CN103080391A

CN103080391A - 氧化炉

Info

Publication number: CN103080391A
Application number: CN2011800423744A
Authority: CN
Inventors: K·伯纳
Original assignee: Eisenmann SE
Current assignee: Eisenmann SE
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-08-16
Also published as: RU2594415C2; CN103080391B; US9303921B2; RU2013109001A; WO2012028260A1; BR112013005187A2; BR112013005187A8; JP2013542331A; US20130171578A1; JP6034289B2; EP2611955A1; DE102010044296B3

Abstract

本发明涉及一种用于纤维（20）的氧化处理、特别是用于加工碳纤维的氧化炉（1），该氧化炉以公知的方式具有位于壳体（2）内部的处理室（6）；至少一个吹气装置（13）；至少一个抽吸装置（14）；至少一个鼓风机（21），其使热空气穿过吹气装置（13）、处理室（6）和抽吸装置（14）进行循环；以及至少一个位于热循环空气的流动路径中的加热装置（18）。转向辊（24，25，26，32）引导纤维（20）彼此紧邻地以毯的形式蛇形地穿过处理室（6），其中纤维毯（20）在各相对的转向辊（24，25，26）之间展开成平面。使用特定的机构使空气在处理室中以不同于0°和90°的角度与由纤维毯（20）展开的平面相交。由此实现热氧化空气与纤维（20）之间的较好的热交换。

Description

氧化炉

技术领域

本发明涉及一种用于纤维的氧化处理、特别是用于加工碳纤维的氧化炉，该氧化炉具有：

a）壳体，其除了用于碳纤维的穿通区域以外是气密的；

b）位于该壳体内部的处理室；

c）至少一个吹气装置，通过该至少一个吹气装置可以将热空气吹入所述处理室；

d）至少一个抽吸装置，其从所述处理室抽吸热空气；

e）至少一个鼓风机，其使热空气穿过所述吹气装置、所述处理室和所述抽吸装置进行循环；

f）至少一个位于热循环空气的流动路径中的加热装置；

g）转向辊，其使纤维并排地以毯的形式蛇形地穿过处理室，其中纤维毯在相对的转向辊之间相应展开成平面。

背景技术

在已知的这种形式的氧化炉中，纤维毯的不同的、上下布置的平面水平地延伸并且平行于热的含氧空气的流动方向。其结果是，空气流只在与纤维毯相邻的边缘层中参与对纤维的加热和冷却。由于平行流动而在纤维的表面处形成边界层，这减少了热传递。空气流的芯部由于平行流动不参与热传递。因此在靠近纤维的空气进入温度与空气排出温度之间产生高的温度差，这又导致在纤维毯内部产生高的温度差。通过提高空气速度来增加热传递的原理上的可行性有限，因为通过增加纤维运动、例如由于彼此撞击可导致纤维损伤。

在上述的已知氧化炉的替代构形中，整个空气流被竖直地引导穿过上下布置的纤维毯的不同平面。这改进了热传递。但是，由于空气输入系统和空气抽吸系统而增加了（炉的）总体高度。

发明内容

本发明的目的是提供一种上述形式的氧化炉，其中通过低的总体高度改善了空气与纤维之间的热传递并且使纤维在处理室中的温度进一步均匀化。

该目的按照本发明如此实现：

h）设有确保空气在处理室中以不同于0°和90°的角度与由纤维毯展开的平面相交的机构。

以这种方式实现的空气相对于纤维毯的平面的倾斜流动获得了改进的温度均匀性，因为纤维毯在介于吹气装置与抽吸装置之间的整个长度上以相同的温度被作用。这意味着获得具有更好的处理结果的更好的处理控制。全部循环空气用于热量吸收或热量供给；在纤维毯的平面之间没有未参与的空气流。较小的体积流量即足以实现相同的结果。这不仅意味着节省能量，而且也能够使氧化炉尺寸更小。

在本发明的有利实施例中，所述机构包括至少两个空气导板。特别有利的是具有多个空气导板，它们分别在介于吹气装置与抽吸装置之间的蛇形的纤维毯的平面区域之间的间隙中延伸。这些空气导板不仅给出所期望的空气流方向，而且还起到有助于加热纤维和耗散在氧化时产生的放热热量的辐射面的作用。通过这种方式也减小了循环空气与纤维之间的温度差。所述空气导板同时具有纤维引导轮廓的功能，其之前已用于防止纤维在纤维断开时的接触或卷绕。

作为用于实现所期望的空气流与纤维毯平面的相对取向的机构，可以替代地或附加地设有附加的空气流，该附加的空气流具有竖直的方向分量并且在处理室中叠加在在吹气装置与抽吸装置之间延伸的第一空气流上。在本发明的这个实施例中，可以通过两股流的流速之比来控制通过叠加产生的“有效”空气流与由纤维毯展开的平面相交的角度；因此，该实施方案与使用空气导板操作的实施方案相比更加灵活。

所提到的机构也可以替代地或附加地由转向辊构成，所述转向辊相对于竖直面倾斜，使得在其间延伸的纤维毯所展开的平面相对于水平面倾斜。

根据本发明的方案不仅能够在空气的主流动方向为氧化炉的位于入口与出口之间的纵向方向的情况下使用，而且也能够在空气的主流动方向垂直于氧化炉的纵向方向的情况下使用。在第一种情况下，空气与纤维毯的平面相交的角度介于0.8°和2°之间，优选为1°，在第二种情况下，该角度介于2°和20°之间，优选为4°。

附图说明

下面参考附图详细说明本发明的实施例。附图中：

图1示出用于加工碳纤维的氧化炉在炉的纵向上的竖直截面图；

图2示出沿图1的氧化炉的剖视线II-II的水平截面图（未示出纤维毯）；

图3示出图1和图2的氧化炉的沿图1的剖视线III-III的竖直截面图；

图4示出氧化炉的由图1中的左侧的圆圈圈出的区域的变化实施例；

图5示出与图1类似的竖直截面图，其具有穿过氧化炉的横向空气流；

图6示出沿图5的氧化炉的剖视线VI-VI的水平截面图（未示出纤维毯和转向辊）；

图7示出沿图5的氧化炉的剖视线VII-VII的竖直截面图；

图8至10以放大示意图示出与图7类似的氧化炉的替代实施例的截面图。

具体实施方式

首先参照图1至图3，其示出了氧化炉的第一示例性实施例，该氧化炉总体上用附图标记1表示并且用于加工碳纤维。氧化炉1包括壳体2，该壳体本身由两个竖直的纵向壁2a、2b，两个竖直的端壁2c、2d，顶壁2e和底壁2f组成。壳体2除了在端壁2c和2d中的两个区域3、4以外是气密的，在这两个区域引入和引出待处理的纤维20并且这两个区域设有特定的闸阀组件。

尤其如图2所示的那样，壳体2的内部通过竖直的隔壁5被分成实际处理室6和位于该处理室侧面的空气导引室7、8、9、10、11、12。总体上，氧化炉1的内部构造成基本上关于在图2中所示的中心平面S-S镜像对称。

在处理室6的中间区域中设有总体上以附图标记13表示的吹气装置，该吹气装置将在下面更详细地描述。在处理室6的两个外端区域中、分别邻近穿通区域3、4设有抽吸装置14、15。

在壳体2内部保持两个方向相对的空气回路：例如从抽吸装置14、15开始，空气被沿在图2中示出的箭头方向引导穿过空气导引室7或12到达过滤器16或17，然后经过加热单元18a或18b被引导至空气导引室8或11。加热空气被鼓风机21a或21b从空气导引室8或11抽出并被吹入空气导引室9或10。空气从空气导引室9或10分别进入将在下面更详细地描述的吹气装置13的一半中，从那里沿相反方向流入处理室6并从处理室6以下面将更详细说明的方式流至抽吸装置14或15，由此封闭两个空气回路。

在壳体2的壁中，在空气导引室8、11的区域中设有两个出口30a、30b。可以通过这些出口排出那些在氧化过程中产生或者作为新鲜空气通过穿通区域3、4进入处理室6的气体或空气体积，由此保持氧化炉1中的空气平衡。被排出的气体（它们也可能含有有毒成分）被输送进行热的再燃烧。由此获得的热量至少可以用于预热被供应至氧化炉1的新鲜空气。

吹气装置13具有如下具体构造：

其包括两个吹气箱31的“叠堆”。这些吹气箱31的每一个均具有空心立方体形状，其中较长的尺寸横向于处理室6的纵向在其整个宽度上延伸。吹气箱31的分别面向处理室6的窄边构造成穿孔板31a。但最底部的吹气箱31例外，其分别背离氧化炉1的中心的窄边由于将在下面解释的原因被封闭。

每个吹气箱31的端面分别与空气导引室9或空气导引室10以如下的方式连通：将由鼓风机21a或21b输送的空气吹入各吹气箱31的内部并且可以从该内部通过穿孔板31a排出。

两个叠堆的每一个中的不同吹气箱31以微小的间隔上下设置。从氧化炉的纵向或纤维20的运动方向上看去，两个吹气箱31的叠堆同样地彼此间隔。

两个抽吸装置14、15基本上分别由抽吸箱19的叠堆形成，抽吸箱19以与吹气箱31类似的方式沿横向穿过整个处理室6延伸，并且在其横向于处理室6的纵向延伸的窄边上构造成穿孔板19a。由于下面将解释的原因，叠堆中的各最顶部的抽吸箱19的面向炉中心的窄边例外。

在吹气箱31的面向外的窄边31a的上边缘与抽吸箱19的面向炉中心的窄边的下边缘之间分别延伸有平面的空气导板33。

待处理的纤维20以“毯”形式平行延伸地通过转向辊32并且穿过空气输入装置22输送到氧化炉1，空气输入装置22在此不予考虑，其用于向该工艺输送预热的新鲜空气。然后纤维20被引导穿过上下布置的抽吸箱19之间的间隙、穿过处理室6、穿过在吹气装置13中上下布置的吹气箱31之间的间隙、穿过在处理室6的相对端处的上下布置的抽吸箱19之间的间隙并且穿过另一空气输送装置23。

纤维20的穿过处理室6的通道蛇形地多次重复，为此在氧化炉1的两个端部区域中设有多个转向辊24、25，所述多个转向辊24、25轴线平行地上下布置。纤维毯20在位于转向辊32、25、24、26之间相应展开成平面。纤维20在穿过处理室6的最上面的通道以后离开氧化炉1，并且通过又一转向辊26被引导。

在纤维20穿过处理室6的蛇形通道期间，纤维20被热的含氧空气围绕并由此被氧化。该空气分别从吹气箱31的窄边31a进入两个平行的空气导板33之间的间隙中，并且分别到达抽吸箱19的面向炉中心的窄边19a，更精确地，到达比吹气箱31低一“层”的抽吸箱19的窄边19a。

以这种方式产生的热的含氧空气流在该路径上与“纤维毯”的平面相交，即该热的含氧空气流不再精确地水平，而是具有竖直的流动方向的分量。其结果是，避免了在已知结构形式的氧化炉中由于空气与纤维平行流动所产生的边界层。而是使空气流穿入纤维20的毯并且也达到位于纤维毯20内部的纤维20。由此产生较好的热传递，特别是传递到位于毯内部的纤维20，这又产生较短的工艺处理时间，在空气温度与纤维温度之间形成较小的温度差，在纤维毯20内部形成均匀的纤维温度并由此最终获得改进的纤维质量。

由于倾斜的流动，纤维20还被直接来自吹气箱31的空气作用，并因此在各吹气箱31与相关的抽吸箱19之间的整个长度上具有基本相同的温度。

空气导板33还具有其它功能：它们一方面在加热纤维时用作辐射面，另一方面通过吸收热辐射而耗散在纤维20的氧化期间产生的放热热量。通过这种方式减小纤维20与循环空气之间的温度差，这能够实现对工艺的更准确的控制。

最后，空气导板33具有用于纤维的引导轮廓的功能。这种特殊的引导轮廓在已知的氧化炉中是必需的。它们在纤维断开时防止该断开的纤维与其它纤维的任何接触和卷绕。所有断开的纤维由空气导板33收集。

图4示出在图1中由左侧的圆包围的氧化炉区域的替代实施例。该替代实施例的相应部分用与图1相同的附图标记表示，但增加100并且不再详细描述。下面描述的实施例也一样，其中下一个实施例的附图标记分别比上一个实施例增加100。

在图4的实施例中，空气流的竖直分量不是通过空气导板来实现，而是通过附加地叠加竖直的空气流实现。为此，沿箭头134的方向将空气吹入处理室106内并且在处理室106的下部沿箭头135的方向抽出空气。空气在进入处理室106和从处理室106排出时可穿过穿孔板136、137，穿孔板136、137有助于产生相对于水平面倾斜延伸的空气流。

在上面借助于图1至图4所描述的氧化炉1或101的实施例中，热的含氧空气具有如下的流动，即该流动的较大方向分量指向纤维20的运动方向，而在图7至图10所示的本发明的实施例中是不同的。在这些实施例中，空气的主流动方向基本上横向于纤维的运动方向。

首先参照图5至图7，其示出了通过横向的空气流工作的氧化炉201的第一实施例。

在比较图5与图1时首先注意的是，在图5的实施例中省略了中间的吹气装置31。这是空气的主流动方向不在氧化炉201的纵向上而是在其横向上延伸的直接结果。尽管如此，在壳体202的两个端部区域中也设有抽吸箱219，这用于确保防止可能含有有毒气体的空气通过穿通区域203、204逸出。

由图6和图7最清楚地看出在图5的实施例中热的含氧空气如何流动。从抽吸装置214a开始描述空气回路，该抽吸装置214a由于下面将解释的原因而在这里被称为“附加抽吸装置”。由抽吸装置抽取的空气首先进入空气导引室207并且在这里与将在下面描述的另一空气流混合。然后混合后的空气流穿过过滤器216和加热装置218，由此进入空气导引室208。与图1的实施例类似，部分空气可以通过出口230a排出。鼓风机221将空气从空气导引室208抽出并且将其压入空气通道209。该空气通道经处理室206通至侧面的空气分配室238，该空气分配室以楔形形状向下收缩并在这里作为吹气装置213。处理室206在该侧处由穿孔板限制，由此使被输送至空气分配室238的空气可以进入处理室206。

处理室206通过多个平行的空气导板233分开。与图1的实施例的空气导板33不同的是，这些空气导板233不沿氧化炉201的纵向倾斜而是沿横向倾斜。其结果是，通过空气分配室238进入空气导板233之间的间隙的空气被倾斜地向下引导，与水平的纤维毯220相交，从而确保以与图1的实施例类似的方式进行良好的热传递。与空气导引和空气导板233相关的效果与图1的实施例相同。

在相对侧处，空气导板233之间的间隙通过另一穿孔板与空气导引室207连通，在空气导引室207中，空气与如上所述来自附加抽吸装置214a、215a的空气混合。空气导引室207如上所述与鼓风机221的抽吸侧联通，从而使空气导引室207形成这个实施例的“主抽吸装置”214。

在图8所示的氧化炉301的实施例中，与图4的实施例类似地省去纤维毯320的不同迂回部分之间的倾斜的空气导板，取而代之使用附加的空气流。该附加的空气沿箭头334的方向从上方吹入处理室306，穿过穿孔板336，横穿位于处理室306下端处的另一穿孔板337，然后沿箭头335的方向被抽出。通过将从空气分配室338（表示吹气装置313）引入处理室306并流入抽吸通道339（表示主抽吸装置314）的空气与沿箭头334、335的方向被引导通过处理室306的第二空气流叠加产生倾斜的空气流，该倾斜的空气流与纤维毯320相交，从而具有上面多次提到的优点。

在图9中示出另一产生不平行地或不竖直地逆着纤维毯流动的空气流的可能性。在该实施例中，仍然使用空气导板433，但是它们水平地延伸。而纤维毯420倾斜地定位，这可以例如通过使位于氧化炉401的相对的穿通区域处的不同的转向辊相应倾斜地定位来实现。

最后，图10的实施例也完全省去空气导板，并且用附加的空气流代替，该附加的空气流沿箭头534的方向从上部被引入处理室506，穿过穿孔板536，穿过平行的、倾斜的纤维毯520并且通过另一穿孔板537沿箭头535被抽出。结果与图8的实施例类似。

Claims

1.一种用于纤维的氧化处理、特别是用于加工碳纤维的氧化炉，该氧化炉具有

a）壳体，所述壳体除了用于所述碳纤维的穿通区域以外是气密的；

b）位于所述壳体内部的处理室；

c）至少一个吹气装置，通过所述至少一个吹气装置能够将热空气吹入所述处理室；

d）至少一个抽吸装置，所述至少一个抽吸装置从所述处理室抽吸热空气；

e）至少一个鼓风机，所述至少一个鼓风机使热空气穿过所述吹气装置、所述处理室和所述抽吸装置进行循环；

f）至少一个位于热循环空气的流动路径中的加热装置；

g）转向辊，所述转向辊使纤维并排地以毯的形式蛇形地穿过所述处理室，其中纤维毯在相对的转向辊之间相应展开成平面；

其特征在于，

h）设有确保空气在所述处理室（6；106；206；306；406；506）中以不同于0°和90°的角度与由所述纤维毯（20；120；220；320；420；520）展开的平面相交的机构（33；134，135；233；334，335；433；534，535）。

2.根据权利要求1所述的氧化炉，其特征在于，所述机构包括至少两个空气导板（33；233；433）。

3.根据权利要求2所述的氧化炉，其特征在于，所述机构包括空气导板（33；233；433）,所述空气导板分别在介于所述吹气装置（13；213；413）与所述抽吸装置（14；214；414）之间的蛇形的纤维毯（20；220；420）的平面区域之间的间隙中延伸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的氧化炉，其特征在于，所述机构包括附加的空气流（134，135；334，335；534，535），所述附加的空气流具有竖直的方向分量并且在所述处理室（106；306；506）中叠加在在所述吹气装置（113；313；513）与所述抽吸装置（114；314；514）之间延伸的第一空气流上。

5.根据上述权利要求中任一项所述的氧化炉，其特征在于，所述机构包括转向辊（424，425，426，432；524，525，526，532），所述转向辊相对于水平面倾斜，使得在所述转向辊之间延伸的所述纤维毯（420；520）所展开的平面相对于水平面倾斜。

6.根据上述权利要求中任一项所述的氧化炉，其特征在于，所述空气的主流动方向为所述氧化炉（1；101）的位于相对的所述穿通区域（3，4；103，104）之间的纵向。

7.根据权利要求6所述的氧化炉，其特征在于，所述角度介于0.8°和3°之间，优选为1°。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的氧化炉，其特征在于，所述空气的主流动方向垂直于所述氧化炉（201；301；401；501）的纵向。

9.根据权利要求8所述的氧化炉，其特征在于，所述角度介于2°和20°之间，优选为4°。