[0001] 本发明属于生产再生纤维素基碳毡碳化炉技术领域，具体涉及一种纤维素基碳纤维卧式碳化炉。

[0002] 碳纤维材料是一类具有重量轻、强度高、热稳定性好和尺寸稳定等优点的新型工业材料，在航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等领域备受关注。节能降耗一直是碳化炉生产商和碳纤维制造商关注的问题。碳纤维的连续生产耗能巨大，而在碳纤维碳化过程中，分为低温碳化和高温碳化两个步骤。

[0003] 目前国内纤维碳毡主要包含聚丙烯腈基碳纤维{PAN(polyacrylonitrile)基碳纤维}、黏胶基碳纤维，普遍杂质含量较高，尤其是黏胶基碳纤维中碱金属杂质含量可达1000‑3000ppm，不仅抗氧化性差，且高温气氛中大量的杂质容易挥发逸出污染物料。

[0004] 黏胶基碳纤维是一种纤维状的碳素材料，是一种军民两用的优异碳素增强材料。黏胶基碳纤维保温材料是由黏胶纤维编织而成的，它具有低密度、耐腐蚀、耐高温、抗疲劳、热膨胀系数低，具有较好的柔软性可以通过包裹的形式实现保温隔热的效果，可以在2800°C高温环境下使用，在冶金、光伏等设备使用方面具有较大的市场潜力。传统黏胶基石墨软毡多采用碳毡‑真空烧结‑石墨软毡的工艺路线，其生产成本高、生产效率低、产品有明显的掉渣、裙边现象，当应用于光伏行业时掉灰、掉渣等现象会明显的影响单晶硅的产品质量，无法满足客户的需求。

[0005] 经检索，授权公开号为CN203846156U的专利，公开了一种碳纤维低温碳化炉，包括炉体、物料输送机构、电热丝和热辐射管，炉体两端分别为进料端和出料端，其创新点在于：所述物料输送机构包括内置于炉体中的陶瓷托辊组以及设置于炉体外的驱动机构，陶瓷托辊组由若干沿炉体进、出料方向分布且平行设置的陶瓷托辊构成。

[0006] 上述专利存在以下不足：该装置只能够提供低温碳化，需要高温碳化则需要增加高温碳化设备，两台设备不仅成本高，且运输不便，中间需要人工的搬运，占用空间较大，使用不够方便，且该装置没有设置预氧化的步骤，无法有效保护原料，碳化效果较差，碳化率低，所以我们提出了一种纤维素基碳纤维卧式碳化炉，以便于解决上述背景中提出的问题。

[0016] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0017] 实施例一：请参阅图1－图7所示，一种纤维素基碳纤维卧式碳化炉，包括：
基座1，基座1顶端固定安装有外保温层11，外保温层11内部固定安装有普通硬毡层12，普通硬毡层12内部固定安装有石墨硬毡层13；
碳化组件2，碳化组件2设置于石墨硬毡层13内部一侧，碳化组件2包括位于石墨硬毡层13内部固定安装的加热腔21，加热腔21内部设置有高温马弗炉层22，加热腔21内部中心处固定安装有物料室23，物料室23内部安装有活动两根滚动轴25，高温马弗炉层22内部安装有活动多根导向罗拉27。

[0018] 具体的，加热腔21内部固定安装有高温马弗炉层22，高温马弗炉层22位于加热腔21内部靠近加热腔21内壁一侧设置，加热腔21内部中心处固定安装有物料室23，加热腔21与高温马弗炉层22之间固定安装有多根加热棒24，物料室23与高温马弗炉层22之间均固定安装有多根加热棒24，加热棒24等距排列。

[0019] 由上可知，外保温层11、普通硬毡层12以及石墨硬毡层13可以防止装置内部的热量流失，起到保温的作用，高温马弗炉层22两侧均设置加热棒24，可以利用加热棒24对高温马弗炉层22内部进行加热，加热棒24为高温石墨材料，且加热棒24的加热温度可控，两侧加热棒24将高温马弗炉层22分为四个温区，加热棒24可控制每个温区的温度，使高温马弗炉层22内外温度均匀，两根滚动轴25外侧设置有套夹，利用套夹可将纤维卷固定在滚动轴25上，伺服电机26为滚动轴25提供动力输出，两根滚动轴25之间可利用齿轮结构连接，这样实现伺服电机26带动其中一根滚动轴25旋转，即可同步带动另一根滚动轴25旋转，且两根滚动轴25的转动方向相反。

[0020] 具体的，物料室23内部通过轴承安装有活动两根滚动轴25，两根滚动轴25对称设置，加热腔21外部靠近滚动轴25一侧通过固定座安装有伺服电机26，伺服电机26输出端通过联轴器与滚动轴25的轴传动连接，高温马弗炉层22内部固定安装有多根导向罗拉27，导向罗拉27呈圆周分布在高温马弗炉层22内部，高温马弗炉层22两端均设置有密封结构28，加热腔21一侧安装有活动盖体29，所述盖体29上开设有进惰性气口210，所述加热腔21远离进惰性气口210一侧开设有出惰性气口211，所述盖体29上开设有进气口214和出气口215，盖体29内部固定安装有压力传感器212，盖体29内部固定安装有四个温度传感器213，压力传感器212以及温度传感器213采集端均伸入高温马弗炉层22内部。

[0021] 由上可知，导向罗拉27起到对纤维毡的导向作用，使得纤维毡能顺利穿过高温马弗炉层22，在加热棒24的作用下实现四个温区不同的温度，四个温区温度为：100℃、150℃、200℃、250℃，满足预氧化条件，高温马弗炉层22的两侧设置密封结构28可以在低温碳化和高温碳化时防止外界的空气进入高温马弗炉层22内部，密封结构28可以是非接触式迷宫密封装置或者其他耐高温的密封装置，为现有技术在此不作赘述，进惰性气口210用于惰性气体，出惰性气口211用于排出含有废气气体，进气口214用于预氧化时进氧气和低温碳化和高温碳化时进氮气，出气口215用于预氧化时出带废弃的氧气和低温碳化和高温碳化时进带废气的氮气；压力传感器212以及温度传感器213可以实时检测装置内部的气压和温度，四个温度传感器213分别对应四个温区。

[0022] 工作原理，由于本连续碳化炉的碳化分为三个工艺，预氧化、低温碳化、高温碳化，预氧化可以提高纤维的热稳定性，进而提升碳化效果，在进行预氧化时，进气口214通入空气，预氧化结束后氮气进行吹扫使得炉内都是氮气时进行低温、高温碳化，向进气口210处通入氮气，出气口211用于排出带有废气气体；使用时，利用套夹将纤维卷固定在滚动轴25上，使其中一个带有纤维的纤维卷上的毡穿过高温马弗炉层22再固定到另一个纤维卷上，再启动伺服电机26带动两根滚动轴25旋转（在碳化前套夹可对纤维卷进行拉伸，提供预紧力，提升碳纤维的拉伸效果，伺服电机
26启动先使一个滚动轴25转动提供预紧力，再通过齿轮带动两个滚动轴25同时转动，提升碳纤维的拉伸效果），以此实现收卷与放卷，而毡在穿过高温马弗炉层22的过程中会受到两侧加热棒24的加热，设定好100℃、150℃、200℃、250℃四个温区，此过程为预氧化，此过程高温马弗炉层22内部通入氧气，同时设定时间30min，预氧化结束后，用氮气进行吹扫直到氧气全部没有，再设定四个温区内部温度都到600℃，设定时间1.5h，在收放卷的过程中实现低温碳化，此过程向加热腔21和高温马弗炉层22内部同时通入氮气，低温碳化结束后，再设定四个温区内部温度都到1300℃，设定时间1.5h，再次收放卷即可实现高温碳化，此过程同样向加热腔21和高温马弗炉层22内部同时通入氮气。

[0023] 结合图5，进行预氧化，沿丝束行进方向，四个温区温度分别为：100℃、150℃、200℃、250℃；在预氧化过程中，向高温马弗炉层22内部充入空气，预氧化结束后，向加热腔21和高温马弗炉层22内部同时通入氮气，使得炉内充满氮气；
结合图6，进行低温碳化，沿丝束行进方向，四个温区温度均为：600℃和时间1.5h；
在进行低温碳化过程中，持续向炉内充入氮气；
结合图7，进行高温碳化，沿丝束行进方向，四个温区温度均为：1300℃和时间
1.5h；
在进行高温碳化过程中，同样向加热腔21和高温马弗炉层22内部同时通入氮气。

[0024] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。