碳纤维低温炭化炉的制作方法

本实用新型涉及一种碳纤维生产用低温炭化炉。

背景技术：

碳纤维生产中，聚丙烯腈基（PAN）纤维与空气中的氧结合进行预氧化转化为梯型结构；再经过炭化工序生成含碳量93%以上的碳纤维。炭化工序中的低温炭化炉用于纤维低温碳化的设备，在300～900℃的温度下对纤维进行处理。其结构上属于一种马弗炉，耐热钢板制成的矩形密封炉腔，氧化纤维在惰性保护气下进行炭化反应，其分子结构发生了剧烈变化，约有43.3%的质量以废气和焦油方式热解逸走。

目前，传统的低温炭化炉存在：（1）炉体加热方式不合理，使用维护成本高：容易造成“串温”现象，即各温区间温度梯度不满足工艺要求，部分温区加热负荷大，造成加热丝和炉腔寿命大大缩短至1～2年；（2）载气消耗能耗高：炉腔内产生的高温废气被载气带走，同时载气和废气带走了大量的热量，不但增加了载气、电能的消耗，也造成室内环境温度高，不利于员工健康；（3）排废排焦困难；传统低温炭化炉内反应副产物易滞留并累积结焦后，下滴到运行的纤维上，不但会产生断丝影响碳纤维产品的收率，还能导致碳纤维质量下降。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题是：针对上述的技术不足，提供一种碳纤维低温炭化炉，从而提高设备的稳定运行水平，克服上述现有技术存在的问题。

解决本实用新型问题所采取的技术方案是：它包括炉体、加热板、保温层、惰性气体密封系统、排废系统，加热板采用带状加热电阻，并将加热板按照工艺要求分成各温区，在每两个相邻的温区间由保温板进行隔离；排废口设置于炉体底部，且按温度范围分段设置。

将惰性气体管道铺设在加热板附近的保温层内中，进入炉体出口的惰性气体流动方向与炉体内碳纤维运行方向相同，进入炉体进口的惰性气体流动方向与炉体内碳纤维运行方向相反。

在相邻两个排废口之间设有扰动惰性气体入口。

排废口所处的炉体底部为锥形结构。

本实用新型的积极效果是：采用带状加热电阻替代传统的电炉丝及分区加热方式，大大延长了低温炭化炉的使用寿命，彻底地解决了温区间的“串温”现象，满足生产工艺的温度梯度要求；能耗低、使用寿命长，惰性气体消耗低，生产废气可瞬时排除，炉内温度场、气流场分布均匀，反应均匀，解决了低温炭化炉的排废引起的断丝难题，提高碳纤维产品的收率和质量，降低碳纤维的生产成本；可彻底解决设备寿命短、维护成本高、产品收率低、质量不稳定的难题，且可满足不同丝束规格的要求，如1K、3K、6K、12K、24K、48K等。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图；附图2为附图1的纵切面结构示意图；附图3为附图1的排废口处横切面示意图。

具体实施方式

本实用新型如附图1、2所示，它包括炉体1、加热板6、保温层8、惰性气体管道5、排废口2，加热板6采用带状加热电阻，并将加热部分按照工艺要求分成各温区，各温区采用50～200kW的加热功率，在每两个相邻的温区间使用保温板7进行隔离；排废口2设置于炉体1底部，排废口2所处的炉体底部为锥形结构（如附图1、3所示），排废口2按温度范围分段设置三个，分别设置于纤维反应物生成量最大的温度范围，即300～400℃、450～550℃和550～700℃，在相邻两个排废口2之间设有扰动惰性气体入口9，以防止局部产生死区；将惰性气体管道5铺设在加热板6附近的保温层8内中，进入炉体出口10的惰性气体流动方向与炉体1内纤维4运行方向相同，进入炉体进口11的惰性气体流动方向与炉体1内纤维4运行方向相反，惰性气体进入炉体前预加热至200～350℃，可使气体消耗量降低100～150m³/h。

经氧化后的纤维4从炉体入口11进入低温炭化炉炉体1内部进行炭化反应，经过各温区反应后，从炉体出口10进入下一工序，加热板6对炉体1进行加热，确保各温区的控制温度；为防止室内的空气进入炉体，使用惰性气体进行密封，惰性气体在惰性气体管道5内经加热后，经惰性气体密封腔12进入炉体1。氧化纤维裂解反应物与惰性气体经排废口2进入排废管3道排出炉体1，最后进入废气处理装置。