碳纖維低溫炭化爐的製作方法

2023-09-18 06:27:10

本實用新型涉及一種碳纖維生產用低溫炭化爐。

背景技術：

碳纖維生產中，聚丙烯腈基（PAN）纖維與空氣中的氧結合進行預氧化轉化為梯型結構；再經過炭化工序生成含碳量93%以上的碳纖維。炭化工序中的低溫炭化爐用於纖維低溫碳化的設備，在300～900℃的溫度下對纖維進行處理。其結構上屬於一種馬弗爐，耐熱鋼板製成的矩形密封爐腔，氧化纖維在惰性保護氣下進行炭化反應，其分子結構發生了劇烈變化，約有43.3%的質量以廢氣和焦油方式熱解逸走。

目前，傳統的低溫炭化爐存在：（1）爐體加熱方式不合理，使用維護成本高：容易造成「串溫」現象，即各溫區間溫度梯度不滿足工藝要求，部分溫區加熱負荷大，造成加熱絲和爐腔壽命大大縮短至1～2年；（2）載氣消耗能耗高：爐腔內產生的高溫廢氣被載氣帶走，同時載氣和廢氣帶走了大量的熱量，不但增加了載氣、電能的消耗，也造成室內環境溫度高，不利於員工健康；（3）排廢排焦困難；傳統低溫炭化爐內反應副產物易滯留並累積結焦後，下滴到運行的纖維上，不但會產生斷絲影響碳纖維產品的收率，還能導致碳纖維質量下降。

技術實現要素：

本實用新型要解決的問題是：針對上述的技術不足，提供一種碳纖維低溫炭化爐，從而提高設備的穩定運行水平，克服上述現有技術存在的問題。

解決本實用新型問題所採取的技術方案是：它包括爐體、加熱板、保溫層、惰性氣體密封系統、排廢系統，加熱板採用帶狀加熱電阻，並將加熱板按照工藝要求分成各溫區，在每兩個相鄰的溫區間由保溫板進行隔離；排廢口設置於爐體底部，且按溫度範圍分段設置。

將惰性氣體管道鋪設在加熱板附近的保溫層內中，進入爐體出口的惰性氣體流動方向與爐體內碳纖維運行方向相同，進入爐體進口的惰性氣體流動方向與爐體內碳纖維運行方向相反。

在相鄰兩個排廢口之間設有擾動惰性氣體入口。

排廢口所處的爐體底部為錐形結構。

本實用新型的積極效果是：採用帶狀加熱電阻替代傳統的電爐絲及分區加熱方式，大大延長了低溫炭化爐的使用壽命，徹底地解決了溫區間的「串溫」現象，滿足生產工藝的溫度梯度要求；能耗低、使用壽命長，惰性氣體消耗低，生產廢氣可瞬時排除，爐內溫度場、氣流場分布均勻，反應均勻，解決了低溫炭化爐的排廢引起的斷絲難題，提高碳纖維產品的收率和質量，降低碳纖維的生產成本；可徹底解決設備壽命短、維護成本高、產品收率低、質量不穩定的難題，且可滿足不同絲束規格的要求，如1K、3K、6K、12K、24K、48K等。

附圖說明

附圖1為本實用新型的結構示意圖；附圖2為附圖1的縱切面結構示意圖；附圖3為附圖1的排廢口處橫切面示意圖。

具體實施方式

本實用新型如附圖1、2所示，它包括爐體1、加熱板6、保溫層8、惰性氣體管道5、排廢口2，加熱板6採用帶狀加熱電阻，並將加熱部分按照工藝要求分成各溫區，各溫區採用50～200kW的加熱功率，在每兩個相鄰的溫區間使用保溫板7進行隔離；排廢口2設置於爐體1底部，排廢口2所處的爐體底部為錐形結構（如附圖1、3所示），排廢口2按溫度範圍分段設置三個，分別設置於纖維反應物生成量最大的溫度範圍，即300～400℃、450～550℃和550～700℃，在相鄰兩個排廢口2之間設有擾動惰性氣體入口9，以防止局部產生死區；將惰性氣體管道5鋪設在加熱板6附近的保溫層8內中，進入爐體出口10的惰性氣體流動方向與爐體1內纖維4運行方向相同，進入爐體進口11的惰性氣體流動方向與爐體1內纖維4運行方向相反，惰性氣體進入爐體前預加熱至200～350℃，可使氣體消耗量降低100～150m3/h。

經氧化後的纖維4從爐體入口11進入低溫炭化爐爐體1內部進行炭化反應，經過各溫區反應後，從爐體出口10進入下一工序，加熱板6對爐體1進行加熱，確保各溫區的控制溫度；為防止室內的空氣進入爐體，使用惰性氣體進行密封，惰性氣體在惰性氣體管道5內經加熱後，經惰性氣體密封腔12進入爐體1。氧化纖維裂解反應物與惰性氣體經排廢口2進入排廢管3道排出爐體1，最後進入廢氣處理裝置。