[實用新型]一種新型復合高溫碳化爐

無效

• 申請號: 200820233221.3
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN201339080Y
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 朱波;王成國;于寬;蔡菲;高學平;于美杰
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: D01F9/32
• 分類號: D01F9/32
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司
• 代理人: 張 勇

技術領域

本實用新型屬于高溫加熱設備技術領域，特別適用于高性能碳纖維的新型復合高溫碳化爐。

背景技術

碳纖維及其復合材料具有高比強度，高比模量，耐高溫，耐腐蝕，耐疲勞，抗蠕變，具有導電功能，傳熱性好，熱膨脹系數幾乎為零等優異性能，因而廣泛應用于航空航天，國防軍工及民用工業中。

聚丙烯腈基碳纖維是與國民經濟和國家安全最為密切相關的碳纖維材料，是發展先進武器裝備所必需的原材料，特別是戰略導彈和殲擊機急需的高性能纖維之一，也是衛星、航空和航天飛行器、核能設備及隱形武器等迫切需要的結構及功能材料的主要增強材料，在建筑補強、石油工業、海洋開發、交通運輸及體育娛樂業等民用方面用途及其廣泛，用量很大。

在碳纖維生產過程中，高溫設備極其關鍵。高溫碳化爐由于工作溫度高，對碳纖維的性能影響大，綜合技術水平要求高等特點，是大型產業化生產線中的關鍵之關鍵，也是制約我國后期產業化的瓶頸。

目前碳纖維生產用高溫碳化爐中，加熱元件為硅碳棒或硅鉬棒，爐膛為碳化硅或剛玉材質，保溫材料為耐熱無機為纖維棉，爐殼為單層碳鋼，最高使用溫度一般不超過1400℃。該爐型結構簡單，加工方便，但爐體氣密型差，爐膛耐熱疲勞能力差，壽命短，不能滿足制備高性能碳纖維的需求。

國內雖有耐溫超過1300℃的高溫爐，但主要工作在真空狀態下，間歇作業，不能滿足碳纖維連續生產的需求。

國外碳纖維生產用加熱爐主要采用大型石墨管作為加熱元件，整體石墨作為爐膛，整體石墨板作為保溫材料，爐殼為夾層結構，內通冷卻水降溫，最高使用溫度可以達到1500℃，但該類爐型的大型石墨體國內很難買到，并且制備成本很高，難以滿足實際生產要求。

實用新型內容

本實用新型的目的就是為了解決現有技術的不足，提供一種具有結構簡單，使用方便，可滿足碳纖維生產過程中高溫碳化處理的要求等優點的一種新型復合高溫碳化爐。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種新型碳纖維生產用復合碳化爐，它的爐體為全密封形式，爐體設有夾層爐殼，內通冷卻水，在夾層爐殼內為陶瓷纖維和碳纖維氈體多段復合而成的爐襯；爐襯中部設有爐膛，爐膛為多段陶瓷和高密度石墨板組成的積木式結構，爐膛下部為耐火保溫裝置；在爐膛上方設有陶瓷和碳電極復合的加熱裝置，爐體兩端爐口設封閉循環式迷宮密封裝置。

所述加熱裝置為加熱電極，它安裝在陶瓷支撐上，加熱電極上設有電極連接組件，加熱電極引出端為碳/碳復合材料并與電極冷卻水套連接，電極冷卻水套與夾層爐殼連通，夾層爐殼上設有冷卻水進口和冷卻水出口；同時爐體的爐口密封處全部配有冷卻水套。

所述爐襯寬度不低于200mm，分為至少六個溫區：爐襯前端三個溫區和末端最后一個溫區為低溫區，最高溫度不高于1300℃，其他溫區為高溫區，最高溫度1600℃；所有低溫區爐襯從里到外依次為莫來石纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維三層復合結構或耐火度不低于1300℃的無機保溫材料組成，總厚度不低于100mm；所有高溫區爐襯從里到外依次為碳素纖維氈層壓塊組合體、莫來石纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維四層復合結構或耐火度不低于1600℃的碳材料或耐火度不低于1300℃的無機保溫材料組成，總厚度不低于100mm。

所述爐膛寬度不低于100mm，分為至少六個溫區：爐膛前端三個溫區和末端最后一個溫區為低溫區，最高使用溫度1300℃；其他溫區為高溫區，最高溫度1600℃；低溫區爐膛為無機耐熱陶瓷板組合體，所用陶瓷為碳化硅或氧化鋁或氧化鋯或硅化鉬或耐火度不低于1300℃的無機材料板材；高溫區爐膛為石墨板或碳/碳復合材料板組合體；陶瓷板與陶瓷板之間、陶瓷板與石墨板或碳/碳復合材料板之間，石墨板或碳/碳復合材料板與石墨板或碳/碳復合材料板之間連接處用耐火粘結劑粘接在一起。

所述加熱電極長度不低于300mm，1300℃低溫區部分電極為陶瓷電極，材質為碳化硅或硅化鉬；1600℃高溫區部分電極為碳電極，由多塊復合式結構；碳電極為高密度等靜壓石墨或高密度碳/碳復合材料，碳電極的接線端為碳纖維層壓板經燒結而成的碳/碳復合材料，與碳電極接觸部分或碳電極塊之間用石墨螺栓連接起來。

所述封閉循環式迷宮密封裝置包括爐體兩端爐口處的迷宮密封，它與氮氣補入管連接，氮氣補入管與氣封風機連接，由一個循環泵封閉高純度氮氣形成高壓氣封，通過補充部分新鮮氮氣保證氮氣氣封效果。