本實用新型涉及一種用于生產碳纖維的高溫碳化裝置，屬于碳纖維生產技術領域。
背景技術：
在碳纖維的生產過程中，原絲需要進行預氧化和碳化等過程以使其分子結構發生變化形成碳纖維結構。因此，預氧化和碳化工藝是碳纖維生產過程中的關鍵工藝環節。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備進行。其中，高溫碳化過程是聚丙烯腈原絲最后完成熱分解，生成高質量碳纖維的過程，高溫碳化過程的溫度范圍一般在800～1600℃之間。在高溫碳化過程中，聚丙烯腈原絲完成最后階段的分解，以HCN或者N2的方式放出殘余的氮元素，得到含碳量95％以上的，具有亂層石墨堆積結構碳纖維。高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。碳化過程中會產生廢氣和焦油等物質，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經過較高溫度的碳化，當經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，從而導致碳纖維的質量下降。現有的高溫碳化設備中缺少碳化紡絲出口段的冷卻環節，導致紡絲容易被氧化，成品的質量較差。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種用于生產碳纖維的高溫碳化裝置，所采取的技術方案如下：
一種用于生產碳纖維的高溫碳化裝置，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4和保護氣供給裝置5，并且還包括在爐體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，以及分別通過溫度檢測電路31和溫度控制電路32與爐體1 的溫度傳感器16和加熱裝置13連接的溫度檢測控制裝置3。在爐膛11末端設有微壓計19，以對爐膛11內的壓力進行檢測，防止壓力低于20Pa時導致爐膛和保溫材料氧化，喪失功能。
優選地，爐體1包括爐膛11，包裹在爐膛11外側的內保溫層12，固定在內保溫層12與爐膛 11之間的加熱裝置13和溫度傳感器16，固定在內保溫層12外側的外保溫層14以及固定在外保溫層14外的剛性外殼體15，在剛性外殼體15內還設有冷卻夾層18；在爐膛11中間設有廢氣出口17，以便于將生產過程中的廢氣排出出去。在爐膛11末端設有微壓計19，以便于檢測爐膛11內的壓力，從而加工時使得爐膛11內的壓力滿足加工需求。
優選地，爐膛11從絲束8進口向出口依次獨立設置第一溫區、第二溫區、第三溫區、第四溫區、第五溫區、第六溫區、第七溫區以及第八溫區；其中，第一加溫區至第六溫區溫度逐漸增加，第七溫區溫度降低，第八溫區為過渡溫區。
更優選地，廢氣出口17設在爐膛11的中間側部或底部，以防止廢氣凝結對紡絲造成污染。
更優選地，排氣系統4包括與廢氣出口17連通的出風管道41，與出風管道41和若干廢氣收集罩連通的主排風管42，與主排風管42連通的排氣口45。
優選地，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。
更優選地，保護氣供給裝置5通過設有流量計和控制閥51的管道將保護氣供給密封裝置7 和/或保護氣加熱裝置6。
更優選地，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；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 和爐膛11末端連接。
優選地，冷卻室2包括與冷卻水供給系統連接的進水口22和出水口21，以及位于絲束引出管道外側與進水口22和出水口21連通的夾層23。
優選地，還包括冷卻水供給裝置9，冷卻水供給裝置9通過進水口22與冷卻室2連通，通過設有與溫度檢測控制裝置3連接的水冷電極控制進出的水冷夾層18，以實現分別對爐膛11不同溫區進行冷卻。
本實用新型獲得的有益效果：
本實用新型所提供的低溫碳化裝置，在爐體出口端設置了冷卻室，能夠有效降低絲束牽出爐體的溫度，防止經過碳化的高溫絲束被空氣中的氧氣氧化，提高了碳纖維的質量。同時，本實用新型在爐體內部安裝了溫度傳感器可實時對爐體內的溫度進行監測和控制。
本實用新型通過多節加溫溫區與過渡溫區及冷卻室相配合的方式，來充分降低高溫碳化過程中絲束的問題，以防止絲束被空氣氧化。
附圖說明
圖1為本實用新型的高溫碳化裝置的正視結構示意圖(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；5，保護氣供給裝置；6，保護氣加熱裝置；7，密封裝置；8，絲束；9，冷卻水供給裝置；11，爐膛；12，內保溫層； 13，加熱裝置；14，外保溫層；15，外殼體；16，溫度傳感器；17，廢氣出口；18，冷卻夾層；19，微壓計；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，出風管道；42，主排風管；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。A方向為絲束的前進方向；B方向為氮氣的流通方向。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明，但以下詳細說明不視為對本實用新型的限定。
圖1為本實用新型一種優選方案中高溫碳化裝置的正視結構示意圖，其中爐體部分剖視。 A方向為絲束的前進方向；B方向為氮氣的流通方向。氮氣的流通方向與絲束前進的方向相反。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4，保護氣供給裝置5，保護氣加熱裝置6，密封裝置7以及冷卻水供應裝置9組成。
其中，爐體1由位于其中心的爐膛11，在爐膛11管體的外側的設有內保溫層12，在內保溫層12與爐膛11之間還設有加熱裝置13和溫度傳感器16。在內保溫層12外部包裹的是外保溫層14，在外保溫層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生的廢氣排出到爐體1外。爐體1的內部設有8個獨立設置的溫區，從絲束8入口到出口依次為第一溫區、第二溫區、第三溫區、第加溫區、第五溫區、第六溫區、第七溫區以及第八溫區。其中，在第一溫區至第六溫區的溫度逐漸升高，第七溫區的溫度降低，第八溫區為過渡溫區。這樣形成絲束進入后溫度逐漸升高再降低的梯度溫度變化。在爐膛11中間的側部或底部設有廢氣出口17，以防止廢氣凝結形成焦油，或排出管的焦油倒流回來滴在纖維絲束上。在爐體1的剛性外殼體15內部設有冷卻夾層18，冷卻夾層18設有與各個溫區連接的水冷電極。此外，在爐膛11的出口端附近還設有一個微壓計，以便對爐膛11內的壓力進行監控，以保證爐膛11內的壓力滿足生產需求。
在爐體1外設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內部的溫度傳感器16連接，以實現對爐體內加溫溫度的實時檢測。同時，通過溫度控制電路31與爐體1內的加熱裝置13連接，以實現對爐體1內不同加溫區的加熱溫度的控制。此外，溫度檢測控制裝置3還與爐體1冷卻夾層 18的水冷電極連接，以實現對冷卻水的控制，從而精確調整加溫溫度。
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在絲束引出管外設有夾層23，在夾層23的上部是由一個出水口22，下部設有一個進水口21。進水口21和出水口22與冷卻水供給系統連通，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4包括與廢氣出口17連通的出風管道41，與出風管道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)連通的主排風管42，與主排風管42連通的排氣口 45。其中，主排風管42為水平設置的管道，底部通過出風管道41排出爐膛11內的廢氣，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。
保護氣供給裝置5通過設有流量計和控制閥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。經過加熱的高溫保護氣再通過同樣設有流量計和控制閥 51的高溫保護氣管道進入第一密封裝置71以防止空氣進入爐膛11內。同時，再通過保護氣管道與爐膛11的末端附近連通，以與絲束8前進方向相反的方向注入保護氣，以便對低溫碳化過程中的絲束8進行保護。
除以上說明以外，本領域技術人員可根據生產過程中的實際需求，對各個部件的材質和形狀和尺寸進行常規選擇。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，選用石墨作為內保溫層，選用碳鋼作為爐體的剛性外殼體，選用水冷石墨加熱電極作為爐體內部的加熱裝置等。
雖然本實用新型已以較佳的實施例公開如上，但其并非用以限定本實用新型，任何熟悉此技術的人，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，都可以做各種改動和修飾，因此本實用新型的保護范圍應該以權利要求書所界定的為準。