一种用于碳纤维生产的低温碳化装置的制作方法

本发明涉及一种用于碳纤维生产的低温碳化装置，属于碳纤维生产技术领域。

背景技术：

在碳纤维的生产过程中，原丝需要进行预氧化和碳化等过程以使其分子结构发生变化形成碳纤维结构。因此，预氧化和碳化工艺是碳纤维生产过程中的关键工艺环节。其中，碳纤维的碳化工艺又分为低温碳化和高温碳化。在不同的碳化阶段需要使用不同的碳化设备进行。其中，低温碳化往往是逐步分段加温，碳化时需要利用惰性气体作为保护气。碳化过程中会产生废气和焦油等物质，需要排除出去，以防止对碳纤维造成污染。同时，由于碳纤维在碳化装置内经过较高温度的碳化，当经过碳化的纺丝从碳化装置拉伸出来时，如果温度没有降到足够提十分容易被空气中的氧气氧化，从而导致碳纤维的质量下降。现有的低温碳化设备中缺少碳化纺丝出口段的冷却环节，导致纺丝的质量较差。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于碳纤维生产的低温碳化装置，所采取的技术方案如下：

一种用于碳纤维生产的低温碳化装置，包括炉体1、连接于炉体1两端的密封装置7、与炉体1的炉膛11连通的排气系统4和保护气供给装置5。同时，还包括在炉体1的丝束出口端通过非接触式密封装置7连接的冷却室2，以及通过温度检测电路31与炉体1的温度传感器16连接的温度检测控制装置3。

优选地，所述温度检测控制装置3通过温度控制电路32与炉体1内的加热装置13进行温度加热控制连锁。

优选地，炉体1包括炉膛11，包裹在炉膛11外侧的碳化硅衬套12，固定在碳化硅衬套12中间的加热装置13和温度传感器16，固定在碳化硅衬套12外侧的保温层14以及固定在保温层14外的刚性外壳体15；在炉膛11中间设有废气出口17。

更优选地，炉膛11从丝束8进口向出口依次分为第一加温区、第二加温区、第三加温区、温度平衡区、第四加温区、第五加温区和第六加温区；其中，第一加温区温度低于第二加温区，第二加温区低于第三加温区；第六加温区温度低于第五加温区，第五加温区温度低于第四加温区。

更优选地，废气出口17设在温度平衡区的侧部或底部。

优选地，排气系统4包括与废气出口17连通的出风管道41，与出风管道41和若干废气收集罩连通的主排风管42，与主排风管42连通的排气口45。

优选地，密封装置7包括与炉体1的丝束进口端密封连接的第一密封装置71，连接炉体1丝束出口端和冷却室2进口的第二密封装置72，以及连接在冷却室2出口的第三密封装置73。

更优选地，保护气供给系统5通过设有流量计和控制阀51的管道连通保护气供给密封装置7和/或保护气加热装置6，并与控制系统进行控制连锁。

更优选地，保护气供给装置5通过低温保护气管道与第二密封装置72和第三密封装置73连接；通过管道与保护气加热装置6连接，保护气加热装置6通过高温保护气管道与第一密封装置71连接。

优选地，冷却室2包括与冷却水供给系统连接的进水口22和出水口21，以及位于丝束引出管道外侧与进水口22和出水口21连通的夹层23。

本发明获得的有益效果：

本发明所提供的低温碳化装置，在炉体出口端设置了冷却室，能够有效降低丝束牵出炉体的温度，防止经过碳化的高温丝束被空气中的氧气氧化，提高了碳纤维的质量。同时，本发明在炉体内部安装了温度传感器可实时对炉体内的温度进行监测和控制。

附图说明

图1为本发明的高温碳化装置的正视结构示意图(炉体部分剖视)。

图中：1，炉体；2，冷却室；3，温度检测控制装置；4，排气系统；5，保护气供给系统；6，保护气加热装置；7，密封装置；8，丝束；11，炉膛；12，碳化硅衬套；13，加热装置；14，保温层；15，外壳体；16，温度传感器；17，废气出口；21，出水口；22，进水口；23，夹层；31，温度检测电路；32，温度控制电路；41，出风管道；42，主排风管；43，第一废气收集罩；44，第二废气收集罩；45，排气口；51，控制阀；71，第一密封装置；72，第二密封装置；73，第三密封装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明，但以下详细说明不视为对本发明的限定。

图1为本发明一种优选方案中高温碳化装置的正视结构示意图，其中炉体部分剖视。从图1可知，该低温碳化炉是由炉体1，冷却室2，温度检测控制装置3，排气系统4，保护气供给系统5，保护气加热装置6以及密封装置7组成。

其中，炉体1由位于其中心的炉膛11，包裹在炉膛11管体外侧的半环形碳化硅衬管12，位于碳化硅衬管12内部的加热装置13和温度传感器16。在碳化硅衬管12外部包裹的是保温层14，在保温层14外部固定安装的是刚性外壳体15。在炉膛11中间设有与炉体1外部连通的废气出口17，以便于将碳化过程中产生的废气排出到炉体1外。炉体1的内部设有6个加温区，从丝束8入口到出口依次为第一加温区、第二加温区、第三加温区、第四加温区、第五加温区和第六加温区。其中，在第三加温区和第四加温区之间还是有一个温度平衡区。同时，各个加温区的温度存在一定差异，其中第一加温区的温度低于第二加温区，第二加温区温度低于第三加温区；而第六加温区的温度低于第五加温区，第五加温区的温度低于第四加温区的温度。这样形成丝束进入后温度逐渐升高再逐渐降低的梯度温度变化。在第三和第四加温区之间的温度平衡区的侧部或底部设有废气出口17，以防止废气凝结形成焦油，或排出管的焦油倒流回来滴在纤维丝束上。

在炉体1外设有温度检测控制装置3，温度检测控制装置3具有温度检测电路31和温度控制电路32，其通过温度检测电路31与炉体1内部的温度传感器16连接，以实现对炉体内加温温度的实时检测。同时，通过温度控制电路31与炉体1内的加热装置13连接，以实现对炉体1内不同加温区的加热温度的控制。

在炉体1的丝束8进口端固定连接有第一密封装置71，在炉体1的丝束8出口端固定连接有一个通过第二密封装置72固定连接的冷却室2，在冷却室2的另一端固定连接有第三密封装置73。冷却室2在丝束引出管外设有夹层23，在夹层23的上部是由一个出水口22，下部设有一个进水口21。进水口21和出水口22与冷却水供给系统连通，采用下进上出的方式在夹层23中加注冷取水，以便对丝束进行冷却。

排气系统4包括与废气出口17连通的出风管道41，与出风管道41和两个废气收集罩(第一废气收集罩43和第二废气收集罩44)连通的主排风管42，与主排风管42连通的排气口45。其中，主排风管42为水平设置的管道，底部通过出风管道41排出炉膛11内的废气，两端通过弯管与第一废气收集罩43和第二废气收集罩44连通，以便收集加工过程中溢出的少量废气和惰性保护气。主排风管42的上部通过管道连通排气口45，以便将废气排出出去。

保护气供给系统5通过设有流量计和控制阀51的低温保护气管道与第二密封装置72和第三密封装置73连通，同时通过管道与保护气加热装置6连通。保护气加热装置6对保护气进行加热以满足进入炉膛11的要求。经过加热的高温保护气在通过高温保护气管道经第一密封装置71进入到炉膛11内，以便对低温碳化过程中的丝束8进行保护。同时，保护气加热装置6也设有连接炉膛11两端端口的供气管道，以对丝束8的氧化过程进行充分保护。保护气供给系统5、保护气加热装置6以及密封装置7均可与低温炭化装置外的计算机或控制系统进行控制连锁。

除以上说明以外，本领域技术人员可根据生产过程中的实际需求，对各个部件的材质和形状和尺寸进行常规选择。例如，选用氮气作为保护气，选用硅酸铝棉作为保温层的保温材料，选用碳钢作为炉体的刚性外壳体，选用镍铬丝作为炉体内部的加热装置等。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。