一种连续式木材改性热处理工艺及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种连续式木材改性热处理工艺，将初始木材胚料相互间隔堆放于台车上，顶部施加压力使初始木材胚料各处受力均衡保持平整，依次经过以下处理步骤：预热处理、升温处理、干燥处理、炭化处理、缓冷处理、快冷处理和回湿处理，每个处理步骤中包括多个窑炉，S2‑S4步骤中窑炉之间等梯度升温设置，S5‑S7步骤中窑炉之间等梯度降温设置；本发明专利技术提供了一种连续式木材改性热处理的系统，连续式木材热处理的系统包括多个窑炉、台车和驱动台车移动的传动装置；微波与其它热源加热装置。本发明专利技术的工艺及系统，提供了一种能耗低，生产周期短，木材的内部与表面炭化程度均匀一致，强度高，性能稳定的高品质木材，且生产成本低，适于大批量生产。

A continuous heat treatment process and system for wood modification

【技术实现步骤摘要】
一种连续式木材改性热处理工艺及系统
本专利技术涉及木材加工
，具体涉及一种连续式木材改性热处理工艺及系统。
技术介绍
木质材料源自天然，因其纹理自然、色泽优美，深受人们喜爱。由于木材的生物属性及各种特性，木材在外界湿热条件变化时，极易发生干缩湿胀，是一种尺寸不稳定的材料，这种性质对木材的利用产生不利影响。从树木砍伐下的木材其内部含水率较大，如直接将其加工成板材，则在后续的使用过程中容易由于板材受热后会导致板材内部的水分蒸发，从而导致板材出现凹陷或开裂的情况，或者采用新鲜木材直接制成的板材在遇水后会导致板材内的细胞壁吸水从而进行膨胀，这样就会导致板材出现凸出或膨胀的情况，无论是凹陷还是凸出都会导致板材不平整最终影响板材的正常使用，因此为了克服这个问题，目前在木材从树木上砍伐后一般都会对木材进行热处理或炭化处理。但是目前的木材热处理技术主要是通过将木材放入大型的热窑内，属于间歇式作业，这样的热处理过程木材受热不均匀，碳化程度不一致，容易出现造成局部的焦化，起鼓，变形，开裂等。另外，目前的热窑处理，采用逐步增温的方法，使得热处理能耗高，生产周期长，极易导致免木材热处理工艺造成的木材抗弯强度损失问题，使得后续木材使用达不到要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种连续式木材改性热处理工艺及系统，来克服传统热处理木材的缺陷，提供一种能耗低，生产周期短，木材的内部与表面炭化程度均匀一致，抗弯强度、抗冲击韧性及握钉力等力学性能良好，性能稳定的高品质木材，且生产成本低，利于大批量生产。>为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种连续式木材改性热处理工艺，将初始木材胚料相互间隔叠放于台车上，顶部施加压力使胚料各处受力均衡保持平整，依次经过以下处理步骤：S1、预热处理：将载有初始木材胚料的台车移至预热窑炉中，预热处理温度为30-50℃；S2、升温处理：将S1处理后的初始木材胚料移至升温窑炉中，工作时水蒸气流量为2-5立方/小时，升温处理温度为60-100℃；S3、干燥处理：干燥处理包括两步，第一步，将S1处理后的初始木材胚料移至浅度干燥窑炉中，干燥处理温度为100-120℃，第二步，将第一步处理后的初始木材胚料移至深度干燥窑炉中，干燥处理温度120-120℃，干燥处理的含氧量含氧量范围为1-10％，水蒸气流量为1-10立方/小时，均用微波和热风循环复合加热；S4、炭化处理：将S3处理后的初始木材胚料移至炭化窑炉中，炭化处理温度为120-180℃，含氧量范围为1％-5％，并用微波和热风循环复合加热；S5、缓冷处理：将S4处理后的初始木材胚料移至缓冷窑炉，缓冷处理温度为120-130℃，含氧量范围为1％-10％；S6、快冷处理：将S5处理后的初始木材胚料移至快冷窑炉，快冷处理温度为90-100℃；S7、回湿处理：将S6处理后的初始木材胚料移至回湿窑炉，湿度范围为50％-100％，当初始木材胚料的温度为40-60℃，含水率为6％-10％后出窑；每个处理步骤中包括多个窑炉，S2-S4步骤中窑炉之间等梯度升温设置，S5-S7步骤中窑炉之间等梯度降温设置；每个窑炉处理初始木材胚料时间大于0且小于2h，窑炉中均通有循环风；回湿窑炉内有用于提供木材回湿的水汽。进一步的，同一处理步骤中，各窑炉之间的温差范围为小于等于20℃；所述初始木材胚料在进入窑炉前，预先晾干到含水率为10％-30％；所述S2、S3、S4处理中工作时的水蒸气流量为1-10m3/h。一种连续式木材改性热处理的系统，连续式木材热处理的系统包括多个窑炉、台车和窑炉底部驱动台车运动的传动装置；所述台车上部设有相互间隔叠放的初始木材胚料，和使初始木材胚料均衡受力平整的压紧装置；多个所述窑炉沿台车前进方向依次串接，窑炉端部设有炉门，多个窑炉包括预热窑炉(Ⅰ)、升温窑炉(Ⅱ)、干燥窑炉(Ⅲ)、炭化窑炉(Ⅳ)、缓冷窑炉(Ⅴ)、快冷窑炉(Ⅵ)与回湿窑炉(Ⅶ)；窑炉内设有风机、隔板、分流罩、排气口；窑炉壁设有连通外部的排气口，隔板将窑炉内部分成上层和下层工作区，分流罩设于上层，风机依次与下层工作区、分流罩连通形成回路；进一步的，窑炉下层工作区还设有分流板，分流板设于与台车前进方向平行的炉壁；对称设置的分流板上设有筛孔，进气侧的筛孔从上而下，分布逐步密集；收气侧的筛孔从上而下，分布逐步稀疏；分流板一端与隔板相连，另一端与窑炉底部相连；进一步的，升温窑炉、干燥窑炉和炭化窑炉设有微波源，微波源包括微波电源、磁控管、微波裂缝天线，微波电源与磁控管电连接，磁控管与下层工作区竖直设置的微波裂缝天线连接，多个微波裂缝天线沿台车移动方向均布设置在两个分流板的内侧，微波裂缝天线设有朝向木材胚材的微波辐射孔，微波辐射孔在竖直方向上交错排列。进一步的，升温窑炉、干燥窑炉、炭化窑炉和快冷窑炉中设有与蒸气源连通的蒸气喷管；升温窑炉、干燥窑炉、炭化窑炉设有换热器，快冷窑炉中设有制冷器，换热器和制冷器均依次与风机、分流罩、下层工作区形成回路。进一步的，回湿窑炉中设有与水源相通的喷管。进一步的，所述传动装置包括齿轮、驱动电机和与齿轮相配合的齿条；齿条设于台车底部，每个窑炉底部设有与窑炉外部驱动电机输出轴传动连接的齿轮。进一步的，所述压紧装置包括压条、缆绳、弹性件、拉绳器；初始木材胚料之间通过隔条间隔叠放，压条设于与隔条相对应位置；压紧装置对称等间隔设于台车前进方向的台车两侧，拉绳器设于台车，所述缆绳的一端连接拉绳器上，另一端连接压条，所述弹性件设于缆绳中。进一步的，窑炉端部设有炉门腔，炉门腔内上部设有卷筒机构，卷筒机构包括卷筒、拉绳，卷筒中设有与电机的输出轴相连旋转轴，拉绳一端缠绕于卷筒，另一端连接炉门。本专利技术的有益效果：1、本专利技术对初始木材胚料的晾干处理、预热处理和升温处理的前期温度处理，降低初始木材胚料由于内应力和含水率不均造成的开裂变形等缺陷，提高初始木材胚料的合格率。2、本专利技术在处理初始木材胚料时，所有的窑炉均达到设定的温度、湿度等参数条件后，初始木材胚料从预热窑炉连续进入相邻窑炉中，在窑炉中炭化处理大于0且小于2H，直至离开回湿窑炉，窑炉中温度保持预设温度不变，可大批量连续处理初始木材胚料，相比传统处理中每批物料的定时升温降温操作，能耗节约了一半以上；传统的常规生产周期为5天，采用本专利技术多窑炉的连续式工艺，生产周期为15-35小时，大大缩短了生产周期，提高了经济效益。3、本专利技术在处理初始木材胚料时，窑炉内的温度已达到恒定，再加入待处理初始木材胚料，使木材受热均匀；另外，从两侧同时用微波处理，解决传统从一侧处理，左右两侧初始木材胚料接受能量不均与木材外表、内部受能量不均匀的现象；微波裂缝天线在台车前进方向等间隔排列设置，竖直方向上微波辐射孔交错设置，交错设置符合微波辐射孔辐射微波能量强度的分布，使不同位置的初始木材胚料，初始木材胚料内部和表面接受的能量均衡；分流板中进气侧的筛孔从上而下，分布逐步密集；且收气侧的分流板上的筛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续式木材改性热处理工艺，其特征在于，将初始木材胚料相互间隔叠放于台车上，顶部施加压力使胚料各处受力均衡保持平整，依次经过以下处理步骤：/nS1、预热处理：将载有初始木材胚料的台车移至预热窑炉中，预热处理温度为30-50℃；/nS2、升温处理：将S1处理后的初始木材胚料移至升温窑炉中，工作时水蒸气流量为2-5立方/小时，升温处理温度为60-100℃，湿度范围为50％-100％；/nS3、干燥处理：干燥处理包括两步，第一步，将S1处理后的初始木材胚料移至浅度干燥窑炉中，干燥处理温度为100-120℃，第二步，将第一步处理后的初始木材胚料移至深度干燥窑炉中，干燥处理温度120-120℃，干燥处理的含氧量范围为1-10％，水蒸气流量为1-10立方/小时，均用微波和热风循环复合加热；/nS4、炭化处理：将S3处理后的初始木材胚料移至炭化窑炉中，炭化处理温度为120-180℃，含氧量范围为1％-5％，并用微波和热风循环复合加热；/nS5、缓冷处理：将S4处理后的初始木材胚料移至缓冷窑炉，缓冷处理温度为120-130℃，含氧量范围为1％-10％；/nS6、快冷处理：将S5处理后的初始木材胚料移至快冷窑炉，快冷处理温度为90-100℃；/nS7、回湿处理：将S6处理后的初始木材胚料移至回湿窑炉，湿度范围为50％-100％，当初始木材胚料的温度为40-60℃，含水率为6％-10％后出窑；/n每个处理步骤中包括多个窑炉，S2-S4步骤中窑炉之间等梯度升温设置，S5-S7步骤中窑炉之间等梯度降温设置；每个窑炉处理初始木材胚料时间大于0且小于2h，窑炉中均通有循环风；回湿窑炉内有用于提供木材回湿的水蒸汽。/n...

【技术特征摘要】
1.一种连续式木材改性热处理工艺，其特征在于，将初始木材胚料相互间隔叠放于台车上，顶部施加压力使胚料各处受力均衡保持平整，依次经过以下处理步骤：
S1、预热处理：将载有初始木材胚料的台车移至预热窑炉中，预热处理温度为30-50℃；
S2、升温处理：将S1处理后的初始木材胚料移至升温窑炉中，工作时水蒸气流量为2-5立方/小时，升温处理温度为60-100℃，湿度范围为50％-100％；
S3、干燥处理：干燥处理包括两步，第一步，将S1处理后的初始木材胚料移至浅度干燥窑炉中，干燥处理温度为100-120℃，第二步，将第一步处理后的初始木材胚料移至深度干燥窑炉中，干燥处理温度120-120℃，干燥处理的含氧量范围为1-10％，水蒸气流量为1-10立方/小时，均用微波和热风循环复合加热；
S4、炭化处理：将S3处理后的初始木材胚料移至炭化窑炉中，炭化处理温度为120-180℃，含氧量范围为1％-5％，并用微波和热风循环复合加热；
S5、缓冷处理：将S4处理后的初始木材胚料移至缓冷窑炉，缓冷处理温度为120-130℃，含氧量范围为1％-10％；
S6、快冷处理：将S5处理后的初始木材胚料移至快冷窑炉，快冷处理温度为90-100℃；
S7、回湿处理：将S6处理后的初始木材胚料移至回湿窑炉，湿度范围为50％-100％，当初始木材胚料的温度为40-60℃，含水率为6％-10％后出窑；
每个处理步骤中包括多个窑炉，S2-S4步骤中窑炉之间等梯度升温设置，S5-S7步骤中窑炉之间等梯度降温设置；每个窑炉处理初始木材胚料时间大于0且小于2h，窑炉中均通有循环风；回湿窑炉内有用于提供木材回湿的水蒸汽。


2.根据权利要求1所述的一种连续式木材改性热处理工艺，其特征在于，同一处理步骤中，各窑炉之间的温差范围为小于等于20℃；所述初始木材胚料在进入窑炉前，预先晾干到含水率为10％-30％；所述S2、S3、S4处理中工作时的水蒸气流量为1-10m3/h。


3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种连续式木材改性热处理的系统，其特征在于，连续式木材热处理的系统包括多个窑炉、台车(19.6)和窑炉底部驱动台车(19.6)运动的传动装置；
所述台车(19.6)上部设有相互间隔叠放的初始木材胚料，和使初始木材胚料均衡受力平整的压紧装置；
多个所述窑炉沿台车(19.6)前进方向依次串接，窑炉端部设有炉门(20.5)，多个窑炉包括预热窑炉(Ⅰ)、升温窑炉(Ⅱ)、干燥窑炉(Ⅲ)、炭化窑炉(Ⅳ)、缓冷窑炉(Ⅴ)、快冷窑炉(Ⅵ)与回湿窑炉(Ⅶ)；
窑炉内设有风机(2)、隔板(6)、分流罩(3)、排气口(1)；
窑炉壁设有连通外部的排气口(1)，隔板(6)将窑炉内部分成上层和下层工作区，分流罩(3)设于上层...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明武，王雄，
申请(专利权)人：湖南威达尔木业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43