一種濕木材直接碳化的方法
【專利摘要】本發明公開了一種濕木材直接碳化的方法，包括：預熱階段、干燥階段、調節階段、干燥碳化過渡階段、碳化階段、降溫階段，在干燥階段依據窯內木材實時絕對含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度，在干燥階段的各子階段初期對窯內作抽真空處理，采用該方法可以對絕對含水率超過12%的濕木材直接進行碳化處理，碳化過程中木材不會發生扭曲變形、開裂現象，木材碳化均勻度好，較木材干燥、碳化獨立處理方式相比節能效果好，處理時間短，設備利用率高。
【專利說明】一種濕木材直接碳化的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及木材碳化【技術領域】，尤其是一種以含水率較高的濕木材為原料，直接進行碳處理的方法。
【背景技術】[0002]碳化木是指在高溫環境中對木材進行同質碳化處理后得到的木材，經碳化處理后的木材除表面美觀外，還具有防腐及抗生物侵襲、抗變形開裂，耐高溫的優點，并且由于其具有含水率低、不易吸水、材質穩定、不變形、完全脫脂不溢脂、隔熱性能好、無特殊氣味等特點，是理想的家俱及室內外裝修材料。由于濕木材中含水率較高，直接對濕木材進行碳化處理會使木材在碳化過程中出現碳化不均勻、木材扭曲變形、爆裂等現象。由于這一技術障礙的存在，現有技術中的木材碳化方法和設備都只能以經過干燥處理后的木材為原料進行碳化處理，即只能對絕對含水率WMC小于等于12%的木材進行碳化處理，對于絕對含水率超過12%的濕木材，則需要先用干燥設備對木材進行干燥脫水處理，將木材絕對含水率降到小于等于12%后，再將木材放入碳化設備進行碳化處理。現有技術多采用烘干的方式對木材進行干燥處理，即將濕木材放到木材干燥設備中，對木材進行加熱烘干，當木材在干燥設備中的含水率降到12%時，結束干燥，此時，木材的溫度通常在80°C左右，需要使木材自然冷卻降溫至40°C以下時，才能將木材從干燥設備中取出。而在對木材進行碳化時，需要將木材放入到碳化設備中，對木材進行預熱處理，將木材加熱到100°C以上，然后才開始進入碳化處理階段。因此，存在木材干燥過程中熱量浪費多、碳化過程中熱量消耗大的缺點。
[0003]發明要解決的技術問題是:提供一種濕木材直接碳化的方法，采用該方法可以對絕對含水率超過12%的濕木材直接進行碳化處理,碳化過程中木材不會發生扭曲變形、開裂現象，木材碳化均勻度好，較木材干燥、碳化獨立處理方式相比節能效果好，處理時間短，設備利用率高。
【發明內容】
[0004]解決技術問題所采取的技術方案:一種濕木材直接碳化的方法，包括:預熱階段、干燥階段、調節階段、干燥碳化過渡階段、碳化階段、降溫階段，在干燥階段依據窯內木材實時絕對含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度:第一子階段，木材含水率WMC > 50%時，干燥溫度62°C ;第二子階段，木材含水率50% ^WMO 40%時，干燥溫度64°C;第三子階段，木材含水率40% ^WMO 30%時，干燥溫度66°C;第四子階段，木材含水率30% ^WMO 25%時，干燥溫度68°C;第五子階段，木材含水率25% ^ WMC > 20%時，干燥溫度70°C ;第六子階段，木材含水率20% ^ WMC > 17%時，干燥溫度72°C;第七子階段，木材含水率17% ^WMO 14%時，干燥溫度74°C;第八子階段，木材含水率14% ^ WMC > 11%時，干燥溫度76 °C。
[0005]作為本發明的改進:在干燥階段的各子階段初期對窯內作抽真空處理，第一子階段至第三子階段抽真空至30 Kpa，第四子階段至第八子階段抽真空至25 Kpa。[0006]作為本發明的進一步改進:所述窯內木材實時絕對含水率是按照以下方法獲得的:
1)在入窯前測量木材的絕對含水率WMC，稱量入窯前濕木材的重量Gs，計算入窯木材的絕干重量Ggtl ；
2)稱量裝入木材后的窯體重量Gytl；
3)在干燥過程中稱量當前窯體的重量Gyd；
4)計算木材實時含水率WMCd Gg0= Gs / (100%+WMC)
WMCd= [ Gs - Gg0- (Gy0 -Gyd)]/ Gg0
作為本發明的再進一步改進:所述調節階段溫度80°C，壓力100 Kpa，時間不少于10小時。
[0007]作為本發明的優選:所述干燥碳化過渡階段分兩步進行，第一步，將木材升溫至100°C，升溫速度為10 — 20°C /小時；第二步，將木材升溫至130°C，升溫速度為5°C /小時。
[0008]作為本發明的最佳方案:碳化階段將木材從150°C加熱至190°C，升溫的速度為200C /小時。
[0009]有益效果:本發明的濕木材直接碳化方法，由于采用了在干燥階段依據窯內木材實時含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度，使得木材在干燥的過程中水份能均勻的排出，在整個干燥過程中木材內外含水率一致，木材內部含水率差小于0.5%，木材在干縮過程中不會發生扭曲、節理發育及細小的開裂現象，并且在低溫干燥后設置了調節階段，消除干燥過程給木材內部帶來的應力變化，因此，本發明克服了現有技術中直接將濕材干燥碳化時容易造成木材變形、開裂，必須要將干燥和碳化分開獨立處理的弊端，實現了濕木材直接碳化；本發明的濕木材直接碳化方法可以直接對含水率大于12%的濕木材進行碳化處理，碳化過程中木材不會發生扭曲變形、開裂現象，木材碳化均勻度好；由于采用了在一個設備內將干燥與碳化連續進行，省略了干燥降溫和碳化升溫過程，不但節約了能源的消耗，而且也縮短了木材在窯內停留的時間，提高了設備的利用率；由于在干燥階段采用了間歇式抽真空處理，并合理地限定了在不同含水率階段窯內的抽真空的壓力，使得以較低的溫度就能使木材中的水份蒸發出來,且木材內部纖維的通透性更好，利于碳化過程中產生的揮發煙氣從木材內排出，提高了木材碳化的質量；由于采用了稱重法實時精確計算窯內木材的含水率，使計算出的木材含水率較電測法精度大幅度提高，再配合本發明在各含水率階段所采用的特定干燥溫度，使得木材干燥過程中干燥溫度對含水率的針對性更強，因此，經干燥處理后的木材在順紋方向、橫紋徑向及弦向干縮均勻，內部不會產生裂紋，進一步保證了木材在碳化過程中不變形、不開裂；由于合理地限定了調節階段的溫度、壓力和時間，最大限度地消除干燥過程使木材內部產生的應力，并且使木材內外的含水率更均勻一致，使得碳化后的木材質量更好；由于采用了所述干燥碳化過渡階段分兩步進行的技術特征，進一步防止木材在較大的溫差變化時發生開裂；由于合理地限定了碳化階段的溫度和升溫速度，使得采用本方法碳化出的木材碳化程度更均勻、木材顏色更好。
【具體實施方式】[0010]下面對本發明的濕木材直接碳化方法作進一步的詳細說明。
[0011]在待碳化的濕木材上取樣，測算木材的絕對含水率WMC，稱量入窯前木材的重量Gs,計算入窯木材的絕干重量Gg(l，Gg0= Gs/ (100%+WMC)。
[0012]將濕木材裝入真空干燥碳化窯，稱量裝入木材后的窯體重量Gytl，采用熱介質對木材進行熱處理，所述熱介質為熱風或熱蒸汽。
[0013]整個熱處理過程分為:預熱階段、干燥階段、調節階段、干燥碳化過渡階段、碳化階段、降溫階段。
[0014]預熱階段
以20°C /小時的升溫速度，將窯內木材加熱到60°C，完成預熱。
[0015]干燥階段
在干燥階段依據窯內木材實時含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度:第一子階段，木材含水率WMC > 50%時，干燥溫度62°C ；第二子階段，木材含水率50% ^WMO 40%時，干燥溫度64°C ;第三子階段，木材含水率40% ^WMO 30%時，干燥溫度66°C;第四子階段，木材含水率30% ^WMO 25%時，干燥溫度68°C;第五子階段，木材含水率25% ^WMO 20%時，干燥溫度70°C;第六子階段，木材含水率20% ^ WMC > 17%時，干燥溫度72°C ;第七子階段，木材含水率17% ^ WMC > 14%時，干燥溫度74°C;第八子階段，木材含水率14% ^WMO 11%時，干燥溫度76°C。當木材含水率小于11%時，干燥階段結束。
[0016]在干燥階段實時稱量干燥過程中當前窯體的重量Gyd，計算木材實時含水率WMCd,WMCd= [ Gs - Gg0- (Gy0 -Gyd) ]/ Gg0。
[0017]在干燥階段采用間歇式抽真空處理，在干燥階段的各子階段對窯內作抽真空處理，第一子階段至第三子階段抽真空至30 Kpa，第四子階段至第八子階段抽真空至25 Kpa。
[0018]調節階段
將窯溫調整至80°C，窯內壓力100 Kpa，使木材此狀態下保持時間不少于10小時。
[0019]干燥碳化過渡階段
所述干燥碳化過渡階段分兩步進行，第一步，將木材升溫至100°c，升溫速度為10—200C /小時；第二步，將木材升溫至130°C，升溫速度為5°C /小時。
[0020]碳化階段
向窯內通飽和水蒸汽，碳化階段在水蒸汽的保護下將木材從130°C加熱至190°C，升溫的速度為20°C /小時，并根據用戶對碳化深度的要求，確定加熱至190°C后持續加熱的時間，碳化結束。
[0021]降溫階段
停止加熱，使窯內木材冷卻，待窯溫降至40°C時，打開窯門，將碳化后的木材取出，整個濕木材直接碳化過程結束。
【權利要求】
1.一種濕木材直接碳化的方法，其特征是:所述濕木材直接碳化的方法包括:預熱階段、干燥階段、調節階段、干燥碳化過渡階段、碳化階段、降溫階段，在干燥階段依據窯內木材實時絕對含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度:第一子階段，木材含水率WMC > 50%時，干燥溫度62°C;第二子階段，木材含水率50% ^ WMC > 40%時，干燥溫度64°C ;第三子階段，木材含水率40% ^ WMC > 30%時，干燥溫度66°C;第四子階段，木材含水率30% ^WMO 25%時，干燥溫度68°C;第五子階段，木材含水率25% ^ WMC > 20%時，干燥溫度70°C ;第六子階段，木材含水率20% ^ WMC > 17%時，干燥溫度72°C;第七子階段，木材含水率17% ^WMO 14%時，干燥溫度74°C;第八子階段，木材含水率14% ^ WMC > 11%時，干燥溫度76°C。
2.根據權利要求1所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:在干燥階段的各子階段初期對窯內作抽真空處理，第一子階段至第三子階段抽真空至30 Kpa，第四子階段至第八子階段抽真空至25 Kpa。
3.根據權利要求1或2所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:所述窯內木材實時絕對含水率是按照以下方法獲得的: 1)在入窯前測量木材的絕對含水率WMC，稱量入窯前濕木材的重量Gs，計算入窯木材的絕干重量Ggtl ； 2)稱量裝入木材后的窯體重量Gytl； 3)在干燥過程中稱量當前窯體的重量Gyd； 4)計算木材實時含水率WMCd
Gg0= Gs / (100%+WMC)
WMCd= [ Gs - Gg0- (Gy0 -Gyd)]/ Gg0。
4.根據權利要求3所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:所述調節階段溫度80°C，壓力100 Kpa，時間不少于10小時。
5.根據權利要求4所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:所述干燥碳化過渡階段分兩步進行，第一步，將木材升溫至100°c，升溫速度為10 — 20°C /小時；第二步，將木材升溫至130°C，升溫速度為5°C /小時。
6.根據權利要求5所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:碳化階段將木材從150°C加熱至190°C，升溫的速度為20°C /小時。
【文檔編號】B27M1/06GK103538132SQ201310440191
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】叢德寶, 馮繼國, 李子滿, 張百富 申請人:開原圣意達木材干燥設備有限公司