CN110284217A - 一种组合式的热风循环炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式的热风循环炉，加热工作温度为200‑800°C。包括保温层（1）、回风孔（2）、气体分配盘（3）、金属网带（4）、轨道（5）、组合式翅片加热盘（6）、补充新风管道（7）、过滤网（8）、回风风道（9）、循环风机（10）、网带通道（11）、送风风道（12）和排废管道（13）。本发明利用组合式翅片加热盘（6）同时实现循环风的分配和加热，在降低风道风阻的同时提高加热的均匀性和效率；通过可拆卸使的过滤网设计，结合补充新风管道捕获炉内焦油和粉尘，实现工艺下炉内气氛的自清洁。本发明还可以根据具体热工设备的使用需求，进行若干热风循环单元的组装，实现规模化的连续式热处理工艺。
Description
技术领域
本发明属于炭纤维连续长丝高温热处理处理设备领域，具体涉及一种组合式的热风循环炉，用于中间相沥青基碳纤维制备中的预氧化和炭化等工序。
背景技术
中间相沥青基碳纤维由中间相沥青经过纺丝、预氧化、炭化和石墨化等工序制得。中间相沥青纺丝后得到中间相沥青纤维，由于中间相沥青纤维的强度很低，只有10-50MPa，无法通过牵伸进行规模化的预氧化。诸多实践表明，通过连续式的预氧化炉和炭化炉进行稳定化处理和炭化处理是一个具有前景的产业化生产途径。热风循环炉和电阻加热炉相比，一方面温度均匀性更好，提高了物料工艺温度的均匀性；另一方面，热风能够带走物料发生化学反应时产生的热量，避免了氧化时中间相沥青纤维局部熔并的产生。目前，适合中间相沥青纤维规模化生产的连续式热风循环炉鲜有报道，特别是实际生产过程中温度均匀性的控制、焦油废丝的脱除、持续升温工艺与设备的匹配和风道风阻的优化等诸多问题仍待解决。这些都严重制约了我国中间相沥青基炭纤维的国产化和应用推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种组合式的热风循环炉。该设备的特点是风道阻力更小，风速和温度的均匀性更好，可及时清除风道内部产生的毛丝和焦油，可根据具体热工设备的使用需求，进行若干热风循环单元的组装，实现规模化的连续式热处理工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种组合式的热风循环炉，包括保温层、回风孔、气体分配盘、金属网带、轨道、组合式翅片加热盘、补充新风管道、过滤网、回风风道、循环风机、网带通道、送风风道和排废管道。炉内分为左右两部分，右侧为上部的回风风道和下部的送风通道，右侧侧壁面安装有循环风机，提供循环风动力，左侧为多层结构，从上到下依次为回风孔、气体分配盘、金属网带和轨道、组合式翅片加热盘，炉内四周安装有保温层，气体分配盘由多孔金属板构成，位于回风孔下侧，气体分配盘上开孔的区域与回风孔的尺寸和形状相对应；金属网带和轨道位于组合式翅片加热盘上方，气体分配盘下方，金属网带上面是物料的网带通道，组合式翅片加热盘由金属加热管和金属翅片复合而成，金属翅片的方向平行于竖直平面，且由上下两层翅片加热盘构成，两层加热盘的金属加热管在空间上呈垂直排列；热风循环炉回风风道的上部设计有垂直过滤网，补新风管道上呈“┴”型，位于回风孔上侧，与外部供气系统相连，补充新风气管下端开有小圆孔，小圆孔朝向过滤网；送风风道下侧设计一个排废管道，排废管道的开度由阀门控制。
将热风循环炉作为一个单元，多个单元组合，组合数为3-100个；单元与单元之间通过金属网带、轨道和网带通道连接，网带通道的上下间距为5-20cm；每个单元可以单独控制循环风机转速和组合式翅片加热盘的加热功率。
组合式翅片加热盘加热温度控制在200-800ºC。
保温层中的保温材料是碳毡和陶瓷纤维保温棉。
组合式翅片加热盘由金属加热管和金属翅片复合而成，金属翅片的材质为铜，翅片之间的间距为10-30cm；金属翅片的方向平行于竖直平面，且由上下两层翅片加热盘构成，两层加热盘的金属加热管在空间上呈垂直排列，平面距离为5-15cm，实现循环风的分配和加热。
所述的过滤网的孔径为1-10mm；
所述的补新风管道的小圆孔直径为1-3mm，小圆孔之间的间距为1-3mm。
循环风机提供设备内部的循环风动力，频率为20-50Hz。
所述的气体分配盘孔径大小为10mm，孔径间距为5mm，呈花洒式均匀排布。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、组合式翅片加热盘在保证气体分配的同时对气体进行均匀加热，既优化了热风循环炉内部的温度均匀性，又降低了能源损耗。
2、热风循环炉上部回风风道设计有可拆卸式的过滤网和补充新“┴”型风管道，在更新反应气体的同时降低了过滤网的表面温度，使循环风道内部形成一个局部的冷点，循环风中的毛丝被过滤网捕获，循环风中的焦油在过滤网上冷凝。可拆卸式设计便于随时更换，实现炉内的自清洁。
3、热风循环炉为可组合式的单元，单元与单元之间通过金属网带、轨道和网带通道相互连接，每个单元可以单独控制循环风机转速和组合式翅片加热盘的加热功率。可根据工艺条件设计组合单元的数量、进气的种类和流量、风机的转速等参数，实现一个单元多种组合多种用途。
附图说明
图1为本发明的一种组合式的热风循环炉。
附图标记说明:
1-保温层、2-回风孔、3-气体分配盘、4-金属网带、5-轨道、6-组合式翅片加热盘、7-补充新风管道、8-过滤网、9-回风风道、10-循环风机、11-网带通道、12-送风风道和13-排废管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明炉内分为左右两部分，右侧为上部的回风风道9和下部的送风通道12，右侧侧壁面安装有循环风机10，提供循环风动力，左侧为多层结构，从上到下依次为回风孔2、气体分配盘3、金属网带4和轨道5、组合式翅片加热盘6，炉内四周安装有保温层1，气体分配盘3由多孔金属板构成，位于回风孔2下侧，气体分配盘3上开孔的区域与回风孔2的尺寸和形状相对应；金属网带4和轨道5位于组合式翅片加热盘6上方，气体分配盘3下方，金属网带4上面是物料的网带通道11，组合式翅片加热盘6由金属加热管和金属翅片复合而成，金属翅片的方向平行于竖直平面，且由上下两层翅片加热盘构成，两层加热盘的金属加热管在空间上呈垂直排列；热风循环炉上部的回风风道9设计有可拆卸式的垂直过滤网8，补充新风管道呈“┴”型，位于炉内左侧部分的回风孔2上方，与外部供气系统相连，补充新风气管7下端开有小圆孔，小圆孔朝向过滤网8，过滤网8右侧为回风风道9。
利用组合式翅片加热盘6同时实现循环风的分配和加热，在降低风道风阻的同时提高加热的均匀性和效率。组合式翅片加热盘6，由金属加热管和金属翅片复合而成，金属翅片的材质为铜，翅片之间的间距为10cm；金属翅片的方向平行于竖直平面，且由上下两层翅片加热盘构成，两层加热盘的金属加热管在空间上呈垂直排列，平面距离为5cm，确保循环风经过组合式翅片加热盘6时风量被均匀分配和加热。热风循环炉上部回风风道设计有可拆卸式的过滤网8和补充新风管道7；过滤网的孔径为2mm；气管下部与过滤网8平面平行，其上布有直径为1mm的小圆孔，小圆孔之间的间距为1mm，并朝向过滤网8吹气。循环风机10提供设备内部的循环风动力，频率为20Hz。循环风机10下侧的送风风道12设计一个排废管道13，排废管道13的开度由阀门控制，送风风道12为变截面。气体分配盘3孔径大小为10mm，孔径间距为5mm，呈花洒式均匀排布。
利用50个上述热风循环炉单元组成一个预氧化炉，加热温度控制在150-350ºC，补新风管道通入空气，设为每个小区的温度为上个小区的温度+4 ºC，即可满足氧化工艺需求。此时，温度均匀性可知在±1 ºC，预氧丝氧化程度均匀，质量好。
实施例2
本实施例为本发明的一个具体实施方式，具体为以下步骤：
热风循环炉为可组合式的单元，组合数为20个单元；单元与单元之间通过金属网带4、轨道5和网带通道11相互连接，网带通道11的上下间距为20cm；每个单元可以单独控制循环风机10转速和组合式翅片加热盘6的加热功率；热风循环炉单元的风道位于保温层1的内部，保温层中的保温材料为碳毡。利用组合式翅片加热盘6同时实现循环风的分配和加热，在降低风道风阻的同时提高加热的均匀性和效率。组合式翅片加热盘6有金属加热管和金属翅片复合而成，金属翅片的材质为铜，翅片之间的间距为30cm；金属翅片的方向平行于竖直平面，且由上下两层翅片加热盘构成，两层加热盘的金属加热管在空间上呈垂直排列，平面距离为5-15cm，确保循环风经过组合式翅片加热盘6时风量被均匀分配和加热。热风循环炉上部回风风道设计有可拆卸式的过滤网8和补充新风管道7；过滤网的孔径为10mm；补新风管道7上呈“┴”型，气管下部与过滤网8平面平行，其上布有直径为3mm的小圆孔，小圆孔之间的间距为3mm，并朝向过滤网8吹气。循环风机10提供设备内部的循环风动力，频率为20-50Hz。循环风机10下侧的送风风道12设计一个排废管道（13），排废管道13的开度由阀门控制，送风风道12为变截面。金属网带4和轨道5位于组合式翅片加热盘6上方，位于气体分配盘3下方，上面放着物料通过网带通道11在每个热风循环炉单元之间输送。气体分配盘3由多孔金属板构成，位于回风孔2下侧，分配盘3上开孔的区域与回风孔2的尺寸和形状相对应；气体分配盘3孔径大小为10mm，孔径间距为5mm，呈花洒式均匀排布。
利用20个上述热风循环炉单元组成一个炭化炉，加热温度控制在350-750ºC，补新风管道通入氮气，设为每个小区的温度为上个小区的温度+20 ºC，即可满足炭化工艺需求。此时，温度均匀性可知在±2 ºC，碳纤维的结构均匀，质量好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种组合式的热风循环炉，其特征为：炉内分为左右两部分，右侧为上部的回风风道（9）和下部的送风通道（12），右侧侧壁面安装有循环风机（10），提供循环风动力，左侧为多层结构，从上到下依次为回风孔（2）、气体分配盘（3）、金属网带（4）和轨道（5）、组合式翅片加热盘（6），炉内四周安装有保温层（1），气体分配盘（3）由多孔金属板构成，位于回风孔（2）下侧，气体分配盘（3）上开孔的区域与回风孔（2）的尺寸和形状相对应；金属网带（4）和轨道（5）位于组合式翅片加热盘（6）上方，气体分配盘（3）下方，金属网带（4）上面是物料的网带通道（11），组合式翅片加热盘（6）由金属加热管和金属翅片复合而成，金属翅片的方向平行于竖直平面，且由上下两层翅片加热盘构成，两层加热盘的金属加热管在空间上呈垂直排列；热风循环炉上部的回风风道（9）设计有可拆卸式的垂直过滤网（8）和补充新风管道（7），补新风管道（7）上呈“┴”型，位于回风孔（2）上侧，与外部供气系统相连，补充新风气管（7）下端开有小圆孔，小圆孔朝向过滤网（8）；送风风道（12）下侧设计一个排废管道（13），排废管道（13）的开度由阀门控制。
2.根据权利要求1所述的一种组合式的热风循环炉，其特征在于：将热风循环炉作为一个单元，多个单元组合，组合数为3-100个；单元与单元之间通过金属网带（4）、轨道（5）和网带通道（11）连接，网带通道（11）的上下间距为5-20cm；每个单元可以单独控制循环风机（10）转速和组合式翅片加热盘（6）的加热功率。
3.根据权利要求1所述的一种组合式的热风循环炉，其特征在于：组合式翅片加热盘（6）加热温度控制在200-800ºC。
4.根据权利要求1所述的一种组合式的热风循环炉，其特征在于：保温层中的保温材料是碳毡和陶瓷纤维保温棉。
5.根据权利要求1所述的一种组合式的热风循环炉，其特征在于：组合式翅片加热盘（6）由金属加热管和金属翅片复合而成，金属翅片的材质为铜，翅片之间的间距为10-30cm；金属翅片的方向平行于竖直平面，且由上下两层翅片加热盘构成，两层加热盘的金属加热管在空间上呈垂直排列，平面距离为5-15cm，实现循环风的分配和加热。
6.根据权利要求1所述的一种组合式的热风循环炉，其特征在于：所述的过滤网（8）的孔径为1-10mm。
7.根据权利要求1所述的一种组合式的热风循环炉，其特征在于：所述的补新风管道（7）的小圆孔直径为1-3mm，小圆孔之间的间距为1-3mm。
8.根据权利要求1所述的一种组合式的热风循环炉，其特征在于：循环风机（10）提供设备内部的循环风动力，频率为20-50Hz。
9.根据权利要求1所述的一种组合式的热风循环炉，其特征在于：所述的气体分配盘（3）孔径大小为10mm，孔径间距为5mm，呈花洒式均匀排布。
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Room 2202, building F1, Lugu Yuyuan, No.27 Wenxuan Road, high tech Development Zone, Changsha City, Hunan Province Patentee after: Hunan Dongying Carbon Materials Technology Co.,Ltd. Address before: Room 2202, building F1, Lugu Yuyuan, No.27 Wenxuan Road, high tech Development Zone, Changsha City, Hunan Province Patentee before: HUNAN DONGYING CARBON MATERIAL TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A combined hot air circulation furnace Effective date of registration: 20230719 Granted publication date: 20211026 Pledgee: Changsha Xingxiang sub branch of China Construction Bank Co.,Ltd. Pledgor: Hunan Dongying Carbon Materials Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980048813 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 410000, No. 467 Xianjiahu West Road, Lugu Street, Xiangjiang New District, Changsha City, Hunan Province Patentee after: Hunan Dongying Carbon Materials Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 2202, building F1, Lugu Yuyuan, No.27 Wenxuan Road, high tech Development Zone, Changsha City, Hunan Province Patentee before: Hunan Dongying Carbon Materials Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |