[发明专利]一种多温区连续式超高温石墨化炉

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明提供以下技术方案：

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。