ICS25.180.10 CCSK60 JC 中华人民共和国建材行业标准 JC/T2633—2021 高模量碳纤维生产用石墨化炉技术条件 Technical specifications of graphingfurnace fo high modulus carbon fiber production 2021-12-02发布 2022-04-01实施 中华人民共和国工业和信息化部发布 JC/T2633—2021 前 言 本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国建筑材料联合会提出并归口。 本文件负责起草单位：威海光威精密机械有限公司、建筑材料工业技术监督研究中心。 本文件参加起草单位：威海光威复合材料股份有限公司、威海拓展纤维有限公司、山东光威碳纤维 产业技术研究院、北京化工大学、工业和信息化部威海电子信息技术综合研究中心、威海市计量所。 本文件主要起草人：张洪池、王文义、高岩、卢涛、李松峰、张顺、王桓、高爱君、阮熙仑、孙海 铭、郭辉、于洋、李世辉、宫汝燕 本文件为首次发布。 JC/T2633—2021 高模量碳纤维生产用石墨化炉技术条件 1范围 本文件规定了高模量碳纤维生产用石墨化炉的分类和标记、一般要求、要求、试验方法、验收以及 标志、包装、运输和贮存。 本文件适用于最高温度标称值在1800℃～3000℃的高模量碳纤维连续制备的石墨化炉。 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于 本文件。 GB/T1429炭素材料灰分含量的测定方法 GB/T3003耐火纤维及制品 GB/T3074.1炭素材料抗折强度测定方法 GB/T3074.2石墨电极弹性模量测定方法 GB/T3074.4石墨电极热膨胀系数(CTE)测定方法 GB/T8722炭素材料导热系数测定方法 GB/T10066.1一2019电热和电磁处理装置的试验方法第1部分：通用部分 GB/T10066.4一2004电热设备的试验方法第4部分：间接电阻炉 GB/T10067.1一2019电热和电磁处理装置基本技术条件第1部分：通用部分 GB/T10067.4一2005电热装置基本技术条件第4部分：间接电阻炉 GB/T24525炭素材料电阻率测定方法 GB/T24528 炭素材料体积密度测定方法 3术语和定义 GB/T10066.4一2004界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 石墨化炉graphingfurnace 在保护气体低正压条件下，满足碳纤维连续石墨化工艺要求的电加热装置。 3. 2 石墨腔graphitecavity 设置在石墨化炉腔内部，以石墨为材料，将碳纤维与炉腔内其他元件间隔开的腔体。 3. 3 有效宽度 effectivewidth 石墨化炉设计时规定并在图样上标明的石墨腔宽度空间尺寸。 JC/T2633—2021 3. 4 工作区尺寸dimensionsofworkingzone 指石墨腔内部的标称加热范围。加热区长度为石墨化炉设计时规定并在图样上标明的炉内布置加热 元件的纵向范围，宽度为石墨腔的内宽度尺寸，高度为石墨腔的内高度尺寸。 分类和标记 4 4.1分类 石墨化炉(SML)按最高温度标称值和有效宽度分类，常见炉型见表1，特殊规格尺寸由供需双方协 商确定。 表1 常见炉型 最高温度标称值 有效宽度 序号 mm 1 500 2 2 200 1 000 3 1 500 4 500 5 2500 1 000 6 1500 500 7 8 3 000 1 000 1 500 6 4.2标记 石墨化炉的标记按产品名称、最高温度标称值、有效宽度和本文件号的顺序依次标记。 示例：符合本文件，最高温度标称值2500℃，有效宽度500mm的石墨化炉标记为： SML-2500-500-JC/T2633—2021 5 一般要求 5.1材料 5.1.1石墨化炉的电热装置应符合GB/T10067.4一2005中5.1和5.2的规定 5.1.2耐火材料选材应满足设计要求，正常工作条件下，耐火纤维制品的性能应不低于GB/T3003中 的级别120的性能，使用期限应不小于500d；碳素纤维隔热材料的使用寿命期限应不小于300d。 5.1.3 满足设计要求的正常工作条件下，加热元件的使用期限应符合表2的规定。 2 JC/T2633—2021 表2加热元件使用期限 最高工作温度 使用期限 序号 ℃ h ≥1800，≤2200 ≥6 000 I >2200，≤2500 ≥4 000 2 3 >2500，≤2800 ≥2 000 4 >2800，≤3000 ≥1 400 5.2结构 5.2.1结构 石墨化炉主要由炉体和控制器组成（见图1）。炉体为卧式结构，由炉壳、炉衬、加热元件、石墨腔、 冷却系统、变压器和保护气体系统等部分组成。控制器由测量、控制和记录部分组成。 88888888 2/3/ 4/ 5 6 9 10/ L 8 标引序号说明： 1——输入纤维； 一炉壳： 2- 3——炉衬： 一加热元件： 石墨腔： - 6一一控制器： 7--—冷却系统： 8——保护气体系统： 输出碳纤维： 9 10- 变压器。 图1石墨化炉示意图 5.2.2通则 5.2.2.1 石墨化炉的结构设计应使加热元件及其他易损件能迅速又经济的维修。 5.2.2.2 与炉体连接的各种装置应设计成可随炉体的热膨胀而自由移动的结构，或者在装置与炉体连 接的部位采用柔性连接方式。 3 JC/T2633—2021 5.2.2.3石墨化炉按照在50Hz、三相四线380V交流电网工作环境运行下设计。控制电路按照供电电 压不超过220V。 5.2.2.4石墨化炉每个区段应根据其有效宽度分别设置不同数量的测温传感器来实时监控炉内温度。 5.2.2.5 各区段除设置低温阶段测温热电偶外，还应根据有效宽度设置若干红外测温传感器，根据有 效宽度的不同，每区段设置热电偶及红外测温传感器的数量见表3。 表3热电偶及红外测温传感器设置数量 有效宽度 每区段热电偶数量 每区段红外测温传感器数量 序号 个 mm 个 ≤500 1 2 >500，≤1000 1 1 >1000.≤1500 1 2 5.3制造 5.3.1炉壳 炉壳由型钢、管材和钢板焊接而成。有气密性要求的部位应采用连续焊焊接，钢板拼接处采用双面 焊或单面焊双面成型。密封焊缝应进行渗透检测(PT)，所有缺陷应修补。整个炉壳应结构稳定，具有足 够的强度和刚度。在炉壳内壁上不应使用穿透炉衬的非石墨材料的紧固件。 炉壳除采用不锈钢板或经表面处理的钢板制造的部分外，其内表面应喷涂耐热防锈漆，外表面喷涂 防锈漆及面漆。 5.3.2炉衬 炉衬的材料和结构应能满足对石墨化炉的性能要求（见6.1）。 各区段内层应采用碳素纤维隔热材料作为内衬，外层可采用其他耐火隔热材料作为炉衬，工作状态 下，两种炉衬接触面的温度应不超过1200℃。 5.3.3加热元件 5.3.3.1加热元件理化指标应符合表4的规定。 表4石墨材料理化性能指标 序号 项目 指标 检测方法 电阻率/uQ·m ≤12 GB/T24525 2 体积密度/（g/cm) ≥1. 70 GB/T 24528 3 抗折强度/MPa ≥15 GB/T 3074.1 4 弹性模量/MPa ≤16 GB/T 3074. 2 5 热导率/[W/(m·K)] ≥100 GB/T 8722 热膨胀系数/(10*/℃) 6 ≤6 GB/T 3074. 4 灰分/% ≤0. 4 GB/T 1429 4 JC/T2633—2021 5.3.3.2加热元件的表面功率及电流负荷应符合表5的规定。 表5加热元件表面功率及电流负荷 炉内温度 表面功率 电流负荷 序号 W/cm A/mm 1 ≥2200，≤2500 ≤20 ≤5 2 >2500，≤3000 ≤15 ≤5 5.3.3.3加热元件的设计应满足石墨化炉的加热要求，加热元件不应与炉内各部件接触。穿过炉壁的 加热元件接头应设计有气密性和绝缘性结构。 5.3.3.4加热元件中的加热管与石墨腔的最短距离宜为加热管直径的3倍，相邻加热管的间距宜为加 热管直径的5倍。 5.3.4石墨腔 5.3.4.1石墨腔宽度小于400mm可采用石墨整体加工，宽度不小于400mm宜采用多石墨板拼接而成。 5.3.4.2沿炉体长度方向上的拼接石墨之间应预留膨胀缝，膨胀缝宽度应不小于20mm/m。石墨拼接时， 相邻两石墨板之间的搭接宽度宜不小于40mm。 5.3.5冷却系统 5.3.5.1冷却系统采用水作为冷却液，冷却水的水质应符合GB/T10067.1一2019中5.1.4.4的要求。 5.3.5.2冷却系统应根据电热装置的使用要求采用循环给水系统，循环给水系统有单回路循环给水系 统和双回路循环给水系统两种方式。 5.3.5.3冷却系统应设置适当支路，并能集中控制、分别调节和便于检测各支路的出水情况。石墨化炉 各需要冷却的部分应能均匀冷却。各部分进出水接管的位置要适当，以保证通水后系统中不存在空气层。 5.3.5.4冷却系统采用闭路循环，且应在闭路循环管路最高点设置排气阀。闭路循环系统安装完毕后 应对系统进行清理、吹扫，按1.25倍设计压力进行水压试验。 5.3.5.5冷却系统主要参数见表6。 表6冷却系统参数 双回路循环给水系统 参数 单回路循环给水系