本發(fā)明涉及一種用于碳纖維生產(chǎn)的低溫碳化裝置，屬于碳纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在碳纖維的生產(chǎn)過程中，原絲需要進行預(yù)氧化和碳化等過程以使其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化形成碳纖維結(jié)構(gòu)。因此，預(yù)氧化和碳化工藝是碳纖維生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)。其中，碳纖維的碳化工藝又分為低溫碳化和高溫碳化。在不同的碳化階段需要使用不同的碳化設(shè)備進行。其中，低溫碳化往往是逐步分段加溫，碳化時需要利用惰性氣體作為保護氣。碳化過程中會產(chǎn)生廢氣和焦油等物質(zhì)，需要排除出去，以防止對碳纖維造成污染。同時，由于碳纖維在碳化裝置內(nèi)經(jīng)過較高溫度的碳化，當(dāng)經(jīng)過碳化的紡絲從碳化裝置拉伸出來時，如果溫度沒有降到足夠提十分容易被空氣中的氧氣氧化，從而導(dǎo)致碳纖維的質(zhì)量下降?，F(xiàn)有的低溫碳化設(shè)備中缺少碳化紡絲出口段的冷卻環(huán)節(jié)，導(dǎo)致紡絲的質(zhì)量較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于碳纖維生產(chǎn)的低溫碳化裝置，所采取的技術(shù)方案如下：

一種用于碳纖維生產(chǎn)的低溫碳化裝置，包括爐體1、連接于爐體1兩端的密封裝置7、與爐體1的爐膛11連通的排氣系統(tǒng)4和保護氣供給裝置5。同時，還包括在爐體1的絲束出口端通過非接觸式密封裝置7連接的冷卻室2，以及通過溫度檢測電路31與爐體1的溫度傳感器16連接的溫度檢測控制裝置3。

優(yōu)選地，所述溫度檢測控制裝置3通過溫度控制電路32與爐體1內(nèi)的加熱裝置13進行溫度加熱控制連鎖。

優(yōu)選地，爐體1包括爐膛11，包裹在爐膛11外側(cè)的碳化硅襯套12，固定在碳化硅襯套12中間的加熱裝置13和溫度傳感器16，固定在碳化硅襯套12外側(cè)的保溫層14以及固定在保溫層14外的剛性外殼體15；在爐膛11中間設(shè)有廢氣出口17。

更優(yōu)選地，爐膛11從絲束8進口向出口依次分為第一加溫區(qū)、第二加溫區(qū)、第三加溫區(qū)、溫度平衡區(qū)、第四加溫區(qū)、第五加溫區(qū)和第六加溫區(qū)；其中，第一加溫區(qū)溫度低于第二加溫區(qū)，第二加溫區(qū)低于第三加溫區(qū)；第六加溫區(qū)溫度低于第五加溫區(qū)，第五加溫區(qū)溫度低于第四加溫區(qū)。

更優(yōu)選地，廢氣出口17設(shè)在溫度平衡區(qū)的側(cè)部或底部。

優(yōu)選地，排氣系統(tǒng)4包括與廢氣出口17連通的出風(fēng)管道41，與出風(fēng)管道41和若干廢氣收集罩連通的主排風(fēng)管42，與主排風(fēng)管42連通的排氣口45。

優(yōu)選地，密封裝置7包括與爐體1的絲束進口端密封連接的第一密封裝置71，連接爐體1絲束出口端和冷卻室2進口的第二密封裝置72，以及連接在冷卻室2出口的第三密封裝置73。

更優(yōu)選地，保護氣供給系統(tǒng)5通過設(shè)有流量計和控制閥51的管道連通保護氣供給密封裝置7和/或保護氣加熱裝置6，并與控制系統(tǒng)進行控制連鎖。

更優(yōu)選地，保護氣供給裝置5通過低溫保護氣管道與第二密封裝置72和第三密封裝置73連接；通過管道與保護氣加熱裝置6連接，保護氣加熱裝置6通過高溫保護氣管道與第一密封裝置71連接。

優(yōu)選地，冷卻室2包括與冷卻水供給系統(tǒng)連接的進水口22和出水口21，以及位于絲束引出管道外側(cè)與進水口22和出水口21連通的夾層23。

本發(fā)明獲得的有益效果：

本發(fā)明所提供的低溫碳化裝置，在爐體出口端設(shè)置了冷卻室，能夠有效降低絲束牽出爐體的溫度，防止經(jīng)過碳化的高溫絲束被空氣中的氧氣氧化，提高了碳纖維的質(zhì)量。同時，本發(fā)明在爐體內(nèi)部安裝了溫度傳感器可實時對爐體內(nèi)的溫度進行監(jiān)測和控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的高溫碳化裝置的正視結(jié)構(gòu)示意圖(爐體部分剖視)。

圖中：1，爐體；2，冷卻室；3，溫度檢測控制裝置；4，排氣系統(tǒng)；5，保護氣供給系統(tǒng)；6，保護氣加熱裝置；7，密封裝置；8，絲束；11，爐膛；12，碳化硅襯套；13，加熱裝置；14，保溫層；15，外殼體；16，溫度傳感器；17，廢氣出口；21，出水口；22，進水口；23，夾層；31，溫度檢測電路；32，溫度控制電路；41，出風(fēng)管道；42，主排風(fēng)管；43，第一廢氣收集罩；44，第二廢氣收集罩；45，排氣口；51，控制閥；71，第一密封裝置；72，第二密封裝置；73，第三密封裝置。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明，但以下詳細(xì)說明不視為對本發(fā)明的限定。

圖1為本發(fā)明一種優(yōu)選方案中高溫碳化裝置的正視結(jié)構(gòu)示意圖，其中爐體部分剖視。從圖1可知，該低溫碳化爐是由爐體1，冷卻室2，溫度檢測控制裝置3，排氣系統(tǒng)4，保護氣供給系統(tǒng)5，保護氣加熱裝置6以及密封裝置7組成。

其中，爐體1由位于其中心的爐膛11，包裹在爐膛11管體外側(cè)的半環(huán)形碳化硅襯管12，位于碳化硅襯管12內(nèi)部的加熱裝置13和溫度傳感器16。在碳化硅襯管12外部包裹的是保溫層14，在保溫層14外部固定安裝的是剛性外殼體15。在爐膛11中間設(shè)有與爐體1外部連通的廢氣出口17，以便于將碳化過程中產(chǎn)生的廢氣排出到爐體1外。爐體1的內(nèi)部設(shè)有6個加溫區(qū)，從絲束8入口到出口依次為第一加溫區(qū)、第二加溫區(qū)、第三加溫區(qū)、第四加溫區(qū)、第五加溫區(qū)和第六加溫區(qū)。其中，在第三加溫區(qū)和第四加溫區(qū)之間還是有一個溫度平衡區(qū)。同時，各個加溫區(qū)的溫度存在一定差異，其中第一加溫區(qū)的溫度低于第二加溫區(qū)，第二加溫區(qū)溫度低于第三加溫區(qū)；而第六加溫區(qū)的溫度低于第五加溫區(qū)，第五加溫區(qū)的溫度低于第四加溫區(qū)的溫度。這樣形成絲束進入后溫度逐漸升高再逐漸降低的梯度溫度變化。在第三和第四加溫區(qū)之間的溫度平衡區(qū)的側(cè)部或底部設(shè)有廢氣出口17，以防止廢氣凝結(jié)形成焦油，或排出管的焦油倒流回來滴在纖維絲束上。

在爐體1外設(shè)有溫度檢測控制裝置3，溫度檢測控制裝置3具有溫度檢測電路31和溫度控制電路32，其通過溫度檢測電路31與爐體1內(nèi)部的溫度傳感器16連接，以實現(xiàn)對爐體內(nèi)加溫溫度的實時檢測。同時，通過溫度控制電路31與爐體1內(nèi)的加熱裝置13連接，以實現(xiàn)對爐體1內(nèi)不同加溫區(qū)的加熱溫度的控制。

在爐體1的絲束8進口端固定連接有第一密封裝置71，在爐體1的絲束8出口端固定連接有一個通過第二密封裝置72固定連接的冷卻室2，在冷卻室2的另一端固定連接有第三密封裝置73。冷卻室2在絲束引出管外設(shè)有夾層23，在夾層23的上部是由一個出水口22，下部設(shè)有一個進水口21。進水口21和出水口22與冷卻水供給系統(tǒng)連通，采用下進上出的方式在夾層23中加注冷取水，以便對絲束進行冷卻。

排氣系統(tǒng)4包括與廢氣出口17連通的出風(fēng)管道41，與出風(fēng)管道41和兩個廢氣收集罩(第一廢氣收集罩43和第二廢氣收集罩44)連通的主排風(fēng)管42，與主排風(fēng)管42連通的排氣口45。其中，主排風(fēng)管42為水平設(shè)置的管道，底部通過出風(fēng)管道41排出爐膛11內(nèi)的廢氣，兩端通過彎管與第一廢氣收集罩43和第二廢氣收集罩44連通，以便收集加工過程中溢出的少量廢氣和惰性保護氣。主排風(fēng)管42的上部通過管道連通排氣口45，以便將廢氣排出出去。

保護氣供給系統(tǒng)5通過設(shè)有流量計和控制閥51的低溫保護氣管道與第二密封裝置72和第三密封裝置73連通，同時通過管道與保護氣加熱裝置6連通。保護氣加熱裝置6對保護氣進行加熱以滿足進入爐膛11的要求。經(jīng)過加熱的高溫保護氣在通過高溫保護氣管道經(jīng)第一密封裝置71進入到爐膛11內(nèi)，以便對低溫碳化過程中的絲束8進行保護。同時，保護氣加熱裝置6也設(shè)有連接爐膛11兩端端口的供氣管道，以對絲束8的氧化過程進行充分保護。保護氣供給系統(tǒng)5、保護氣加熱裝置6以及密封裝置7均可與低溫炭化裝置外的計算機或控制系統(tǒng)進行控制連鎖。

除以上說明以外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)生產(chǎn)過程中的實際需求，對各個部件的材質(zhì)和形狀和尺寸進行常規(guī)選擇。例如，選用氮氣作為保護氣，選用硅酸鋁棉作為保溫層的保溫材料，選用碳鋼作為爐體的剛性外殼體，選用鎳鉻絲作為爐體內(nèi)部的加熱裝置等。

雖然本發(fā)明已以較佳的實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做各種改動和修飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。