[发明专利]一种立式低温碳化炉及其生产工艺

说明书

本发明涉及一种立式低温碳化炉及其生产工艺，其解决了现有立式低温碳化炉温度控制差，冷却效率低的技术问题，其设有马弗炉膛，马弗炉膛下端设有入口氮气密封腔，上端设有出口氮气风冷段，出口氮气风冷段上端设有出口氮气密封腔，马弗炉膛外层被加热保温装置包裹隔离成七个加热温区，马弗炉膛设有废气排放装置。本发明可广泛应于碳纤维生产过程。

技术领域

本发明涉及碳纤维生产设备领域，特别是涉及一种立式低温碳化炉及其生产工艺。

背景技术

碳纤维是一种新型复合材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、传热和热膨胀系数小等优异性能。碳纤维复合材料既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。因此，近年来碳纤维的应用的发展十分迅速，在航空航天、汽车、能源、建筑、运动器材等众多领域均得到了广泛的应用。在制造聚丙烯腈基碳纤维过程中，碳化过程是一复杂的物理化学变化和结构转化的过程，是在惰性气体保护下发生热分解、热缩聚过程。其结果使氧化炉产生预氧丝的梯形结构转化为碳纤维的乱层石墨结构。

在碳化工段，关键设备是碳化炉，核心技术是炉口的设计以及配套的迷宫密封装置、废气排放设计。现有的低温碳化炉多为卧式炉，卧式炉缺点为占地面积大，厂房投资大；卧式炉的废气排放不及时易在炉内滞留为炉体设计难点，这样废气极易在马弗炉膛上炉壁凝集，从而产生大量焦油，焦油回滴至运行丝束上，导致丝束起毛或烧断，极大的降低了碳纤维的稳定运行时间，降低了碳纤维的力学性能。因此现有的卧式低温碳化炉已成为制约国产碳纤维质量的一个重要因数。

专利号为CN201720742208的中国专利，对立式低温碳化炉进行了笼统的界定，包括立式低温炉的气封、马弗及排废口三项，只是将卧式炉简单的立式化，内部结构没有发生任何变化，未详尽将低温炉的出、入口密封方式、出口冷却方式、废气排放口的位置、温区的数量、工艺方法等进行详细的优化，不能高效的阻止外部空气和丝束夹杂的空气进入炉内，不利于纤维在出口的有效冷却。专利号为CN201510718848的中国专利为传统的卧式低温炉结构，温区数量为6个，不易于工艺温度阶梯式设置，具有传统低温炉生产周期短，易产生毛丝等缺点，不能满足新一代碳纤维生产的技术需求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明为了解决现有立式低温碳化炉温度控制差，冷却效率低的技术问题，提供一种温度控制好，冷却效率高的立式低温碳化炉及其生产工艺。

本发明提供一种立式低温碳化炉，设有马弗炉膛，马弗炉膛下端设有入口氮气密封腔，上端设有出口氮气风冷段，出口氮气风冷段上端设有出口氮气密封腔，马弗炉膛外层被加热保温装置包裹隔离成七个加热温区，马弗炉膛设有废气排放装置；

入口氮气密封腔设有入口密封腔室、入口氮气进气管线和氮气加热器，入口密封腔室内设有入口氮气吹扫管道，氮气吹扫管道通过入口氮气进气管线与氮气加热器连通，入口氮气吹扫管道设有吹扫孔；

出口氮气风冷段设有风冷炉腔，风冷炉腔内部设有氮气风冷吹扫管道，氮气风冷吹扫管道设有风冷吹扫孔；

出口氮气密封腔设有出口密封腔室和出口氮气进气管线，出口密封腔室设有出口氮气吹扫管道，出口氮气进气管线与出口氮气吹扫管道连通，出口氮气吹扫管道设有氮气吹扫孔。

优选地，还设有压力传感器，压力传感器分别安装在入口氮气密封腔和出口氮气密封腔。

优选地，马弗炉膛设有马弗炉膛入口和马弗炉膛出口，马弗炉膛入口与入口氮气密封腔连通，马弗炉膛出口与出口氮气风冷段连通；加热保温装置设有陶瓷加热板、硅酸铝保温棉、陶瓷温区隔离砖、硅酸铝保温砖和控温热电偶，马弗炉膛为耐高温耐腐蚀的不锈钢材质。

优选地，废气排放装置设有四个，废气排放装置对称设置在自下到上的第三和第五加热温区，废气排放装置穿过硅酸铝保温棉与马弗炉膛连通。