一種濕木材直接碳化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種濕木材直接碳化的方法，包括：預熱階段、干燥階段、調(diào)節(jié)階段、干燥碳化過渡階段、碳化階段、降溫階段，在干燥階段依據(jù)窯內(nèi)木材實時絕對含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度，在干燥階段的各子階段初期對窯內(nèi)作抽真空處理，采用該方法可以對絕對含水率超過12%的濕木材直接進行碳化處理，碳化過程中木材不會發(fā)生扭曲變形、開裂現(xiàn)象，木材碳化均勻度好，較木材干燥、碳化獨立處理方式相比節(jié)能效果好，處理時間短，設(shè)備利用率高。
【專利說明】一種濕木材直接碳化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及木材碳化【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種以含水率較高的濕木材為原料，直接進行碳處理的方法。
【背景技術(shù)】[0002]碳化木是指在高溫環(huán)境中對木材進行同質(zhì)碳化處理后得到的木材，經(jīng)碳化處理后的木材除表面美觀外，還具有防腐及抗生物侵襲、抗變形開裂，耐高溫的優(yōu)點，并且由于其具有含水率低、不易吸水、材質(zhì)穩(wěn)定、不變形、完全脫脂不溢脂、隔熱性能好、無特殊氣味等特點，是理想的家俱及室內(nèi)外裝修材料。由于濕木材中含水率較高，直接對濕木材進行碳化處理會使木材在碳化過程中出現(xiàn)碳化不均勻、木材扭曲變形、爆裂等現(xiàn)象。由于這一技術(shù)障礙的存在，現(xiàn)有技術(shù)中的木材碳化方法和設(shè)備都只能以經(jīng)過干燥處理后的木材為原料進行碳化處理，即只能對絕對含水率WMC小于等于12%的木材進行碳化處理，對于絕對含水率超過12%的濕木材，則需要先用干燥設(shè)備對木材進行干燥脫水處理，將木材絕對含水率降到小于等于12%后，再將木材放入碳化設(shè)備進行碳化處理。現(xiàn)有技術(shù)多采用烘干的方式對木材進行干燥處理，即將濕木材放到木材干燥設(shè)備中，對木材進行加熱烘干，當木材在干燥設(shè)備中的含水率降到12%時，結(jié)束干燥，此時，木材的溫度通常在80°C左右，需要使木材自然冷卻降溫至40°C以下時，才能將木材從干燥設(shè)備中取出。而在對木材進行碳化時，需要將木材放入到碳化設(shè)備中，對木材進行預熱處理，將木材加熱到100°C以上，然后才開始進入碳化處理階段。因此，存在木材干燥過程中熱量浪費多、碳化過程中熱量消耗大的缺點。
[0003]發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種濕木材直接碳化的方法，采用該方法可以對絕對含水率超過12%的濕木材直接進行碳化處理,碳化過程中木材不會發(fā)生扭曲變形、開裂現(xiàn)象，木材碳化均勻度好，較木材干燥、碳化獨立處理方式相比節(jié)能效果好，處理時間短，設(shè)備利用率高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案:一種濕木材直接碳化的方法，包括:預熱階段、干燥階段、調(diào)節(jié)階段、干燥碳化過渡階段、碳化階段、降溫階段，在干燥階段依據(jù)窯內(nèi)木材實時絕對含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度:第一子階段，木材含水率WMC > 50%時，干燥溫度62°C ;第二子階段，木材含水率50% ^WMO 40%時，干燥溫度64°C;第三子階段，木材含水率40% ^WMO 30%時，干燥溫度66°C;第四子階段，木材含水率30% ^WMO 25%時，干燥溫度68°C;第五子階段，木材含水率25% ^ WMC > 20%時，干燥溫度70°C ;第六子階段，木材含水率20% ^ WMC > 17%時，干燥溫度72°C;第七子階段，木材含水率17% ^WMO 14%時，干燥溫度74°C;第八子階段，木材含水率14% ^ WMC > 11%時，干燥溫度76 °C。
[0005]作為本發(fā)明的改進:在干燥階段的各子階段初期對窯內(nèi)作抽真空處理，第一子階段至第三子階段抽真空至30 Kpa，第四子階段至第八子階段抽真空至25 Kpa。[0006]作為本發(fā)明的進一步改進:所述窯內(nèi)木材實時絕對含水率是按照以下方法獲得的:
1)在入窯前測量木材的絕對含水率WMC，稱量入窯前濕木材的重量Gs，計算入窯木材的絕干重量Ggtl ；
2)稱量裝入木材后的窯體重量Gytl；
3)在干燥過程中稱量當前窯體的重量Gyd；
4)計算木材實時含水率WMCd Gg0= Gs / (100%+WMC)
WMCd= [ Gs - Gg0- (Gy0 -Gyd)]/ Gg0
作為本發(fā)明的再進一步改進:所述調(diào)節(jié)階段溫度80°C，壓力100 Kpa，時間不少于10小時。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)選:所述干燥碳化過渡階段分兩步進行，第一步，將木材升溫至100°C，升溫速度為10 — 20°C /小時；第二步，將木材升溫至130°C，升溫速度為5°C /小時。
[0008]作為本發(fā)明的最佳方案:碳化階段將木材從150°C加熱至190°C，升溫的速度為200C /小時。
[0009]有益效果:本發(fā)明的濕木材直接碳化方法，由于采用了在干燥階段依據(jù)窯內(nèi)木材實時含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度，使得木材在干燥的過程中水份能均勻的排出，在整個干燥過程中木材內(nèi)外含水率一致，木材內(nèi)部含水率差小于0.5%，木材在干縮過程中不會發(fā)生扭曲、節(jié)理發(fā)育及細小的開裂現(xiàn)象，并且在低溫干燥后設(shè)置了調(diào)節(jié)階段，消除干燥過程給木材內(nèi)部帶來的應(yīng)力變化，因此，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中直接將濕材干燥碳化時容易造成木材變形、開裂，必須要將干燥和碳化分開獨立處理的弊端，實現(xiàn)了濕木材直接碳化；本發(fā)明的濕木材直接碳化方法可以直接對含水率大于12%的濕木材進行碳化處理，碳化過程中木材不會發(fā)生扭曲變形、開裂現(xiàn)象，木材碳化均勻度好；由于采用了在一個設(shè)備內(nèi)將干燥與碳化連續(xù)進行，省略了干燥降溫和碳化升溫過程，不但節(jié)約了能源的消耗，而且也縮短了木材在窯內(nèi)停留的時間，提高了設(shè)備的利用率；由于在干燥階段采用了間歇式抽真空處理，并合理地限定了在不同含水率階段窯內(nèi)的抽真空的壓力，使得以較低的溫度就能使木材中的水份蒸發(fā)出來,且木材內(nèi)部纖維的通透性更好，利于碳化過程中產(chǎn)生的揮發(fā)煙氣從木材內(nèi)排出，提高了木材碳化的質(zhì)量；由于采用了稱重法實時精確計算窯內(nèi)木材的含水率，使計算出的木材含水率較電測法精度大幅度提高，再配合本發(fā)明在各含水率階段所采用的特定干燥溫度，使得木材干燥過程中干燥溫度對含水率的針對性更強，因此，經(jīng)干燥處理后的木材在順紋方向、橫紋徑向及弦向干縮均勻，內(nèi)部不會產(chǎn)生裂紋，進一步保證了木材在碳化過程中不變形、不開裂；由于合理地限定了調(diào)節(jié)階段的溫度、壓力和時間，最大限度地消除干燥過程使木材內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力，并且使木材內(nèi)外的含水率更均勻一致，使得碳化后的木材質(zhì)量更好；由于采用了所述干燥碳化過渡階段分兩步進行的技術(shù)特征，進一步防止木材在較大的溫差變化時發(fā)生開裂；由于合理地限定了碳化階段的溫度和升溫速度，使得采用本方法碳化出的木材碳化程度更均勻、木材顏色更好。
【具體實施方式】[0010]下面對本發(fā)明的濕木材直接碳化方法作進一步的詳細說明。
[0011]在待碳化的濕木材上取樣，測算木材的絕對含水率WMC，稱量入窯前木材的重量Gs,計算入窯木材的絕干重量Gg(l，Gg0= Gs/ (100%+WMC)。
[0012]將濕木材裝入真空干燥碳化窯，稱量裝入木材后的窯體重量Gytl，采用熱介質(zhì)對木材進行熱處理，所述熱介質(zhì)為熱風或熱蒸汽。
[0013]整個熱處理過程分為:預熱階段、干燥階段、調(diào)節(jié)階段、干燥碳化過渡階段、碳化階段、降溫階段。
[0014]預熱階段
以20°C /小時的升溫速度，將窯內(nèi)木材加熱到60°C，完成預熱。
[0015]干燥階段
在干燥階段依據(jù)窯內(nèi)木材實時含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度:第一子階段，木材含水率WMC > 50%時，干燥溫度62°C ；第二子階段，木材含水率50% ^WMO 40%時，干燥溫度64°C ;第三子階段，木材含水率40% ^WMO 30%時，干燥溫度66°C;第四子階段，木材含水率30% ^WMO 25%時，干燥溫度68°C;第五子階段，木材含水率25% ^WMO 20%時，干燥溫度70°C;第六子階段，木材含水率20% ^ WMC > 17%時，干燥溫度72°C ;第七子階段，木材含水率17% ^ WMC > 14%時，干燥溫度74°C;第八子階段，木材含水率14% ^WMO 11%時，干燥溫度76°C。當木材含水率小于11%時，干燥階段結(jié)束。
[0016]在干燥階段實時稱量干燥過程中當前窯體的重量Gyd，計算木材實時含水率WMCd,WMCd= [ Gs - Gg0- (Gy0 -Gyd) ]/ Gg0。
[0017]在干燥階段采用間歇式抽真空處理，在干燥階段的各子階段對窯內(nèi)作抽真空處理，第一子階段至第三子階段抽真空至30 Kpa，第四子階段至第八子階段抽真空至25 Kpa。
[0018]調(diào)節(jié)階段
將窯溫調(diào)整至80°C，窯內(nèi)壓力100 Kpa，使木材此狀態(tài)下保持時間不少于10小時。
[0019]干燥碳化過渡階段
所述干燥碳化過渡階段分兩步進行，第一步，將木材升溫至100°c，升溫速度為10—200C /小時；第二步，將木材升溫至130°C，升溫速度為5°C /小時。
[0020]碳化階段
向窯內(nèi)通飽和水蒸汽，碳化階段在水蒸汽的保護下將木材從130°C加熱至190°C，升溫的速度為20°C /小時，并根據(jù)用戶對碳化深度的要求，確定加熱至190°C后持續(xù)加熱的時間，碳化結(jié)束。
[0021]降溫階段
停止加熱，使窯內(nèi)木材冷卻，待窯溫降至40°C時，打開窯門，將碳化后的木材取出，整個濕木材直接碳化過程結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種濕木材直接碳化的方法，其特征是:所述濕木材直接碳化的方法包括:預熱階段、干燥階段、調(diào)節(jié)階段、干燥碳化過渡階段、碳化階段、降溫階段，在干燥階段依據(jù)窯內(nèi)木材實時絕對含水率的變化，將干燥階段分為八個子階段進行干燥，在各個子階段采用不同的干燥溫度:第一子階段，木材含水率WMC > 50%時，干燥溫度62°C;第二子階段，木材含水率50% ^ WMC > 40%時，干燥溫度64°C ;第三子階段，木材含水率40% ^ WMC > 30%時，干燥溫度66°C;第四子階段，木材含水率30% ^WMO 25%時，干燥溫度68°C;第五子階段，木材含水率25% ^ WMC > 20%時，干燥溫度70°C ;第六子階段，木材含水率20% ^ WMC > 17%時，干燥溫度72°C;第七子階段，木材含水率17% ^WMO 14%時，干燥溫度74°C;第八子階段，木材含水率14% ^ WMC > 11%時，干燥溫度76°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:在干燥階段的各子階段初期對窯內(nèi)作抽真空處理，第一子階段至第三子階段抽真空至30 Kpa，第四子階段至第八子階段抽真空至25 Kpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:所述窯內(nèi)木材實時絕對含水率是按照以下方法獲得的: 1)在入窯前測量木材的絕對含水率WMC，稱量入窯前濕木材的重量Gs，計算入窯木材的絕干重量Ggtl ； 2)稱量裝入木材后的窯體重量Gytl； 3)在干燥過程中稱量當前窯體的重量Gyd； 4)計算木材實時含水率WMCd
Gg0= Gs / (100%+WMC)
WMCd= [ Gs - Gg0- (Gy0 -Gyd)]/ Gg0。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:所述調(diào)節(jié)階段溫度80°C，壓力100 Kpa，時間不少于10小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:所述干燥碳化過渡階段分兩步進行，第一步，將木材升溫至100°c，升溫速度為10 — 20°C /小時；第二步，將木材升溫至130°C，升溫速度為5°C /小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濕木材直接碳化的方法，其特征是:碳化階段將木材從150°C加熱至190°C，升溫的速度為20°C /小時。
【文檔編號】B27M1/06GK103538132SQ201310440191
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】叢德寶, 馮繼國, 李子滿, 張百富 申請人:開原圣意達木材干燥設(shè)備有限公司