UA80685C2 - Спосіб і установка для одержання вуглецевих виробів із заготовок, що складаються з речовини, вихідної відносно вуглецю - Google Patents
Спосіб і установка для одержання вуглецевих виробів із заготовок, що складаються з речовини, вихідної відносно вуглецю Download PDFInfo
- Publication number
- UA80685C2 UA80685C2 UA2004031805A UA2004031805A UA80685C2 UA 80685 C2 UA80685 C2 UA 80685C2 UA 2004031805 A UA2004031805 A UA 2004031805A UA 2004031805 A UA2004031805 A UA 2004031805A UA 80685 C2 UA80685 C2 UA 80685C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- furnace
- stage
- carbon
- temperature
- fact
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 52
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 23
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 15
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 14
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 13
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 13
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 9
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 2
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 10
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 51
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 15
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 14
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 14
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 9
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 4
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 150000003388 sodium compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- -1 for example Chemical class 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5268—Orientation of the fibers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Група винаходів стосується способу і установки для одержання вуглецевих виробів із заготовок, що складаються з речовини, вихідної відносно вуглецю. Спосіб включає першу стадію, на якій вихідний відносно вуглецю матеріал перетворюють на вуглець за допомогою нагрівання, і другу стадію, що полягає у високотемпературній тепловій обробці під низьким тиском. Обидві стадії здійснюють з безперервним видаленням виділюваного газоподібного продукту. Першу і другу стадію виконують одну за одною в тій самій печі, причому після закінчення першої стадії виконуються етапи: переключення випуску із печі виділюваного газоподібного продукту, з перериванням з'єднання печі з першим відвідним пристроєм, і встановленням з'єднання печі з другим відвідним пристроєм; регулювання тиску всередині печі до значення, необхідного для другої стадії; регулювання температури нагрівання печі, починаючи від температури, досягнутої наприкінці першої стадії. Під час другої стадії передбачена можливість нейтралізації будь-якого лужного металу, що міститься в сублімованій формі у виділюваному газоподібному продукті, що виходить із печі. Для цього застосовують, наприклад, нагнітання СО2 в трубу, призначену для відведення виділюваного продукту.
Description
Опис винаходу
Винахід відноситься до виготовлення вуглецевих виробів із заготовок, зроблених з речовини, вихідної 2 відносно вуглецю (названої далі для стислості прекурсором вуглецю).
Конкретна галузь застосування винаходу полягає у виготовленні напівфабрикатів або заготовок, що складаються з вуглецевих волокон і призначені для застосування у складі волоконного каркаса деталей, виготовлених з термоструктурного композитного матеріалу, такого як композит вуглець/вуглець (В/В) і укріплений вуглецем керамічний матричний композит. Такі напівфабрикати з вуглецевих волокон звичайно одержують з тканих заготовок, які складаються з волокон прекурсору вуглецю. Порівняно до вуглецевих такі волокна краще витримують текстильні операції, необхідні для формування вказаних заготовок.
У числі інших прекурсорів вуглецю, що мають, зокрема, форму волокон, зазвичай використовують попередньо окислений поліакрилонітрил (ПАН). Принаймні для деяких варіантів застосування необхідно не тільки перетворити на вуглець заготовки, що складаються з волокон попередньо окисленого ПАН, але й 19 видалити при цьому будь-які метали або металеві домішки, що надходять з прекурсору, головним чином натрій.
З цієї причини вуглецеві вироби звичайно виготовляють із заготовок, що складаються з прекурсору вуглецю у вигляді попередньо окисленого ПАН, причому це виготовлення включає дві послідовні стадії: - першу стадію, що полягає в належній карбонізації; на цій стадії прекурсор вуглецю хімічним способом перетворюють на вуглець, причому цей процес у промисловому масштабі виконують у печі за допомогою поступового підвищення температури з нагріванням печі приблизно до 9002С, і - другу стадію, що полягає в тепловій обробці при високій температурі; цю обробку також виконують у печі, поступово підвищуючи температуру до рівня вищого за 1000 9С, звичайно до температури в інтервалі 1400-16502С, щоб за допомогою сублімації видалити натрій, або дійсно до дуже високого рівня, що сягає ре 20002С, 22002 або навіть 25002, щоб надати вуглецевим волокнам особливих властивостей і видалити інші см металеві домішки. о
Під час першої стадії, що, як правило, здійснюється, по суті, при атмосферному тиску з продуванням інертним газом, як-от азот, завершується перетворення прекурсору. При цьому досягається рівень умісту вуглецю, що перевищує 9595 і, можливо, сягає або перевищує навіть 9995. Втрата маси велика і складає ю зо приблизно 5095. Вона супроводжується генерацією великого об'єму виділюваного газоподібного продукту, що містить переважно нітрили, зокрема ціаніди, що їх необхідно піддати обробці. со
Другу стадію здійснюють під низьким тиском, причому також із продуванням інертним газом, як-от азот або «со аргон. Порівняно до першої стадії швидкості потоків продувного газу і виділюваного газоподібного продукту набагато менші. о
Обидві стадії здійснюють у відповідних установках, що різняться між собою. В промисловому масштабі кожна со з цих стадій триває протягом декількох днів. Тому процес одержання вуглецевих виробів, які не містять натрій, що надходить з прекурсору вуглецю (попередньо окисленого поліакрилонітрилу), тривалий і дорогий.
Ті ж проблеми існують і для волокон з прекурсору вуглецю, що відрізняється від попередньо окисленого ПАН і також містить потребуючі видалення натрій або інші метали, як-от магній або кальцій. Сюди ж відноситься « 20 ситуація, коли необхідно видалити такі метали або металеві домішки, як, наприклад, залізо, нікель або хром. з с Щоб одержати можливість видалити їх за допомогою випарювання, потрібна теплова обробка при високій температурі, що звичайно сягає 20002 або перевищує цю величину. з Розкриття винаходу
Задача, на рішення якої спрямовано винахід, полягає в розробці промислового способу й промислової установки, що дозволяють одержувати описані вироби з вуглецю й забезпечують дуже велику економію щодо о вартості і тривалості.
Ця задача вирішується, насамперед, за допомогою промислового способу, який включає такі стадії: о - першу стадію, на якій вихідний відносно вуглецю матеріал вуглецю перетворюють на вуглець за допомогою б нагрівання з безперервним видаленням виділеного газоподібного продукту, і - другу стадію, що полягає у високотемпературній тепловій обробці під низьким тиском з безперервним со видаленням виділюваного газоподібного продукту. с Відповідно до винаходу першу і другу стадії виконують послідовно в одній печі за рахунок здійснення після закінчення першої стадії таких етапів: - переключення випуску з печі виділюваного газоподібного продукту, з перериванням з'єднання печі з першим 5Б відвідним пристроєм, що застосовувався під час першої стадії, і встановленням з'єднання печі з другим відвідним пристроєм, що застосовується під час другої стадії, (Ф; - регулювання тиску всередині печі до низького тиску, необхідного для другої стадії, і ка - регулювання температури нагрівання печі, починаючи від температури, досягнутої наприкінці першої стадії.
При реалізації винаходу після закінчення першої стадії вимірювання температури нагрівання печі бо переключають від щонайменше одного першого датчика температури до щонайменше одного другого датчика, що відрізняється від першого. Один або кожний перший датчик може бути датчиком термоелектричного типу, який встановлений у печі поблизу її стінки. Під час другої стадії під впливом температури він руйнується. Під час першої стадії може виникнути необхідність у застосуванні температурного датчика саме термоелектричного типу, оскільки велика кількість виділюваного газоподібного продукту унеможливлює використання такого 65 датчика, як оптичний пірометр, придатний для застосування під час другої стадії.
Таке переключення від одних засобів вимірювання температури до інших може супроводжуватися також зміною конфігурації зон нагрівання всередині печі.
В оптимальному варіанті переключення між першими і другим відвідними пристроями, які відводять виділюваний газоподібний продукт, а також між першим і другим вимірювальним датчиком (першими і другими Вимірювальними датчиками) автоматизовано.
Оскільки другу стадію виконують під низьким тиском, корисно перевірити герметичність печі, щоб уникнути проникнення будь-якої кількості повітря через місце витоку. Таке проникнення могло б призвести до корозії вуглецевого виробу в результаті окислювання під час другої стадії способу. При реалізації способу перевірку герметичності печі здійснюють перед першою стадією. Така перевірка може включати, зокрема, продування 7/0 внутрішнього об'єму печі інертним газом, таким як азот, і вимірювання кількості газоподібного кисню, що міститься у продувному через піч газі, після завантаження.
Під час першої стадії нагрівання здійснюють до моменту досягнення температури, достатньо високої для повної або майже повної карбонізації вихідного стосовно до вуглецю матеріалу (прекурсору). Проте ця температура має лежати нижче граничного значення, при якому один або декілька металів або одна або декілька /5 Металевих домішок, що містилися в прекурсорі, сублімуються або випаровуються. Крім того, вона має бути однозначно нижчою за граничне значення, при якому руйнуються температурні датчики, вміщені всередині печі.
Бажано, щоб ця температура лежала в інтервалі 750-11002С, причому звичайно вона близька до 90096.
Під час другої стадії нагрівання здійснюють при температурі, досить високій для сублімації або випарювання одного або декількох металів або металевих домішок, що підлягають видаленню, і/або, якщо це потрібно, для надання особливих властивостей кінцевим вуглецевим виробам. У тому випадку, коли потрібно видалити натрій, ця температура перевищує 10002С, звичайно лежить в інтервалі 1400-16502С і в типовому варіанті близька до 16002С. Коли виникає необхідність видалити інші метали, як-от залізо, нікель або хром, зазначена температура може сягати 20002С, 22002С або навіть 250026.
Максимальну температуру можна обмежити величиною, що не досягає граничного значення, вище за яке Ге! кінцевий вуглецевий виріб зазнає перетворення такого типу, при якому властивості виробу зміняться, наприклад, (5) погіршаться механічні й термічні властивості вуглецевих волокон. Цю ж температуру можна вибрати, навпаки, вищою за таке граничне значення, щоб змінити зазначені властивості специфічним чином. Другу стадію здійснюють під низьким тиском, бажано нижчим від 5О0кПа, наприклад, під тиском, що лежить в інтервалі 0,1-5О0кПа, краще нижче за 5кПа. Іо)
У тому випадку, коли при здійсненні способу виділюваний газоподібний продукт, видалений з печі під час со другої стадії, містить щонайменше один лужний метал, такий, наприклад, як натрій, зазначений метал нейтралізують, нагнітаючи нейтралізуючий агент у відвідну трубу, призначену для відведення виділюваного (Се) продукту. Таку нейтралізацію можна здійснити за допомогою пасивування за рахунок нагнітання двоокису о вуглецю (СО) у виділюваний газоподібний продукт. Можливий також варіант нейтралізації за допомогою гідратування паром, що нагнітається, (Н2О) або шляхом подання суміші СОоЖН.оОЮ. (ее)
Бажано здійснювати цю нейтралізацію безперервним чином за допомогою нагнітання нейтралізуючого агента в потік газу і виділюваного продукту, що протікає по відвідній трубі.
Особлива перевага способу за винаходом пов'язана з тим, що порівняно до відомого дотепер способу, « здійснюваного у дві окремі стадії у двох різноманітних печах з проміжним охолодженням, він дозволяє зменшити тривалість обробки й, таким чином, її вартість. Зазначена перевага має місце, попри те, що - с - піч під час другої стадії завантажена неоптимальним чином унаслідок великого зменшення об'єму виробу и (виробів) відразу ж після карбонізації, і ,» - в ряді випадків треба пожертвувати одним або декількома датчиками температури, використаними під час першої стадії.
Другою задачею, на рішення якої спрямований даний винахід, є розробка промислової установки, що (ог) дозволяє реалізувати запропонований спосіб. о Для вирішення цієї задачі пропонується промислова установка, що містить піч, засіб дпя нагрівання печі, принаймні один температурний датчик для вимірювання температури нагрівання печі, керуючу систему, (о) підключену до температурного датчика і до пристрою для нагрівання, щоб контролювати температуру нагрівання со 50 печі, принаймні один впускний канал для продувного газу, призначеного для продування внутрішнього об'єму печі, принаймні один випускний канал для видалення виділюваного газоподібного продукту з печі і принаймні сл один відвідний пристрій, приєднаний до випускного каналу, для виділюваного газоподібного продукту. Відповідно до винаходу установка додатково містить: - перший відвідний пристрій для виділюваного газоподібного продукту, призначений для прийому виділюваного газоподібного продукту, виробленого під час перетворення вихідного матеріалу на вуглець за о допомогою нагрівання всередині печі, - другий відвідний пристрій для виділюваного газоподібного продукту, призначений для прийому ко виділюваного газоподібного продукту, виробленого тепловим впливом при високій температурі в печі після завершення перетворення вихідного матеріалу, і 60 - перемикальні засоби, що забезпечують можливість селективного з'єднання печі з першими або другим відвідними пристроями .
В конкретному варіанті здійснення винаходу установка додатково містить: - принаймні один перший температурний датчик, уміщений у печі; він призначений для видачі інформації, що характеризує температуру нагрівання, коли вихідний матеріал перетворюється на вуглець, і 65 - принаймні один другий температурний датчик; після завершення перетворення вихідного матеріалу цей датчик надає інформацію, що характеризує температуру нагрівання під час високотемпературної теплової обробки.
Єдиний або кожний перший датчик у кращому варіанті являє собою термоелектричний датчик, уміщений у закритий футляр. Футляр має, наприклад, форму порожнистого стрижня, встановленого поблизу від стінки печі і Виготовленого з тугоплавкого матеріалу, як-от графіт. Стрижень виконує попереджувальну функцію, що дозволяє уникнути спотворення результатів вимірювань температури, а на подальших етапах уникнути забруднення атмосфери печі продуктами, що утворилися в результаті руйнації одного або декількох термоелектричних датчиків під час теплової обробки при високій температурі. В кращому варіанті єдиний або кожний другий датчик являє собою оптичний пірометр. 70 У конкретному варіанті здійснення установки другий відвідний пристрій має відвідну трубу для виділюваного продукту, яка приєднана до випускного каналу, й засіб для нагнітання щонайменше одного нейтралізуючого агента в зазначену трубу поблизу від виходу печі. Такий агент служить для нейтралізації однієї або декількох речовин, що містяться у виділюваному продукті, й, зокрема, одного або декількох металів.
У варіантах свого здійснення установка містить також першу і другу магістралі для подання до печі 7/5 інертного продувного газу, і перемикальні засоби, призначені для селективного з'єднання печі з першою або другою магістраллю.
В оптимальному варіанті передбачено також вимірювальний пристрій, приєднаний до внутрішнього об'єму печі і зроблений з можливістю виконання вимірювання кількості кисню, що міститься в інертному газі, наприклад, в азоті, що продувається крізь піч.
Стислий опис креслень
Винахід буде зрозуміліший при читанні подальшого опису, що не має обмежувального характеру і складений з використанням посилань на додані креслення, серед яких:
Фіг.1 - це дуже схематичний загальний вигляд установки, що подає варіант здійснення винаходу,
Фіг.2 подає детальне зображення частини пристрою для видалення виділеного газоподібного продукту з печі с дв В показаній на Фіг.1 установці,
Фіг.3 являє собою детальне зображення температурних датчиків, установлених усередині печі показаної на і)
Фіг.1 установки;
Фіг4 являє собою графік, що ілюструє часову залежність зміни температури, до якої нагрівають піч показаної на Фіг.1 установки. ю зо Здійснення винаходу
Фіг1 являє собою дуже схематичне зображення печі 10. Піч має корпус 12, що має форму циліндра з со вертикальною віссю, що визначає бічні сторони 11 внутрішнього об'єму, або камери 11. Указана камера Ге призначена для заповнення заготовками (не показані), виготовленими з матеріалу, вихідного стосовно до вуглецю. Маються на увазі, наприклад, шматки тканини, виготовленої з волокна попередньо окисленого ПАН. о
Корпус перекритий кришкою 14. со
Корпус 12, виготовлений, наприклад, з графіту, нагрівають за допомогою індуктивної взаємодії між корпусом та індуктором 16, що оточує корпус. Між корпусом та індуктором розміщена термічна ізоляція 18. Живлення індуктора здійснюється за допомогою керуючої системи 20, яка забезпечує подання електрики відповідно до вимог з нагрівання печі. «
Індуктор можна додатково розділити на множину секцій за висотою печі. Кожну секцію живлять індивідуально, нта) с задаючи таким чином різноманітні зони нагрівання всередині печі. В цих зонах температуру можна регулювати автономним способом. ;» Дно печі сформовано термічним ізолятором 22, покритим плитою 24. Плита виготовлена, наприклад, з графіту і підтримує встановлений на ній корпус 12.
Описане складання розміщене в кожусі 26, виготовленому, наприклад, з металу й герметичним чином
Го! покритому знімною кришкою 28.
Трубопровід 30, постачений клапаном 31, приєднаний до джерела (не показане) інертного газу, наприклад, о до джерела аргону або, в даному прикладі, азоту Мо. Вказаний трубопровід ЗО приєднаний також до двох
Ге» магістралей 32 і 34, призначених для подання в піч 10 інертного продувного газу, при цьому зазначені 5ор магістралі спроектовано для подання газу відповідно при низькій і високій швидкості потоку. Кожна магістраль бо 32, 34 містить трубопровід, обладнаний клапаном, що регулює швидкість потоку. Клапани позначені відповідно сп як 33, 35. Магістралі 32, 34 відкриті у внутрішній об'єм печі 10 у верхній її частині. Магістраль 32, а можливо, також і магістраль 34 можуть бути приєднані до множини вхідних отворів, що знаходяться в різноманітних положеннях навколо кожуха 26 печі.
Два відвідних пристрої 40 і 60 приєднані до відповідних випускних каналів 42 і 62, що виходять з печі і проходять через її дно. (Ф) Відвідний пристрій 40 спроектовано для видалення виділюваного газоподібного продукту, виробленого під ка час перетворення прекурсору вуглецю на вуглець. Він приєднаний до випускного каналу 42 за допомогою труби 44, постаченої клапаном 45. во Трубопроводи 48а і 480, обладнані змонтованими в них вентиляторами 50а і 505 відповідно, приєднаними паралельним чином між трубою 44 і ємністю 58. Зазначена ємність призначена для збору нітрилів, головним чином важких, що містяться у виділюваному газоподібному продукті і конденсуються у вигляді рідкої фази. Щоб мати можливість уводити вентилятори 50а і 5065 у процес або селективно виключати їх з процесу, перед цими вентиляторами і за ними в трубопроводах 48а і 4865 змонтовано відповідно клапани 52а, 526 і 54а, 540. Хоча б5 Можна застосовувати тільки один вентилятор, наявність двох вентиляторів, що їх можна вводити в процес селективним чином, є кращим з міркувань надійності і/або, якщо це необхідно, для збільшення швидкості потоку,
що виводиться. Щоб забезпечити додаткову експлуатаційну безпеку, паралельно до вентиляторів може бути встановлений автоматичний клапан, який відкривається, коли тиск у трубі 44 стає більший за атмосферний, і закривається, коли він знижується до атмосферного рівня або ще нижче. Тим самим попереджається проникнення повітря в піч.
Трубопровід 56, який об'єднує трубопроводи 48а і 486 перед ємністю 58, можна виконати злегка похилим.
Ємність 58 постачена промивною магістраллю (не показана), що дозволяє очищати ємність у закритій системі.
Відвідний пристрій 60 служить для видалення виділюваного газоподібного продукту, що виробляється під час теплової обробки, здійснюваної при високій температурі після карбонізації виробів, виготовлених з прекурсору /о Вуглецю. Така обробка потрібна, зокрема, для того, щоб виключити метали, що спершу містилися в прекурсорі вуглецю, причому особливо залишковий натрій. Суттєво, що даний пристрій містить пристрій 70, постачений перегородками, й усмоктувальний пристрій 80.
Відвідний пристрій 60 приєднано до випускного каналу 62 за допомогою відвідної труби 64, яка має нагнітальний вхід 66 для нагнітання двоокису вуглецю СО ». Як детально показано на Фіг.2, відвідна труба 64 /5 має на своєму кінці коліно б4а, яке за допомогою фланця 65 приєднане до випускного каналу 62, що проходить крізь дно печі. Нагнітальний вхід 66 приєднаний до трубопроводу 68, який, у свою чергу, підключений до джерела (не показане) газоподібного СО» і постачений клапаном 69. Трубопровід 68 подовжений за рахунок сопла бва, введеного у відвідну трубу 64, щоб нагнітати зазначений газ 14 у трубу в напрямку до вихідного кінця коліна б4а. Тим самим виключається проникнення будь-якого випадкового нагнітання газоподібного СО 5. в піч через випускний канал 62.
Для вловлювання твердих фаз, що містяться у виділюваному газоподібному продукті, що транспортується відвідною трубою 64, служить пристрій 70. Він містить дві колонки 72 і 74, постачені перегородками 73 і 75.
Зазначені перегородки, які змушують газ прямувати звивистим шляхом, установлені послідовно між відвідною трубою 64 і трубопроводом 76, постаченим клапаном 77. сч
Усмоктувальний пристрій 80 містить насоси 78а і 780, установлені у відповідних трубопроводах 80а і 80Б, сполучених паралельно між трубопроводом 76 і опалювальним пристроєм 86. У вказаних трубопроводах і) установлені клапани 82а, 82Ь і 84а, 845 відповідно до і після насосів 78а і 7856 таким чином, щоб насоси можна було включати в процес або селективно виключати з процесу. Насоси 7ва і 7805 служать для встановлення бажаного низького тиску всередині печі. Хоча можна застосовувати тільки один насос, краще мати два насосиз му зо Міркувань надійності.
Опалювальний пристрій 86, вхід якого приєднаний також до виходу з призначеної для нітрилів ємності 58, со живить димову трубу 88. Ге
Піч 10 обладнана датчиками температури, приєднаними до керуючої системи 20 з метою доведення температури нагрівання до бажаного значення. о
Перший набір датчиків, використовуваний під час перетворення прекурсору вуглецю, складається з декількох со термоелектричних датчиків,и15 наприклад, з чотирьох датчиків Уба, 906, 9Ос і 904, розміщених на різних рівнях поблизу від внутрішньої поверхні корпуса 12. Хоча в застосуванні множини датчиків немає необхідності, такий підхід кращий, оскільки він дозволяє характеризувати множину зон, що нагріваються, всередині печі.
Температуру в кожній зоні далі регулюють незалежним чином за допомогою контролю потужності, подаваної на «
Відповідну секцію індуктора. В основі такого регулювання лежить інформація про температуру, що поставляється Ше) с датчиком, зв'язаним із зазначеною зоною, що нагрівається. Індуктор у даному випадку підрозділене на чотири секції. Для підвищення надійності можна передбачити наявність одного або декількох додаткових з термоелектричних датчиків. Слід мати на увазі, що датчики УОа, 906, 9Ос і 904 забезпечують одержання інформації, що характеризує температуру нагрівання, тобто температуру стінки корпуса 12, а не температури
Виробів, підлягаючих карбонізації.
Го! Температурні датчики Уа, 9006, 9Ос і 90а розміщені всередині порожнистого стрижня 92 (див. Фіг.1 і 3), внутрішній об'єм якого ізольований від внутрішнього об'єму печі. Стрижень 92 можна виготовити з множини о сегментів або модулів, зібраних у безперервний ланцюг за допомогою різьбових з'єднань. Його можна підвісити
Ге» до кришки 14 корпуса. Проводи, що з'єднують датчики 9ба, 906, 9Ос і 904 із зовнішнім простором і з керуючою 5р бистемою 20, протягнені вздовж внутрішнього об'єму стрижня 92. со Зазначений порожнистий стрижень обмежує об'єм, у якому розміщені температурні датчики. В результаті с вимірювання температури не спотворюється, зокрема, в присутності сильних потоків газу всередині печі.
Крім того, як згадувалося вище, така конструкція дозволяє збирати продукти, що утворилися в результаті руйнації датчиків у разі підвищення температури вище за максимальне значення, що його датчики можуть
Витримати. Стрижень має бути виготовлений з тугоплавкого матеріалу з низькою пористістю, тобто здатного протистояти руйнації газами, виробленими прекурсором вуглецю, і продуктами плавлення термоелектричних (Ф) елементів. Крім того, згаданий матеріал має відносно легко обробляться механічним чином. Як приклад можна ка відзначити, що за товщини стінки стрижня, наприклад, 10-15мм можна застосовувати тонкодисперсний графіт.
Модульна конструкція стрижня полегшує складання і розбирання, а також заміну дефектних ділянок. Біля свого бо верхнього кінця стрижень 92 проходить через кришку 14 і спирається на неї виступом 92а, що дозволяє встановлювати стрижень легко й точно.
Інші датчики, наприклад два датчики 94а і 940, утворені оптичними пірометрами, встановлені на кришці 28, здійснюючи спостереження через вікна 28а і 286, що проходять наскрізь через зазначену кришку 28, і, далі, через отвори 14а і 145, що проходять наскрізь через кришку 14 корпуса. Хоча застосування множини 65 пірометричних датчиків не є обов'язковим, воно дозволяє здійснювати вимірювання на різноманітних рівнях і видалити можливі помилкові вимірювання, порівнюючи результати вимірювань. Краще застосовувати двохвильові пірометри (пірометри дихроматного типу), що генерують безперервний сигнал і знаходяться постійно в експлуатаційній готовності.
Нарешті, на Фіг.1 можна побачити додатковий вихідний канал 96, постачений клапаном 97. Він проходить
Через бічну сторону стінки печі і призначений для живлення аналізатора 98 кисню. В альтернативному варіанті аналізатор можна було б приєднати до іншого випускного трубопроводу, що виходить з печі, наприклад, до труби 44.
Описана вище установка служить для виконання таких послідовних стадій, причому без проміжного охолодження: 70 - першої стадії, що полягає в перетворенні тканих заготовок з попередньо окисленого волокна ПАН на заготовки з вуглецевих волокон одночасно з продуванням М» при тиску, близькому до атмосферного. При цьому температура нагрівання відтворює попередньо заданий профіль підвищення температури до значення, що лежить в інтервалі 750-11002С і звичайно відповідає приблизно 9002С, і - другої стадії, що здійснюється одночасно з продуванням М2 під низьким тиском, що лежить в інтервалі 75 б,5кПа - 10кПа і звичайно відповідає приблизно 1-5кПа, з відтворенням попередньо заданого профілю підвищення температури до значення, що перевищує 1000 С, що лежить в інтервалі 1400-16502С і звичайно відповідає приблизно 16002. Метою зазначеної стадії є видалення натрію, що міститься в заготовках з вуглецевих волокон. При цьому температура може бути доведена до 20002С, 22002С або навіть до 25002С, щоб видалити також і інші металеві домішки за допомогою сублімації або випарювання і/або змінити властивості вуглецевих волокон, що складають заготовки.
Максимальну температуру під час першої стадії вибирають досить високою, щоб гарантувати повну або майже повну карбонізацію попередньо окисленого ПАН. Ця температура лежить нижче порогу, вище за який метали або металеві домішки, зокрема Ма, сублімуються при тиску, реалізованому на першій стадії. Вона лежить також нижче за поріг, при якому існує небезпека руйнації термоелектричних датчиків. Максимальну температуруйї С під час другої стадії вибирають досить високою, щоб гарантувати сублімацію або випарювання призначених для (5) видалення металів, зокрема Ма, або металевих домішок під низьким тиском. У певних ситуаціях краще не перевищувати поріг, вище за який існує небезпека зміни механічних властивостей вуглецевих волокон. У випадку виробництва вуглецевих волокон, які отримані з вуглецевого прекурсору, що складається з попередньо окисленого ПАН, такий поріг лежить приблизно при 16502 або трохи вище. В інших випадках, навпаки, цей 3 поріг перевищують, зокрема, з метою зміни властивостей вуглецевих волокон. со
У зв'язку з тим, що другу стадію виконують під низьким тиском, бажано виконати випробування печі на герметичність відразу ж після її завантаження і закриття. Застосовуючи звичайні засоби, здійснювати таку (Се) перевірку наприкінці першої стадії не можна через високу температуру всередині печі. о
Таким чином, випробування на герметичність здійснюють на початку процесу, до підвищення температури на першій стадії. Проте, оскільки попередньо окислений ПАН гідрофільний і пари води випускаються безперервно, г) наявність великої кількості води всередині заготовок не дозволяє виконати звичайне випробування такого роду за допомогою вимірювання швидкостей витоку.
Зазначену процедуру краще виконати в такий спосіб. «
Порожню й очищену піч випробовують на герметичність, вимірюючи підвищення її внутрішнього тиску після того, як піч закрили і створили розрідження за допомогою відкачки насосом через випускний канал 62 печі. Піч т с вважається в достатньому ступені герметичною, коли швидкість підвищення тиску, що характеризує швидкість ч натікання в порожню піч, лежить нижче за заданий поріг, наприклад, нижче за 0, МкПа/год. » Потім піч відкривають, щоб заповнити її заготовками. Після повторного закриття знижують тиск усередині печі до декількох кілопаскалів за допомогою відкачки насосом через випускний канал 62 і належним чином фіксують вузли, призначені для закриття кришки 28. (о) Далі в піч через магістраль 32 або 34 нагнітають азот, щоб довести тиск у печі до значення, близького до о тиску зовнішньої атмосфери, але що лежить нижче за цей рівень. Продувають піч азотом, що його видаляють через випускний канал 42, при цьому випускний канал 62 в операції не бере участь. б» Кількість газоподібного кисню ОО, що міститься в продувному через піч азоті, вимірюють за допомогою о 20 аналізатора 98. Придатним для цієї задачі аналізатором є прилад, що поставляється під назвою "Хепіга 4100" англійською фірмою Зегуотех. сл Піч вважають придатною у відношенні герметичності, коли вміст кисню ОО» падає нижче за заданий поріг, що дорівнює, наприклад, декільком десяткам частин на мільйон (м.д.) у межах заздалегідь заданого інтервалу часу, наприклад, менше за 1 год. Тоді клапан 97 закривають, після чого можна починати карбонізацію заготовок. 22 Через магістраль 34 в піч нагнітають азот, при цьому клапани 31 і 35 відкриті, а клапан 33 закритий.
Ге! Приводять випускний канал 42 у робочий стан, відкриваючи клапан 45 і включаючи щонайменше один з вентиляторів 50а і 505. Одночасно з цим відчиняють також клапани по обидві сторони від вентиляторів. де Випускний канал 62 в операції не використовується.
Нагрівання печі починається з подання напруги на індуктор. Значення температур, виміряних біля 60 внутрішньої стінки корпуса датчиками УОа, 90Б, ЗОс і 904, передаються в керуючу систему 20 для контролю напруги, поданої на індуктор, таким чином, щоб викликане підвищення температури відбувалося відповідно до заздалегідь установленого профілю підйому температури.
Один такий профіль показаний на Фіг.4. Як звичайно, він передбачає поступове підвищення температури доти, поки вона не досягне приблизно 9002. При цьому режим підйому температури включає паузи (не показані) бо для здійснення контролю над хімічним перетворенням прекурсору вуглецю при рівнях температури, на яких зазначене перетворення стає екзотермічним, тобто коли за відсутності пауз може виникнути небезпека виходу його з-під контролю.
В ході хімічної реакції перетворення прекурсору випускається великий об'єм виділюваної газоподібної речовини. Вона сильно ускладнює вимірювання температури нагрівання печі за допомогою пірометричного спостереження або навіть робить цей процес практично неможливим. Саме з цієї причини застосовують датчики, розміщені в печі.
Продування внутрішнього об'єму кожуха 26 за допомогою Мо служить для запобігання утворення паразитних осадів, що формуються на індукторі, розташованому всередині кожуха, і які інакше могли б призвести до руйнації індуктора. Тому продування краще здійснювати з відносно високою швидкістю і таким чином, щоб вона 7/0 охоплювала весь об'єм печі.
Оскільки датчики, знаходячись усередині стрижня 92, ізольовані від потоку виділюваного газоподібного продукту, вимірювання температури має достовірний характер. Бажану температуру на всіх рівнях усередині печі можна також забезпечити додатковим поділом печі на множину різних зон, що нагріваються, в яких температуру можна регулювати автономно.
Виділюваний газоподібний продукт, що видаляється через випускний канал 42 і містить нітрили, зокрема ціаніди, до надходження в опалювальний пристрій 86, щонайменше, частково конденсується при проходженні через ємність 58. При цьому залишки виділюваного газоподібного продукту і продукти горіння послідовно випускаються через димову трубу 88.
Наприкінці першої стадії способу за винаходом перетворення прекурсору на вуглець завершується, причому
Вміст вуглецю у волоконному напівфабрикаті стає більшим за 9595. Можливі вмісти, що сягають приблизно 9995 або вище.
Перехід від першої до другої стадії включає відкривання клапанів 33 і 77, вимикання вентилятора (вентиляторів) 50а, 50Ь одночасно із закриванням відповідних клапанів, закривання клапанів З5 і 45 і запуск щонайменше одного з насосів 78а, 785 одночасно з відкриванням клапанів, що їх оточують. При цьому випускний сч ов Канал 42 приводять у виключене положення.
Використовуючи продування М2 при низькій швидкості потоку, встановлюють бажаний низький тиск усередині і) печі і переключають вимірювання температури з датчиків 9Оа, 905, 90с і 904 на датчики 94а і 945. Продовжують нагрівання печі до температури, що перевищує температуру кінця першої стадії. Слід зазначити, що перехід від першої стадії до другої може супроводжуватися також зміною конфігурації зон, що нагріваються, всередині печі. ю
Зо Датчики 9д4а і 9465 можна розставити таким чином, щоб забезпечити одержання інформації про температуру на двох різних рівнях усередині печі. Це дозволяє охарактеризувати дві зони, що нагріваються, кожна з яких со співвідноситься, наприклад, з двома секціями індуктора. Ге
Слід зазначити, що всі операції для переходу від першої стадії до другої можна автоматизувати.
Значення температури, виміряні датчиками 94а і 946, передаються в керуючу систему 20. На підставі цих о з5 даних індуктор забезпечується живленням таким чином, щоб зміна температури відбувалася відповідно до со заздалегідь установленого профілю підвищення температури.
Один такий профіль також показаний на Фіг.4. До моменту досягнення бажаної температури (відповідної, наприклад, в аналізованому випадку приблизно 160022) цей профіль передбачає поступове підвищення температури, в разі потреби за наявності пауз. Невеличка кількість виділюваного газоподібного продукту не « впливає на вимірювання температури за допомогою пірометричного спостереження. 8 с Під впливом температури приблизно 12002 натрій, що міститься у волоконному напівфабрикаті, починає ц вивільнятися, і його відкачують разом з газоподібним виділюваним продуктом. Відкриваючи клапан 69, "» нагнітають СО» у відвідну трубу 64, щоб пасивувати Ма відразу ж після того, як він залишить піч. Це дозволяє уникнути потенційної небезпеки відкладення Ма на стінках відвідної труби 64. Нагнітання СО» служить також для пасивування будь-яких сполук натрію, які можуть міститися в сублімованій формі у виділюваному газоподібному (оо) продукті і які можуть формувати потенційно небезпечні відкладення, зокрема таку сполуку, як оксид натрію Ма».
З причин, пов'язаних з експлуатаційною безпекою, бажано починати нагнітання СО 5 від самого початку о другої стадії. Краще, щоб таке нагнітання тривало, щонайменше, до кінця процесу. Отриманий у результаті
Ге) карбонат натрію збирають у пристрої 70, з якого цю речовину легко видалити на наступній стадії за допомогою промивання у воді іп зйш або розбирання пристрою 70, що містить перегородки, і промивання його у воді в со промивній ємності (не показана). Очищений від натрію виділюваний газоподібний продукт переноситься до сл опалювального пристрою 86.
Оскільки термоелектричні датчики ООа, 906, ЗОс і 904 не можуть витримати високих температур, що досягаються, вони руйнуються. Проте, оскільки продукти такої руйнації залишаються всередині стрижня 92, вони
Не забруднюють атмосферу всередині печі. Стрижень 92 можна згодом витягти для повторного використання.
Негайно ж по завершенні другої стадії нагрівання переривають і надають волоконному напівфабрикату о можливість остудитися в нерухомій атмосфері М». Під час первинних стадій охолодження можна продовжувати іме) нагнітання СО».
Слід зазначити, що натрій (або сполуки натрію, як-от МаО»), що містяться у виділюваному газоподібному бо продукті, можна нейтралізувати, нагнітаючи у відвідну трубу 64 пар замість СО». Можна також передбачити можливість одночасного нагнітання СО» і пару через загальне нагнітальне сопло або через два різні сопла.
Необхідно також мати на увазі, що пасивування натрію за допомогою СО 5 різко знижує вміст ціанідних іонів (СМ) в осаді, який збирається в колонках 72 і 74, порівняно до вмісту, який спостерігається за відсутності пасивування. Ця обставина дає додатковий внесок в експлуатаційну безпеку, забезпечувану за 65 рахунок виключення будь-якого відкладення натрію.
Пунктирна лінія на Фіг.А4 ілюструє температурний профіль, що міг бути реалізований при застосуванні відомого способу, відповідно до якого волоконний напівфабрикат охолоджують наприкінці першої стадії, а потім перевантажують в іншу піч для здійснення другої стадії теплової обробки. Досягнута способом за винаходом економія часу значна, бо при реалізації способу в промисловому масштабі кожна стадія триває період, рівний декільком дням (цей інтервал може складати навіть десять днів).
Описані вище спосіб і установка особливо придатні для виготовлення вуглецевих виробів з прекурсору вуглецю в тому випадку, коли зазначений прекурсор являє собою попередньо окислений ПАН. Зокрема, йдеться про виготовлення заготовок, що складаються з вуглецевих волокон і призначені для виробництва деталей, складених з термоструктурного композитного матеріалу. 70 Напівфабрикати одержують за допомогою карбонізації заготовок із тканини, виготовленої з вихідних стосовно до вуглецю волокон. Порівняно до вуглецевих такі волокна краще витримують текстильні виробничі операції.
Ткані заготовки можуть бути одномірними, представляючи собою пряжу або джгут. Можливий і двомірний варіант, як-от ткане сукно або полотнина, складена з паралельних прошарків пряжі або джгута. Природно, ткані заготовки можуть бути і тримірними, наприклад, являти собою заготовки, отримані намотуванням ниток або /5 укладенням одна на одну, обмотуванням або драпіруванням шматків сукна або полотнини. Таким чином формують накладені один на одний прошарки, можливо, з'єднані в одне ціле за допомогою, наприклад, зшивання або простьобування.
Втім, цим застосуванням винахід не обмежується. Мого можна застосовувати також для різноманітних заготовок, виготовлених з прекурсорів вуглецю, які не є попередньо окисленим ПАН, зокрема, для заготовок, що містять один або декілька металів або одну або декілька металевих домішок, що їх потрібно видалити. До прикладів таких прекурсорів належать смоляні або фенольні матеріали, а також віскоза.
Крім натрію, за допомогою сублімації можна видаляти кальцій і/або магній.
У разі потреби забезпечити для вуглецевих виробів високий ступінь чистоти, може знадобитися видалення таких металів як Ре, Мі і Ст. У цьому випадку слід виконати другу стадію процесу, піднявши температуру до сч ов величини, досить високої, щоб викликати випарювання цих металів. Така температура сягає, наприклад, 2000-22002С або навіть 25002С. о
А п ть
Ме, а щі Вон зв ях р й чн Ше ів) зо х У с шої Е тва т во де | / со
І» Сх ОН» Мо боа тва, бла ї5 м | р | г-Е-оеря те) одроюь о 7 ха т--- | ой Мо | др ва. ій Її. в Що ть | те ід о є І, 9ос (е и яль ВАВ
ЩІ Мо 3о в-ТоКеюв Що | о й со у ох) КН Ї 2 ОБ азая Б ий ї али УК, 767 с со», Ку пд ре б що й уовсте ВВ н-- бо шли я г « пе ща Ж --Ж-- 5-й 58 йо--7 БВ ооь ре вав З с ФІГ. 1 . и? 62 65. со» бла бе (ее) о ее Сова б ФІГ. 2 бо га сл
Й Їй
КИ
Щ. /
ЩІК о Ку .
Й о «5 у
ИЙ
СУ ! 60 92 1 зо бо ФІГ. З
Темпаратура (Су
Ї хо що ' п
Бою у і у ух Н х
М ЩІ М
170 Час
ФІГ. 4
Claims (21)
1. Промисловий спосіб одержання вуглецевого виробу із заготовки, виготовленої з вихідного відносно вуглецю матеріалу, при цьому спосіб включає: - першу стадію, на якій вихідний відносно вуглецю матеріал перетворюють на вуглець шляхом нагрівання з безперервним видаленням виділюваного газоподібного продукту, і - другу стадію, що полягає у високотемпературній тепловій обробці під низьким тиском з безперервним видаленням виділюваного газоподібного продукту, який відрізняється тим, що першу й другу стадію здійснюють послідовно в одній печі з виконанням, після закінчення першої стадії, таких етапів: - переключення випуску із печі виділюваного газоподібного продукту, з перериванням з'єднання печі з с першим відвідним пристроєм, що застосовувався під час першої стадії, і встановленням з'єднання печі з другим о відвідним пристроєм, що застосовується під час другої стадії, - регулювання тиску всередині печі до низького тиску, необхідного для другої стадії, і - регулювання температури нагрівання печі, починаючи від температури, досягнутої наприкінці першої стадії.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що включає вимірювання температури нагрівання за допомогою т) датчиків під час першої і другої стадій, причому після закінчення першої стадії вимірювання температури со переключають від щонайменше одного першого датчика до щонайменше одного другого датчика, просторово відділеного від першого. (Се)
З. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що єдиний або кожний перший температурний датчик являє собою о датчик термоелектричного типу, який встановлений у печі поблизу її стінки і руйнується під час другої стадії. Зо
4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що єдиний або кожний перший температурний датчикустановлюють 09 у замкнутому просторі, щоб уникнути забруднення атмосфери всередині печі при руйнуванні датчика.
5. Спосіб за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що перехід між першою і другою стадіями виконують автоматично. «
6. Спосіб за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що перед початком першої стадії здійснюють випробування печі на витік. т с
7. Спосіб за п. б, який відрізняється тим, що випробування на витік включає продування внутрішнього об'єму "» печі інертним газом і вимірювання кількості газоподібного кисню, що міститься в газі, що його випускають із " печі після завершення завантаження печі.
8. Спосіб за будь-яким із пп. 1-7, який відрізняється тим, що під час другої стадії виконують нейтралізацію лужного металу, що міститься у виділюваному газоподібному продукті, видаленому із печі. со
9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що нейтралізацію виконують щонайменше частково за допомогою о пасивування нагнітанням двоокису вуглецю у виділюваний газоподібний продукт, видалений з печі.
10. Спосіб за п. 8 або 9, який відрізняється тим, що нейтралізацію виконують щонайменше частково за Ме, допомогою гідратування парою, що нагнітається. о 50
11. Спосіб за будь-яким із пп. 1-10, який відрізняється тим, що призначений для одержання виробів, що складаються з вуглецевих волокон, із заготовок, виготовлених із волокон попередньо окисленого сл поліакрилонітрилу.
12. Промислова установка для одержання вуглецевих виробів із заготовок, виготовлених з матеріалу, вихідного відносно вуглецю, що містить піч (10), засіб (12, 14) для нагрівання печі, щонайменше один 2о температурний датчик для вимірювання температури нагрівання печі, керуючу систему (20), підключену до Ге! температурного датчика і до пристрою для нагрівання, для контролю температури нагрівання печі, щонайменше один впускний канал для продувного газу, призначеного для продування внутрішнього об'єму печі, щонайменше о один випускний канал для видалення виділюваного газоподібного продукту із печі й щонайменше один відвідний пристрій, приєднаний до випускного каналу, яка відрізняється тим, що додатково містить 60 - перший відвідний пристрій (40) для виділюваного газоподібного продукту, призначений для приймання виділюваного газоподібного продукту, одержаного під час перетворення вихідного матеріалу на вуглець за допомогою нагрівання всередині печі, - другий відвідний пристрій (60) для виділюваного газоподібного продукту, призначений для прийому виділюваного газоподібного продукту, одержаного тепловим впливом при високій температурі в печі після 65 завершення перетворення вихідного матеріалу, і - перемикальні засоби (45, 77), що забезпечують можливість селективного з'єднання печі з першим або другим відвідними пристроями.
13. Установка за п. 12, яка відрізняється тим, що додатково містить: - принаймні один перший температурний датчик (90а, 9065, 9Ос і 904), розташований у печі (10) для видачі інформації, що характеризує температуру нагрівання під час перетворення вихідного матеріалу на вуглець, і - щонайменше один другий температурний датчик (94а, 945) для видачі інформації, що характеризує температуру нагрівання під час високотемпературної теплової обробки після завершення перетворення вихідного матеріалу.
14. Установка за п. 13, яка відрізняється тим, що єдиний або кожний перший датчик (9Оа, 906, 9Ос і 904) 7/0 являє собою термоелектричний датчик, поміщений у закритий футляр (92) з тугоплавкого матеріалу.
15. Установка за п. 14, яка відрізняється тим, що закритий футляр має форму порожнистого стрижня (92), встановленого поблизу від стінки печі.
16. Установка за п. 14 або 15, яка відрізняється тим, що футляр (92) виготовлений з графіту.
17. Установка за будь-яким із пп. 13-16, яка відрізняється тим, що єдиний або кожний другий датчик (94а, 7/5 З4Б) являє собою оптичний пірометр.
18. Установка за будь-яким із пп. 12-17, яка відрізняється тим, що другий відвідний пристрій містить відвідну трубу (64) для відведення виділюваного продукту, приєднану до випускного каналу, і засіб для нагнітання щонайменше одного нейтралізуючого агента у відвідну трубу поблизу випускного каналу для нейтралізації металу, що міститься у виділюваному продукті.
19. Установка за п. 18, яка відрізняється тим, що засіб для нагнітання нейтралізуючого агента містить сопло (68а), введене в коліно (б4а) відвідної труби (64).
20. Установка за будь-яким із пп. 12-19, яка відрізняється тим, що містить першу і другу магістралі (32 і 34) для подавання в піч інертного продувного газу і перемикальні засоби (33, 35), що дозволяють селективно з'єднувати піч з першою або другою магістраллю. сч
21. Установка за будь-яким із пп. 12-20, яка відрізняється тим, що містить вимірювальний пристрій (98), приєднаний до внутрішнього об'єму печі (10) і виконаний з можливістю вимірювання кількості кисню, що і) міститься в газі, який виходить із печі. Офіційний бюлетень "Промислова власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних ю зо Мікросхем", 2007, М 17, 25.10.2007. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. со (Се) «в) г) -
с . и? (ее) («в) (22) о 50 сл Ф) іме) 60 б5
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0208821A FR2842192B1 (fr) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | Procede et installation pour l'obtention de produits en carbone a partir de produits en precurseur de carbone |
| PCT/FR2003/002205 WO2004007402A1 (fr) | 2002-07-12 | 2003-07-11 | Procede et installation pour l'obtention de produits en carbone a partir de produits en precurseur de carbone |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA80685C2 true UA80685C2 (uk) | 2007-10-25 |
Family
ID=29763806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA2004031805A UA80685C2 (uk) | 2002-07-12 | 2003-11-07 | Спосіб і установка для одержання вуглецевих виробів із заготовок, що складаються з речовини, вихідної відносно вуглецю |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7410630B2 (uk) |
| EP (1) | EP1521731B1 (uk) |
| JP (1) | JP4422614B2 (uk) |
| CN (1) | CN100344582C (uk) |
| AT (1) | ATE359246T1 (uk) |
| AU (1) | AU2003267518A1 (uk) |
| CA (1) | CA2460502C (uk) |
| DE (1) | DE60313177T2 (uk) |
| FR (1) | FR2842192B1 (uk) |
| NO (1) | NO339002B1 (uk) |
| RU (1) | RU2319679C2 (uk) |
| UA (1) | UA80685C2 (uk) |
| WO (1) | WO2004007402A1 (uk) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE39482E1 (en) * | 1998-10-09 | 2007-02-06 | Jfe Steel Corporation | Method of making grain-oriented magnetic steel sheet having low iron loss |
| US6309473B1 (en) | 1998-10-09 | 2001-10-30 | Kawasaki Steel Corporation | Method of making grain-oriented magnetic steel sheet having low iron loss |
| KR100905702B1 (ko) * | 2008-08-11 | 2009-07-01 | 강선주 | 무전극 조명 장치 |
| US8771623B2 (en) | 2009-10-30 | 2014-07-08 | Goodrich Corporation | Methods and apparatus for residual material management |
| US20110104041A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Goodrich Corporation | Methods and systems for hcn removal |
| CN101724922B (zh) * | 2009-11-26 | 2012-09-05 | 中复神鹰碳纤维有限责任公司 | 一种碳纤维用高强聚丙烯腈基原丝的制备方法 |
| FR2953826B1 (fr) * | 2009-12-16 | 2019-10-11 | Safran Landing Systems | Procede de fabrication d'une piece de friction a base de materiau composite c/c |
| CN103512711B (zh) * | 2012-06-20 | 2016-01-20 | 五冶集团上海有限公司 | 常化退火炉气密性试验方法 |
| KR101408834B1 (ko) * | 2014-01-06 | 2014-06-20 | 한국지역난방공사 | 배기가스 정량 공급이 가능한 산업설비용 추기장치 |
| RU2607401C1 (ru) * | 2015-09-25 | 2017-01-10 | Олег Викторович Барзинский | Способ получения углерод-углеродого композиционного материала |
| US11131503B2 (en) * | 2018-03-26 | 2021-09-28 | Goodrich Corporation | Carbon fiber, carbon composite and furnace purification by hydrogen reduction followed by thermal heat treatment |
| CN108572191A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-09-25 | 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司 | 生石灰消化速率快速检测装置 |
| CN114717689B (zh) * | 2022-04-20 | 2023-06-02 | 宁波益铸智能科技有限公司 | 一种活性炭纤维低温预氧设备 |
| CN115677371B (zh) * | 2022-11-18 | 2024-02-20 | 浙江超探碳素新材料有限公司 | 一种碳碳马弗及其制造方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5133211B2 (uk) * | 1974-02-04 | 1976-09-18 | ||
| JPS5848643B2 (ja) * | 1977-04-05 | 1983-10-29 | 東レ株式会社 | 高純度アクリル系炭素繊維 |
| US4238244A (en) * | 1978-10-10 | 1980-12-09 | Halliburton Company | Method of removing deposits from surfaces with a gas agitated cleaning liquid |
| DE3435120A1 (de) * | 1983-10-13 | 1985-05-02 | HITCO, Newport Beach, Calif. | Verfahren zur veredelung kohlenstoffhaltiger zwischenfasern |
| US5154776A (en) * | 1989-05-18 | 1992-10-13 | Bloch Christopher J | Method for decontamination of vessels and other equipment polluted with metallic sodium and other reactive metals |
| EP0554024B1 (en) * | 1992-01-24 | 1997-07-02 | NIPPON OIL Co. Ltd. | Process for preparing carbon/carbon composite preform and carbon/carbon composite |
| FR2770233B1 (fr) * | 1997-10-27 | 2000-01-14 | Messier Bugatti | Procede de fabrication de preformes en fibres de carbone |
| JPH11209115A (ja) * | 1998-01-23 | 1999-08-03 | Toyo Tanso Kk | 高純度ｃ／ｃコンポジットおよびその製造方法 |
| US20010051127A1 (en) * | 2000-06-12 | 2001-12-13 | Showa Denko K.K. | Carbon fiber, method for producing the same and apparatus therefor |
| ATE482915T1 (de) * | 2000-07-26 | 2010-10-15 | Ballard Power Systems | Kohlenstoffmatrix- verbundwerkstoffzusammensetzungen und darauf bezogene verfahren |
| FR2842193B1 (fr) * | 2002-07-12 | 2004-10-01 | Messier Bugatti | Procede et installation pour le traitement thermique a haute temperature et la densification par infiltration chimique en phase vapeur de textures en carbone |
-
2002
- 2002-07-12 FR FR0208821A patent/FR2842192B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 2002-09-26 US US10/256,223 patent/US7410630B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-07-11 CN CNB038010410A patent/CN100344582C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-07-11 JP JP2004520776A patent/JP4422614B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2003-07-11 WO PCT/FR2003/002205 patent/WO2004007402A1/fr active IP Right Grant
- 2003-07-11 CA CA2460502A patent/CA2460502C/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-07-11 AT AT03748209T patent/ATE359246T1/de active
- 2003-07-11 EP EP03748209A patent/EP1521731B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 2003-07-11 DE DE60313177T patent/DE60313177T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-07-11 AU AU2003267518A patent/AU2003267518A1/en not_active Abandoned
- 2003-07-11 RU RU2004106596/03A patent/RU2319679C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2003-11-07 UA UA2004031805A patent/UA80685C2/uk unknown
-
2004
- 2004-03-10 NO NO20041017A patent/NO339002B1/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2842192B1 (fr) | 2004-10-01 |
| FR2842192A1 (fr) | 2004-01-16 |
| US20040008750A1 (en) | 2004-01-15 |
| AU2003267518A1 (en) | 2004-02-02 |
| RU2319679C2 (ru) | 2008-03-20 |
| WO2004007402A1 (fr) | 2004-01-22 |
| CN1556780A (zh) | 2004-12-22 |
| CA2460502C (en) | 2011-04-19 |
| CN100344582C (zh) | 2007-10-24 |
| ATE359246T1 (de) | 2007-05-15 |
| DE60313177D1 (de) | 2007-05-24 |
| NO20041017L (no) | 2004-03-10 |
| EP1521731A1 (fr) | 2005-04-13 |
| DE60313177T2 (de) | 2007-12-27 |
| JP2005532975A (ja) | 2005-11-04 |
| EP1521731B1 (fr) | 2007-04-11 |
| JP4422614B2 (ja) | 2010-02-24 |
| US7410630B2 (en) | 2008-08-12 |
| NO339002B1 (no) | 2016-11-07 |
| RU2004106596A (ru) | 2005-07-10 |
| CA2460502A1 (en) | 2004-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA80685C2 (uk) | Спосіб і установка для одержання вуглецевих виробів із заготовок, що складаються з речовини, вихідної відносно вуглецю | |
| RU2319680C2 (ru) | Способ и установка для высокотемпературной тепловой обработки и уплотнения углеродных конструкций химической инфильтрацией из газовой фазы | |
| US4020273A (en) | Vertical pyrolysis furnace for use in the production of carbon fibers | |
| CN108698850A (zh) | 用于净化用于euv光源的靶材料的方法和设备 | |
| KR101186277B1 (ko) | 슬래그 입상화 방법 및 시스템 | |
| KR102540225B1 (ko) | 블로우 튜브 가열 시스템이 적용된 백필터 집진기 | |
| CN103619995B (zh) | 用于木屑或废弃物和其它碳化有机材料的连续碳化的装置和方法 | |
| GB2463433A (en) | Process and plant for the formal treatment of fine-grained solids | |
| JP4327086B2 (ja) | ナトリウム含有炭素体の熱処理方法 | |
| JP2007015870A (ja) | 活性炭製造装置 | |
| JP5700160B2 (ja) | 硫化水素ガス製造プラント及び硫化水素ガスの排気方法 | |
| JP5582978B2 (ja) | 反応室のガス排出装置 | |
| KR102283198B1 (ko) | 수소 가스 제조 설비 및 그 방법 | |
| KR102224887B1 (ko) | 제강 폐열 회수 장치 및 그를 이용한 방법 | |
| WO2016042655A1 (ja) | 燃焼処理装置及び燃焼処理システム | |
| JP2017075775A (ja) | 燃焼処理装置及び燃焼処理システム | |
| JP3012098B2 (ja) | 成膜装置および成膜方法 | |
| JP2010222679A (ja) | 連続工業炉の炉内急冷方法 | |
| KR101611766B1 (ko) | 코크스 건식 소화장치 | |
| JP2989944B2 (ja) | 成膜装置 | |
| RU61019U1 (ru) | Установка для термообработки порошкообразных материалов | |
| US825844A (en) | Apparatus for obtaining nickel from nickel carbonyl. | |
| JPS60212215A (ja) | 原料ガス供給装置における外気混入防止方法及びその装置 |