CN105821525B - 炭纤维连续生产活化炉 - Google Patents

Abstract

一种炭纤维连续生产活化炉包括：外密封框架、气体密封炉体、密封传动组件、加热组件以及加湿组件。气体密封炉体设置于外密封框架内。密封传动组件包括两端设置有开口的气体密封管以及多个传动件。气体密封管位于气体密封炉体的炉腔内。多个传动件间隔且转动设置于气体密封管内，并且每个传动件的两端均伸出外密封框架。加热组件设置于气体密封管内，并与气体密封炉体连接。湿组件包括相互匹配连接的加湿管和加湿器，加湿管设置于炉腔内，加湿器设置于外密封框架外。利用该活化炉生产炭纤维时，密封传动组件中的气体密封管可以使炭纤维处于相对封闭的生产环境，避免炭纤维与杂质气体接触，确保炭纤维的产量和品质。

Description

炭纤维连续生产活化炉

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活化炉。

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，其具有密度小、强度高、耐腐蚀、高模量等特性，广泛应用于在国防军工、民用方面领域。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。但是，现有的间歇炉存在炭纤维容易与杂质气体相接触的问题，从而导致炭纤维的产量小，产品质量差且不稳定等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炭纤维连续生产活化炉，可提高气密性，减少炭纤维生产过程中与杂质气体接触的情况，从而减少对炭纤维生产过程的影响，实现炭纤维的连续生产，从而提高炭纤维的质量和产量。

本发明是这样实现的：

一种炭纤维连续生产活化炉包括：外密封框架、气体密封炉体、密封传动组件、加热组件以及加湿组件，气体密封炉体设置于外密封框架内。密封传动组件包括两端设置有开口的气体密封管以及多个传动件。气体密封管位于气体密封炉体的炉腔内。多个传动件间隔且转动设置于气体密封管内，并且每个传动件的两端均伸出外密封框架。加热组件设置于气体密封管内并与气体密封炉体连接。加湿组件包括相互匹配连接的加湿管和加湿器，加湿管设置于炉腔内，加湿器设置于外密封框架外。

优选地，炭纤维连续生产活化炉还包括气体输入管，气体输入管与炉腔连通。

优选地，气体输入管的管壁设置多个输入管气孔。

优选地，气体输入管与气体密封管连接，并且气体输入管的管腔与气体密封管的管腔连通，气体密封管的内壁设置有多个密封管气孔。

优选地，加热组件包括多个加热器，多个加热器分别位于多个传动件的上下两侧。

优选地，多个加热器均为加热器，加热器包括内侧陶瓷棒、电阻丝以及外侧陶瓷套，外侧陶瓷套设置有容置腔，内侧陶瓷棒套设置于容置腔内，电阻丝位于容置腔内并绕设于内侧陶瓷棒。

优选地，气体密封炉体还设置有废气排放口，废气排放口与炉腔连通。

优选地，炭纤维连续生产活化炉还包括：排焦装置，排焦装置包括排焦连接管以及排焦罐，排焦罐设置于外密封框架外，气体密封炉体设置有与炉腔连通的排焦孔，排焦连接管的一端通过排焦孔与气体密封炉体连接，排焦连接管的另一端穿过外密封框架与排焦罐的进料口连接。

优选地，每个传动件包括辊棒和外套管。辊棒包括左侧连接部、中间输运部以及右侧连接部。外套管包括左侧支管和右侧支管，左侧连接部通过左侧支管与气体密封管的左侧壁连接，右侧连接部通过右侧支管与气体密封管的右侧壁连接。

优选地，加湿组件还包括加湿孔砖，加湿孔砖设置于炉腔内，并且加湿管位于炉腔内底壁与加湿孔砖之间。

上述方案的有益效果：

本发明提供了一种炭纤维连续生产活化炉，其采用密封传动组件的设计，减少了炭纤维的生产过程中杂质气体的混入的情况，减少了炭纤维与杂质气体接触、反应的情况，从而提高了炭纤维的产量和品质。为了提高炭纤维的质量和品质，还通过在炭纤维的上下两侧进行均匀加热，使炭纤维的受热更加平衡、均匀。此外考虑到，炭纤维生产过程中可能产生的废气等废物，炭纤维连续生产活化炉设置废气排放口和排焦装置，以便在必要时，进行废物的排放，从而提高活化炉内炭纤维的生产环境的洁净度。

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为本发明实施例提供的炭纤维连续生产活化炉的结构示意图；

图2示出了图1提供的炭纤维连续生产活化炉中的外密封框架的结构示意图；

图3示出了图2中外密封框架的侧视结构示意图；

图4示出了图1提供的炭纤维连续生产活化炉中的密封传动组件的结构示意图；

图5示出了图4中的密封传动组件的俯视结构示意图；

图6示出了图1提供的炭纤维连续生产活化炉中的传动件的结构示意图；

图7示出了本实施例的炭纤维连续生产活化炉中的加热器的结构示意图；

图8示出了本实施例提供的炭纤维连续生产活化炉中的加湿管的结构示意图；

图9示出了本实施例提供的炭纤维连续生产活化炉中的排焦罐与外密封框架的连接的结构示意图；

图10示出了本实施例提供的炭纤维连续生产活化炉中的水箱的结构示意图。

附图标记说明：

外密封框架101；传动件102；气体密封管103；密封传动组件104；加热组件105；加湿孔砖106；气体输入管107；炉腔108；拱顶109；保温棉110；电机111；气体密封炉体200；上框架201；下框架202；工字钢203；中间输运部301；左侧连接部302；右侧连接部303；辊棒304；轴承铝座总成305；右侧支管306；左侧支管307；外套管308；开口311；密封管气孔312；输气管313；左侧壁314；右侧壁315；加热器400；外侧陶瓷套401；内侧陶瓷棒402；电阻丝403；加湿组件500；加湿管501；排焦罐502；倾斜面503；水箱504；箱壳505；箱内管506。

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”、“左”、“右”、“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。

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、图8，本实施例提供了一种炭纤维连续生产活化炉100包括：外密封框架101、气体密封炉体200、密封传动组件104、加热组件105以及加湿组件500。

气体密封炉体200设置于外密封框架101内。密封传动组件104包括两端设置有开口的气体密封管103以及多个传动件102。气体密封管103位于气体密封炉体200的炉腔108内.多个传动件102间隔且转动设置于气体密封管103内，并且每个传动件102的两端均外密封框架101。

加热组件105设置于气体密封管103内并与气体密封炉体200连接。加湿组件500包括相互匹配连接的加湿管501和加湿器(图中未绘出)，加湿管501设置于炉腔108内，加湿器设置于外密封框架101外。

参阅图2、图3，外密封框架101为采用金属材料制作而的立方体形的框架结构，并且在框架结构上固定板材制作而成。为了方便于安装气体密封炉体200，外密封框架101设计为上框架201和下框架202两个部分。外密封框架101采用分体结构的设计，使气体密封炉体200的安装和放置更便利，同时还缩短了炭纤维连续生产活化炉100的施工时间。基于安装密封传动组件104的考虑，可在上框架201和下框架202两部分之间设置支撑装置，以便为密封传动组件104中的传动件102预留空间。本实施例中，支撑件采用工字钢203。

请再参阅图1，气体密封炉体200可以是采用由耐火砖或者隔热砖或者等耐热材料制作而成的立方体结构。通过在气体密封炉体200上设置孔洞、槽等结构，以进行各种设备、装置的安装和连接。较佳地，气体密封炉体200采用耐酸砖堆砌而成。由于炭纤维的生产过程中可能会产生酸性的腐蚀性气体，耐酸砖可以避免被腐蚀而产生的污物对炭纤维的污染，同时提高气体密封炉体200的强度。基于气体密封炉体200牢固性和密封性能的考虑，还可在气体密封炉体200上以耐火、耐酸的胶泥为填充料进行铺设。胶泥具有耐火、耐高温的特点，并且还能够防止水蒸气的侵蚀。另外，胶泥使得气体密封炉体200的密闭性能更好，则气体密封炉体200内不需要设置用以密封的内胆，从而简化炭纤维连续生产活化炉100的结构。基于炉腔108内的保温需要，还可以在气体密封炉体200外设置保温装置，例如，在气体密封炉体200的外壁设置保温棉110。

密封传动组件104中的气体密封管103的结构例如可以是采用金属板材制作而成的壳体，并且其两端设置有开口311，以便进行炭纤维以及生产原料的输出和输出。实际生产过程中，气体密封管103的两端可以连接方形管，通过增加气体密封管的长度来增加产量。气体密封管103采用气体密封的方式在其管腔内形成一个相对封闭的单一的气体环境，炭纤维处于单一的气体环境中，避免了炭纤维与其他杂质气体的接触。

具体地，参阅图4、图5、图6，气体密封管103可采用金属板材制作为立方体形的壳体结构，且其两端设置有开口311。传动件102包括辊棒304和外套管308，辊棒304包括左侧连接部302、中间输运部301以及右侧连接部303。外套管308包括左侧支管307和右侧支管306，左侧连接部302通过左侧支管307与气体密封管103的左侧壁314连接，右侧连接部303通过右侧支管306与气体密封管103的右侧壁315连接。

气体密封管103的管腔作为炭纤维及其原料、加热组件105的容纳腔室。气体密封管103的管壁内还具有空腔，并且在气体密封管103的外壁上设置输气管313，气体密封管103的内壁设置密封管气孔312。进行生产作业时，通过输气管313向空腔内注入气体，再经由密封管气孔312向气体密封管的管腔内散布气体如氮气，使炭纤维处于相对单一的气体环境中。此外，基于节约氮气的考虑，输气管313上可设置氮气流量计，以便更精确地调控气体密封炉体200内的氮气的输入量，减少不必要的氮气消耗。

生产炭纤维时，利用外部供气设备向气体密封管103的空腔内输送氮气。气体密封管103的空腔内的氮气经由密封管气孔312吹到辊棒304上，从而实现对炭纤维及其原料的氮气密封，使炭纤维及其原料处于氮气氛围中，避免与氧气的接触，防止氧化的发生。

氮气除了可以对炭纤维的生产环境进行密封，气体密封管103的出料口的一端的密封管气孔312输出的氮气还可以对生产出的炭纤维进行冷却，避免炭纤维离开气体密封管103后温度过高而与氧气发生反应，从而有利于保持炭纤维的品质和产量。

请再参阅图1，密封传动组件104中的辊棒304作为主要的传动件102，由外界的电机111驱动。辊棒304的两端伸出外密封框架101外，并采用斜齿轮和变频器、电机111的配合，从而实现分段变频传动。当设置有多个传动件102时，可以利用分布式控制系统对每一个电机111的运转进行控制。

参阅图6，密封传动组件104中的外套管308起到加固辊棒304与气体密封管103之间的连接牢固程度和密闭性的作用。本实施例中，外套管308中的左侧支管307和右侧支管306均采用由耐火、耐腐蚀的材料制作而成的孔砖。

左侧支管307和右侧支管306采用法兰与轴承铝座总成305的配合与辊棒304进行连接。基于连接的密封性和便利的需要，孔砖可以采用分段设计，每一段之间采用陶瓷棉垫作为垫板并且采用螺栓和螺母的配合进行连接。

加热组件105包括多个加热器400，多个加热器400分别位于多个传动件102的上下两侧。加热器400分别设置在传动件102的上下两侧，则气体密封炉体200内的温度场更加均匀，使得放置于传动件102上的炭纤维原料可以更均匀地受热，从而有利于提高炭纤维生产效率和生产质量。加热器400可以采用市售设备，本发明不对其作具体限定。例如，加热器400可以采用加热器400。参阅图7，加热器400包括内侧陶瓷棒402、电阻丝403以及外侧陶瓷套401。外侧陶瓷套401设置有容置腔，内侧陶瓷棒402套设置于容置腔内，电阻丝403位于容置腔内并绕设于内侧陶瓷棒402。

采用陶瓷材料制作而成的内侧陶瓷棒402具有较高的耐热性能，在高温作用下不容易发生变形等问题，并且也可以防止电阻丝403的形变，而且其传热效率高，可以提高热能利用率。电阻丝403外再套设由陶瓷材料制作而成的外侧陶瓷套401，可以对电阻丝403起到保护作用，防止电阻丝403直接与气体密封炉体200的其他物体接触，从而避免发生电阻丝403被损坏的问题。

进一步地，为了提高加热器对气体密封炉体200内加热作用的均匀性，电阻丝403在内侧陶瓷棒402上的绕制方式可优选为：电阻丝403邻近气体密封炉体200内侧壁的部分的绕制密度大于电阻丝403远离气体密封炉体200内侧壁的绕制密度。电阻丝403采取两侧紧密、中间疏松的方式绕设于内侧陶瓷棒402，这样可以使得炉内各个位置的温度更加均匀。

参阅图1、图10，较佳地，炭纤维连续生产活化炉100还包括气体输入管107，气体输入管107与炉腔108连通。利用气体输入管107向气体密封炉体200内部输入氮气，利用氮气的扰动使得气体密封炉体200内的热空气发生运动、流通，从而减小气体密封炉体200内的温度差，保持温度场的均匀性，以提高炭纤维的受热均匀性。

进一步地，气体输入管107从气体密封炉体200的顶部伸入，并且位于气体密封炉体200的两侧。从气体密封炉体200的两侧和顶部吹入氮气，使得热空气的受到更好的扰动，更有利于热空气在气体密封炉体200内的扩散。为了使氮气更加的均匀地输入到气体密封炉体200内，气体输入管107的管壁设置多个输入管气孔，以使氮气的输入更加均匀。

气体输入管107还可与气体密封管103连接，并且气体输入管107的管腔与气体密封管103的管腔连通，气体密封管103设置有多个密封管气孔312。密封气孔可以作为氮气的排放孔，从而向炭纤维输送氮气。

由于炭纤维生产过程中会产生废气，因此，气体密封炉体200还可设置废气排放口，废气排放口与炉腔108连通。废气排放口的位置，可以根据进行设置，例如，将废气排放口设置于气体密封炉体200的顶部。氮气排放口可还以连接气泵等设备，以便将气体密封炉体200内的废气排出。

参阅图8，加湿组件包括相互匹配的加湿管501和加湿器(图中未绘出)。其中，加湿管501设置于炉腔108内，加湿器设置于外密封框架101外，加湿器与加湿管501连接。本实施例中，加湿管501采用“亚”字形的金属管，多根“亚”字形金属管通过各种弯头、三通等管道连接件进行连接，加热器可采用水蒸汽发生器。炭纤维连续生产活化炉100设置加湿管501，通过向气体密封炉体内释放水蒸气对炭纤维进行活化。可以理解的是，还可以通过其他方式对炭纤维进行活化处理。为了使炭纤维能够与水蒸气更充分接触，加湿组件还设置有加湿孔砖106，加湿孔砖106设置于炉腔108内。加湿管501位于炉腔108内底壁与加湿孔砖106之间，则加湿管501排出的水蒸气可以通过加湿孔砖106更加均匀地分布于气体密封炉体200内。在发明的其他实施例中，还可以加湿管501还可连接水蒸气孔板的结构，以使水蒸气更均匀地分散。

为了对生产的炭纤维进行冷却，可以在炉腔108内设置水箱504，水箱504内通入循环水。参阅图9，具体地，水箱504包括箱壳505和箱内管506，箱内管506呈蛇形设置于箱壳505内。水箱504设置在炭纤维的输送方向上，远离气体密封管103的出口并且邻近辊棒304。当生产的炭纤维经过气体密封管103的出口后，炭纤维与水箱504的表面接触。由于水箱504内通入有水，则炭纤维通过水箱504与水进行热交换，从而降低温度。水箱504的设置可以减少炭纤维连续生产活化炉100内炭纤维冷却段的设置，从而减小气体密封炉体200的尺寸。此外，通过水冷的方式，也避免了炭纤维的温度太高，进而避免高温的炭纤维与空气中的氧气反应。

在炭纤维的生产过程中，可能会产生煤焦油。煤焦油受热会形成焦油蒸汽，而焦油蒸汽冷却时又会结成焦油。煤焦油在气体密封炉体200内会污染炭纤维以及生产原料，从而导致炭纤维产品的品质的下降。为了减小煤焦油对炭纤维生产的影响，炭纤维连续生产活化炉100还包括排焦装置。参阅图10，排焦装置包括排焦连接管以及排焦罐502。排焦罐502设置于外密封框架101外，气体密封炉体200设置有与炉腔108连通的排焦孔。排焦连接管的一端通过排焦孔与气体密封炉体200连接，排焦连接管的另一端穿过外密封框架101与排焦罐502的进料口连接。

排焦罐502可以采用不锈钢制作为双层结构，以提高其强度。为了使焦油蒸汽能够顺利地由气体密封炉体200内进入排焦罐502，可以使设置于气体密封炉体200上的排焦孔的竖直高度大于排焦管的进料口的高度，并且气体密封炉体200与排焦罐502之间采用具有一个倾斜面503的连接管道连接。

参阅图10，连接管道的倾斜面503邻近排焦孔的一侧的竖直高度大于倾斜面503邻近排焦罐502一侧的竖直高度。采用具有倾斜面503的连接管道，使得焦油可更顺畅地进入排焦罐502，减少发生焦油回流入气体密封炉体200的情况。排焦罐502既可联接冷凝水，也可连接热蒸汽或热水，以便于焦油的收集或排出。

另外，还可以在上述具有倾斜面503的连接管道上连接加热带，以避免连接管道发生堵塞。为了方便更换和清洁排焦罐502，排焦罐502可采用快接法兰与排焦连接管连接。当需要更换除焦罐时，封闭排焦孔，防止气体密封炉体200内气体泄漏，同时保持外界气体环境与气体密封炉体200内气体环境的隔离，避免相互污染的问题。通过将气体密封炉体200内的焦油蒸汽抽出，然后在排焦罐502内冷却存储，使气体密封炉体200内的环境保持相对的洁净，以利于炭纤维的生产。

炭纤维的生产过程中产生的煤焦油受热蒸发，进而可能会产生焦油蒸汽附着于气体密封炉体200的内顶壁的问题。本实施例中，针对设置有排焦孔的部分气体密封炉体200的顶部设置为拱顶109结构。

参阅图1和图10，拱顶109结构的设计，使气体密封炉体200的内顶壁为弧形结构，从而提高了焦油蒸汽在该内顶壁的附着难度，更不易产生焦油蒸汽在该内顶壁凝结成煤焦油的情况。因此，采用拱顶109结构的设计，气体密封炉体200的顶部更易于保持清洁，并且拱顶109结构的砌筑更方便、牢固程度更高。

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 (10)

1.一种炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，包括：外密封框架、气体密封炉体、密封传动组件、加热组件以及加湿组件，所述气体密封炉体设置于所述外密封框架内；

所述密封传动组件包括两端设置有开口的气体密封管以及多个传动件，所述气体密封管位于所述气体密封炉体的炉腔内，所述多个传动件间隔且转动设置于所述气体密封管内，并且每个所述传动件的两端均伸出所述外密封框架；

所述加热组件设置于所述气体密封炉体内并与所述气体密封炉体连接；所述加湿组件包括相互匹配连接的加湿管和加湿器，所述加湿管设置于所述炉腔内，所述加湿器设置于所述外密封框架外。

2.根据权利要求1所述的炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，所述炭纤维连续生产活化炉还包括气体输入管，所述气体输入管与所述炉腔连通。

3.根据权利要求2所述的炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，所述气体输入管的管壁设置多个输入管气孔。

4.根据权利要求2或3所述的炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，所述气体输入管与所述气体密封管连接，并且所述气体输入管的管腔与所述气体密封管的管腔连通，所述气体密封管的内壁设置有多个密封管气孔。

5.根据权利要求1所述的炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，所述加热组件包括多个加热器，所述多个加热器分别位于所述多个传动件的上下两侧。

6.根据权利要求5所述的炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，每个所述加热器均包括内侧陶瓷棒、电阻丝以及外侧陶瓷套，所述外侧陶瓷套设置有容置腔，所述内侧陶瓷棒套设置于所述容置腔内，所述电阻丝位于所述容置腔内并绕设于所述内侧陶瓷棒。

7.根据权利要求1所述的炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，所述气体密封炉体还设置有废气排放口，所述废气排放口与所述炉腔连通。

8.根据权利要求1所述的炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，所述炭纤维连续生产活化炉还包括：排焦装置，所述排焦装置包括排焦连接管以及排焦罐，所述排焦罐设置于所述外密封框架外，所述气体密封炉体设置有与所述炉腔连通的排焦孔，所述排焦连接管的一端通过所述排焦孔与所述气体密封炉体连接，所述排焦连接管的另一端穿过所述外密封框架与所述排焦罐的进料口连接。

9.根据权利要求1所述的炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，所述炭纤维连续生产活化炉还包括：每个所述传动件包括辊棒和外套管，所述辊棒包括左侧连接部、中间输运部以及右侧连接部，所述外套管包括左侧支管和右侧支管，所述左侧连接部通过所述左侧支管与所述气体密封管的左侧壁连接，所述右侧连接部通过所述右侧支管与所述气体密封管的右侧壁连接。

10.根据权利要求1所述的炭纤维连续生产活化炉，其特征在于，所述加湿组件还包括加湿孔砖，所述加湿孔砖设置于所述炉腔内，并且所述加湿管位于所述炉腔内底壁与所述加湿孔砖之间。