一种多温区连续式超高温石墨化炉制造技术

本发明专利技术涉及碳纤维热处理装备领域，特别涉及一种多温区连续式超高温石墨化炉，包括有炉管、温度控制系统、加热机构和隔热机构，加热机构包括有若干个石墨加热体，隔热机构包括有若干个隔热体，温度控制系统包括有若干个分别检测每个石墨加热体对炉管加热温度的温度传感器和控制器，所述炉管内填充有惰性气体，所述加热机构和隔热机构外侧套设有矩形结构且其长度方向与炉管轴线平行的金属外壳，本发明专利技术将超高温石墨化炉的温区设计到2至6个各个温区温度独立检测和控制，通过石墨加热体和隔热体使各个温区之间的温度控制独立，各个温区之间可以设定温度梯度并保持恒定，隔热体可以避免不同温区相互影响，超高温条件下炉管的惰性气体对聚丙烯腈原丝实时保护。

【技术实现步骤摘要】
一种多温区连续式超高温石墨化炉
本专利技术涉及碳纤维热处理装备领域，特别涉及一种多温区连续式超高温石墨化炉。
技术介绍
碳纤维是各类纤维材料中性能最为优异的纤维材料，其中在碳纤维基础上加工的高强高模碳纤维(石墨纤维)更是纤维材料之王，由于碳纤维材料的优异性能，欧美日发达国家在不断进行碳纤维材料产品的研发，目前世界高端碳纤维材料技术主要掌握在日美国家手里。目前制约国内碳纤维和石墨纤维技术水平的既有工艺因素也有加工设备因素。碳纤维的热处理工艺是通过氧化、碳化、表面处理等工艺过程对聚丙烯腈原丝进行处理，将聚丙烯腈原丝在特定的工艺气氛中逐步加热到一定温度之上，除去聚丙烯腈原丝中的非碳元素，使聚丙烯腈原丝转化为含碳量90％以上的碳纤维。而高强高模碳纤维(石墨纤维)加工工艺则是在碳纤维高温热处理基础上，增加进一步的超高温热处理，将纤维的含碳量进一步提高到99％以上，然后再进行表面处理等工艺。碳纤维超高温处理工艺中最关键的设备就是超高温石墨化炉，超高温石墨化炉之所以技术门槛非常高，一方面在如此高温度下对石墨加热体和炉管的要求非常高，如果石墨的纯度达不到会大大缩短运行寿命。另一方面碳纤维超高温热处理(石墨化)过程也是一个复杂的过程，不同的温度梯度影响石墨化的质量，多温区有利于石墨化过程温度控制和调节的灵活性，对石墨化非常有利，然而多温区超高温石墨化炉结构复杂，如何避免不同温区相互影响有一定技术难度。三是超高温条件下运行对石墨加热体和炉管的惰性气体保护要求也非常高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多温区连续式超高温石墨化炉。为解决上述问题，本专利技术提供以下技术方案：一种多温区连续式超高温石墨化炉，包括有水平设置的炉管、温度控制系统、套设在炉管上的加热机构和隔热机构，加热机构包括有若干个用于分别对炉管分段加热的石墨加热体，所有石墨加热体沿着炉管的轴线等间距分布，隔热机构包括有若干个隔热体，所有隔热体分别一一设置在两个石墨加热体之间，温度控制系统包括有若干个分别检测每个石墨加热体对炉管加热温度的温度传感器和控制器，所有温度传感器均与控制器电性连接，所述炉管内填充有惰性气体，所述加热机构和隔热机构外侧套设有矩形结构且其长度方向与炉管轴线平行的金属外壳。进一步的，还包括有水冷系统，所述水冷系统包括若干个铺设在金属外壳外的冷却铜管和若干个节流阀，所有冷却铜管和所有节流阀一一连通。进一步的，所述炉管两端均设置有炉管密封机构，炉管密封机构包括有与炉管一端螺纹连接的密封柱头，密封柱头的轴线与炉管的轴线重合，密封柱头的圆柱侧设置有固定座，固定座与金属外壳靠近固定座的一端固定连接。进一步的，所述密封柱头设置有供纤维丝穿过的通孔，密封柱头远离炉管的一端设置有用于圆柱型的端盖，端盖的轴线与通孔的轴线重合，端盖的圆柱侧设置有输送惰性气体的输气管，端盖远离密封柱头的一端设置有供纤维丝穿过的避让孔。进一步的，所述输气管连接有用以将惰性气体和空气分离的空分设备，两个输气管分别与空分设备的吸气端和出气端连通。进一步的，所述密封柱头位于通孔靠近端盖的一端设置有圆台型孔，圆台型孔的轴线与密封柱头的轴线重合，圆台型孔的大头端靠近端盖设置。进一步的，所述温度传感器为超高温抗氧化热电偶传感器，所有石墨加热体分别通过接触器与控制器电性连接，节流阀通过驱动器与控制器电性连接。进一步的，所述金属外壳的内侧设置有保温层，所述保温层为石墨毡，炉管和所有石墨加热体均为高纯石墨，所有隔热体均为石墨毡。进一步的，所有所述温度传感器与所有石墨加热体对炉管加热的分段一一对应。有益效果：本专利技术的一种多温区连续式超高温石墨化炉，聚丙烯腈原丝从一个端盖的避让孔穿入经过密封柱头的通孔进入充满惰性气体的炉管然后经过另外一个密封柱头的通孔从另一个端盖的避让孔穿出，所有石墨加热体对炉管加热的分段的温度自炉管聚丙烯腈原丝穿入的一端向炉管聚丙烯腈原丝穿出的一端依次增高形成温度梯度，所有石墨加热体对炉管加热的分段通过所有隔热体隔成若干个温区，通过所有温度传感器对每个温区进行实时检测，控制器通过对每个温度传感器传送来的电信号的判断，通过接触器和驱动器控制石墨加热体和若干个节流阀的工作效率，空分设备将惰性气体从聚丙烯腈原丝穿入的端盖上输气管充入炉管，空分设备将惰性气体从聚丙烯腈原丝穿出的端盖上输气管将惰性气体吸回来，空分通过压缩吸回来的气体，将惰性气体分出后，继续充入炉管内，保证炉管内的惰性气体始终充满整个炉管，将超高温石墨化炉的温区设计到2至6个各个温区温度独立检测和控制，通过石墨加热体和隔热体使各个温区之间的温度控制独立，避免温区间的串温，各个温区之间可以设定温度梯度并保持恒定。2至6个温区总的温度梯度可以实现2000度至3000度的之间的合理温度梯度，不同的温度梯度影响石墨化的质量，多温区有利于石墨化过程温度控制和调节的灵活性，对石墨化非常有利，隔热体可以避免不同温区相互影响，超高温条件下炉管的惰性气体对聚丙烯腈原丝实时保护。附图说明图1为本专利技术的立体结构示意图一；图2为本专利技术的立体结构示意图二；图3为本专利技术的俯视图；图4为图3沿A-A线的剖视图；图5为本专利技术炉管密封机构、保温层和炉管的立体结构示意图；图6为本专利技术的炉管、加热机构和隔热机构的结构装配示意图；图7为本专利技术的炉管和温度传感器的装配示意图；附图标记说明：炉管1，加热机构2，石墨加热体2a，隔热机构3，隔热体3a，金属外壳4，保温层4a4a，冷却铜管5，节流阀6，炉管密封机构7，密封柱头7a，通孔7a1，圆台型孔7a2，固定座7b，端盖7c，输气管7c1，避让孔7c2，温度传感器8。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例，对本专利技术的具体实施例做进一步详细描述：参照图1至图7所示的一种多温区连续式超高温石墨化炉，包括有水平设置的炉管1、温度控制系统、套设在炉管1上的加热机构2和隔热机构3，加热机构2包括有若干个用于分别对炉管1分段加热的石墨加热体2a，所有石墨加热体2a沿着炉管1的轴线等间距分布，隔热机构3包括有若干个隔热体3a，所有隔热体3a分别一一设置在两个石墨加热体2a之间，温度控制系统包括有若干个分别检测每个石墨加热体2a对炉管1加热温度的温度传感器8和控制器，所有温度传感器8均与控制器电性连接，所述炉管1内填充有惰性气体，所述加热机构2和隔热机构3外侧套设有矩形结构且其长度方向与炉管轴线平行的金属外壳4。工作原理：本专利技术的一种多温区连续式超高温石墨化炉，聚丙烯腈原丝从一个端盖7c的避让孔7c2穿入经过密封柱头7a的通孔7a1进入充满惰性气体的炉管1然后经过另外一个密封柱头7a的通孔7a1从另一个端盖7c的避让孔7c2穿出，所有石墨加热体2a对炉管1加热的分段的温度自炉管1聚丙烯腈原丝穿入的一端向炉管1聚丙烯腈原丝穿出的一端依次增高形成温度梯度，所有石墨加热体2a对炉管1加热的分段通过所有隔热体3a隔成若干个温区，通过所有温度传感器8对每个温区进行实时检测，控制器通过对每个温度传感器8传送来的电信号的判断，通过接触器和驱动器控制石墨加热体2a和若干个节流阀6的工作效率，空分设备将惰性气体从聚丙烯腈原丝穿入的端盖7c上输气管7c1充入炉管1，空分设备将惰性气体从聚丙烯腈原丝穿出的端盖7c上输气管7c1将惰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多温区连续式超高温石墨化炉，其特征在于：包括有水平设置的炉管(1)、温度控制系统、套设在炉管(1)上的加热机构(2)和隔热机构(3)，加热机构(2)包括有若干个用于分别对炉管(1)分段加热的石墨加热体(2a)，所有石墨加热体(2a)沿着炉管(1)的轴线等间距分布，隔热机构(3)包括有若干个隔热体(3a)，所有隔热体(3a)分别一一设置在两个石墨加热体(2a)之间，温度控制系统包括有若干个分别检测每个石墨加热体(2a)对炉管(1)加热温度的温度传感器(8)和控制器，所有温度传感器(8)均与控制器电性连接，所述炉管(1)内填充有惰性气体，所述加热机构(2)和隔热机构(3)外侧套设有矩形结构且其长度方向与炉管轴线平行的金属外壳(4)。

【技术特征摘要】
1.一种多温区连续式超高温石墨化炉，其特征在于：包括有水平设置的炉管(1)、温度控制系统、套设在炉管(1)上的加热机构(2)和隔热机构(3)，加热机构(2)包括有若干个用于分别对炉管(1)分段加热的石墨加热体(2a)，所有石墨加热体(2a)沿着炉管(1)的轴线等间距分布，隔热机构(3)包括有若干个隔热体(3a)，所有隔热体(3a)分别一一设置在两个石墨加热体(2a)之间，温度控制系统包括有若干个分别检测每个石墨加热体(2a)对炉管(1)加热温度的温度传感器(8)和控制器，所有温度传感器(8)均与控制器电性连接，所述炉管(1)内填充有惰性气体，所述加热机构(2)和隔热机构(3)外侧套设有矩形结构且其长度方向与炉管轴线平行的金属外壳(4)。2.根据权利要求1所述的一种多温区连续式超高温石墨化炉，其特征在于：还包括有水冷系统，所述水冷系统包括若干个铺设在金属外壳(4)外的冷却铜管(5)和若干个节流阀(6)，所有冷却铜管(5)和所有节流阀一一连通。3.根据权利要求2所述的一种多温区连续式超高温石墨化炉，其特征在于：所述炉管(1)两端均设置有炉管密封机构(7)，炉管密封机构(7)包括有与炉管(1)一端螺纹连接的密封柱头(7a)，密封柱头(7a)的轴线与炉管(1)的轴线重合，密封柱头(7a)的圆柱侧设置有固定座(7b)，固定座(7b)与金属外壳(4)靠近固定座(7b)的一端固定连接。4.根据权利要求3所述的一种多温区连续式超高温石墨化炉，其特征在于：所述密封柱头(7a)设置有供纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德敏，
申请(专利权)人：安徽欣尔特新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34