真空碳化炉价格/高温碳化炉原理

    高温碳化炉的组成及工作原理是什么?咨询：86-379-60689363
　　高温碳化炉的主要作用是使纤维在炉内实现高温碳化，得到较终的碳纤维产品，高温碳化炉由炉体、保温材料、马弗、加热及控温元件、冷却水系统等组成。典型的高温碳化炉是一个槽型炉,去蒜有长方形炉腔，分成若干温区。
　　1.炉体
　　高温碳化炉体由进口气体密封室、出口气体密封室、炉外壳及支架构成。
　　在炉出、入口处分别设有气体密封净化室以及氮气控制系统，用来控制并防止外界空气侵人以及炉内废气逸出，同时还起到清洁纤维束的作用。氮气均匀地通人炉内用以保护马弗及其加热元件。气体密封室是一个长通道，配备四个可以调节的插板，分别从上下左右进行调节，以获得一个略大于纤维带的狭缝，确保纤维与密封室门没有摩擦。密封室内部的氮气密封管在数量和位置上可设计成不同形式的组合。管上开有气孔，使氮气按照一定的方向流动，有效地对炉进、出口进行封闭。为了有效去除入口处纤维上吸附的水分，可以将氮气预热至400℃以上。
　　氮气密封泵统一般包括手动球阀、压力调节器、压为开关、压力计和流量汁等。通过流量计和手动阀控制密封气体流量，多台转子流量计分别控制流入保温层、加热端子、炉头、炉膛的氮气流量。炉内各区域的气体应连续取样监测，主要检测炉压、露点及氧含量。取样口配备二次过摅器过滤气体中的杂质。
　　在炉的出口端要设置水冷系统：，避免高温经束进人空气中发生氧化。
　　炉外壳及支架材质一般为碳钢。
　　2.保温材料
　　由于高温炉的工作温度为1800℃，因此高温炉所需的保温材料较为复杂，主要有陶瓷纤维材料、石墨碳毡(包括硬毡和软毡)、石墨箔及碳碳复合材料等。
　　在马弗内的每个加热区周边都有充足的空间，加热区间的空隙可增强炉内的均温性。每个加热区外部都使用隔热材料进行保温，减少炉内热量损失，提高加热效率。在工作温度低于1200℃的区域使用陶瓷纤维材料作为保温，**1200℃的区域使用石墨保温材料 在石墨硬毡的内表面使用一层石墨箔以保护碳毡并且增加保温效果。软毡的厚度为3~11mm，硬毡的厚度为20~50mm，在使用中多采用多层叠加并组合的方式。为达到良好的保温效果，炉体保温层的总厚度应在200mm以上。
　　3.马弗
　　石墨材料加工性能好，耐温性好，发热效率高，升温及其降温速率快慢对材料本身不至于造成较大伤害。在清洁干燥的惰性保护气体中可以在广泛的温度范围内操作，从1000℃到3000℃均可使用。缺点是在使用石墨材料的同时，要对其进行严格的惰性气体保护。
　　刚玉-莫来石优点是：造价较低，氮气只保护炉膛内部工作区，炉膛外部不用保护，从而节省了大量的氮气。刚玉莫来石的缺点是：加热和降温速率要严格控制，否则会严重影响使用寿命。由于刚玉莫来石材质的孔隙率较高，炉体本身的密封性能不好。另外，由于刚玉材质柔性差，所以不能用于工业化装置中的碳化炉炉膛。
　　一般石墨马弗为矩形，纤维束从其中间通过。马弗是由多块石墨板构成，石墨板间的连接方式有搭接、粘接和螺栓连接等。搭接与木工的榫卯结构连接相似;粘接是使用高温石墨胶将两块石墨板黏结在一起，经高温固化后石墨板连为一体;螺栓连接是使用碳碳复合材料螺栓将两块石墨板相连并黏结，连接时要充分考虑石墨在不同温度下的收缩的膨胀变化。
　　碳及石墨材料具有以下特点。
　　碳及石墨材料的氧化阈值大约分别为350℃和450℃。**此温度时，这些材料变得易于氧化。因此，碳及石墨材料必须始终在非氧化环境中运行，即在干燥无氧的保护气或真空环境中运行(氧化阈值是指碳及石墨在大气中24h重量损失1%时的温度)。
　　碳及石墨材料较易吸湿。在高湿度环境中24~48h内可吸收几乎等于其重量50%的水。任何形式的水都是很活跃的氧化剂、所以必须防止或减少碳及石墨部件暴露于高湿环境中。在石墨炉制造、运输、安装、开车、运行、备用空转及完全停车期间均应尽量避免在高湿环境下。在石墨炉投入生产运行前，必须除去碳/石墨部件吸攸的水。干燥升温时间与石墨材料所吸收的水多少有关。开车前如未将石墨材料彻底干燥，其使用寿命将**缩短。
　　钠、钾、钒或铜等元素会成为催化剂导致碳及石墨材料氧化加速。在550℃时，浓度为(20~40)×10-6的钠、钾、钒或铜将使碳及石墨材料氧化速度变为原来的6倍。
　　石墨材料的升华温度通常为3650~3700。升华一般在2200℃时开始，但材料损失不严重。石墨材料在**2700℃后升华速率开始急剧升高，石墨材料的使用寿命快速缩短。在3000℃时使用寿命会比270O℃时缩短5%~10%，使用寿命只能以周或天计算。
　　与大多数耐火材料(例如氧化铝、二氧化硅、硅酸铝基耐火材料)不同，碳及石墨是较耐热冲击的。因此，碳及石墨材料相对于其他材料更加适应快速的加热和冷却。
　　4.加热元件
　　高温炉的加热元件多采用石墨材料。
　　石墨加热元件一般有板式、管式等。石墨元件的布置一般在马弗的上下。也有布置在马弗的四周，可有效地提高马弗内的均温性。
　　测温元件
　　高温炉内部按长度方向分成多个温控加热区，各区均设有独立的控温仪表。每个温度控制区都安装一个控温元件用来控制温度。高温炉使用的测温元件有S型热电偶、K 型热电偶和双色温度计。S型热电偶一般用于低于1450℃的温度控制;K型热电偶只用在设备启动的初始阶段，在烘炉期间进行温度控制;双色温度计用于1400℃以上进行精确温度控制。

　　6.冷却水系统
　　高温炉的冷却水系统全要用予冷却高温炉加热元件接线端子、炉壳等。在出日端设置冷却水室用来降低碳纤维的出口温度冷却水的流量要进行监测和调节以确保水流稳定在正常范围内冷却水流量不足会造成某些：所用材料质量下降。金属翘曲等，严重情况下会损坏炉体造成系统停车。冷却水如果突然停止供应，可能导致突然剧烈地释放出过热蒸汽，对设备和人员造成伤害。在某些特定的碳化炉上还安装冷却面板、冷却盘管等以将热量从壳体带走。
　　冷却水的质量一般要求必须清洁，无任何沉淀、水藻、锈片等。如果水源为湖、河流或其他露天水池、冷却塔等，则进水必须通过过滹去除异物，水中的矿物质含量不能太高，如果矿物质含量过高，会沉积在冷却系统中，降低效率，堵塞或阻塞部分冷却水管。
　　为了防止长周期运行水中的杂质锈蚀和腐蚀设备，工业冷却水中应加入适当的除藻剂、抗菌剂、防锈剂和防腐剂。通常情况下，冷却水pH值应控制在8~10之间，以便有效地减少生锈和腐蚀。
　　冷却水流量取决于进出水之间的温升值。通常，各冷却回路中回水温度应保持低于55℃(紧急情况时除外)。冷却水系统产生的温升可通过换热器将热移除。
　　根据工艺要求，碳纤维在出高温炉前要经过一个冷却室进行冷却。一般冷却室有两种形式：一种是上部敞开的冷却槽，带有可拆卸的防尘、防水罩;另一种是冷却水室的上、下及侧面完全封闭，当冷却水流经冷却段时，高温炉炉端被冷却，通过冷却水传导冷量将纤维上的热量带走。
　　7.高温碳化炉的保护气体
　　用于碳及石墨材料的保护气体必须是清洁、无氧、干燥的。通常石墨炉所采用的保护气露点为-72℃或更低，氧含量不能**过2μg·g-1。质量差的保护气体对碳及石墨材料的使用寿命影响明显。当露点温度升高时，说明气体中水含量也急剧升高。
　　可用作高温碳化炉的保护气体如下。
　　(1)氮气(N2)
　　在高温碳化炉中较常使用的保护气体是氮气。尽管氮气与碳及石墨材料发生反应，但在工业化生产中已成功地应用于温度高达1000~3000℃石墨炉的保护。
　　(2)氢气
　　氢气可作为石墨炉的保护气体。这种气体是还原气，在温度为510~595℃时，氢气与碳结合生成相对少量的甲烷(CH4)。然后在温度1930~2200℃时，氢气相当活跃地与碳结合，生产已炔(C2H2)。尽管发生了这些反应，但在温度温度2750℃以下对石墨元件的保护作用非常好。
　　(3)氩气(Ar)
　　氩气也是广泛使用的保护气体，因为其是完全惰性的，且不起反应。在温度约在2590℃以上时，氩气：电离并开始导电，会将石墨加热元件损坏。加热元件的电压也是氩气电离的一个因素。电压**15~20V时，也可能导致气在较低温度下电离。因此在实际使用中要保持加热元件的电压低于15V。
　　(4)卤素气体
　　目前主要应用的是氯气和氟气，主要用在实验室或石墨提纯。在温度2760℃以下其已成功应用。但是，这两种气体必须在封闭炉上使用，并且要防止气体的腐蚀作用。卤素气体除了具有腐蚀性外，在使用氯气和氟气的设备设计时安全问题也是一个重要因素。这两种气体都较具毒性，对健康有相当大的危害。
　　(5)氨(He)
　　尽管氦在石墨炉的正常运行温度下与碳不反应，也不电离，但由于成本高，所以不能广泛使用，因此，用氨气作为保护气通常**于实验室。