RU2795433C2

RU2795433C2 - Furnace

Info

Publication number: RU2795433C2
Application number: RU2020133452A
Authority: RU
Inventors: Маттиас МУК
Original assignee: Уанджун Гмбх
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-05-03

Abstract

FIELD: heat treatment furnace.

SUBSTANCE: furnace for heat treatment is described, in particular for carbonization and/or graphitization, of a material, in particular fibres, in particular fibres from oxidized polyacrylonitrile, comprising a furnace body; a working chamber located in the interior of the furnace body, which is limited by the working chamber body, and in which the processed material can be placed; a heating system, which is configured to heat the air in the working chamber; an insulating layer providing thermal insulation of the working chamber, the insulating layer being an insulating filler consisting of a solid material in form of particles, and the solid material in form of particles being an insulating filler is compacted, the solid state material in form of particles is a carbon black material with a carbon content of more than 99.5%.

EFFECT: provision of furnace ensuring energy-efficient mode of operation.

14 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к печи для термической обработки, в частности для карбонизации и/или графитизации, материала, в частности волокон, в частности волокон из окисленного полиакрилонитрила (ПАН), содержащейThe invention relates to a furnace for heat treatment, in particular for carbonization and/or graphitization, of a material, in particular fibers, in particular oxidized polyacrylonitrile (PAN) fibers, containing

a) корпус печи;a) furnace body;

b) расположенную во внутреннем пространстве корпуса печи рабочую камеру, которая ограничена корпусом рабочей камеры, и в которую может быть помещен обрабатываемый материал;b) located in the interior of the furnace body, a working chamber, which is limited by the working chamber body, and in which the material to be processed can be placed;

c) нагревательную систему, при помощи которой предусмотрена возможность нагрева атмосферы в рабочей камере;c) heating system, which provides for the possibility of heating the atmosphere in the working chamber;

d) изоляционный слой, обеспечивающий теплоизоляцию рабочей камеры.d) an insulating layer providing thermal insulation of the working chamber.

Уровень техникиState of the art

Подобные печи используются, в частности, при изготовлении углеродных волокон, которые получают трех- или четырехступенчатым способом из волокон полиакрилонитрила. Для обозначения полиакрилонитрила далее, в основном, используется сокращение ПАН. В такой печи могут также обрабатываться войлок, волокнистый холст и бумага из углеродного волокна. Другими материалами, отличными от ПАН, являются, например, вискоза и лигнин.Such furnaces are used, in particular, in the manufacture of carbon fibers, which are obtained in a three- or four-stage process from polyacrylonitrile fibers. For the designation of polyacrylonitrile, in the following, the abbreviation PAN is mainly used. Felt, fibrous canvas and carbon fiber paper can also be processed in such an oven. Other materials other than PAN are, for example, viscose and lignin.

На первой ступени изготовления полиакрилонитрил окисляется в окислительной печи при температуре примерно от 200°С до 400°С в присутствии кислорода для получения окисленных волокон ПАН.In the first manufacturing step, polyacrylonitrile is oxidized in an oxidizing oven at a temperature of about 200° C. to 400° C. in the presence of oxygen to produce oxidized PAN fibers.

Затем на второй ступени изготовления эти окисленные волокна ПАН подвергаются термической обработке в печи при температуре примерно от 400°С до 1000°С в бескислородной атмосфере инертного газа для того, чтобы путем карбонизации увеличить в волокнах содержание углерода, которое в окисленных волокнах ПАН составляет примерно 62% по массе. В качестве инертного газа, как правило, применяется азот N₂.Then, in a second production step, these oxidized PAN fibers are heat treated in an oven at a temperature of about 400°C to 1000°C in an oxygen-free inert gas atmosphere in order to increase the carbon content in the fibers by carbonization, which in the oxidized PAN fibers is about 62 % by weight. As an inert gas, as a rule, nitrogen N ₂ is used.

На третьей ступени изготовления производится термическая обработка в печи указанного вначале типа, которая называется высокотемпературной печью, при температуре между 800°С и 1800°С в атмосфере азота, при этом происходит карбонизация, в процессе которой волокна ПАН подвергаются пиролизу до тех пор, пока содержание углерода в них не будет составлять примерно от 92 до 95% по массе.In the third stage of production, heat treatment is carried out in an oven of the type indicated at the beginning, called a high-temperature furnace, at a temperature between 800°C and 1800°C in a nitrogen atmosphere, during which carbonization occurs, during which the PAN fibers are pyrolyzed until the content carbon in them will not be from about 92 to 95% by weight.

В определенных случаях углеродные волокна, полученные в результате третьей ступени изготовления, на четвертой ступени изготовления проходят дополнительную термическую обработку в печи указанного вначале типа в бескислородной атмосфере инертного газа при температуре между 1800°С и 3000°С; при такой температуре происходит графитизация углеродных волокон, содержание углерода в которых после этой операции превышает 99% по массе, и которые становятся, так называемыми, графитовыми волокнами. При графитизации в качестве инертного газа, как правило, используется аргон Ar.In certain cases, the carbon fibers obtained as a result of the third stage of production, in the fourth stage of production, undergo additional heat treatment in a furnace of the type indicated at the beginning in an oxygen-free atmosphere of inert gas at a temperature between 1800°C and 3000°C; at this temperature, graphitization of carbon fibers occurs, the carbon content of which after this operation exceeds 99% by weight, and which become so-called graphite fibers. In graphitization, as a rule, argon Ar is used as an inert gas.

Рабочая камера в известных высокотемпературных печах ограничена муфелем, выполненным из графита и окруженным нагревательной камерой, в которой установлен нагревательный контур, окружающий муфель, или только нагревательный элемент, расположенный над муфелем и под муфелем. Изоляционный слой, который обеспечивает теплоизоляцию рабочей камеры, окружает нагревательную камеру и, в основном, выполнен из графитового твердого или мягкого войлока также в комбинации с керамическими волокнами, которые расположены, соответственно, между корпусом печи и нагревательной камерой. Однако такие изоляционные материалы обладают сравнительно низкими изоляционными свойствами и прежде всего в вышеуказанных областях высоких температур проявляют довольно высокую теплопроводность. Вследствие этого возникают тепловые потери и обусловленное этим потребление электроэнергии для поддержания температуры печи.The working chamber in known high-temperature furnaces is limited by a muffle made of graphite and surrounded by a heating chamber, in which a heating circuit is installed surrounding the muffle, or only a heating element located above the muffle and below the muffle. The insulating layer, which provides thermal insulation of the working chamber, surrounds the heating chamber and is mainly made of graphite hard or soft felt, also in combination with ceramic fibers, which are located, respectively, between the furnace body and the heating chamber. However, such insulating materials have comparatively low insulating properties and, above all, exhibit rather high thermal conductivity in the high temperature ranges mentioned above. This results in heat losses and the resulting energy consumption to maintain the furnace temperature.

Существуют печи указанного вначале типа, в которых корпус печи имеет водяное охлаждение. В этом случае изоляционный слой, который обеспечивает теплоизоляцию рабочей камеры, образуется жидкостным слоем. Однако такая система изоляции является затратной, как с конструктивной, так и с энергетической точки зрения.There are furnaces of the type indicated at the beginning, in which the furnace body is water-cooled. In this case, the insulating layer, which provides thermal insulation of the working chamber, is formed by a liquid layer. However, such an insulation system is costly, both from a constructive and energy point of view.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Задачей настоящего изобретения является обеспечение печи указанного вначале типа, которая может иметь энергоэффективный режим эксплуатации. Эта задача решена при помощи того, чтоIt is an object of the present invention to provide a furnace of the type indicated at the outset, which can have an energy efficient mode of operation. This problem is solved with the help of

е) изоляционный слой представляет собой изоляционный наполнитель из твердотельного материала в виде частиц.f) the insulating layer is an insulating filler of particulate solid material.

Согласно изобретению было установлено, что твердотельный материал в виде частиц может обеспечивать высокую эффективность теплоизоляции, которая превосходит известные изоляционные системы, при этом, в частности, по сравнению с водоохлаждающими системами его конструктивные затраты являются незначительными. При этом указанный твердотельный материал в виде частиц предпочтительно представляет собой сыпучий материал.According to the invention, it has been found that the particulate solid material can provide a high thermal insulation performance which is superior to known insulation systems, while, in particular, in comparison with water-cooling systems, its construction costs are low. Here, said particulate solid material is preferably a free-flowing material.

При этом предпочтительно, чтобы указанный твердотельный материал в виде частиц изоляционного наполнителя был уплотнен; это может повышать изоляционный эффект по сравнению с неуплотненной засыпкой твердотельного материала в виде частиц.While it is preferable that the specified solid material in the form of particles of insulating filler was compacted; this can increase the insulating effect compared to an unconsolidated backfill of particulate solid material.

Твердотельный материал в виде частиц предпочтительно представляет собой гранулированный материал, в частности, в виде зернистого материала, материала в виде порошка или пудры, или в виде материала, переработанного в пеллеты.The particulate solid material is preferably a granular material, in particular in the form of a granular material, a material in the form of a powder or powder, or in the form of a material processed into pellets.

Особенно хороший изоляционный эффект можно получить, если твердотельный материал в виде частиц представляет собой сажевый материал, в частности, сажевый материал с содержанием углерода более, чем 99,5%.A particularly good insulating effect can be obtained if the particulate solid material is a carbon black material, in particular a carbon black material with a carbon content of more than 99.5%.

На практике сажевый материал предпочтительно может представлять собой газовую сажу, печную сажу, пламенную сажу, сажу, полученную расщеплением углеводородов, ацетиленовую сажу, термическую сажу, канальную сажу или смесь из нескольких указанных видов сажи.In practice, the carbon black material may preferably be gas black, furnace black, fire black, carbon black, acetylene black, thermal black, channel black or a mixture of several of these types of carbon black.

Изоляционный наполнитель предпочтительно находится в изоляционной камере, которая по меньшей мере частично окружает корпус рабочей камеры.The insulating filler is preferably located in an insulating chamber which at least partially surrounds the body of the working chamber.

Изоляционная камера может быть предпочтительно выполнена в виде кольцевой камеры, наружная граница которой образована соответствующими частями корпуса печи.The insulating chamber can preferably be made in the form of an annular chamber, the outer boundary of which is formed by the respective parts of the furnace body.

При этом предпочтительно, чтобы изоляционная камера по меньшей мере частично прилегала к корпусу рабочей камеры. Там, где изоляционная камера прилегает к корпусу рабочей камеры, отсутствует зазор между изоляционным слоем и корпусом рабочей камеры.In this case, it is preferable that the insulating chamber is at least partially adjacent to the body of the working chamber. Where the insulating chamber is adjacent to the body of the working chamber, there is no gap between the insulating layer and the body of the working chamber.

Для нагревания атмосферы в рабочей камере предпочтительно, чтобы нагревательная система содержала по меньшей мере один нагревательный элемент, который расположен в рабочей камере. Если применяется только такая нагревательная система, возможно, например, чтобы изоляционная камера полностью окружала корпус рабочей камеры по периметру и прилегала к корпусу рабочей камеры.To heat the atmosphere in the working chamber, it is preferable that the heating system contains at least one heating element, which is located in the working chamber. If only such a heating system is used, it is possible, for example, that the insulating chamber completely surrounds the working chamber body along the perimeter and rests against the working chamber body.

Альтернативно или дополнительно может быть предпочтительным, чтобы нагревательная система содержала по меньшей мере один нагревательный элемент, расположенный в нагревательной камере, которая прилегает к корпусу рабочей камеры. В этом случае изоляционный слой не может прилегать к корпусу рабочей камеры там, где к корпусу рабочей камеры прилегает нагревательная камера.Alternatively or additionally, it may be preferred that the heating system comprises at least one heating element located in a heating chamber which is adjacent to the body of the working chamber. In this case, the insulating layer cannot be adjacent to the working chamber body where the heating chamber is adjacent to the working chamber body.

Нагревательная камера предпочтительно расположена на верхней или на нижней стороне корпуса рабочей камеры. Однако возможны альтернативные или дополнительные варианты осуществления, в которых нагревательная камера и, следовательно, установленный в нем нагревательный элемент, предусмотрены сбоку на корпусе рабочей камеры.The heating chamber is preferably located on the top or bottom side of the working chamber body. However, alternative or additional embodiments are possible, in which the heating chamber, and hence the heating element installed therein, is provided on the side of the working chamber housing.

Особенно эффективно, чтобы указанный нагревательный элемент представлял собой первый нагревательный элемент, а указанная нагревательная камера являлась первой нагревательной камерой, при этом нагревательная система содержит по меньшей мере один второй нагревательный элемент, который расположен во второй нагревательной камере, прилегающей к рабочей камере.It is especially effective that said heating element is the first heating element and said heating chamber is the first heating chamber, wherein the heating system comprises at least one second heating element which is located in the second heating chamber adjacent to the working chamber.

При этом первая нагревательная камера предпочтительно расположена на верхней стороне, а вторая нагревательная камера - на нижней стороне корпуса рабочей камеры.In this case, the first heating chamber is preferably located on the upper side, and the second heating chamber on the lower side of the working chamber body.

Предпочтительно, чтобы корпус рабочей камеры был выполнен в виде муфеля, в частности, в виде муфеля из графита.Preferably, the body of the working chamber is made in the form of a muffle, in particular in the form of a graphite muffle.

Учитывая наличие одной или нескольких нагревательных камер, предпочтительно, чтобы корпус рабочей камеры ограничивал рабочую камеру и указанные одну или несколько нагревательных камер.Considering the presence of one or more heating chambers, it is preferable that the body of the working chamber defines the working chamber and said one or more heating chambers.

Указанная печь может представлять собой печь периодического действия с единственным доступом, через который обрабатываемый материал вводится в рабочую камеру и выгружается из рабочей камеры. Однако предпочтительно, чтобы эта печь была печью непрерывного действия, и обрабатываемый материал мог насквозь проходить рабочую камеру. Это является предпочтительным, в частности, когда требуется обработка вышеуказанных волокон.Said furnace may be a batch furnace with a single access through which the material to be processed is introduced into the working chamber and discharged from the working chamber. However, it is preferable that this furnace is a continuous furnace, and the material to be processed can pass through the working chamber. This is preferred, in particular, when processing of the above fibers is required.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Ниже приведено более подробное пояснение вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны:Below is a more detailed explanation of embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, which show:

ФИГ. 1 - вид в аксонометрии печи для термической обработки углеродных волокон;FIG. 1 is a perspective view of a carbon fiber heat treatment furnace;

ФИГ. 2 - продольный разрез входной части первого варианта осуществления печи с ФИГ. 1;FIG. 2 is a longitudinal section through the inlet of the first embodiment of the furnace of FIG. 1;

ФИГ. 3 - поперечный разрез этого первого варианта осуществления печи с ФИГ. 1 по показанной там плоскости III разреза;FIG. 3 is a cross section of this first embodiment of the furnace of FIG. 1 along the cut plane III shown there;

ФИГ. 4 - соответствующий поперечный разрез второго варианта осуществления печи;FIG. 4 is a corresponding cross section of a second embodiment of the furnace;

ФИГ. 5 - соответствующий поперечный разрез третьего варианта осуществления печи.FIG. 5 is a corresponding cross section of a third embodiment of the furnace.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

На чертежах показана печь 10 для термической обработки материала, который в вариантах осуществления, показанных на ФИГ. 1-5, представляет собой волокна 12, например, волокна 14 из окисленного полиакрилонитрила, которые далее называются окисленными волокнами 14 ПАН.The drawings show a material heat treatment furnace 10 which, in the embodiments shown in FIG. 1-5 are fibers 12, for example oxidized polyacrylonitrile fibers 14, hereinafter referred to as oxidized PAN fibers 14.

Печь 10 содержит корпус 16 печи, который ограничивает внутреннее пространство 18. В описанных вариантах осуществления корпус 16 печи выполнен из стали. Корпус 16 печи имеет на одной торцевой стороне вход 20 прохода для волокон, видимый только на ФИГ. 2, а на противоположной торцевой стороне - выход прохода для волокон, который является невидимым на чертежах по причине показанных видов. За исключением указанных проходов корпус 16 печи является газонепроницаемым.Furnace 10 includes a furnace body 16 which defines interior space 18. In the described embodiments, furnace body 16 is made of steel. Furnace body 16 has on one end face a fiber passage inlet 20, visible only in FIG. 2, and on the opposite end side, the exit of the fiber passage, which is not visible in the drawings due to the views shown. With the exception of these passages, the furnace body 16 is gas-tight.

Во внутреннем пространстве 18 корпуса 16 печи находится рабочая камера 22, которая, в свою очередь, ограничена корпусом 24 рабочей камеры в виде муфеля 26. Корпус 24 рабочей камеры имеет прямоугольное поперечное сечение, однако, возможны и другие формы, например, криволинейное или круговое поперечное сечение. В показанном варианте осуществления муфель 26 выполнен из графита. Корпус 24 рабочей камеры, т.е. муфель 26, на одной торцевой стороне имеет впускное отверстие 28 для волокон, которое также можно видеть только на ФИГ. 2, а на противоположной торцевой стороне - выпускное отверстие для волокон, также невидимое на чертежах. Во время работы печи 10 в рабочей камере 22 устанавливается атмосфера 30 рабочей камеры.In the inner space 18 of the furnace body 16 there is a working chamber 22, which, in turn, is limited by the working chamber body 24 in the form of a muffle 26. The working chamber body 24 has a rectangular cross section, however, other shapes are possible, for example, a curvilinear or circular cross section. section. In the embodiment shown, the muffle 26 is made of graphite. The body 24 of the working chamber, i.e. The muffle 26, on one end face, has a fiber inlet 28, which can also only be seen in FIG. 2, and on the opposite end side, a fiber outlet, also not visible in the drawings. During the operation of the furnace 10 in the working chamber 22 is set to the atmosphere 30 of the working chamber.

Печь 10 содержит нагревательную систему 32, при помощи которой осуществляется нагревание атмосферы 30 рабочей камеры. При этом в рабочей камере 22 между впускным отверстием 28 для волокон и выпускным отверстием для волокон муфеля 26 образованы следующие друг за другом зоны 34 нагрева, при этом на ФИГ. 1 можно видеть пять зон 34.1, 34.2, 34.3, 34.4 и 34.5 нагрева. Температура от одной зоны нагрева к другой повышается таким образом, чтобы в рабочей камере 22 имелся температурный градиент примерно от 800°С до примерно 1800°С. За каждой зоной 34 нагрева закреплено отдельное нагревательное устройство 36, которое нагревает муфель 26 в соответствующей зоне 34 нагрева, как это, по существу, хорошо известно. Печь 10 содержит изоляционный слой 38, который обеспечивает теплоизоляцию рабочей камеры 22.Furnace 10 contains a heating system 32, which is used to heat the atmosphere 30 of the working chamber. In the working chamber 22, between the fiber inlet 28 and the fiber outlet of the muffle 26, successive heating zones 34 are formed, wherein in FIG. 1, five heating zones 34.1, 34.2, 34.3, 34.4 and 34.5 can be seen. The temperature rises from one heating zone to another so that in the working chamber 22 there is a temperature gradient from about 800°C to about 1800°C. Each heating zone 34 is assigned a separate heating device 36 which heats the muffle 26 in the respective heating zone 34 as is generally well known. Furnace 10 includes an insulating layer 38 which provides thermal insulation for the working chamber 22.

Нагревательные устройства 36 и изоляционный слой 38 более подробно описаны далее со ссылками на ФИГ. 3-5Heating devices 36 and insulating layer 38 are described in more detail below with reference to FIG. 3-5

Со стороны входа печь 10 содержит входной шлюз 40 с отдельным корпусом 42 шлюза, а также невидимый по причине показанных видов выходной шлюз также с отдельным корпусом шлюза. Через невидимый выходной шлюз во внутреннее пространство 18 корпуса 16 печи и, следовательно, также в рабочую камеру 22, при помощи устройства 44 подачи инертного газа подается инертный газ 46, таким образом, термическая обработка окисленных волокон 14 ПАН осуществляется в атмосфере инертного газа. Как указано выше, на практике при температурах более 1800°С в качестве инертного газа применяется азот N₂ или аргон Ar. Атмосфера 30 рабочей камеры представляет собой смесь инертного газа и пиролизного газа, выделяющегося при обработке окисленных волокон 14 ПАН.On the inlet side, the furnace 10 comprises an inlet sluice 40 with a separate sluice body 42, as well as an outlet sluice, invisible due to the views shown, also with a separate sluice body. An inert gas 46 is supplied through an invisible outlet sluice to the interior 18 of the furnace body 16 and, consequently, also to the working chamber 22, by means of an inert gas supply device 44, so that the heat treatment of the oxidized PAN fibers 14 is carried out in an inert gas atmosphere. As mentioned above, in practice, at temperatures above 1800°C, nitrogen N ₂ or argon Ar is used as an inert gas. The atmosphere 30 of the working chamber is a mixture of inert gas and pyrolysis gas released during the processing of oxidized fibers 14 PAN.

Кроме того, печь 10 содержит вытяжную систему, обозначенную в целом ссылочным номером 48, при помощи которой атмосфера 30 может отсасываться из рабочей камеры 22. В показанном варианте осуществления между входным шлюзом 40 и корпусом 16 печи можно видеть проходное защитное ограждение 50 вытяжного устройства 52 вытяжной системы 48, которое ограничивает проточную камеру 54. Эта проточная камера 54 имеет с одной стороны газонепроницаемое соединение с входным шлюзом 40, а с другой стороны - газонепроницаемое соединение с корпусом 16 печи, поэтому инертный газ 46 может проходить из входного шлюза 40 через проточную камеру 54 в рабочую камеру 22.In addition, the oven 10 includes an exhaust system, indicated generally by reference numeral 48, by which the atmosphere 30 can be sucked out of the working chamber 22. system 48, which defines the flow chamber 54. This flow chamber 54 has on the one hand a gas-tight connection with the inlet sluice 40, and on the other hand, a gas-tight connection with the furnace body 16, so that inert gas 46 can pass from the inlet sluice 40 through the flow chamber 54 into the working chamber 22.

Окисленные волокна 14 ПАН при помощи специально не показанной, но хорошо известной системы подачи в виде волокнистого ковра 56 подаются через входной шлюз 40, через проточную камеру 54 и далее через вход 20 прохода для волокон корпуса 16 печи в ее внутреннее пространство 18, а оттуда через входное отверстие 26 для волокон корпуса 24 рабочей камеры направляются в рабочую камеру 22. Волокнистый ковер 56 проходит через рабочую камеру 22 и образованные в ней зоны 34 нагрева, а затем через выпускное отверстие для волокон корпуса 24 рабочей камеры и через выход прохода для волокна корпуса 16 печи и, наконец, через соединенный с ним выходной шлюз выводится из печи 10.The oxidized PAN fibers 14, by means of a not specifically shown but well-known fiber mat delivery system 56, are fed through the inlet sluice 40, through the flow chamber 54 and further through the inlet 20 of the fiber passage of the furnace body 16 into its interior 18, and from there through the fiber inlet 26 of the working chamber body 24 is directed to the working chamber 22. The fibrous carpet 56 passes through the working chamber 22 and the heating zones 34 formed therein, and then through the fiber outlet of the working chamber body 24 and through the outlet of the fiber passage of the body 16 furnace and, finally, through the output lock connected to it, it is removed from the furnace 10.

Таким образом, печь 10 выполнена в виде печи непрерывного действия. Для других материалов, отличных от волокон 12, печь в не показанном специально варианте осуществления может иметь конструкцию порционной печи (или печи периодического действия). В этом случае материал через показанные проходы вводится рабочую камеру 22 и выводится из нее по окончании обработки.Thus, the furnace 10 is designed as a continuous furnace. For materials other than fibers 12, the oven, in an embodiment not shown specifically, may be of a batch oven (or batch oven) design. In this case, the material is introduced through the passages shown in the working chamber 22 and is removed from it at the end of processing.

Вышеуказанный изоляционный слой 38 представляет собой изоляционный наполнитель 58, состоящий из твердотельного материала 60 в виде частиц. На практике такой твердотельный материал 60 в виде частиц представляет собой сыпучий материал.The above insulating layer 38 is an insulating filler 58 composed of particulate solid material 60. In practice, such particulate solid material 60 is a particulate material.

Изоляционный наполнитель 58 находится в изоляционной камере 62, которая по меньшей мере частично окружает корпус 24 рабочей камеры. В показанных вариантах осуществления изоляционная камера 62 по меньшей мере частично прилегает к корпусу 24 рабочей камеры.The insulating filler 58 is located in the insulating chamber 62, which at least partially surrounds the body 24 of the working chamber. In the embodiments shown, the isolation chamber 62 is at least partially adjacent to the working chamber body 24 .

В показанных вариантах осуществления изоляционная камера 62 выполнена в виде кольцевой камеры 64, наружная граница которой образована соответствующими частями 66 корпуса 16 печи. В направлении входного шлюза 40 и выходного шлюза кольцевая камера 64 закрыта кольцевыми стенками 68, из которых одну соответствующую кольцевую стенку 68 можно видеть на ФИГ. 2.In the illustrated embodiments, the implementation of the insulating chamber 62 is made in the form of an annular chamber 64, the outer boundary of which is formed by the respective parts 66 of the body 16 of the furnace. In the direction of the inlet sluice 40 and the outlet sluice, the annular chamber 64 is closed by annular walls 68, of which one corresponding annular wall 68 can be seen in FIG. 2.

Изоляционный наполнитель 58 вначале при открытой крышке корпуса, которая специально не показана, засыпается в изоляционную камеру 62 и уплотняется трамбовками. Уплотнение изоляционного наполнителя 58 может быть также осуществлено при помощи вибрации. Для этого части корпуса 16 печи могут быть снаружи в течение некоторого времени подвергнуты колебаниям. В качестве альтернативы вибратор может быть также установлен в изоляционном наполнителе 58.The insulating filler 58 is first poured into the insulating chamber 62 with the housing cover open, which is not specifically shown, and compacted with rammers. The sealing of the insulating filler 58 can also be carried out by means of vibration. To this end, parts of the furnace body 16 can be oscillated from the outside for some time. Alternatively, the vibrator can also be installed in the insulating core 58.

С течением времени изоляционный наполнитель 58 уплотняется вследствие смены температуры, обусловленной производственными требованиями, при нагревании и остывании печи. Кроме того, возможна потеря материала в результате реакций с атмосферой. Это происходит прежде всего при высоких температурах более 1800°С.Over time, the insulating core 58 densifies due to changes in temperature due to production requirements as the furnace heats up and cools down. In addition, material may be lost through reactions with the atmosphere. This occurs primarily at high temperatures above 1800°C.

Для того чтобы компенсировать дополнительным материалом такое уплотнение или такую потерю материала, корпус 16 печи содержит закрывающиеся входные отверстия 70, например, в виде входных штуцеров, которые можно видеть только на ФИГ. 1. Изоляционная камера 62 при помощи перегородок может быть разделено на изоляционные участки, доступ к которым может осуществляться через соответствующие входные отверстия 70. При этом каждая зона 34 нагрева может иметь, например, такой отдельный изоляционный участок.In order to compensate for such compaction or such loss of material with additional material, the furnace body 16 includes closable inlets 70, for example in the form of inlets, which can only be seen in FIG. 1. The isolation chamber 62 can be divided by means of partitions into insulating sections, which can be accessed through the respective inlets 70. Each heating zone 34 may, for example, have such a separate insulating section.

Дополнительный твердотельный материал 60 в виде частиц может быть также уплотнен при помощи трамбовки и/или вибрации, как описано выше.The additional particulate solid material 60 may also be compacted by tamping and/or vibration as described above.

Твердотельный материал 60 в виде частиц может представлять собой гранулированный материал, в частности, в виде зернистого материала, материала в виде порошка или пудры. В качестве альтернативы твердотельный материал в виде частиц может быть также переработан в пеллетный материал. Особенно высокий эффект теплоизоляции т.е. плохую теплопроводность, обеспечивает сажевый материал, в частности сажевый материал с содержанием углерода более, чем 99,5%, который представляет собой предпочтительно газовую сажу, печную сажу, пламенную сажу, сажу, полученную расщеплением углеводородов, ацетиленовую сажу, термическую сажу, канальную сажу или смесь, состоящую из нескольких таких видов сажи.The particulate solid material 60 may be a granular material, in particular in the form of a granular material, a material in the form of a powder or powder. Alternatively, the particulate solid material can also be processed into pellet material. Particularly high thermal insulation effect i.e. poor thermal conductivity is provided by carbon black, in particular carbon black with a carbon content of more than 99.5%, which is preferably gas black, furnace black, fire black, carbon black, acetylene black, thermal black, channel black or a mixture consisting of several of these types of soot.

Во всех вариантах осуществления, показанных на ФИГ. 2-5, корпус 24 рабочей камеры, т.е. муфель 26, установлен на опорах 72, которые проходят вниз через изоляционную камеру 62 и закреплены в нижней части корпуса 16 печи. В некоторых случаях достаточно крепления корпуса 24 рабочей камеры к корпусу 16 печи со стороны входа и выхода, при этом можно отказаться от опор 72.In all embodiments shown in FIG. 2-5, working chamber body 24, i. e. The muffle 26 is mounted on supports 72 which extend downward through the isolation chamber 62 and are secured to the bottom of the furnace body 16. In some cases, it is sufficient to fasten the body 24 of the working chamber to the body 16 of the furnace from the inlet and outlet, while it is possible to abandon the supports 72.

На ФИГ. 2 и 3 показан первый вариант осуществления печи 10, в котором изоляционная камера 62 полностью окружает по периметру корпус 24 рабочей камеры и полностью прилегает по периметру к корпусу 24 рабочей камеры. Это можно видеть на ФИГ. 3. В этом случае изоляционная камера 62 для изоляционного наполнителя 58 ограничена по периметру соответствующими частями 66 корпуса 16 печи с одной стороны, и корпусом 24 рабочей камеры, т.е. муфелем 26, с другой стороны.FIG. 2 and 3 show a first embodiment of the oven 10, in which the insulating chamber 62 completely surrounds the working chamber body 24 and is completely adjacent to the working chamber body 24 along the perimeter. This can be seen in FIG. 3. In this case, the insulating chamber 62 for the insulating filler 58 is limited along the perimeter by the respective parts 66 of the furnace body 16 on one side, and the working chamber body 24, i. muffle 26, on the other hand.

Нагревательное устройство 36 для каждой зоны 34 нагрева содержит нагревательный элемент 74, который расположен в рабочей камере 22. Нагревательный элемент 74 в показанном варианте осуществления выполнен в виде пластины. В качестве материала для нагревательного элемента 74 могут быть использованы, например, графит или композитные материалы в виде графита, армированного углеволокном. Нагревательные элементы 74 подключаются известным способом через нагревательные модули, которые присутствуют снаружи корпуса 16 печи и специально не показаны, и которые соединены с нагревательными элементами 74 через соединительные головки 76 и электропроводные соединительные болты 78, при этом соединительные болты 78 проходят сквозь корпус 24 рабочей камеры, изоляционную камеру 62 и корпус 16 печи.Heating device 36 for each heating zone 34 includes a heating element 74, which is located in the working chamber 22. The heating element 74 in the shown embodiment is made in the form of a plate. As a material for the heating element 74, for example, graphite or composite materials in the form of graphite reinforced with carbon fiber can be used. The heating elements 74 are connected in a known manner through heating modules which are present on the outside of the furnace body 16 and not specifically shown, and which are connected to the heating elements 74 via connection heads 76 and electrically conductive connection bolts 78, the connection bolts 78 extending through the working chamber body 24, an isolation chamber 62; and a furnace body 16.

В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 2 и 3, корпус 24 рабочей камеры выполнен в виде однокамерного корпуса 80, который является единственным ограничивающим рабочую камеру 22.In the embodiment shown in FIG. 2 and 3, the body 24 of the working chamber is made in the form of a single-chamber body 80, which is the only one limiting the working chamber 22.

Во втором варианте осуществления печи 10, показанном на ФИГ. 4, нагревательная камера 82, в которой расположен нагревательный элемент 74, прилегает к рабочей камере 22. При этом нагревательная камера 82 отделена от рабочей камеры 24 перегородкой 84.In the second embodiment of furnace 10 shown in FIG. 4, the heating chamber 82, in which the heating element 74 is located, is adjacent to the working chamber 22. In this case, the heating chamber 82 is separated from the working chamber 24 by a partition 84.

Для этого корпус 24 рабочей камеры, т.е. муфель 26, выполнен в виде многокамерного корпуса 86, в данном случае - в виде двухкамерного корпуса 88, который с одной стороны ограничивает рабочую камеру 22, а с другой стороны -нагревательную камеру 82.To do this, the body 24 of the working chamber, i.e. The muffle 26 is made in the form of a multi-chamber housing 86, in this case, in the form of a two-chamber housing 88, which on the one hand limits the working chamber 22, and on the other hand, the heating chamber 82.

В одном специально не показанном измененном варианте осуществления нагревательная камера 82 также может быть ограничена отдельным корпусом, который установлен на корпусе 24 рабочей камеры.In one not specifically shown modified embodiment, the heating chamber 82 may also be limited to a separate housing, which is mounted on the housing 24 of the working chamber.

Нагревательная камера 82 расположена на верхней стороне рабочей камеры 22. В одном специально не показанном измененном варианте осуществления нагревательная камера 82 вместе с нагревательным элементом 74 может быть также расположена на нижней стороне рабочей камеры 22.The heating chamber 82 is located on the upper side of the working chamber 22. In one not specifically shown modified embodiment, the heating chamber 82 together with the heating element 74 may also be located on the underside of the working chamber 22.

В третьем варианте осуществления печи 10, показанном на ФИГ. 5, нагревательная камера, расположенная на верхней стороне рабочей камеры 22, представляет собой первую нагревательную камеру 82а, а установленный в ней нагревательный элемент является первым нагревательным элементом 74а. Перегородка представляет собой первую перегородку 84а. Кроме того, к рабочей камере 22 прилегает вторая нагревательная камера 82b, в которой установлен второй нагревательный элемент 74b. Вторая нагревательная камера 82b отделена от рабочей камеры 24 второй перегородкой 84b.In the third embodiment of furnace 10 shown in FIG. 5, the heating chamber located on the upper side of the working chamber 22 is the first heating chamber 82a, and the heating element installed therein is the first heating element 74a. The baffle is the first baffle 84a. In addition, adjacent to the working chamber 22 is a second heating chamber 82b in which a second heating element 74b is installed. The second heating chamber 82b is separated from the working chamber 24 by a second partition 84b.

Для этого корпус 24 рабочей камеры, т.е. муфель 26, также выполнен в виде многокамерного корпуса 86, в данном случае - в виде трехкамерного корпуса 90, который с одной стороны ограничивает рабочую камеру 22, а с другой стороны - как первую нагревательную камеру 82а, так и вторую нагревательную камеру 82b.To do this, the body 24 of the working chamber, i.e. The muffle 26 is also made in the form of a multi-chamber housing 86, in this case in the form of a three-chamber housing 90, which on the one hand limits the working chamber 22, and on the other hand both the first heating chamber 82a and the second heating chamber 82b.

В одном специально не показанном измененном варианте осуществления, соответственно, первая нагревательная камера 82а и/или вторая нагревательная камера 82b могут быть ограничены отдельными корпусами, которые прикреплены к корпусу 24 рабочей камеры.In one not specifically shown modified embodiment, respectively, the first heating chamber 82a and/or the second heating chamber 82b may be limited to separate housings that are attached to the working chamber housing 24.

Вторая нагревательная камера 82b расположена на нижней стороне рабочей камеры 22.The second heating chamber 82b is located on the underside of the working chamber 22.

В специально не показанных измененных вариантах осуществления альтернативно или дополнительно к нагревательным камерам 82 или 82а и 82b могут быть предусмотрены одна или несколько нагревательных камер, расположенных с боковой стороны рядом с рабочей камерой 22, в которых установлены вертикально ориентированные нагревательные элементы.In modified embodiments not specifically shown, alternatively or in addition to the heating chambers 82 or 82a and 82b, one or more heating chambers located on the side next to the working chamber 22, in which vertically oriented heating elements are installed, can be provided.

В вариантах осуществления с нагревательной камерой 82 или с нагревательными камерами 82а, 82b, соответственно, невозможно, чтобы изоляционная камера 62 или изоляционный наполнитель 58 полностью прилегали в окружном направлении к рабочей камере 22. В области нагревательных камер 82, 82а и 82b они расположены между рабочей камерой 22 и изоляционной камерой 62 с изоляционным наполнителем 58.In the embodiments with heating chamber 82 or with heating chambers 82a, 82b, respectively, it is not possible for the insulating chamber 62 or the insulating filler 58 to completely adjoin the working chamber 22 in the circumferential direction. chamber 22 and insulating chamber 62 with insulating filler 58.

В одном также специально не показанном измененном варианте осуществления волокна 12 проходят поперек всей печи 10 или по меньшей мере поперек рабочей камеры 22 в вертикальном направлении. В этом случае нагревательные элементы 74, 74а и 74b и соответствующие нагревательные камеры 82, 82а и 82b также расположены не горизонтально, а вертикально.In a modified embodiment, also not specifically shown, the fibers 12 run across the entire oven 10, or at least across the working chamber 22 in a vertical direction. In this case, the heating elements 74, 74a and 74b and the respective heating chambers 82, 82a and 82b are also not horizontally arranged but vertically.

В одном также специально не показанном измененном варианте осуществления корпус 16 печи может, в свою очередь, содержать дополнительную теплоизоляцию.In a modified embodiment, also not specifically shown, the furnace body 16 may, in turn, comprise additional thermal insulation.

Claims

1. An oven for heat treatment, in particular for carbonization and/or graphitization, of a material, in particular fibers (12), in particular fibers (14) of oxidized polyacrylonitrile (PAN), containing

body (16) of the furnace;

located in the inner space (18) of the body (16) of the furnace working chamber (22), which is limited by the body (24) of the working chamber, and in which the processed material can be placed;

a heating system (32), which provides for the possibility of heating the atmosphere (30) in the working chamber (22);

an insulating layer (38) providing thermal insulation of the working chamber (22),

and

the insulating layer (38) is an insulating filler (58) consisting of a solid material (60) in the form of particles,

characterized in that

solid material (60) in the form of particles of insulating filler (58) is compacted,

wherein the particulate solid material (60) is a carbon black material with a carbon content of more than 99.5%.

2. Furnace according to claim 1, characterized in that the solid material (60) in the form of particles is a granular material, in particular in the form of a granular material, a material in the form of a powder or powder, or in the form of a material processed into pellets.

3. A furnace according to claim 1, characterized in that said carbon black material is gas black, furnace black, fire black, carbon black, acetylene black, thermal black, channel black, or a mixture of these several types of carbon black.

4. Oven according to one of paragraphs. 1-3, characterized in that the insulating filler (58) is located in the insulating chamber (62), which at least partially surrounds the body (24) of the working chamber.

5. Furnace according to claim. 4, characterized in that the insulating chamber (62) is made in the form of an annular chamber (64), the outer boundary of which is formed by the corresponding parts (66) of the furnace body (16).

6. Furnace according to claim 4 or 5, characterized in that the insulating chamber (62) is at least partially adjacent to the body (24) of the working chamber.

7. Oven according to one of paragraphs. 1-6, characterized in that the heating system (32) contains at least one heating element (74), which is installed in the working chamber (22).

8. Oven according to one of paragraphs. 1-7, characterized in that the heating system (32) contains at least one heating element (74; 74a, 74b), which is located in the heating chamber (82; 82a, 82b) adjacent to the working chamber (22).

9. Furnace according to claim 8, characterized in that the heating chamber (82; 82a, 82b) is located on the upper side or on the lower side of the working chamber.

10. Furnace according to claim 8 or 9, characterized in that said heating element is a first heating element (74a) and said heating chamber is a first heating chamber (82a), wherein the heating system (32) comprises at least one second heating element (74b), which is located in the second heating chamber (82b) adjacent to the working chamber (22).

11. Furnace according to claim 10, characterized in that the first heating chamber (82a) is located on the upper side and the second heating chamber (82b) is located on the lower side of the working chamber (22).

12. The oven according to one of paragraphs. 1-11, characterized in that the housing (24) of the working chamber is made in the form of a muffle (26), in particular in the form of a graphite muffle (26).

13. The oven according to one of paragraphs. 8-12, characterized in that the body (24) of the working chamber limits the working chamber (22) and one or more heating chambers (82; 82a, 82b).

14. The oven according to one of paragraphs. 1-13, characterized in that the specified furnace (10) is a continuous furnace, while the processed material can be passed through the working chamber (22).