CN116768644B - 一种连续气相沉积生产自动化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续气相沉积生产自动化方法，涉及气相沉积生产的技术领域，该方法包括：将预制体进入密封腔体后关闭闸门，并通入循环气体，对预制体进行预热后进入除焦设备模块，沉积气体与后续产生的循环气体经过搅拌风机一同通入除焦设备模块的加热腔体进行沉积裂解反应，裂解产物在气流作用下沉积在预制体的缝隙对其进行填充增密；进入裂解沉积模块的高温腔体，持续进行沉积裂解反应并填隙增密；进入冷却模块的腔体中，冷却模块的腔体通过另一条管道不断通入沉积气体；经过冷却的预制体经过输送辊台运输进一步降温，并对沉积后的预制体进行无人工的初步检测，下料后可进一步进行检测并分拣。
Description
技术领域
本发明涉及气相沉积生产的技术领域，具体而言，涉及一种连续气相沉积生产自动化方法。
背景技术
炭/炭复合材料的作为一种新兴材料，具有低密度、高比重、耐烧蚀、热膨胀系数小、热震性优良、耐摩擦磨损等特点，目前广泛应用于航天、航空、化工、医疗等领域。
但由于生产成本问题，价格居高不下，限制着炭/炭复合材料的大范围应用。市场中常见的沉积炉，一般采用增加沉积炉容量的方法，以此来降低单件产品的生产成本，其增加沉积炉容量的方法，加大了沉积作业的不可控性；同时，沉积的产品装填及出炉作业，需人工进行操作及开合腔体，对沉积产品的参数检测，需保障出炉温度降至人员可承受的温度，热源利用率低，损失比较大，生产成本高，生产周期较长。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种多层次利用余热从而具有高效热源利用率的连续气相沉积生产自动化方法。
本发明的技术方案是：提供了一种连续气相沉积生产自动化方法，该方法包括：
S1、预制体通过上下料模块上料后在输送辊台的作用下经过多层的密封腔体传递进入生产设备中，密封腔体在预制体进入后关闭闸门，并通入循环气体，对预制体进行预热，循环气体为后续工艺产生的气体；
S2、将步骤S1最后一层密封腔体中的预制体送进除焦设备模块的加热腔体内，用于沉积裂解反应的沉积气体与后续工艺产生的循环气体经过搅拌风机混合为混合气体通入加热腔体，裂解产物在气流的作用下沉积在预制体的缝隙对其进行填充增密，过程中产生焦油气体作为循环气体排出至步骤S1的密封腔体内；
S3、步骤S2的剩余气体与预制体一同进入裂解沉积设备模块的高温腔体中，让剩余气体在更高温度下继续沉积裂解反应，过程中产生新的焦油气体作为循环气体排出至步骤S2除焦设备模块的加热腔体中；
S4、步骤S3的剩余气体与预制体送至冷却设备模块的冷却腔体中，冷却腔体在水仓内部，水仓通过进水口和出水口在内部形成水循环，沉积气体不断从冷却腔体的底部通入，冷却腔体内多余的气体作为循环气体排出至步骤S2除焦设备模块的加热腔体中，冷却设备模块排出预制体至长轨道模块准备下料。
上述任一项技术方案中，进一步地，步骤S3中，裂解沉积设备模块的高温腔体通过位于高温腔体底部的补气管道通入步骤S2的剩余气体，步骤S2的剩余气体向上流动时经过加热体。
上述任一项技术方案中，进一步地，步骤S1中，预制体离开密封腔体后循环气体以及循环气体凝结的废液通过密封腔体底部的排废口排出。
上述任一项技术方案中，进一步地，步骤S2中通入的循环气体温度比步骤S1中通入的循环气体高。
上述任一项技术方案中，进一步地，步骤还包括：
S5、经过冷却的预制体在长轨道模块上经过输送辊台运输进一步降温，长轨道模块设置检测装置对沉积后的预制体进行无人工的初步检测。
上述任一项技术方案中，进一步地，步骤还包括：
S6、沉积后的预制体回到上下料模块完成下料，然后进行进一步的检测并依据不同的检测结果分拣，进行仓储分类。
本发明的有益效果是：
本发明的技术方案流水线上的温度变化曲线为山丘形，将升温阶段的温度较低的余热气体排至流水线起步处，将高温的恒温加热阶段和降温阶段的余热气体排至流水线升温阶段。
在本发明的优选实现方式中，裂解沉积设备模块的高温腔体从底部通入新的沉积气体，沉积气体直接通过腔体底部的加热体，提升腔体内裂解沉积速度。
附图说明
本发明的上述和附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的连续气相沉积生产自动化方法的应用设备整体俯视示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的连续气相沉积生产自动化方法的应用设备工艺结构示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的连续气相沉积生产自动化方法的应用设备预热预制体的结构截面示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的连续气相沉积生产自动化方法的除焦设备模块截面示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的连续气相沉积生产自动化方法的裂解沉积设备模块截面示意图；
图6是根据本发明的一个实施例的连续气相沉积生产自动化方法的冷却设备模块截面示意图。
其中，1-上下料模块、2-预热模块、3-除焦设备模块、4-裂解沉积设备模块、5-冷却设备模块、6-长轨道模块、10-预制体、11-闸门、12-密封腔体、13-输送辊台、14-排废口、21-搅拌风机、22-加热腔体、23-发热体、24-测温棒、31-高温腔体、32-补气管道、41-冷却腔体、42-水仓、43-进水口、44-出水口、45-排污水口、A-沉积气体、B-循环气体、C-混合气体、D-焦油气体、E-多余气体。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本实施例提供了一种连续气相沉积生产自动化方法，如图1和图2所示为应用该方法的设备，按照循环产品运行方向依次包括：上下料模块1、预热模块2、除焦设备模块3、裂解沉积设备模块4、冷却设备模块5和长轨道模块6，最后回到上下料模块1；连续气相沉积生产自动化方法包括：
S1、预制体10通过上下料模块1上料后进入预热模块2，预制体10在输送辊台13的作用下经过多层密封腔体12传递进入生产设备中，密封腔体12在预制体10进入后关闭闸门11，并通入循环气体，对预制体10进行预热。
循环气体为后续工艺产生的气体，预制体10离开密封腔体12后循环气体以及循环气体凝结的废液通过密封腔体12底部的排废口14排出。
如图3所示，当预制体10进入第一个闸门11后，第一个闸门11关闭，第一个密封腔体12内通入循环气体，静置一小段时间后密封腔体12底部的排废口14开启，将废液和废气排出，此时第二个闸门11打开，预制体10进入第二个密封腔体12，第二个闸门11关闭后，第二个密封腔体12内通入循环气体，以此类推。
S2、将步骤S1最后一层密封腔体12中的预制体10通过输送辊台13送入除焦设备模块3的加热腔体22内，用于沉积裂解反应的沉积气体与循环气体经过搅拌风机21混合为混合气体通入加热腔体22，加热腔体22内部、输送辊台13下方安装有发热体23，混合气体在加热腔体22内进行沉积裂解反应，裂解产物在气流作用下沉积在预制体10的缝隙对其进行填充增密，产生焦油气体作为循环气体排出至步骤S1的密封腔体12内。
如图4所示，A为沉积气体，B为循环气体，一同送入搅拌风机21中，搅拌风机21排出混合气体C进行沉积裂解反应，过程中产生的焦油气体D通过侧方和上方的排放管道排走，排放管道内安装有测温棒24用于检测气体温度；根据后文可知此处循环气体B包括步骤S3的焦油气体D和步骤S4的多余气体E，相较于要排入步骤S1的循环气体温度更高。
S3、步骤S2的剩余气体与预制体10一同进入生产设备的裂解沉积设备模块4的高温腔体31，让剩余气体在更高温度下继续裂解沉积反应，过程中产生新的焦油气体D作为循环气体排至步骤S2除焦设备模块3的加热腔体22中。
如图5所示，裂解沉积设备模块4的高温腔体31也在通过位于底部的补气管道32通入沉积气体A，补气管道32位于发热体23的下方，沉积气体A离开补气管道32后向上流动会直接通过发热体23，提升高温腔体31内裂解沉积的速度。
高温腔体31的侧面伸入数个测温棒24，分别分布于输送辊台13的上下两侧，位于输送辊台13下方的测温棒24测量发热体23附近的气体温度，监控发热体23的工作状况，实时测量温度于根据该时刻输入发热体23的功率的预测温度相差过大时反馈给控制系统，安排故障检查；位于输送辊台13上方的测温棒24测量预制体10附近的气体温度，反馈至控制系统控制发热体23的实时功率。
S4、步骤S3的剩余气体与预制体10送至生产设备的冷却设备模块5的冷却腔体41中，如图6所示，冷却腔体41在水仓42内部，水仓42通过进水口43和出水口44在内部形成水循环，沉积气体A不断从冷却腔体41的底部通入，冷却腔体41内的多余气体E作为循环气体B排至步骤S2除焦设备模块的加热腔体22中。
当冷却水在水仓42内运行一段时间后，水仓42底部的排污水口45开启将水排出，排尽后关闭排污水口45，进水口43接入新的冷却水继续工作。
S5、经过冷却的预制体10经过输送辊台13在长轨道模块6运输进一步降温，长轨道模块6设置检测装置对沉积后的预制体10进行无人工的初步检测。
S6、沉积后的预制体10回到上下料模块1完成下料，然后进行进一步的检测并依据不同的检测结果分拣，进行仓储分类。
在本发明的另一个实施例中，使用本发明提供的连续沉积设备以及现有的单一沉积设备在同样的工作时间下试验，对两者的工作效果进行对比。
具体地，连续沉积设备以及单一沉积设备各自用100h处理质量为1200kg的工件，工件的比热容为470J/kg*K，工件的初始温度为35℃，都通入426kg天然气进行工作，工件与天然气自身的热能、天然气的反应热能再加上发热体散发的热量总计约8.8*108J；其中，发热体散发的热量为能够满足单一沉积设备设备所需的量，对于连续沉积设备而言是过量的。
单一沉积设备工件拿出时温度高达300℃，经过沉积裂解工件增重至1519.5kg，沉积材料比热容为502J/kg*K，产品蕴含能量总计约4.2*108J，过程中排出氢气蕴含能量约1.5*108J，可以计算出自然产生的能量损失约为3.2*108J。
连续沉积设备工件从冷却设备模块拿出时温度大约为80℃，产品蕴含的能量仅约为2.6*107J，过程中排出氢气蕴含能量和热量损失与单一沉积设备一致，由总能量8.8*108J减去产品蕴含能量、氢气蕴含能量和热量损失后剩余约1.6*108J，将该能量转换为电力约为44268kW*h，可以看出，连续沉积设备相较现有的单一沉积设备能够节约大量能源。
综上所述，本发明提出了一种连续气相沉积生产自动化方法，包括：
S1、将预制体10在输送辊台13的作用下经过多层密封腔体12传递进入生产设备中，密封腔体12在预制体进入后关闭闸门11，并通入循环气体，对预制体10进行预热，循环气体为后续工艺产生的气体。
S2、将最后一层密封腔体12中的预制体10送入除焦设备模块，用于沉积裂解反应的沉积气体与后续工艺产生的循环气体经过搅拌风机21均匀混合一同通入除焦设备模块的加热腔体22进行沉积裂解反应，裂解产物在气流的作用下沉积在预制体10的缝隙对其进行填充增密，过程中产生焦油气体作为循环气体排出至步骤S1的密封腔体12内。
S3、步骤S2的剩余气体与预制体10一同进入生产设备的裂解沉积设备模块的高温腔体31，让剩余气体在更高温度下继续沉积裂解反应，过程中产生新的焦油气体作为循环气体排出至步骤S2除焦设备模块的加热腔体22中。
S4、步骤S3的剩余气体与预制体10送至冷却设备模块的冷却腔体41中，冷却腔体41由外循环水冷包裹，冷却腔体41通过另一条管道不断通入沉积气体，冷却腔体41内多余的气体作为循环气体排出至步骤S2除焦设备模块的加热腔体22中。
S5、经过冷却的预制体10经过输送辊台13运输进一步降温，长轨道模块设置检测装置对沉积后的预制体10进行无人工的初步检测。
S6、沉积后的预制体10下料后进行进一步的检测并依据不同的检测结果分拣，进行仓储分类。
其中，步骤S2通入的循环气体温度比步骤S1通入的循环气体高。
本发明中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
在本发明中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本发明的原理进行说明，并非意在对本发明进行限制。
尽管参考附图详地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。
Claims (6)
1.一种连续气相沉积生产自动化方法，其特征在于，该方法包括：
S1、预制体(10)通过上下料模块上料后在输送辊台(13)的作用下经过多层的密封腔体(12)传递进入生产设备中，所述密封腔体(12)在所述预制体(10)进入后关闭闸门(11)，并通入循环气体，对所述预制体(10)进行预热，所述循环气体为后续工艺产生的气体；
S2、将步骤S1最后一层密封腔体(12)中的预制体(10)送进除焦设备模块的加热腔体(22)内，用于沉积裂解反应的沉积气体与后续工艺产生的循环气体经过搅拌风机(21)混合为混合气体通入所述加热腔体(22)，裂解产物在气流的作用下沉积在所述预制体(10)的缝隙对其进行填充增密，过程中产生焦油气体作为循环气体排出至步骤S1的密封腔体(12)内；
S3、步骤S2的剩余气体与预制体(10)一同进入裂解沉积设备模块的高温腔体(31)中，让剩余气体在更高温度下继续沉积裂解反应，过程中产生新的焦油气体作为循环气体排出至步骤S2所述除焦设备模块的加热腔体(22)中；
S4、步骤S3的剩余气体与预制体(10)送至冷却设备模块的冷却腔体(41)中，所述冷却腔体(41)在水仓(42)内部，所述水仓(42)通过进水口(43)和出水口(44)在内部形成水循环，沉积气体不断从所述冷却腔体(41)的底部通入，冷却腔体(41)内多余的气体作为循环气体排出至步骤S2所述除焦设备模块的加热腔体(22)中，所述冷却设备模块排出预制体(10)至长轨道模块准备下料。
2.如权利要求1所述的连续气相沉积生产自动化方法，其特征在于，所述步骤S3中，裂解沉积设备模块的高温腔体(31)通过位于所述高温腔体(31)底部的补气管道(32)通入步骤S2的剩余气体，所述步骤S2的剩余气体向上流动时经过加热体。
3.如权利要求1所述的连续气相沉积生产自动化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述预制体(10)离开所述密封腔体(12)后循环气体以及循环气体凝结的废液通过所述密封腔体(12)底部的排废口(14)排出。
4.如权利要求1所述的连续气相沉积生产自动化方法，其特征在于，所述步骤S2中通入的循环气体温度比所述步骤S1中通入的循环气体高。
5.如权利要求1所述的连续气相沉积生产自动化方法，其特征在于，所述步骤还包括：
S5、经过冷却的预制体(10)在长轨道模块上经过输送辊台(13)运输进一步降温，所述长轨道模块设置检测装置对沉积后的预制体(10)进行无人工的初步检测。
6.如权利要求5所述的连续气相沉积生产自动化方法，其特征在于，所述步骤还包括：
S6、所述沉积后的预制体(10)回到上下料模块完成下料，然后进行进一步的检测并依据不同的检测结果分拣，进行仓储分类。
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