本發(fā)明涉及一種碳纖維生產(chǎn)用低溫炭化爐及控制技術(shù)方法。

背景技術(shù)：

碳纖維生產(chǎn)中，聚丙烯腈基（PAN）纖維與空氣中的氧結(jié)合進(jìn)行預(yù)氧化轉(zhuǎn)化為梯型結(jié)構(gòu)；再經(jīng)過(guò)炭化工序生成含碳量93%以上的碳纖維。炭化工序中的低溫炭化爐用于纖維低溫碳化的設(shè)備，在300～900℃的溫度下對(duì)纖維進(jìn)行處理。其結(jié)構(gòu)上屬于一種馬弗爐，耐熱鋼板制成的矩形密封爐腔，氧化纖維在惰性保護(hù)氣下進(jìn)行炭化反應(yīng)，其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了劇烈變化，約有43.3%的質(zhì)量以廢氣和焦油方式熱解逸走。

目前，傳統(tǒng)的低溫炭化爐存在：（1）爐體加熱方式不合理，使用維護(hù)成本高：容易造成“串溫”現(xiàn)象，即各溫區(qū)間溫度梯度不滿(mǎn)足工藝要求，部分溫區(qū)加熱負(fù)荷大，造成加熱絲和爐腔壽命大大縮短至1～2年；（2）載氣消耗能耗高：爐腔內(nèi)產(chǎn)生的高溫廢氣被載氣帶走，同時(shí)載氣和廢氣帶走了大量的熱量，不但增加了載氣、電能的消耗，也造成室內(nèi)環(huán)境溫度高，不利于員工健康；（3）排廢排焦困難；傳統(tǒng)低溫炭化爐內(nèi)反應(yīng)副產(chǎn)物易滯留并累積結(jié)焦后，下滴到運(yùn)行的纖維上，不但會(huì)產(chǎn)生斷絲影響碳纖維產(chǎn)品的收率，還能導(dǎo)致碳纖維質(zhì)量下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是：針對(duì)上述的技術(shù)不足，提供一種碳纖維低溫炭化爐及控制技術(shù)方法，從而提高設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行水平，提高碳纖維產(chǎn)品的收率和質(zhì)量，降低碳纖維的生產(chǎn)成本，克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

解決本發(fā)明問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：碳纖維低溫炭化爐包括爐體、加熱板、保溫層、惰性氣體密封系統(tǒng)、排廢系統(tǒng)，加熱板采用帶狀加熱電阻，并將加熱板按照工藝要求分成各溫區(qū)，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的溫區(qū)間由保溫板進(jìn)行隔離；排廢口設(shè)置于爐體底部，且按溫度范圍分段設(shè)置。

將惰性氣體管道鋪設(shè)在加熱板附近的保溫層內(nèi)中，進(jìn)入爐體出口的惰性氣體流動(dòng)方向與爐體內(nèi)碳纖維運(yùn)行方向相同，進(jìn)入爐體進(jìn)口的惰性氣體流動(dòng)方向與爐體內(nèi)碳纖維運(yùn)行方向相反。

在相鄰兩個(gè)排廢口之間設(shè)有擾動(dòng)惰性氣體入口。

排廢口所處的爐體底部為錐形結(jié)構(gòu)。

其控制技術(shù)方法為：根據(jù)低溫炭化爐溫區(qū)所需的熱量，各溫區(qū)采用50～200kW的加熱功率，溫區(qū)間使用保溫材料進(jìn)行隔離；將惰性氣體管道鋪設(shè)在加熱板附近的保溫系統(tǒng)中，在惰性氣體進(jìn)入爐體前預(yù)加熱至200～350℃；爐體的排廢口設(shè)置于纖維反應(yīng)物生成量最大的溫度范圍300～400℃、450～550℃和550～700℃，排廢口設(shè)置于爐體底部，且在相鄰兩個(gè)排廢口之間設(shè)有擾動(dòng)的惰性氣體入口，通入惰性氣體進(jìn)行擾動(dòng)。

本發(fā)明的積極效果是：采用帶狀加熱電阻替代傳統(tǒng)的電爐絲及分區(qū)加熱方式，大大延長(zhǎng)了低溫炭化爐的使用壽命，徹底地解決了溫區(qū)間的“串溫”現(xiàn)象，滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的溫度梯度要求；能耗低、使用壽命長(zhǎng)，惰性氣體消耗低，生產(chǎn)廢氣可瞬時(shí)排除，爐內(nèi)溫度場(chǎng)、氣流場(chǎng)分布均勻，反應(yīng)均勻，解決了低溫炭化爐的排廢引起的斷絲難題，提高碳纖維產(chǎn)品的收率和質(zhì)量，降低碳纖維的生產(chǎn)成本；可徹底解決設(shè)備壽命短、維護(hù)成本高、產(chǎn)品收率低、質(zhì)量不穩(wěn)定的難題，且可滿(mǎn)足不同絲束規(guī)格的要求，如1K、3K、6K、12K、24K、48K等。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為附圖1的縱切面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為附圖1的排廢口處橫切面示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的裝置如附圖1、2所示，它包括爐體1、加熱板6、保溫層8、惰性氣體管道5、排廢口2，加熱板6采用帶狀加熱電阻，并將加熱部分按照工藝要求分成各溫區(qū)，各溫區(qū)采用50～200kW的加熱功率，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的溫區(qū)間使用保溫板7進(jìn)行隔離；排廢口2設(shè)置于爐體1底部，排廢口2所處的爐體底部為錐形結(jié)構(gòu)（如附圖1、3所示），排廢口2按溫度范圍分段設(shè)置三個(gè)，分別設(shè)置于纖維反應(yīng)物生成量最大的溫度范圍，即300～400℃、450～550℃和550～700℃，在相鄰兩個(gè)排廢口2之間設(shè)有擾動(dòng)惰性氣體入口9，以防止局部產(chǎn)生死區(qū)；將惰性氣體管道5鋪設(shè)在加熱板6附近的保溫層8內(nèi)中，進(jìn)入爐體出口10的惰性氣體流動(dòng)方向與爐體1內(nèi)纖維4運(yùn)行方向相同，進(jìn)入爐體進(jìn)口11的惰性氣體流動(dòng)方向與爐體1內(nèi)纖維4運(yùn)行方向相反，惰性氣體進(jìn)入爐體前預(yù)加熱至200～350℃，可使氣體消耗量降低100～150m³/h。

經(jīng)氧化后的纖維4從爐體入口11進(jìn)入低溫炭化爐爐體1內(nèi)部進(jìn)行炭化反應(yīng)，經(jīng)過(guò)各溫區(qū)反應(yīng)后，從爐體出口10進(jìn)入下一工序，加熱板6對(duì)爐體1進(jìn)行加熱，確保各溫區(qū)的控制溫度；為防止室內(nèi)的空氣進(jìn)入爐體，使用惰性氣體進(jìn)行密封，惰性氣體在惰性氣體管道5內(nèi)經(jīng)加熱后，經(jīng)惰性氣體密封腔12進(jìn)入爐體1。氧化纖維裂解反應(yīng)物與惰性氣體經(jīng)排廢口2進(jìn)入排廢管3道排出爐體1，最后進(jìn)入廢氣處理裝置。