CN101956251B - 一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其包括密封室(3)以及垂直设置在密封室(3)外壁上的多个进气组件(2)；所述密封室(3)的一端设置有可供纤维丝束(7)进出的间隙(6)、另一端与高温炉(8)连通；所述密封室(3)与每个进气组件(2)之间均设置有进气口(14)。本发明解决了现有的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置的结构复杂、密封效果不好、耗气量大、清理与维护不方便的技术问题，本发明可防止高温炉炉外空气向炉内扩散，又可防止炉内的碳化废气向室内排放。

Description

一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置

技术领域

本发明属于新型材料生产领域，涉及一种密封装置，具体地说是一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置。

背景技术

碳纤维是一种新型非金属材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、低热膨胀、高导电和导热、自润滑等一系列优异性能；而且作为纤维还具有柔软性和可编、可纺织性，被广泛应用于航天航空、国防军事等尖端领域以及高级体育用品、医疗器械等民用工业，成为先进复合材料的主要增强体之一，被誉为21世纪中最有生命力的新型材料。

碳纤维是利用有机纤维先在200-300℃氧化气氛中进行预氧化制得预氧丝，然后将预氧丝在300-1800℃氮气、氩气等惰性气氛中进行碳化制得其含碳量在90％以上的新型碳材料；进而将上述纤维在2000-3000℃惰性气氛中进行石墨化而制得高模量碳纤维(也称石墨纤维)。在本发明中，为了便于描述，将上述碳化和石墨化工艺统称为碳化工艺，其相应的碳化炉和石墨化炉统称为高温炉。为了提高生产效率、节约能耗，在上述碳化工艺过程中，需要同时将多束预氧丝纤维排成具有一定丝束间距的带状连续通过高温炉进行处理，因此高温炉必须敞口(即具有进丝口和出丝口)，且具有一定的宽度，但是高温炉的两端炉口必须密封。关于高温炉口必须密封的原因如下：一是抑制高温炉炉外室内空气中的氧扩散至炉内，造成纤维高温氧化产生大量毛丝，影响纤维质量，严重时将纤维烧断，使碳化工艺失效；二是防止碳化过程中产生的废气由炉内排放至炉外室内空间，污染周围环境；三是由于碳化炉，尤其是高温碳化炉和高温石墨化炉内部的加热元件、保温材料、支撑等均由石墨材料制成，微量空气的渗入会使其高温氧化，缩短碳化炉的使用寿命。关于碳化炉密封装置的结构形式多种多样，按照密封介质分为液体密封(如文献：特开昭62-162021、特开平10-251922等)和气体密封(如文献：昭61-97461、昭62-243831、特开2001-98428、特开2004-19053等)，其中使用液体密封时必须考虑防止液体蒸发产生的蒸汽扩散至炉内的措施，为此密封装置的结构相对比较复杂；使用气体密封时必须考虑密封装置不得磨损预氧丝，其结构形式主要有闸板式、鸭嘴式、非接触型迷宫式等。目前，典型的气体密封装置代表为非接触型迷宫式密封结构，此种密封装置形成的炉内正压只有1-2mm水柱，并且耗气量大，密封效果不够理想，炉内气氛易受周围环境的影响；另外，此种密封装置清理、维护等日常操作还存在不足，而且结构也相对复杂。

发明内容

为了解决现有的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置的结构复杂、密封效果不好、耗气量大、清理与维护不方便的技术问题，本发明提供一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置。

本发明的技术解决方案：

一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特殊之处在于：其包括密封室3以及垂直设置在密封室3外壁上的多个进气组件2；所述密封室3的一端设置有可供纤维丝束7进出的间隙6、另一端与高温炉8连通；所述密封室3与每个进气组件2之间均设置有进气口14。

上述进气组件2包括依次贯通的进气管9、膨胀室10和整流室11；所述膨胀室10的最大横截面积为进气管9横截面积的50～200倍，所述整流室11的横截面积为进气管9横截面积的50～200倍。

上述膨胀室10和整流室11之间设置有整流板12，所述整流板12上设置有多个通孔15。

上述整流板12上的通孔15的形状为圆形或方形，通孔15的总面积为导流板12面积的30～60％。

上述整流室11内垂直于整流板12设置有多个导流板13。

上述导流板13的间距为整流室横截面宽度的0.2～0.5倍。

上述密封室3的间隙6处设置有用于调节间隙6宽度的上闸板4和下闸板5。

上述的进气组件的数量为2～10个。

上述的进气组件对称分布于密封室3的上下两侧或四周。

上述进气口14为狭缝式进气口，所述进气口的宽度为0.5～3mm。

本发明所具有的优点：

1、本发明所提供的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置既可防止高温炉炉外空气向炉内扩散，又可防止炉内的碳化废气向室内排放，进而在高温炉内整个空间内形成一种惰性气氛，如氮气、氩气等。

2、本发明中光滑的密封室平面内壁和可调节的纤维运行间隙减少了纤维的机械损伤，提高了纤维质量；

3、本发明通过进气组件的狭缝控制气体的使用量，气体使用量小，密封效果好；结构简单，便于日常清理、维护等操作；

4、本发明装置在碳纤维生产过程中应用范围广、使用费用低，在一定程度上降低了碳纤维生产成本。

综上所述，本发明的密封装置基于“线切割”原理，采用狭缝式进气方式，在垂直于纤维丝束7运行方向(沿高温炉炉口宽度方向)形成均匀气幕，既可抑制炉外空气向炉内扩散，又可防止炉内碳化废气向炉外排放。同时，本发明与传统密封装置相比，在同样使用气量的前提下，在密封室与高温炉接口处所形成的压力小、密封效果好、结构简单，便于日常清理、维护等操作的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明进气组件的剖面图；

其中：1-高温炉密封装置，2-进气组件，3-密封室，4-上闸板，5-下闸板，6-间隙，7-纤维丝束，8-高温炉，9-进气管，10-膨胀室，11-整流室，12-整流板，13-导流板，14-进气口，15-通孔。

具体实施方式

本发明用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置如图1所示，其可应用于高温炉8的预氧化纤维丝束7的进口处和出口处，主要由密封室3和若干进气组件2组成，密封室3一端为可供纤维丝束进出的间隙6，采用上闸板4和下闸板5的闸板式结构来调节间隙宽度，另一端与高温炉8的炉口相通，通常采用紧固件进行连接；若干进气组件2设置在密封室3的单侧、上下两侧或四周，主要由进气管9、膨胀室10、整流室11、进气口14组成；进气组件2的数量由高温炉6的炉口尺寸决定，通常为2～10个。膨胀室10的最大横截面面积以及整流室11的横截面面积为进气管9横截面积的50～200倍，在膨胀室10和整流室11之间设置有气体整流板12，其上开有多个通孔15，通孔15的形状没有特殊要求，可为圆形、方形等，但开孔率应在30～60％范围内；整流室11设置有多个导流板13，其间距为整流室11横截面宽度的0.2～0.5倍；进气口14设置在整流室11下方与密封室3之间，采用狭缝式进气口，其狭缝宽度为0.5～3mm，则此处气体流速在0.1～1m/s范围内可调。

密封室3的高度和间隙6的大小取决于在碳化过程中纤维丝束7在相应位置处的最大挠度，而碳化过程中纤维丝束7的挠度与高温炉8前后牵伸辊的间距L、纤维丝束7中的张力F、纤维7的线密度ρ₁有关系。

高温炉密封装置1的主要参数为：密封室3的内部宽度为120mm；进气组件2设置在密封室3的单侧，其数量为3个，膨胀室10的最大横截面面积和整流室11的横截面面积均为进气管9横截面积的100倍，整流板12的开孔率为45％，进气口狭缝宽度为1mm，当进气口流速在0.1～1.0m/s范围调节时，在高温炉密封装置1的密封室3与高温炉8炉连接处可形成2～15mmH₂O微压力。

如图2所示，高温炉密封装置1的进气组件2还可设置在密封室3两侧，在垂直于纤维丝束7运行方向(沿高温炉炉口宽度方向)的纤维丝束上下侧形成更加均匀而完整的气幕，其密封效果更好。

Claims (10)

1.一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：其包括密封室(3)以及垂直设置在密封室(3)外壁上的多个进气组件(2)；所述密封室(3)的一端设置有可供纤维丝束(7)进出的间隙(6)、另一端与高温炉(8)连通；所述密封室(3)与每个进气组件(2)之间均设置有进气口(14)，所述进气口(14)为狭缝式进气口。

2.根据权利要求1所述的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：所述进气组件(2)包括依次贯通的进气管(9)、膨胀室(10)和整流室(11)；所述膨胀室(10)的最大横截面积为进气管(9)横截面积的50～200倍，所述整流室(11)的横截面积为进气管(9)横截面积的50～200倍。

3.根据权利要求2所述的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：所述膨胀室(10)和整流室(11)之间设置有整流板(12)，所述整流板12上设置有多个通孔(15)。

4.根据权利要求3所述的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：所述整流板(12)上的通孔(15)的形状为圆形或方形，通孔(15)的总面积为导流板(12)面积的30～60％。

5.根据权利要求3所述的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：所述整流室(11)内垂直于整流板(12)设置有多个导流板(13)。

6.根据权利要求5所述的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：所述导流板(13)的间距为整流室横截面宽度的0.2～0.5倍。

7.根据权利要求1至6之任一权利要求所述的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：所述密封室(3)的间隙(6)处设置有用于调节间隙(6)宽度的上闸板(4)和下闸板(5)。

8.根据权利要求7所述的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：所述的进气组件的数量为2～10个。

9.根据权利要求8所述的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：所述的进气组件对称分布于密封室(3)的上下两侧或四周。

10.根据权利要求7所述的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特征在于：所述进气口(14)为狭缝式进气口，所述进气口的宽度为0.5～3mm。

Images