CN105734722B - 一种炭纤维连续生产预氧化炉 - Google Patents

Abstract

一种炭纤维连续生产预氧化炉包括：炉头、炉体、炉尾、传动组件以及循环风组件。炉体连接于炉头和炉尾之间。炉体包括外框架和内胆，内胆固定于外框架内，并将外框架内的空间分隔为分别位于内胆两侧的上空腔和下空腔。传动组件包括环形输送带。环形输送带设置于炉头、炉体和炉尾中。环形输送带经由上空腔、炉头、下空腔、炉尾到达上空腔进行环形传送。循环风组件包括多根分别与上空腔连通的风管，多根风管的开口均位于上空腔，且分别位于环形输送带的上下两侧。采用上述结构的预氧化炉，可以使得内部加热部分的温度场更加均匀，从而使得炭纤维原料均匀受热，降低制作过程中的控制难度，提高生产的炭纤维的品质和产量。

Description

一种炭纤维连续生产预氧化炉

技术领域

本发明属于炭纤维生产设备领域，具体而言，涉及一种炭纤维连续生产预氧化炉。

背景技术

炭纤维是一种含碳量较高的高强度的新型纤维材料,它主要是由片状石墨等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。炭纤维密度小、强度高并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。炭纤维具有许多优良性能，例如，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好等。目前，国内的炭纤维主要购买自海外，少量的炭纤维由国内通过间歇炉进行生产。但是，利用间歇炉生产炭纤维却存在炉内空气分布不均的问题等问题，由于炭纤维生产过程中的温度控制不便，导致炭纤维的产量低、产品质量差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炭纤维连续生产预氧化炉，可提高预氧化炉内的风场的均匀性，从而使得炭纤维原料受热更加均匀、稳定，降低炭纤维的生产难度，提高炭纤维的产量和品质。

本发明是这样实现的：

一种炭纤维连续生产预氧化炉包括：炉头、炉体、炉尾、传动组件以及循环风组件。炉体连接于炉头和所述炉尾之间。炉体包括外框架和内胆，内胆固定于外框架内，并将外框架内的空间分隔为分别位于内胆两侧的上空腔和下空腔。传动组件包括环形输送带，环形输送带设置于炉头、炉体和炉尾中。环形输送带经由上空腔、炉头、下空腔、炉尾到达上空腔进行环形传送。循环风组件包括多根分别与上空腔连通的风管，多根风管的开口均位于上空腔，且分别位于环形输送带的上下两侧。

优选地，炭纤维连续生产预氧化炉还包括具有风孔的挡板，挡板设置于外框架与炉尾之间，风管的管腔与风孔连通。

优选地，挡板包括相对设置的上支板与下支板，上支板位于外框架邻近上空腔的一侧，下支板位于外框架邻近下空腔的一侧，且上支板、下支板均与外框架升降连接，上支板与下支板之间形成风孔。

优选地，上支板包括上直线部和上弧形部，下支板包括下直线部和下弧形部，上直线部、下直线部均与外框架连接，并且上弧形部与下弧形部相对并形成风孔。

优选地，传动组件还包括：头部轮组和尾部轮组，头部轮组包括均设置于炉头的头部主动轮和头部张紧轮，尾部轮组包括均设置于炉尾的尾部主动轮和尾部张紧轮，头部主动轮、头部张紧轮、尾部主动轮以及尾部张紧轮均与环形输送带转动接触连接。

优选地，循环风组件还包括进风输入管，进风输入管设置于外框架邻近上空腔的一侧，多根风管的一端均位于进风输入管内，且进风输入管的管腔与风管的管腔连通。

优选地，炭纤维连续生产预氧化炉还包括：外加热器，外加热器设置于上空腔内。

优选地，炭纤维连续生产预氧化炉还包括：内加热器，内加热器设置于内胆内。

优选地，内加热器为翅片加热器。

优选地，炭纤维连续生产预氧化炉还包括：第一连接管和多个与风管匹配的第二连接管，第一连接管与进风输入管连接，并且第一连接管的管腔与进风输入管的管腔连通，多个第二连接管与多根风管远离进风输入管的一端一一匹配连接。

上述方案的有益效果：

本发明提供了一种炭纤维连续生产预氧化炉，其通过在输运炭纤维的上下传动组件的上下两侧设置风管，利用风管对炭纤维进行加热，使得炭纤维能够更加均匀地受热，更易于生产炭纤维。另外，风管还设置有控制阀，以便根据生产需要调节传动组件两侧的风速，进而对温度进行控制。此外，通过还可通过挡板对风管内风的流动起到一定的调节作用，从而将风管内的风从进口和出口两个部位进行控制，以便使得温度控制更加均匀，尤其是针对具有较大的炉体长度的预氧化炉。由于炉体的长度大，因而，炭纤维在炉体内的运动路径长，其运动过程中温度变化过大会导致其品质的下降。挡板和控制阀的配合，可以使得炉体内的温度更均匀，降低炉体内的温差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的炭纤维连续生产预氧化炉的结构示意图；

图2示出了图1提供的炭纤维连续生产预氧化炉中炉头和炉体的连接状态示意图；

图3示出了图1提供的炭纤维连续生产预氧化炉中炉体的结构示意图；

图4示出了图3中的炉体的主视结构示意图；

图5示出了图1提供的炭纤维连续生产预氧化炉中内加热器以及外加热器与炉体的连接状态的结构示意图；

图6示出了图1提供的炭纤维连续生产预氧化炉中的炉体与挡板的连接状态的结构示意图；

图7示出了图6中的挡板的结构示意图。

附图标记说明：

炉头101；炉尾102；炉体103；进风输入管104；尾部主动轮105；尾部张紧轮106；尾部轮组107；头部张紧轮108；头部主动轮109；头部轮组110；传动组件120；循环风组件121；环形输送带122；风管201；第一连接管203；第二连接管204；控制阀205；外面板206；内胆207；轨道上固定轴208；轨道下固定轴209；外框架301；上空腔302；下空腔303；上轨道304；下轨道305；内加热器401；外加热器402；挡板500；上支板501；下支板502；风孔503；上直线部504；上弧形部505；下直线部506；下弧形部507。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1，本实施例提供了一种炭纤维连续生产预氧化炉100包括：炉头101、炉体103、炉尾102、传动组件120以及循环风组件121。炉体103连接于炉头101和炉尾102之间。

炉头101和炉尾102均为立方体形结构，并且采用框架结构以及固定于框架结构的覆盖板制作而成。可以理解的是，炉头101和炉尾102的结构也可以其他形状，以便于制作和安装为宜。框架结构和覆盖板可采用金属材料制作而成，以提供稳定和牢固的支撑。较佳地，框架结构和覆盖板可采用不锈钢制作而成，使炉头101和炉尾102具有抗腐蚀的作用，有利于提高炭纤维连续生产预氧化炉100的使用寿命。此外，炉头101、炉体103以及炉尾102之间的连接处可以加装耐温橡胶垫片，以便增加密封性。

参阅图1至图4，炉体103包括外框架301、内胆207。内胆207固定于外框架301内，并将外框架301内的空间分隔为分别位于内胆207两侧的上空腔302和下空腔303。炉体103中的外框架301为采用不锈钢制作而成的立方体结构。内胆207作为炭纤维的主要生产场所，生产过程中受热，因此，其采用不锈钢制作而成。另外，基于隔热或者保温的考虑，可以在外框架301内侧固定保温棉，同时外框架301的外侧固定由金属制作而成的外面板206。保温棉的使用较于使用保温砖可以减小设备的施工工程量，并且还可以减小炉体103的厚度。

参阅图3、图4，内胆207为两端开口的筒形结构。内胆207设置在外框架301内，并且内胆207两端的开口分别邻近炉头101和炉尾102。为了便于内胆207的固定，可以在外框架301上焊接或者采用螺栓连接梁柱，然后利用螺栓将内胆207的侧壁与梁柱连接。

传动组件120包括环形输送带122，环形输送带122设置于炉头101、炉体103和炉尾102中。环形输送带122经由上空腔302、炉头101、下空腔303、炉尾102到达上空腔302进行环形传送。

传动组件120用以输运炭纤维原料以及生产的炭纤维。炭纤维原料以及生产的炭纤维放置于在环形输送带122上，并且随着环形输送带122的转动而运动。传动组件120中的环形输送带122可以采用链条网带或纯网带，以提高炭纤维连续生产预氧化炉100的连续生产能力，从而提高炭纤维的生产量、减低生产成本。

由于环形输送带122经由上空腔302、炉头101、下空腔303、炉尾102到达上空腔302进行环形传送。环形输送带122位于上空腔302的部分受到风管201内的热空气的加热作用；环形输送带122位于下空腔303的部分远离风管201，而下空腔303内的温度相对较低，从而使得环形输送带122免于一直承受高温的炙烤，延长环形输送带122的寿命。

本实施例中，环形输送带122的固定可通过以下方式实现：炭纤维连续生产预氧化炉100中的传动组件120包括轨道上固定轴208、轨道下固定轴209以及上轨道304和下轨道305。轨道上固定轴208和轨道下固定轴209均与外框架301连接，并且上轨道304连接于轨道上固定轴208，下轨道305连接于轨道下固定轴209。环形输送带122与上轨道304和下轨道305接触，并且在外力的驱动下转动。

再次参阅图1、图2，为了便于环形输送带122的转动，炭纤维连续生产预氧化炉100中的传动组件120还包括：头部轮组110和尾部轮组107。头部轮组110包括均设置于炉头101的头部主动轮109和头部张紧轮108，尾部轮组107包括均设置于炉尾102的尾部主动轮105和尾部张紧轮106，头部主动轮109、头部张紧轮108、尾部主动轮105、尾部张紧轮106均与环形输送带122转动接触连接。通过头部轮组110和尾部轮组107的配合，使环形输送带122以上轨道304和下轨道305为边界在炉头101和炉尾102之间转动。

循环风组件121包括多根分别与上空腔302连通的风管201，每根风管201的开口均位于上空腔302捏，且每个风管201的开口分别位于环形输送带122的上下两侧。风管201与外框架301连接处设置控制风速的控制阀205，控制阀205例如可以采用闸板阀。循环风组件121中的风管201可以输送不同温度的气体，利用风管201与气体的热传导，进而通过风管201辐射热能，从而对放置于环形输送带122上的炭纤维原料进行加热以生产炭纤维。

当需要调整生产的炭纤维的性能时，可通过改变输送气体的温度，从而改变对炭纤维原料的加热情况，以满足生产不同类型的炭纤维的需求。风管201内还可以输送新鲜的冷风以对炭纤维材料进行冷却操作，从而可以提高工艺的灵活性和可操作性，以便根据需要调整制作工艺流程。此外，还可以从外框架301的下空腔303内输入冷风，从而对环形输送带122进行冷却，防止环形输送带122长期受热而损坏，同时补充内胆207内消耗的氧气。

进一步地，循环风组件121还包括进风输入管104，进风输入管104设置于外框架301邻近上空腔302的一侧，多根风管201的一端均位于进风输入管104内，且进风输入管104的管腔与风管201的管腔连通。进风输入管104为方形管结构，通过外接送风设备向进风输入管104内送风，然后风再经由不同的风管201输送至炉体103内对放置于环形输送带122的炭纤维进行加热。

采用进风输入管104来输入空气，可以简化循环风组件121的结构，以便安装和维护。另外，也便于通过控制阀205对输入炉体103内的风量进行控制。较佳地，炭纤维连续生产预氧化炉100还包括：第一连接管203和多个与风管201匹配的第二连接管204，第一连接管203与进风输入管104连接，并且第一连接管203的管腔与进风输入管104的管腔连通，多个第二连接管204与多根风管201远离进风输入管104的一端一一匹配连接。本实施例中，第一连接管和第二连接管均采用天圆地方管，由于天圆地方管具有圆形部和方形部，因此，圆形部利于与圆管连接，方形部利于与方管连接。采用天圆地方管进行连接，使得圆管和方管的转接更加方便，从而降低设备安装的难度。

为了排放炉体103内的废气，可以在进风输入管104设置与炉体103内的空腔连通的排气孔，然后通过外部风机在需要时抽吸空气，从而达到排放废气的作用。废气的排放可以通过流量计等电子设备进行监控，以便监控炭纤维的生产过程。此外，基于安装以及输送空气的均匀性和便利性的考虑，风管201采用多转向结构设计。其一端与进风输入管104连接，然后沿着外框架301排布，再伸入炉体103内与第二连接管204连接。风管201位于炉体103内部的部分排布更加均匀，使得风场分布也更均匀，有利于使炭纤维原料均匀受热。

参阅图5，炭纤维连续生产预氧化炉100还设置有外加热器402，外加热器402设置于上空腔302内，外加热器402可以采用电阻丝加热器等市售设备。外加热器402对外框架301内远离内胆207部分的空气进行加热，以使外框架301内的空气的整体的温度更加均匀。另外，当循环利用风管201内的空气时，可以利用外加热器402对该空气进行加热，以便使空气的温度适合于制备炭纤维。

较佳地，炭纤维连续生产预氧化炉100还包括：内加热器401，内加热器401设置于内加热器401设置于内胆207内。内加热器401直接在内胆207内加热，可以直接作用于炭纤维原料使加热效果更好，从而有利于炭纤维原料受热更加充分，提高炭纤维的生产效率。

内加热器401可以采用电阻丝加热器、热管加热器等市售设备，优选地，内加热器401可以采用翅片加热器。翅片加热器具有较好的热扩散作用，可以对炉体103内的空气进行扰动，提高加热的均匀性，使内胆207内的温度场更加均匀。

本实施例中，内加热器401为两个，并且分别位于环形输送带122的上下两侧，以便从两侧方向对放置于环形输送带122的炭纤维原料进行加热。由于，炉体103的上空腔302内设置头外加热器402，因此，环形输送带122的上侧的内加热器401与环形输送带122的之间的距离大于环形输送带122的下侧的内加热器401与环形输送带122的之间的距离，以便平衡炭纤维原料受到的热作用，使其均匀受热。

由于炉体103内的温度的均匀性对炭纤维生产造成影响，因此，控制温度的均匀性可以提高生产的炭纤维的品质，提高生产效率，有利于大批量地声场炭纤维。本实施例中，采用在环形输送带122的工作部的上下两侧分别设置风管201的方式进行加热，以实现均匀加热。

优选地，炭纤维连续生产预氧化炉100还包括具有风孔503的挡板500。挡板500设置于外框架301与炉尾102之间且位于内胆207内，风管201的管腔与风孔503连通。进一步地，挡板500设置于第二连接管204的方形开口的一侧，从而对通过第二连接管204的空气进行控制。挡板500对风管201内空气的流动起到限制作用，降低风管201内空气的流速，以便控制空气的分布，从而使炉体103内的温度分布更加均匀。

具体地，参阅图5、图6，挡板500包括相对设置的上支板501与下支板502。其中，上支板501位于外框架301邻近上空腔302的一侧，下支板502位于外框架301邻近下空腔303的一侧，上支板501、下支板502均与外框架301升降连接，上支板501与下支板502之间形成风孔503。此外，上支板501还可设置上直线部504和上弧形部505，相应地，下支板502设置下直线部506和下弧形部507。上直线部504、下直线部506均与外框架301连接，并且上弧形部505与下弧形部507相对并形成风孔503。

由于弧形部的设置，上支板501和下支板502对风管201的管腔的阻挡面积不同，从而可以不同管道内的空气的流速和流量产生不同的影响，从而改变内胆207内的环形输送带122的不同位置的受热不均的问题。另一方面，还可以通过升降上支板501和下支板502来调节风孔503的大小，从而使炭纤维受热更加均匀。通过调节上支板501和下支板502可调节内胆截面的形状，从而改变内胆207通道气体中流量变化，使气体在内胆207截面流速更加均匀。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种炭纤维连续生产预氧化炉，其特征在于，包括：炉头、炉体、炉尾、传动组件以及循环风组件，所述炉体连接于所述炉头和所述炉尾之间，所述炉体包括外框架和内胆；所述内胆固定于所述外框架内，并将所述外框架内的空间分隔为分别位于所述内胆两侧的上空腔和下空腔；所述传动组件包括环形输送带，所述环形输送带设置于所述炉头、所述炉体和所述炉尾中，所述环形输送带经由所述上空腔、所述炉头、所述下空腔、所述炉尾到达所述上空腔进行环形传送；所述循环风组件包括多根分别与所述上空腔连通的风管，多根所述风管的开口均位于所述上空腔，且分别位于所述环形输送带的上下两侧；

所述循环风组件还包括进风输入管，所述进风输入管设置于所述外框架邻近所述上空腔的一侧，多根所述风管的一端均位于所述进风输入管内，且所述进风输入管的管腔与所述风管的管腔连通；所述炭纤维连续生产预氧化炉还包括具有风孔的挡板，所述挡板设置于所述外框架与所述炉尾之间且位于内胆内，所述风管的管腔与所述风孔连通。

2.根据权利要求1所述的炭纤维连续生产预氧化炉，其特征在于，所述挡板包括相对设置的上支板与下支板，所述上支板位于所述外框架邻近所述上空腔的一侧，所述下支板位于所述外框架邻近所述下空腔的一侧，且所述上支板、所述下支板均与所述外框架升降连接，所述上支板与所述下支板之间形成所述风孔。

3.根据权利要求2所述的炭纤维连续生产预氧化炉，其特征在于，所述上支板包括上直线部和上弧形部，所述下支板包括下直线部和下弧形部，所述上直线部、所述下直线部均与所述外框架连接，并且所述上弧形部与所述下弧形部相对并形成所述风孔。

4.根据权利要求1至3之一所述的炭纤维连续生产预氧化炉，其特征在于，所述传动组件还包括：头部轮组和尾部轮组，所述头部轮组包括均设置于所述炉头的头部主动轮和头部张紧轮，所述尾部轮组包括均设置于所述炉尾的尾部主动轮和尾部张紧轮，所述头部主动轮、所述头部张紧轮、所述尾部主动轮以及所述尾部张紧轮均与所述环形输送带转动接触连接。

5.根据权利要求1所述的炭纤维连续生产预氧化炉，其特征在于，所述炭纤维连续生产预氧化炉还包括：外加热器，所述外加热器设置于所述上空腔内。

6.根据权利要求5所述的炭纤维连续生产预氧化炉，其特征在于，所述炭纤维连续生产预氧化炉还包括：内加热器，所述内加热器设置于所述内胆内。

7.根据权利要求6所述的炭纤维连续生产预氧化炉，其特征在于，所述内加热器为翅片加热器。

8.根据权利要求1所述的炭纤维连续生产预氧化炉，其特征在于，所述炭纤维连续生产预氧化炉还包括：第一连接管和多个与所述风管匹配的第二连接管，所述第一连接管与所述进风输入管连接，并且所述第一连接管的管腔与所述进风输入管的管腔连通，多个所述第二连接管与多根所述风管远离所述进风输入管的一端一一匹配连接。