Konstrukční konstrukce karbonizační pece/pece/trouby:
Pec pro karbonizaci uhlíkových vláken se skládá hlavně z tělesa pece, topného systému, systému regulace vzduchu, trakčního zařízení a systému regulace teploty.
Základní struktura tělesa karbonizační pece/pece/trouby:
Těleso pece je vnější plášť karbonizační pece, který je obvykle vyroben z nerezové oceli odolné vůči vysokým teplotám a odolává vysokým teplotám a určitým tlakům. Uvnitř tělesa pece je také umístěna tepelně izolační vrstva. Mezi běžné tepelně izolační materiály patří keramická vláknitá vlna, která může účinně snížit tepelné ztráty. Je to jako nanesení teplého nátěru na pec, což může nejen zajistit stabilní teplotu uvnitř pece, ale také zabránit bezpečnostním problémům způsobeným nadměrnou vnější teplotou. Některé malé karbonizační pece používané pro experimenty mají relativně malá tělesa pecí a tloušťka tepelně izolační vrstvy může být 5-10 cm; zatímco karbonizační pece používané pro velkovýrobu mají velká tělesa pecí a tloušťka tepelně izolační vrstvy může dosáhnout více než 20 cm.
Složení topného systému karbonizační pece/pece/trouby:
Topný systém je „srdcem“ karbonizační pece a dodává teplo pro proces karbonizace. Běžnými metodami ohřevu jsou elektrický ohřev a plynový ohřev. Elektrický ohřev obecně využívá ohřev odporovým drátem, který je rovnoměrně uspořádán uvnitř pece. V malých karbonizačních pecích v laboratořích je ohřev odporovým drátem velmi běžný, protože má přesnější regulaci teploty. Plynový ohřev generuje teplo spalováním zemního plynu nebo svítiplynu. Velké průmyslové karbonizační pece většinou používají tuto metodu, která dokáže rychle dodat velké množství tepla. Například ve velké továrně na výrobu uhlíkových vláken může plynem ohřívaná karbonizační pec spotřebovat desítky metrů krychlových zemního plynu za hodinu, čímž se teplota v peci rychle zvýší na vysokou teplotu potřebnou pro karbonizaci.
Systém regulace plynu karbonizační pece/pece/trouby:
Systém regulace plynu je zodpovědný za zavádění ochranného plynu do pece a odvod odpadního plynu. Ochranným plynem je obvykle dusík nebo argon, které mohou zabránit oxidaci vláken během procesu karbonizace. Před spuštěním karbonizační pece se do pece zavede velké množství dusíku, aby se odsával vzduch a vytvořilo se prostředí inertního plynu. Systém odvodu odpadních plynů musí neprodleně odsát škodlivé plyny vznikající během procesu karbonizace, jako je oxid uhelnatý a oxid uhličitý. V některých oblastech s vysokými požadavky na ochranu životního prostředí bude systém odvodu odpadních plynů z karbonizační pece také vybaven čisticím zařízením pro úpravu odpadního plynu před jeho vypuštěním.
Trakční zařízení karbonizační pece/pece/trouby:
Trakční zařízení umožňuje vláknitý materiál pohybovat se v peci rovnoměrnou rychlostí, aby se zajistila rovnoměrná karbonizace. Skládá se z motoru, hnacího řemene a vodicího válce. Motor pohání hnací řemen k otáčení a hnací řemen pohání vodicí válec k otáčení a vláknitý materiál je vložen mezi hnací řemen a vodicí válec a pohybuje se vpřed. Ve skutečné výrobě je třeba rychlost tahu upravit podle typu vlákna a procesu karbonizace. Například při výrobě vysoce výkonných uhlíkových vláken může být rychlost tahu řízena na několik metrů za minutu, zatímco při výrobě běžných uhlíkových vláken může být rychlost vyšší a dosáhnout více než deseti metrů za minutu.
Systém regulace teploty karbonizační pece/pece/trouby:
Systém regulace teploty je klíčem k zajištění kvality karbonizace. Zahrnuje teplotní senzory, regulátory a zařízení pro regulaci ohřevu. Teplotní senzory jsou rozmístěny na různých místech tělesa pece a monitorují teplotu v peci v reálném čase. Regulátor porovnává skutečnou teplotu zpětně naměřenou senzorem s nastavenou teplotní křivkou a poté ovládá zařízení pro regulaci ohřevu pro úpravu topného výkonu. Například když senzor detekuje, že teplota v peci je nižší než nastavená hodnota, regulátor dá pokyn topnému systému ke zvýšení výkonu; když je teplota příliš vysoká, výkon se sníží. Během procesu karbonizace se teplotní křivka určuje opakovanými testy. Požadavky na teplotu se v různých fázích liší. V rané fázi by se teplota měla rychle zvyšovat, ve střední fázi izolace by měla být teplota stabilní a v pozdější fázi by se měla regulovat i rychlost chlazení.
Konstrukce dveří karbonizační pece/pece/trouby:
Dvířka pece musí být dobře utěsněna, aby se zabránilo ztrátám tepla a vnikání vzduchu. Dvířka pece mají obecně dvouvrstvou konstrukci, vnitřní vrstva je vyrobena z žáruvzdorného materiálu odolného vůči vysokým teplotám a vnější vrstva je vyrobena z nerezové oceli. Existuje mnoho způsobů utěsnění dvířek pece. Nejběžnějším je utěsnění pryžovým těsnicím kroužkem. Na okraj dvířek pece je instalován pryžový těsnicí kroužek odolný vůči vysokým teplotám, který při zavření dvířek pevně přiléhá k tělesu pece. Některé velké karbonizační pece také používají hydraulická těsnicí zařízení k pevnému přitlačení dvířek pece hydraulickým systémem, což má lepší těsnicí účinek. Po každém otevření dvířek pece pro nasávání a vkládání materiálu zkontrolujte, zda je těsnicí kroužek neporušený a zda není poškozený nebo zestárlý.
Konfigurace chladicího systému karbonizační pece/pece/trouby:
Teplota uhlíkových vláken po karbonizaci je velmi vysoká a k jejich ochlazení je zapotřebí chladicí systém. Existují dva chladicí systémy: vzduchové chlazení a vodní chlazení. Vzduchové chlazení spočívá v vhánění vzduchu do výstupu z pece pomocí ventilátoru, který odvádí teplo z uhlíkových vláken. Tato metoda je relativně jednoduchá, ale rychlost chlazení je relativně pomalá. Vodní chlazení spočívá v umístění vodní chladicí nádrže na výstupu z pece a uhlíková vlákna se při průchodu vodní chladicí nádrží rychle ochladí. Ve velkovýrobě se běžněji používá vodní chlazení, které může rychle snížit teplotu uhlíkových vláken ze stovek stupňů Celsia na pokojovou teplotu. Například ve společnosti vyrábějící uhlíková vlákna se teplota vody v chladicí nádrži udržuje na 20–30 °C a teplo se neustále odvádí cirkulující vodou.
Nosná konstrukce karbonizační pece/pece/trouby:
Nosná konstrukce karbonizační pece musí být stabilní a schopná unést hmotnost tělesa pece a vnitřních materiálů. Nosná konstrukce je obvykle svařována z ocelových profilů, například velkých ocelových profilů ve tvaru H, které se vyznačují vysokou pevností a dobrou stabilitou. Při instalaci karbonizační pece/pece/trouby by měla být nosná konstrukce instalována na rovném povrchu a měla by být provedena horizontální kalibrace, aby se zajistilo, že těleso pece je v rovině. Pokud nosná konstrukce není stabilní a těleso pece je nakloněno, ovlivní to pohyb vláken v peci a efekt karbonizace.
Klíčové body pro konstrukci izolační vrstvy:
Kvalita izolační vrstvy přímo ovlivňuje spotřebu energie karbonizační pece. Při pokládce izolačních materiálů, jako je keramická vláknitá vlna, dbejte na jejich těsné vyplnění bez mezer. Pro utěsnění některých rohů a spojů by se mělo použít speciální lepidlo odolné vůči vysokým teplotám. Při skutečné stavbě dělníci nejprve položí vrstvu reflexní hliníkové fólie do tělesa pece a poté ji vyplní izolačním materiálem, což může dále zlepšit izolační účinek. Některé továrny také obalí vnější stranu izolační vrstvy vrstvou drátěného pletiva, aby se zabránilo odpadávání izolačního materiálu.
Bezpečnostní ochranná zařízení:
Karbonizační pec/pec/pec je vybavena řadou bezpečnostních ochranných zařízení. Zařízení pro signalizaci přehřátí spustí alarm a automaticky vypne napájení topení, když teplota v peci překročí nastavenou bezpečnostní hodnotu. Zařízení pro ochranu proti přetlaku dokáže monitorovat tlak v peci a automaticky otevřít pojistný ventil, když je tlak příliš vysoký. K dispozici je také zařízení pro detekci úniku plynu. Jakmile je detekován únik ochranného plynu nebo výfukových plynů, okamžitě spustí alarm a spustí ventilační systém. Ve výrobní dílně jsou tato bezpečnostní ochranná zařízení jako věrní "strážci", kteří vždy zajišťují bezpečnost zařízení a personálu.
Propojení s dalším zařízením:
Pec/pec/pec pro karbonizaci uhlíkových vláken nefunguje samostatně, ale musí být propojena se zařízením pro předúpravu vláken vpředu a se zařízením pro následnou úpravu uhlíkových vláken vzadu. Než vlákno vstoupí do karbonizační pece, musí projít procesy předúpravy, jako je tvarování a předoxidace; po karbonizaci musí projít procesy následné úpravy, jako je povrchová úprava a třídění. Proto je při navrhování karbonizační pece třeba zvážit rozhraní a sladění procesů s těmito zařízeními. Například rychlost tahu karbonizační pece musí být v souladu s rychlostí vypouštění ze zařízení pro předúpravu, aby byl zajištěn hladký výrobní proces.
