接有风机；风冷区(4)及其连接的管道和大功率风机构成密封循环体系；所述管道为双层水冷结构，且管道中配置水冷翅片、盘管增效冷却装置；
辐射冷却区(3)与风冷区(4)之间、风冷区(4)与出料区(5)之间、出料区(5)远离风冷区(4)一侧分别设置有第三密封门(III)、第四密封门(IV)和第五密封门(V)；所述第二密封门(II)、第三密封门(III)为双层水冷结构，材质为不锈钢或普通碳钢；所述第一密封门(I)、第四密封门(IV)和第五密封门(V)为单层结构，材质为不锈钢或普通碳钢；所述进料区(1)、风冷区(4)和出料区(5)底部的传动系统(9)辊轴为金属材质；所述风冷区(4)的个数≥2个，多个风冷区(4)依次连接在辐射冷却区(3)与出料区(5)之间；
快速裂解工艺包括以下步骤：
S1、进料：初始状态为所有分区的门处于关闭状态，所有炉腔均为保护气氛保护状态；打开第一密封门(I)，将第一批坯料或带工装的工件通过传动系统(9)装入进料区(1)，然后关闭第一密封门(I)，对进料区(1)抽真空后注入保护性气氛；
S2、高温裂解：打开第二密封门(II)和与第二密封门(II)相连接的保温毡(10)，通过传动系统(9)将第一批坯料或带工装的工件送入高温裂解区(2)，后关闭第二密封门(II)和与第二密封门(II)相连接的保温毡(10)，升温至设定温度，保温一段时间；在关闭第二密封门(II)和与第二密封门(II)相连接的保温毡(10)关闭之后，进行步骤S1中打开第一密封门(I)之后的操作，以将第二批坯料或带工装的工件装入进料区(1)；
S3、辐射冷却：打开高温裂解区(2)和辐射冷却区(3)之间的保温毡(10)，通过传动系统(9)将第一批坯料或带工装的工件送入辐射冷却区(3)，关闭打开的保温毡(10)；通过水冷片(15)的伸缩装置将辐射冷却区(3)顶部和两侧的水冷片(15)靠近第一批坯料或带工装的工件，通过水冷铜片吸收第一批坯料或带工装的工件的辐射传热，同时增加炉体夹层冷却水的流量，利用与水冷片(15)连接的炉体夹层冷却水循环冷却一定时间，将第一批坯料或带工装的工件冷却到指定温度；在关闭打开的保温毡(10)之后，将第二批坯料或带工装的工件按照步骤S2的操作送入高温裂解区(2)高温裂解，然后将第三批坯料或带工装的工件按照步骤S1的操作送入进料区(1)处理；
S4、风冷：打开第三密封门(III)，通过传动系统(9)将第一批坯料或带工装的工件送入风冷区(4)，然后关闭第三密封门(III)，通过风机产生气流进行热传导冷却，使气流温度降低至设定温度；然后依次、对第二批坯料或带工装的工件进行步骤S3的处理、对第三批坯料或带工装的工件进行步骤S2的处理、将第四批坯料或带工装的工件送入进料区(1)处理；
S5、出炉：打开第四封门(IV)，通过传动系统(9)将坯料或带工装的工件送入出料区(5)，后关闭第四封门(IV)；打开第五密封门(V)，通过过传动装置(9)将坯料或带工装的工件出料，关闭第五密封门(V)，出料区(5)抽真空后注入保护性气氛；然后依次对第二批坯料或带工装的工件、第三批坯料或带工装的工件、第四批坯料或带工装的工件和第五批坯料或带工装的工件分别进行步骤S4、S3、S2、S1的处理；
所述步骤S2中的设定温度为800-1400℃，保温时间0.5-2h，高温裂解区(2)升温和处理物料过程保持流动保护气氛；
所述步骤S3中的冷却时间1-6h，炉体夹层中冷却水流量大于100t/h；坯料或带工装的工件被冷却到的指定温度为500-600℃；
所述步骤S4中，风冷冷却时间6-15h，风冷至使气流温度降低至80℃。
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