碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐烧蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、密度低和热膨胀系数小等一系列优异性能,是先进结构复合材料最重要的增强材料,在航空、航天和民用领域有着广泛的应用。石墨烯高温炉碳纤维在高温石墨化炉中经过2000℃-3000℃的高温处理,进行石墨化,从而转变成石墨纤维。间歇式石墨烯高温炉高性能石墨纤维制作的关键是高温石墨化炉。目前工业化生产高性能石墨纤维并形成系列产品的国家是日本和美国,由于国外对我国高科技技术的封锁和我国自身在此领域上的技术落后,我国高性能石墨纤维仍处于研制阶段,水平与国外相比差距很大。
不论是间歇石墨化炉还是连续石墨化炉, 实际都未能真正实现连续化工业生产,也不能真正满足国内外市场对高纯石墨材料的需求。近年来,多家企业联合高校开展连续化生产装备研发,取得了很大的进展。石墨烯高温炉设备株洲弗拉德科技有限公司开发出高温连续石墨纯化炉,采用电阻加热,连续生产,可导入惰性气体或反应气体。株洲弗拉德科技有限公司进行石墨超高温连续纯化装备的研发,成功开发出一种高温立式连续感应加热炉,可用于炭石墨类锂离子电池负极材料的连续石墨化生产。石墨烯高温炉与艾奇逊石墨化炉相比,连续化设备的生产能力和效率都得到了大幅提高,能耗大大降低,有害气体的排放也大为减少,这是未来石墨化炉发展的必然趋势。
石墨化炉的运行由一台炉用变压器给一组石墨化炉供电,一组共有6-7台石墨化炉,炉子间歇生产,炉用变压器连续运转。这样既能充分利用变压器的生产能力,又便于在一定生产周期内工艺操作。石墨烯高温炉石墨制品的生产,在石墨化工序的生产操作中,是由清炉、装炉、送电、冷却、卸炉、小修等几个步骤组成的。石墨化炉的实施循环运行,根据实际生产情况合理安排。清炉:每生产完一炉制品必须清炉,将碳化硅分解层清至黄料部分,或按规定全部更换新料。广东石墨烯高温炉一般石墨化炉使用半年要更换一次。清炉时不要将石墨化焦与旧料混杂,否则使用石墨焦时将产生金刚砂。装炉:炉芯是石墨化炉的最重要组成部分。
石墨化炉是消耗电量很大的热工设备,因此如何在保证产品质量的前提下,减少电量消耗是石墨化炉节能的主要课题,也是降低石墨化生产成本的必由之路。石墨烯高温炉设备石墨化炉中的电阻主要由电阻料提供,可见在整个石墨化过程中,热量主要是由电阻料传入制品的,进入制品的电流比率很小。若电阻料的电阻不均匀,会造成炉芯温度不均匀,从而导致石墨化制品产生裂纹,成为废品。石墨烯高温炉在通电开始时,功率过大及功率上升过快,都会使炉 心温度上升过快,这对大规格的和细结构的石墨产品极易产生裂纹。石墨化最好的情况是维持制品在前几道工序中产生的裂纹不再增大,但通常情况裂纹都是继续增大的。
连续石墨化炉其实不是一种特定的石墨化工艺炉,现有的连续石墨化炉有多种形式。所谓连续石墨化工艺是相对于间歇式石墨化工艺来讲的。石墨烯高温炉所谓的连续石墨化工艺,一般是指生产中没有断电的过程,石墨化的产品需要经过一系列的温区,从而实现连续石墨化。设计了采用“外热法”的连续石墨化炉。石墨烯高温炉设备炉子采用的石墨电极通道是一个加热的通道,采用炭黑作为外部保温材料,制品采用机械推进方式,炉门处采用双层密封防止空气进入。
艾奇逊石墨化炉的发展已经有很长的历史, 目前国内人造石墨行业中一般多采用艾奇逊炉。石墨烯高温炉这种炉结构简单、坚固耐用、容易维修,一直是我国炭素行业中备受青睐的石墨化设备。艾奇逊石墨化炉按加热方式来分类属于直接加热式炉。所谓直接加热,就是制品本身是导电体,通过电阻加热,从而使制品完成石墨化。石墨烯高温炉设备早期艾奇逊石墨化炉采用的是交流电,但交流电存在着功率小、电流密度低、功率因数低、送电时间长等缺点。20世纪60年代后随着整流设备的快速发展, 艾奇逊石墨化炉开始采用直流供电,大大降低了能耗。