CN102782418B - 氧化炉的端面密封部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种炉，该炉含有炉腔，产品通过炉腔时即经过处理。该炉的炉壁上有孔，产品在处理过程中通过所述孔来回地穿入和穿出炉腔。该炉的前腔邻接于炉壁，包围回流空气导管；所述回流空气导管将环境气体吸入前腔内，并且工艺气体通过至少一个炉壁上的孔从炉腔内进入前腔。该炉的喷嘴位于前腔和炉腔的外部，与所述回流气体导管相流通。所述喷嘴接收由回流气体导管吸入的气体，并引导所混合的其他大致朝向至少一个前腔孔，周围气体可通过前腔孔槽进入前腔，形成临近于至少一个孔的空气幕。

Description

氧化炉的端面密封部件

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年1月29日提交的美国临时申请61/299,439号的优先权，通过引用将其公开内容合并至本申请中。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于氧化炉的密封部件，用于使工艺气体从氧化炉向周围环境的排放最小化，具体涉及一种外设于一前腔(vestibule chamber)的端面密封部件，所述前腔用以捕捉来自炉腔的工艺气体，并使冷空气对炉腔的渗透达到最小化。

背景技术

传统的端面密封部件，如美国专利号6,776,611所公开的用在氧化炉上的端面密封部件，对抗由于炉腔内自然压力上升而引起的上部产品狭缝的工艺气体流失，即所称的“烟囱效应”。然而，传统的端面密封部件趋向于引入大量的空气，这些空气的温度显著低于炉腔内用于处理产品纤维的工艺气体。这些相对较冷的空气被引入炉腔内后会产生温度梯度，这将可能导致产品纤维之间的不均匀性。并且，暴露于由端面密封部件引入的相对较冷的空气的工艺气体容易在炉腔内冷凝，形成的冷凝物称之为“焦油”。焦油可在炉腔内累积，并降低端面密封部件的性能。因此，需要定期去除焦油，由此需要定期关闭氧化炉，此期间将造成生产上的损失。

为了最大限度地减少工艺气体排放至氧化炉的周围环境中，通常在端面密封部件的外侧设置一个前腔，前腔通过端面密封部件与炉腔分离。但是，纤维需要重复地穿入和穿出前腔以通过炉腔被处理，由此提升了前腔的温度。前腔内温度升高，使得压力上升，进而迫使空气由前腔进入周围气压相对较低的环境。为了克服这个问题，传统的氧化炉通常加大气体排放出前腔的速率，并将气体传送至清除器或其他处理系统中，对这些废气进行处理。但是，工艺气体从前腔排放出的速率越高，需要进行废气处理的工艺气体的量就越大。并且，尽管降低传统前腔内的气温可以使压力上升得到最小化，但这种条件会促进焦油的形成，这是不期望的。

发明内容                                                        

第一方面，本发明涉及一种含有炉腔的炉，产品经由炉腔而获得处理。产品被暴露在期望的处理温度和炉内工艺气体。炉壁界定出多个孔，产品经由这些孔进入及离开炉腔。前腔被设置在炉壁附近，并通过炉壁至少部分地与炉腔分离。前腔包括至少一个孔，环境空气可以通过该孔从炉的周围环境中进入前腔。前腔内设置有回流空气管，回流空气管吸入空气幕气体(air curtain gas)，空气幕气体包括以下气体的至少一种的一部分：（i）通过炉壁上设置的多个孔中的至少一个，由炉腔进入前腔的工艺气体；以及（ii）从周围环境中进入前腔内的环境气体，其中工艺气体相对于环境气体具有较高的温度。前腔外部设置有一喷嘴，喷嘴邻接于前腔的至少一个孔，并与回流空气管流体连通，以接收至少一部分由回流空气管吸入的空气幕气体，并引导空气幕气体大体朝向前腔上的至少一个孔，从而形成与至少一个孔邻接的空气幕。空气幕被引导至大体朝向一个孔，从而干扰工艺气体和外部环境气体的至少一种通过前腔的孔从前腔流入周围环境。

以上概述提供的简单的概括，以提供关于所述的系统和/或方法的某些方面的基本了解。本概述并非对所述系统/方法的详尽表达。其目的不在于确定关键/重要部件或者划定该系统和/或方法的范围。其目的仅在于提供以下详细描述的简单形式的前序。

附图说明

本发明的某些部件或部件的设置可以外形来呈现，说明书中将结合附图其实施例作详细说明。

图1为一个碳纤维产品生产工艺的示例性实施方案。

图2为一个氧化炉的示例性实施方案的立体图，该氧化炉包括一对堆叠炉腔设置在每个炉腔上的端面密封部件，以最大限度地减少工艺气体从对应炉腔中散逸出来。

图3为一个氧化炉示例性实施方案的局部剖视图，该氧化炉用于在产品多次通过氧化炉的过程中对产品进行处理。

图4为图5中沿着线4-4的横断面视图。

图5为一个包括端面密封部件的氧化炉示例性实施方案的俯视图，该端面密封部件包括设置在前腔内的一套喷嘴。

图6为图3中所示的氧化炉中圆圈部分的放大图。

具体实施方式

为了方便说明，本申请采用了特定术语，但所述术语并非作为本发明的限制。在此所述的相关语言最好结合附图加以理解，附图中相同的数字用于表示相同或类似的部件。进一步地，在附图中，某些特征可能以示意图的形式展现。

同时需要指出的是，本发明中，词语“至少一个”与多个元素连用时，其意为：其中的一个元素，或者两个或两个以上元素的组合。例如，“第一部件和第二部件中的至少一个”，在本申请中意思为：第一部件、第二部件、或第一部件和第二部件。类似地，“第一部件、第二部件和第三部件中的至少一个”，在本申请中的意思为：第一部件、第二部件、第三部件、第一部件和第二部件、第一部件和第三部件、第二部件和第三部件、或第一部件和第二部件和第三部件。

参见图1中的生产设施15的实施例，本发明大体上涉及一个用于处理产品的氧化炉10，以及用于对产品进行氧化的方法。例如，所述的产品可以是细长的纤维、线、网或其他连续的细长物质，这些产品在处理过程中多次穿越氧化炉10。为简洁起见，图1所示的氧化炉10将被描述为用于将聚丙烯腈（“PAN”）纤维14转化成氧化的PAN纤维12，纤维12在氧化炉10中氧化后经额外步骤进一步处理，最终成为碳纤维细丝17形式的终产品。以下所述的实施例中，进入一个或多个氧化炉10中的产品称为PAN纤维14，离开氧化炉10的产品称为氧化PAN纤维12，离开炉22或生产设施15的其他部分而被收集为终产品的成品在本文中称为碳纤维17。

如图1以框图形式显示的，生产设施15具有一个筒子架（creel）16，用于解开和分配PAN纤维14，这些纤维将在氧化炉10中经过处理成为氧化PAN纤维12，并且最终收集成为碳纤维17。多个PAN纤维14同时由筒子架16分配以形成片状、带状、丝束状或网状的PAN纤维14。PAN纤维被解开之后，它们经过一个预处理装置18（如现有技术中熟知的具有多个辊的张力架（tension stand））。PAN纤维14随后被输送进入一系列氧化炉10中。氧化炉10可以任选地具有多个炉腔32a、32b，炉腔可以如图2和图3所详细显示的那样进行成对叠放。氧化炉10的每个纵向末端附近设有一系列拉辊20，以多通路地将纤维从氧化炉10拉出，并在纤维通过氧化炉10时保持所需的张力。通过驱动一个或多个拉辊20，可以使纤维以所需的速度输送通过氧化炉10。其余的拉辊20可以是从动的，其旋转以使得纤维得以变换，在纤维输出和重新进入氧化炉10的传输过程中保持纤维的张力。生产过程中所使用的氧化炉10的数量视以下因素而定：所氧化的特定PAN纤维14，所要氧化的PAN纤维的数量，以及处理这些纤维的工艺要求。在授权Sprague的美国专利号6,776,611中，公开了用于氧化PAN纤维14的系统的例子，在此通过引用将其公开的内容合并至本文。

从氧化炉10中出来的氧化的PAN纤维12可以任选地在一个或多个二级炉22中被进一步热处理，由此产生的产品为碳纤维17。下一步，碳纤维17通过表面处理设备24进行处理，再经通常包括干燥设备的尺寸调节站26处理。碳纤维17进而通过卷绕器28卷绕起来，和/或捆成一组组纤维（称为“足尖”（toe））。每个“足尖”含有成百上千根独立的碳纤维17。多个足尖通常被编织或编排在一起，通常还与其他元件（包括强度元件和弹性元件）编织在一起。如同本领域技术人员将意识到的，在生产设施15中也可以使用其他处理设备和/或额外的预处理装置18或拉辊20。专利号为4,100,004的美国专利公开了一种示例性的生产设施，其包括由前体PAN制备成为碳纤维17的氧化炉，在此通过引用将其公开的内容合并至本文。

图2显示的是含有多个炉腔32a、32b的氧化炉10的实施例。如图所示，所述氧化炉10含有一个邻接于孔47（图4）的入口和出口的前腔40，所述孔在炉腔32a、32b内纵向延伸，在氧化过程中，PAN纤维14通过所述孔进行传送。拉辊20（如图3所示）使得PAN纤维14可以反复地进入和离开炉腔32a、32b。

位于炉10每个末端处的前腔40包括多个细长的横向孔41，延伸至前腔40的内部45（如图3所示）。包括多个喷嘴51的端面密封部件50设置于每个前腔40的外部，并被定位得将以下所述的空气幕气体57大致引向所述孔41。为了引导空气幕气体57朝向各个孔41，可以设有至少一个喷嘴51，并且任选地可以设有多个喷嘴，但是在本发明图2中，为了显示出隐藏于下方的孔41，图中省略了若干喷嘴51。进一步地，在图3还省略了位于前腔40的外部的拉辊20，这是为了更好地显现端面密封部件50的零件，如喷嘴51（如图2所示）。氧化炉10周围环境中的环境气体44（图6）也可以通过文丘里效应（venturi effect），通过喷嘴51所提供的空气幕气体57，经由开口41而被诱导进入前腔40的内部45。一旦进入前腔40的内部45，环境气体44和空气幕气体57与炉腔32a、32b中的工艺气体61（图5）混合，并最终通过导管97（如金属导管）回归至喷嘴51，进而作为以下详述的空气幕气体57被进一步利用，以形成引向孔41的空气幕。由端面密封部件50的喷嘴51所产生的空气幕，干扰通过孔41从前腔40逃逸出来的气体。当环境气体44和/或空气幕气体57向内流入前腔40时，通过调节空气幕气体57（来自端面密封部件50的喷嘴51已形成所述的空气幕）的流速，以消除工艺气体61从前腔40中的孔41的任何损失。在炉腔32a、32b中，PAN纤维14通过孔47，暴露于升高的温度及工艺气体61中，并在离开炉10时转化成氧化的PAN纤维12。

图3显示了一个氧化炉10的示例实施方案，该氧化炉被部分切开，以显示出一对炉腔32a、32b，在该对炉腔中，PAN纤维14被氧化成为氧化的PAN纤维12网状的产品，或者其他可以被连续传送和进行热处理的细长产品。图2和图3所示的氧化炉10含有一个上炉腔32a和一个下炉腔32b。PAN纤维14被引导至下炉腔32b并且绕着拉棍20转向，从而在氧化过程中，PAN纤维14在于上炉腔32b中多次通过之前，先多次通过氧化炉10的下炉腔32b。因此，在氧化完成和氧化的PAN纤维12产品出现之前，PAN纤维14进入和离开氧化炉10多次。PAN纤维14在炉腔32a、32b中暴露于热的工艺气体61，工艺气体61从小孔62横向吹过PAN纤维14，小孔62是炉腔32a、32b中的供应式集气室（supply plenums）72中形成的孔。热工艺气体61可横向吹动，该方向基本上垂直于PAN纤维14在炉腔32a、32b中传送的方向。图5中，以箭头42大体表示了PAN纤维14在炉腔32a、32b中前后传送的方向。

为了最大限度地减少从延伸至前腔40的孔41中散逸出来的工艺气体61，端面密封部件50的喷嘴51设置于氧化炉10两端的各个前腔40的外部，并且与其邻接。多个喷嘴51与多个设置在前腔40内部的密封气体回流管道52流体连通。进入前腔40的环境气体44，以及从炉腔32a、32b进入前腔40的内部45的热工艺气体61，两种气体混合并由密封气体回流导管52吸入，作为空气幕气体57。至少一部分由气体回流导管52所吸入的空气幕气体57通过导管97传输至喷嘴51，喷嘴引导空气幕气体57大致朝向通往前腔40的孔41。

端面密封部件50的最上方的喷嘴51显示在图5中所显示的氧化炉10的部分剖视图中和图3中所示的圆圈部分6(在图6中放大显示)的侧视图中。每个喷嘴51可以是一个横向朝向的“条状物”（bar），其沿着通向前腔40的内部的孔41的大部分延伸。由于设置于前腔40的外部，喷嘴51可以轻易地取得以进行清洁或维修。每个喷嘴51可任选地通过可移除的扣件（如螺栓或其他带螺纹的扣件）、夹具等可移动式地安装于连接至炉的框架上，这些扣件或夹具可被替换而将喷嘴重新安装在炉10上。基于另一个可选的实施方案，喷嘴51可任选地可移动地连接于框架上，该框架设置在炉10的旁边，但独立于该炉。

每个喷嘴51含有独立控制的调节闸55（damper），该调节闸是可调节的，以控制从喷嘴51经过的空气幕气体57的流速，从而限制从前腔41逃逸的工艺气体61的量。如同喷嘴51，所述调节闸55也是设置于前腔40的外部的，同样可从前腔40的周围环境进行调节，即使此时氧化炉10正在氧化PAN纤维14的运行过程中。调节闸55可任选地从周围环境中进行人工手动调节，或者任选地可以是计算机控制的（例如，基于反馈程序，或者进入控制终端的用户选择控制程序）。在此，术语“喷嘴51”用于指代导管，在该导管中，空气流、工艺气体61，或者它们的组合，大体沿着孔41的方向传送。喷嘴51并非必须设置成锥形或收缩的形状(尽管该方案是作为选择之一)以改变由此经过的空气幕气体57的流速。进一步地，单个喷嘴51和调节闸55的组合可任选地被设置得邻接于每个通向前腔40的内部45的孔41。

喷嘴51提供了空气幕气体57，并且通过文丘里效应，诱导环境气体44通过前腔40上的开口41（图2）向内形成正向气流。空气幕气体57和环境气体44两者的水平流动分量之和，可以通过调节或者优化，从而相对于由在离开前腔40的方向上的压力梯度导致的从前腔40中散逸出来的气体的流动分量来说，在数量上是相等的、基本相等的、或前者大于后者，但在方向上是相反的。通过控制调节闸55来独立地调节空气幕气体57流速，可以对空气幕气体57和环境气体44的质量流速（进而是压头）进行调节或控制。

可以理解，当在前腔40的每个孔41的邻近处施加一个压力时，空气幕气体57和环境气体44的流速（以及其引起的压头）可以通过调节或调控，在这些孔41之间获得一个接近零压力梯度的条件。这就对每个干扰从炉的前腔40中散逸出来的工艺气体61的孔41形成有效的空气密封。作为本发明的另一个可选的实施方案，考虑到处理工艺中通常存在的变数，每个端面密封部件50的喷嘴51上的调节闸55可以进行独立的调控，以使得由空气幕气体57和环境气体44所构成的混合气体以小的渗透速率（infiltration rate）进入前腔40，由此维持密封有效性。经回流空气导管52回收的由环境气体44、气幕气体57和工艺气体61构成的混合气体经由旁路回流气体导管60的流速，可以按需要通过调节闸68来控制，以优化炉腔32a、32b内在其整个高度上的温度均匀度。。经由旁路回流空气导管60传输的旁路气体被供应至一个回流气体集气室46，最终回流至炉腔32a、32b。

前腔40是一个封闭物（enclosure），其可任选地通过穿孔并隔热的壁48（如图5所示）而与炉腔32a、32b的内部分隔开来，壁48形成了封闭炉腔32a、32b的每个纵向末端的隔热屏障。隔热壁48上的穿孔47通往炉腔32a、32b，使得PAN纤维14可以在氧化过程中穿入和穿出炉腔32a、32b。

如图5所示的实施例中，从氧化炉10周围环境中被吸入的环境气体44，连同空气幕气体57，以及由炉腔32a、32b中进入前腔40的工艺气体61，在前腔40中混合。这些混合气体被多个设置于前腔40内的密封空气回流导管52吸入，导管52从前腔40内吸入至少一部分混合气体。。在进出炉腔32a、32b的每根PAN纤维14通道之间，任选地设置一个单独的密封空气回流导管52，或者也可以以其他期望的形式进行设置。作为另一个可选的实施方案，每个喷嘴51均配置有至少一个密封空气回流导管52，以提供由环境气体44、空气幕气体57和工艺气体61构成的混合气体。根据另一个实施方案，可以通过设置一个密封空气回流导管52，将由环境气体44，空气幕气体57和工艺气体61所构成的混合气体，提供给多于一个的喷嘴51。由密封空气回流导管52吸入的气体，传送至一个再循环风扇54，该再循环风扇可操作地与密封空气回流导管52流体连通，由此可以至少部分回流至前腔40的内部45，再作为空气幕气体57。例如，所述再循环风扇54可任选地为一个插拔式吹风机（plug type blower），且可任选地被整体安装于前腔40的隔热壁49（图2）内并延伸通过隔热壁。由再循环风扇54排出的混合气体（或至少其一部分）被引导至再循环加热装置56，该装置可以例如为一种电阻加热器，或者其他合适类型的加热装置。再循环加热装置56的操作可根据由再循环风扇54所传送至喷嘴51的空气幕气体57的目标设定温度，以及通过热电偶58或其他合适的温度传感器感测的空气幕气体57的温度来控制。由再循环风扇54所再循环的空气幕气体57和环境气体44的温度可任选地基于所设定的温度以及热电偶58感测到的温度，通过操控再循环加热装置56来控制。

为了最大限度地降低炉腔32a、32b内的温度梯度（由于从端面密封部件50引入了相对较低温度的气体而引起），以下部件中的至少一个可被基本上完全设置在前腔40内：再循环风扇54、再循环加热装置56、喷嘴51、回流气体导管52，以及至少一个可操作地连接于这些元件并使它们流体连通的导管（例如，图5中的导管91,95,97）。作为另一种实施方案，用于连接密封空气回流导管52和喷嘴51并在其之间建立流体连通的导管91,96,97的基本上全长或者任选地大部分长度被设置在前腔内40。通过在前腔40内配置这些元件，可以在由密封空气回流导管52所吸入的气体被传送至喷嘴51之前，最大限度地降低这些气体暴露于周围环境（温度相对较低）的机会。通过将导管（或者作为选择，也可以是其他元件）暴露于前腔40的内部45，或者暴露于炉10的其他部分，来基本上维持由密封空气回流导管52所吸入的气体的温度，由此可以降低再循环加热装置56将作为空气幕气体57的气体在被喷嘴51喷出之前加热至期望的温度的负担。换句话说，由密封气体回流导管52吸入的气体被导至前腔40和炉腔32a、32b的外部时，可以使这些气体暴露于温度相对较低的周围环境。这种暴露会导致由密封气体回流导管52所吸入的气体的温度下降，这种温度下降在其他方式中是不会发生的，或者，温度下降的幅度要比未将气体引导至或以其他方式显著暴露于外部相对低温环境时更大。通过这种方式最大限度地减少温度的下降，可以最大限度地降低再循环加热装置56的负担，因为该再循环加热装置需要将空气幕气体57的温度提升至大约等同于工艺气体61的温度（PAN纤维在炉腔32a、32b中暴露于工艺气体中），或者其他所需的温度。

空气幕气体57（含有环境气体44和由密封气体回流导管52收集的工艺气体61）被传送至喷嘴51之前的再循环加热装置56。空气幕气体57根据需要通过末端喷嘴51被排出，以抵消前腔40内部的气压。调节闸55可以单独调节，以控制空气幕气体57在多个喷嘴51的每个特定高度上的流速，这些喷嘴共同形成了端面密封部件的一部分。为了最大限度地降低空气幕气体57（前腔40内的温度）与炉腔32a、32b内的温度之间的温度梯度， ，可以操控再循环加热装置56来提升由热电偶58感测的空气幕气体57的温度，使其接近于炉腔32a、32b内的工艺气体61（并且任选地可大约与工艺气体的温度相同）。炉腔32a、32b内的温度可以通过另一个热电偶或其他合适的温度传感器来感测，或者基于炉腔32a、32b预设的目标温度来判断。

进入前腔40的气体超过从密封气体回流管道52回流至喷嘴51的气体的质量流速时形成的净质量流速气体（例如来自炉腔32a、32b的工艺气体61、空气幕气体57和环境气体44）可作为旁路气体从前腔40排出，旁路气体经旁路回流气体导管60回流至炉腔32a、32b。排出速率可以通过调节闸68的调节来设定，该调节闸调控着气体流经旁路回流气体导管60的流速。进一步地，可以按需要通过调控调节闸68来设置排出速率，从而优化炉腔32a、32b内的温度均匀度。与用于调节通过喷嘴51的气体流速的调节闸55相类似，调节闸68也任选地可从周围环境触及到并可手动调节，即使此时氧化炉10内正在运行PAN纤维14的氧化过程。再次，为了最大限度地减少由于气体流经回流空气导管60而引起的温度下降，回流空气导管60的大部分长度，或者基本上全长，或者完全地，设置于炉10的内部，例如设于前腔40内部，设于炉腔32a、32b内部，或者上述两种设置方案的组合。对于图2所示的实施方案，旁路回流空气导管60的弯管（elbow）延伸至炉10的外部，处于前腔40和回流气体集气室46之间（图4，图5），该回流气体集气室设置于炉腔32b内部。但是，如图2显示的实施方案，大部分，或者基本上所有的回流空气导管60是设于前腔40和炉腔32a内部的。如图5显示的实施方案，整个回流空气导管60均设于炉10内部。

就像将密封气体回流导管52、再循环加热装置56和喷嘴51连接起来的导管91、95、97一样，将回流空气导管60设于炉10内部，可以最大限度地减少在回流至炉腔32a、32b之前，先流经回流空气导管60的旁路气体的温度下降。由密封气体回流导管52而来的气体在到达再循环加热装置56之前，被传送至回流空气导管60，但是，通过将这些气体基本上在炉10内部引导，可以使这些气体在传送至回流气体集气室46的途中基本上保持温度。一旦传送至回流气体集气室46，这些旁路气体成为工艺气体61的一部分，在通过供应式集气室72引导至炉腔32a、32b内的PAN纤维14之前，通过一个下述的集气室加热器74（plenum heater）来加热。

当PAN纤维14处于炉腔32a、32b的氧化过程时，上述的供应式集气室72将工艺气体61引至PAN纤维14所暴露的空间中。各个供应式集气室72可以与相应的回流气体集气室46成对存在，工艺气体61在接触炉腔32a、32b内的PAN纤维14之后，通过回流气体集气室46被回收。根据本发明的实施例，如图5所示，在每个加热区A、B、C、D，供应式集气室72可以与相应的回流气体集气室46成对存在，纵向地设置于炉腔32a、32b内部。尽管此处显示的为4个加热区A、B、C、D，但实际上，可以存在一个加热区，或者任何所需数量的多加热区。

来自前腔40并被传送至回流气体集气室46的工艺气体61、空气幕气体57、环境气体44、或者它们的组合，通过操作集气室风扇70（图4和图5）而从回流气体集气室46内清除，并经由通风管71被传输至相应供应式集气室72。再次，将通风管71基本上全长，或者完全地，设置于炉10的内部的回流气体集气室和供应式集气室46、72之间，例如设于各自的炉腔32a、32b内部，可以最大限度地减少回流气体（统称为回收气体81）的温度下降，由此增强炉腔32a、32b内横向跨度上的温度均匀度。作为一种可选的实施方案，集气室风扇70以及用于提升回收气体81的温度的集气室加热器74中的至少一个，也可任选地被至少部分地设置于炉腔32a、32b内部，以最大化地减少热能损失至周围环境中。作为一种可选的实施方案，集气室风扇70、集气室加热器74，或者它们两者，均可以设于炉腔32a、32b的外部，但是至少一部分通风管71（用于连接集气室风扇和集气室加热器）暴露于炉腔32a、32b内的升高的温度。进一步地，回收气体81被引入炉腔32a、32b（PAN纤维在通过炉腔时进行氧化）时的流速可以通过可调的调节闸77独立调控。作为一种可选的方案，所述可调的调节闸77也是可从氧化炉10的周围环境可触及并可可手动调节的，即使此时氧化炉10内正在运行氧化。

如图4所示，集气室风扇70和集气室加热器74可与炉腔32a、32b内的通风管71相连通，用以提升回收气体81的温度，回收气体81从回流气体集气室46传送至供应式集气室72，并再循环成为炉腔32a、32b内的工艺气体61。如同再循环风扇54，作为一种可选的方案，集气室风扇70可以安装于炉腔32a、32b的隔热壁79上，或者置于炉腔32a、32b的外部或内部。与再循环加热装置56类似的，可以基于回收气体81（回收气体通过供应式集气室72被重新引入炉腔32a、32b内作为工艺气体61）的温度，以及基于热电偶76或其他合适的温度传感器测定的预设温度，来对集气室加热器74进行调控。也可以通过控制面板或其他合适的界面，通过用户输入一个所需的温度，该温度即是氧化过程中引入至PAN纤维14上的工艺气体61的温度。从热电偶反馈回来的信息提示了回收气体81与用户指定的所需温度之间的差异，进而集气室加热器74根据情况进行操作，以基本上消除这种差异。

回流气体集气室和供应式集气室46、72的排布可以建立任何所需的回收气体81作为工艺气体61的流动模式。如图5所示的示例实施方案，两对回流气体集气室及其相应的供应式集气室72被排布成引导回收气体81作为工艺气体61，在横向方向上80上越过PAN纤维14。同样地，设置另外两对集气室以引导回收气体81作为工艺气体61以相反的横向方向82越过PAN纤维14。因此，沿着炉腔32a、32b长边的方向上（平行于方向42，即PAN纤维14穿过炉腔32a、32b的方向）的温度梯度得以最小化。每个区域上的集气室加热器74可以独立控制，以保持工艺气体61在目标温度（由操作者设定，用于特定PAN纤维或其他产品的处理）的小范围偏差内。

在一个实施方案中，将端面密封部件50进行调节，以使得混合的空气幕气体57和环境气体44以小的渗透速率进入前腔40，气体在炉腔32a、32b内的累积将导致此处压力的上升。通过排气风扇84（显示在图5中）的操作则可以避免这种局面，排气风扇将工艺气体61从炉腔32a、32b运输至洗气装置（scrubbing equipment）或其他除气系统（abatement system），用以在从排气口排出气体至合适的环境（例如大气环境）之前清除潜在的污染。作为一个可选的实施方案，各个炉腔32a、32b可以配有一个独立排气风扇84，如图3所示。不管排气风扇的数目多少和构造如何，可以通过操作排气风扇84来控制来自炉腔32a、32b的质量流速，以处理任何气体质量流速累积的问题，所述的气体如：环境气体44，气体引入炉腔32a、32b内的气体，或它们的组合。当流入及流出炉腔32a、32b的质量流速基本上一致时，炉腔32a、32b被称为处于平衡。

上文已对示例实施方案作出了描述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明大致范围的情况下，上述的设备和方法可以进行一定的整合变换或修饰。应当认为，这些修饰和变换均属于本发明的保护范围。除此，本文所采用的“包含”这一类词语，该类词语以为有又不仅限于，类似于词语“包括”“含有”，如在权利要求中出现此类词语均可作此解释。

Claims (13)

1.一种炉，其包括：

炉腔，产品通过所述炉腔而被处理，所述产品在炉腔中被暴露于期望的处理温度和工艺气体中；

炉壁，所述炉壁上有多个孔，所述产品通过孔穿入和穿出炉腔；

前腔，所述前腔邻接于炉壁，并且通过炉壁至少部分地与炉腔分离，所述前腔包括至少一个孔，大气通过该孔从炉的周围环境中进入前腔；

回流气体导管，所述回流气体导管位于所述前腔内，用来吸入空气幕气体，所述空气幕气体含有以下气体的至少一种的一部分：

    从炉腔通过炉壁上多个孔的至少一个进入前腔的工艺气体，以及

    从周围环境中进入前腔的环境气体，其中工艺气体的温度相对高于环境气体；和

喷嘴，所述喷嘴置于前腔的外部，并邻接于至少一个前腔上的孔，并与回流气体导管流体连通，用于接收至少一部分由回流气体导管引入的空气幕气体，并且引导空气幕气体大致朝向前腔上的至少一个孔，以在邻近于所述至少一个孔处形成空气幕；所述空气幕干扰工艺气体和环境气体中的至少一种通过至少前腔上的孔从前腔向外流入周围环境中。

2.如权利要求1所述的炉，所述炉还含有设于回流气体导管和喷嘴之间的空气动力源，用以促进空气幕气体的气流从所述回流气体导管流向所述喷嘴。

3.如权利要求2所述的炉，所述炉还含有导管，用于在回流气体导管和喷嘴之间传输空气幕气体，其中大部分的导管暴露于前腔内的升高的温度环境中。

4.如权利要求2所述的炉，所述炉还含有位于回流气体导管和喷嘴之间的加热器，用以提升传送至喷嘴的空气幕气体的温度，使其温度升高至大于由回流气体导管所吸入的空气幕气体的温度。

5.如权利要求4所述的炉，所述加热器将所述空气幕气体的温度提升至约为炉腔内的处理温度。

6.如权利要求4所述的炉，所述炉还含有温度传感器，用于感测传送至喷嘴的空气幕气体的温度，并将表示所感测到的温度的反馈信号进行传递，以控制加热器的操作，从而获得预设的目标温度。

7.如权利要求2所述的炉，所述炉还含有一个可调的调节闸，所述调节闸位于所述空气动力源和所述喷嘴之间，用于调节空气幕气体向喷嘴的流动，所述流动形成空气幕。

8.如权利要求7所述的炉，其中所述可调的调节闸与喷嘴之间流体连通，并且在炉运行过程中，能够从周围环境触及并调节所述调节闸。

9.如权利要求1所述的炉，所述炉还包括：

旁路导管，其绕过喷嘴，用于传输旁路气体，所述旁路气体含有一部分空气幕气体，所述空气幕气体由所述回流气体导管吸入至暴露于所述炉腔的内部的回流气体集气室，其中基本上所有在回流气体导管和回流气体集气室之间延伸的旁路导管，都被暴露于前腔和炉腔中的至少一个内的提升的温度环境中。

10.如权利要求9所述的炉，其中所述炉还含有可调节的调节闸，用于调节通向回流气体集气室并要被重新导入所述炉腔的旁路气体的流动，其中通过调节所述调节闸而建立起来的气流的流动幅度促进炉腔内形成实质上均匀的温度。

11.如权利要求9所述的炉，其中所述炉还含有供应式集气室，所述供应式集气室与回流气体集气室流体连通，以接收从回流气体集气室而来的旁路气体，并将旁路气体引入炉腔作为工艺气体。

12.如权利要求11所述的炉，所述炉还含有回流导管，用于传输在回流气体集气室和供应式集气室之间的旁路气体，其中基本上整个回流导管都暴露于炉腔的内部。

13.如权利要求12所述的炉，所述炉还含有：

空气动力源，用于施加大体上朝向供应式集气室驱动旁路气体的力；和

集气室加热器，所述集气室加热器沿着回流导管而设置，以加热回流气体集气室和供应式集气室之间的旁路气体。