一種超高溫石墨化爐的製作方法

2023-06-26 20:06:36

本發明涉及一種超高溫石墨化爐，屬於高溫加熱裝置。

背景技術：

超高溫石墨化爐廣泛用於碳纖維、鱗片石墨、碳材料結構件(製品)、C/C複合材料製品、碳素材料和其他石墨材料的高溫石墨化。目前在超高溫石墨化過程中往往採用的是間歇式過程，效率低下，而且超高溫爐升降溫的範圍大，耗時耗能。

技術實現要素：

針對上述問題本發明將高溫爐劃分為不同的升溫區間，縮短了升溫範圍，減小了大範圍降溫造成的時間的浪費，提高了石墨化效率。

為此，本發明提供一種超高溫石墨化爐，它包括密閉系統部分、碳化部分、石墨化部分、進排氣部分、送出料部分、冷卻部分組成。

優選地，初級預熱爐、二級預熱爐、高溫炭化爐、超高溫石墨化爐、冷卻爐各爐之間通過保溫密封系統相互密封隔絕。

優選地，保溫密封系統中用的隔熱保溫材料為陶瓷纖維材料、石墨碳氈、石墨箔及碳碳複合材料中任意一種。

優選地，初級預熱爐、二級預熱爐、高溫炭化爐爐中通過注氣通道、排氣通道通入N2進行保護。

優選地，超高溫石墨化爐、冷卻爐爐中通過注氣通道、排氣通道通入Ar2進行保護。

優選地，石墨化可以通過送料系統、運料軌道、收料系統實現自動進料過程。

優選地，加熱棒材料為鉬絲或石墨棒

優選地，初級預熱爐、二級預熱爐、高溫炭化爐的加熱溫度區間是室溫-2300℃，超高溫石墨化爐加熱溫度區間是室溫-3200℃。

本發明設計了進出料系統，實現進出料的快速進行。並且設計了運料軌道，無論是片材還是粉末都能實現進出料過程。

本發明在內殼體與外殼體之間設計了具有容納冷卻水的冷卻水通道，能夠實現對高溫爐的快速降溫過程。

本發明創新性的通過在爐內運輸材料，避免了熱量過多的損失，產生的能源的浪費。

本發明設計了氮氣和氬氣保護系統，提高了石墨化的效率和產品的質量。

本發明設計與超高溫石墨化工藝相結合，通過實驗設備實現送料、預熱1、預熱2、碳化、石墨化、冷卻和收料工藝步驟，整個工藝實施過程無需頻繁停爐以進行物料的冷卻和取放，工藝流程連續高效，並使得整個碳化加工過程更加穩定可靠，且產品規格適應性強，無需後續拼接等操作，大大提高了產品利用率和適用性。

附圖說明

附圖1為本次發明的一個參考實例示意圖。

附圖1中，1-初級預熱爐；2-保溫密封系統；3-二級預熱爐；4-高溫炭化爐；5-超高溫石墨化爐；6-冷卻爐；7-送料系統；8-運料軌道；9-爐體；10-石墨化樣品；11-加熱棒；12-水道；13-注氣通道；14-排氣通道；15-保溫密封板；16-收料系統。

具體實施方式

本發明的核心是與石墨化工藝相結合而提供一種超高溫石墨化設備，該超高溫石墨化設備的超高溫石墨化加工過程較為連續高效。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖來進一步詳細說明具體實施方案。

本發明石墨化樣品10由送料系統7送料系統，通過運料軌道8原料通道到達初級預熱爐1，爐內設置加熱棒11，初級預熱爐1關閉保溫密封系統2通入氮氣保護，在初級預熱爐1中加熱由室溫到達1200℃，之後打開保溫密封系統2；進入二級預熱爐3中加熱由1200到1500℃；到高溫炭化爐4碳化爐中加熱保溫由1500到1800℃實現碳化過程；之後進入超高溫石墨化爐5，溫度由1800至2850℃，通入氦保護氣，在超高溫的環境下實現碳材料結構的變化，由sp3變為sp2過程，最後進入冷卻爐6冷卻爐冷卻至室溫；通過收料系統16收集石墨化產品。

本發明將加熱過程分為幾個階段，使得各爐子不需要降溫至室溫，減小升降溫區間。由於在超高溫加熱過程是十分緩慢的，通過縮短爐子的升降溫區間，大大縮減了加熱所消耗的時間。因此本設計具有很高的工作效率。

本發明中通過送料系統，當材料進入下一級爐子時，由上一級的爐子中的材料進行補充，能夠保證各個爐子都能夠得到不停的應用，使得能夠連續工作。

本發明通過水道12水循環通道，可以快速將各高溫爐降至特定的加熱初始溫度，可以根據材料性能，設計不同工藝，實現在不同加熱溫度區間的調整，和設計特定不同階段的加熱速率與保溫時間。

本發明設計在各個爐體9上設計有注氣通道13、排氣通道14進出氣口，通過外連接進出氣系統，可以實現不同惰性氣體保護的要求。

在初級預熱爐1與二級預熱爐3之間，和二級預熱爐3與高溫炭化爐4之間的保溫密封系統2中的密封和保溫材料選用的是特種鋼材料；在高溫炭化爐4與超高溫石墨化爐5，和超高溫石墨化爐5與冷卻爐6之間的保溫密封系統2中密封和保溫材料需要承受3200℃的溫度所以選用的是石墨材料。