一种低成本分段式高温炭化炉的制作方法

本实用新型涉及高温炭化炉领域，特别是一种低成本分段式高温炭化炉。

背景技术：

高温炭化炉是制造碳纤维的关键设备，温度一般在1000℃～1600℃。可以选用的发热材料为硅碳棒、硅钼棒和石墨材料，由于使用温度和使用寿命的差异，虽然石墨材料造价高但其以优异的性价比得到了广泛的应用。一般高温炭化炉设计4—6个温区，使通过其中的碳纤维连续的经过不同的温度区间，完成纤维达到含碳量95％的转化过程。

现有高温炭化炉多采用内外马弗的结构形式，相对该专利设计主要缺点是：

1.设备由内马弗炉、加热元件、外马弗炉、保温碳毡等构成，结构相对复杂，设备造价高；

2.整体形式的内马弗热传导严重，各温区间相互干扰严重；

3.维修时需拆除完外马弗才可更换加热元件，若维修内马弗工作量更大，得完全拆除内马弗，这样维修周期长，停产损失大；

4.由于设备零部件多，致使备品、备件规格型号多。

技术实现要素：

本实用新型的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、维护方便、连续使用周期长的低成本分段式高温炭化炉。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种低成本分段式高温炭化炉，包括卧式炉体外壳，炉体外壳两端设置有用于碳纤维进出的炉嘴，所述炉体外壳中部横向布置有若干段空心供碳纤维穿过的石墨发热体，每段石墨发热体的上端面和下端面对称设有水冷电极，水冷电极垂直于横向布置的石墨发热体，每段石墨发热体上的水冷电极的一端延伸至炉体外壳外壁后与整流变压器电连接，水冷电极的另一端通过石墨加工的u形连接件用石墨螺栓或碳碳螺栓与石墨发热体固定，u形连接件用以将水冷电极夹紧在石墨发热体上，石墨发热体外壁与炉体外壳内壁之间填充有隔热保温材料，每段石墨发热体上设有一个测温热电偶，所述炉嘴设有气封装置。

进一步，炉体外壳的炉壁设有水冷夹套。

进一步，所述气封装置包括连接在炉嘴端部且碳纤维穿过的横管、对称设置于横管上下两端面且与横管内部连通的一组均压腔，垂直设置于均压腔顶端的外部进气管，外部进气管端部与高纯氮气供气系统的出气口相连。

进一步，所述横管上的均压腔至少设置两组。

与现有技术相比，本实用新型采用水冷夹套形式对炉体外壳进行冷却，再在每一段石墨发热体上通过整流变压器单独通入低压大电流的直流电，使石墨发热体发热从而达到产生1800℃高温温场的目的，从而达到每个发热体温度单独可控的目的，隔热保温材料包覆在石墨发热体外起到良好的保温及均匀热场的作用；低压大电流通过位于炉体一侧的水冷电极引入炉内联接至发热体的，水冷电极的特殊连接形式可以实现引电的同时用以支撑石墨发热体，可以省去石墨发热体的支撑部件，同时减小对外的热传导以增强内部的温度均匀性，因而降低了成本、增加了稳定性；另外，由于每个温区的石墨发热体是分开的，这样有效的避免了各温区温度互相干扰的问题。

因此，本实用新型设计结构简单、维修时只需更换相应温区的石墨发热体即可，使该类设备的制造成本和运行维护成本大大降低。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的a-a剖视图。

图3为石墨发热体和水冷电极连接形式。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定实用新型。

如图1、图2、图3所示，本实施例提供一种低成本分段式高温炭化炉，包括卧式炉体外壳2，炉体外壳2两端设置有用于碳纤维5进出的炉嘴1，所述炉体外壳2中部横向布置有若干段空心供碳纤维5穿过的石墨发热体4，每段石墨发热体4的上端面和下端面对称设有水冷电极6，水冷电极6垂直于横向布置的石墨发热体4，每段石墨发热体4上的水冷电极6的一端延伸至炉体外壳2外壁后与整流变压器电连接，水冷电极6的另一端通过石墨加工的u形连接件11用石墨螺栓或碳碳螺栓12与石墨发热体4固定，u形连接件11用以将水冷电极6夹紧在石墨发热体4上，石墨发热体4外壁与炉体外壳2内壁之间填充有隔热保温材料3，每段石墨发热体4上设有一个测温热电偶7，所述炉嘴1设有气封装置，气封装置的目的是防止外部空气进入到炉体外壳2内部。

在实际使用过程中，炉体外壳2的炉壁设有水冷夹套，水冷夹套可以为外水冷夹套形式，也可以为内水冷夹套形式，可以直接按照现有技术进行组装，也可以直接购买这种成品的炉体外壳，水冷夹套形式的作用是对炉体外壳2进行冷却。

在实际使用过程中，所述气封装置包括连接在炉嘴1端部且碳纤维5穿过的横管8、对称设置于横管8上下两端面且与横管8内部连通的一组均压腔9，垂直设置于均压腔9顶端的外部进气管10，外部进气管10端部与高纯氮气供气系统的出气口相连，具体原理为：高纯氮气供气系统将高纯氮气通入外部进气管10，然后经均压腔9的压力均衡，然后形成稳定的气流垂直于横管向下吹，上下同时吹形成气帘，从而防止外部气体通过炉嘴进入到炉体外壳2内。

在实际使用过程中，横管8上的均压腔至少设置两组，这样可以多形成几道气帘，密封效果更好。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种低成本分段式高温炭化炉，包括卧式炉体外壳，炉体外壳两端设置有用于碳纤维进出的炉嘴，其特征在于：所述炉体外壳中部横向布置有若干段空心供碳纤维穿过的石墨发热体，每段石墨发热体的上端面和下端面对称设有水冷电极，水冷电极垂直于横向布置的石墨发热体，每段石墨发热体上的水冷电极的一端延伸至炉体外壳外壁后与整流变压器电连接，水冷电极的另一端通过石墨加工的u形连接件用石墨螺栓或碳碳螺栓与石墨发热体固定，u形连接件用以将水冷电极夹紧在石墨发热体上，石墨发热体外壁与炉体外壳内壁之间填充有隔热保温材料，每段石墨发热体上设有一个测温热电偶，所述炉嘴设有气封装置。

2.根据权利要求1所述的低成本分段式高温炭化炉，其特征在于：炉体外壳的炉壁设有水冷夹套。

3.根据权利要求1所述的低成本分段式高温炭化炉，其特征在于：所述气封装置包括连接在炉嘴端部且碳纤维穿过的横管、对称设置于横管上下两端面且与横管内部连通的一组均压腔，垂直设置于均压腔顶端的外部进气管，外部进气管端部与高纯氮气供气系统的出气口相连。

4.根据权利要求3所述的低成本分段式高温炭化炉，其特征在于：所述横管上的均压腔至少设置两组。

技术总结
本实用新型公开了一种低成本分段式高温炭化炉，包括卧式炉体外壳，炉体外壳两端设置有用于碳纤维进出的炉嘴，所述炉体外壳中部横向布置有若干段空心供碳纤维穿过的石墨发热体，每段石墨发热体的上连接有两根水冷电极，每段石墨发热体上的水冷电极的端部延伸至炉体外壳外壁后与整流变压器电连接，石墨发热体外与炉体外壳炉体外壳内壁之间填充有隔热保温材料，每段石墨发热体上设有一个测温热电偶，所述炉嘴设有气封装置。与现有技术相比，本实用新型设计结构简单、维修时只需更换相应温区的石墨发热体即可，使该类设备的制造成本和运行维护成本大大降低。

技术研发人员：刘永华
受保护的技术使用者：西安富瑞达科技发展有限公司
技术研发日：2019.05.14
技术公布日：2020.05.15