CN111394835A - 一种碳纤维氧化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种碳纤维氧化炉，包括炉体，所述炉体设有一入口、一出口和一热风循环系统，其特征在于，所述炉体内具有多个循环风道，多束碳纤维丝束通过外部牵引辊子牵引自所述入口进入所述炉体的循环风道，所述热风循环系统包括电加热器、循环风机以及气体均匀分配器，所述循环风机位于所述电加热器前端，所述循环风道的出风口设置气体均匀分配器，所述热风在循环风机的驱动下进入所述电加热器加热再经气体均匀分配器将热风调整为均匀一致的水平热风，调整后的水平热风进入所述循环风道持续对碳纤维丝束加热氧化。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维生产技术领域，尤其涉及一种水平吹风式碳纤维氧化炉设备。
背景技术
碳纤维是一种新兴的纤维材料，具有极高的强度和刚度，耐高温高压，耐腐蚀烧蚀，以其优异的性能被广泛应用于航空航天、军事、体育休闲和工业领域中，而且需求量呈快速增长趋势。碳纤维是一种碳含量超过90％的纤维状碳材料,是以有机纤维—聚丙烯晴(PAN)纤维、粘胶纤维、沥青纤维等原丝经过预氧化、碳化、石墨化等高温固相反应工艺过程制备而成，由有择优取向的石墨微晶构成，因而具有很高的强度和弹性模量(刚性)。它的比重一般为1.70～1.80g/cm 3，强度为1200～7000MPa，弹性模量为200～400GPa，热膨胀系数接近于零。
生产高品质的PAN基碳纤维是一个系统工程，从原丝的生产到预氧化、碳化以及后面的表面处理，影响碳纤品质的因素众多，其中预氧化过程就是一个重要环节，也是制约生产的瓶颈。目前，PAN的预氧化工艺过程须达到50～120min，所以预氧化炉的效率成为控制生产碳纤维周期的主要因素。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种碳纤维氧化炉，包括炉体，所述炉体设有一入口、一出口和一热风循环系统，其特征在于，所述炉体内具有多个循环风道，多束碳纤维丝束通过外部牵引辊子牵引自所述入口进入所述炉体的循环风道，所述热风循环系统包括电加热器、循环风机以及气体均匀分配器，所述循环风机位于所述电加热器前端，所述循环风道的出风口设置气体均匀分配器，所述热风在循环风机的驱动下进入所述电加热器加热再经气体均匀分配器将热风调整为均匀一致的水平热风，调整后的水平热风进入所述循环风道持续对碳纤维丝束加热氧化。
于一实施例中，所述炉体设置一供新鲜热风注入的新蒸汽补充管线，新鲜热风经所述新蒸汽补充管线注入所述循环风道。
于一实施例中，所述炉体分为上、下炉体，共两层，每一层所述炉体具有前炉体和后炉体，所述上、下炉体布置结构相同且所述上、下炉体不连通，所述前、后炉体连通。
于一实施例中，所述热风循环系统分别位于上炉体的前炉体、后炉体和下炉体的前炉体、后炉体。
于一实施例中，多束碳纤维丝束通过外部牵引辊子牵引从入口进入炉体的上炉体，在所述外部牵引辊子牵引下先在上炉体内反复循环，再进入炉体的下炉体反复循环，来自所述热风循环系统的热风对所述碳纤维丝束预氧化，预氧化后的碳纤维丝束从出口离开炉体。
于一实施例中，所述炉体内设置有密封流道，所述密封流道位于炉体的入口、出口处，且与所述炉体的入口、出口连通。
于一实施例中，所述炉体连接一气体收集管线，所述气体收集管线与所述密封流道出口连通。
于一实施例中，所述炉体设有检查门，所述检查门位于所述炉体中间。
于一实施例中，所述炉体设有炉体排气管线。
于一实施例中，所述炉体的入口和出口布置进出口密封气管线，所述进出口密封气管线靠近密封流道设置。
本申请提供的碳纤维氧化炉，本申请提供的碳纤维氧化炉，热风循环系统、电加热控制可以实现温度控制准确，温差波动小，可以满足碳纤维丝束在氧化炉中反应温度需求，有利于设备长期稳定运行。本申请的碳纤维丝束氧化炉炉体内的风道流场迹线形态有助于提高碳纤维丝束的预氧化效果，提高碳纤维丝束品质，另外整个碳纤维丝束加热氧化过程温度可控，加热效率高效。
附图说明
图1为碳纤维氧化炉结构示意图。
图2为炉体内的热风的风向与风道示意图。
图3为炉体内的热风的风道流场迹线。
其中附图标记为：
入口1
气体收集管线2
炉体3
电加热器4
循环风机5
炉体排气管线6
新蒸汽补充管线7
进出口密封气管线8
出口9
检查门10
密封流道11
弓形热风a
水平热风a1
弧形热风a2
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下：
本发明提供一种碳纤维氧化炉，图1为碳纤维氧化炉结构示意图。图2为炉体内的热风的风向与风道示意图。图3为炉体内的热风的风道流场迹线。该碳纤维氧化炉包括炉体3和其他附属部件组成，所述炉体3设有一入口1、一出口9，在所述炉体内设有驱动并加热循环风的热风循环系统，炉体内为循环风道，所述热风循环系统包括电加热器4、循环风机5以及气体均匀分配器(未标出)，所述循环风机位于所述电加热器4前端，循环风道的出风口安装设置有气体均匀分配器，所述热风在循环风机5的驱动下进入所述电加热器4加热再经气体均匀分配器将热风调整为均匀一致的水平热风，调整后的水平热风进入循环风道持续对碳纤维丝束加热氧化。
经所述热风循环系统加热的热风水平吹向所述碳纤维丝束进行预氧化，碳纤维丝束在炉体内的运行轨迹如下：多束碳纤维丝束通过外部牵引辊子牵引从入口1进入炉体3的上炉体内，于本实施例中，对多束碳纤维丝束加热的热风的风向是水平方向，风向与碳纤维丝束方向相垂直，防止碳纤维丝被吹散，在所述外部牵引辊子牵引下先在上炉体内反复循环，再进入炉体3的下炉体反复循环，来自所述热风循环系统的热风对所述碳纤维丝束加热氧化，氧化后的碳纤维丝束从出口9离开炉体3。
参照图1，炉体3分为上、下炉体，共两层，每一层所述炉体具有前炉体和后炉体，所述上、下炉体布置结构相同且所述上、下炉体不连通，所述前、后炉体连通。上、下炉体的所有附属部件呈相同布置，前后炉体呈对称布置。附属部件包括气体收集管线2、电加热器4、循环风机5、气体均匀分配器，炉体排气管线6、新蒸汽补充管线7、进出口密封气管线8、检查门10。
于本实施例中，炉体内的热风的循环风道流场迹线参照图3，从图3中可看出，循环风道中热风流动呈弓形循环，弓形热风是由水平热风以及位于水平热风相对两端的弧形热风形成，其中水平热风主要用于对碳纤维丝束加热氧化，循环风道的出口即位于弧形热风所在处，所述炉体设置一新鲜热风注入的新蒸汽补充管线7，新鲜热风经新蒸汽补充管线7进入热风循环系统。
于本实施例中，所述热风循环系统包括该电加热器4、循环风机5以及气体均匀分配器，所述热风循环系统分别位于上炉体的前炉体和后炉体和下炉体的前炉体和后炉体。本申请中前、后的定义基于碳纤维丝束的运动，入口侧所在的位置为前炉体，出口侧所在位置为后炉体，参照图1，图1中，所述循环风机位于所述电加热器4前端，循环风道的出风口设置气体均匀分配器。新蒸汽补充管线7与上、下炉体连通，新蒸汽补充管线7的新鲜热风进入循环风机5，在循环风机5作用下进入电加热器4加热，参与热风循环中，所述热风循环是指热风在循环风机的驱使下进入电加热器4加热，加热后的热风对碳纤维丝束加热氧化。
参见图2，图2为炉体内的风向与风道示意图，如图2所示，于本实施例，对多束碳纤维丝束加热的热风的循环风道是水平的，风向是水平的。在此过程中热风以水平吹风方式一直加热氧化碳纤维丝束，新鲜热风由新蒸汽补充管线7进入热风循环系统。
再参照图1，在本实施例中，炉体内设置有密封流道11，密封流道位于炉体的入口、出口处且与所述入口、出口连通，密封流道11用以防止有害气体溢出炉体的出、入口，密封流道11均连接气体收集管线2，于具体实施例中，该气体收集管线2用以将炉体内溢出的有害气体导出，防止有害气体进入大气。
再参照图1，炉体3的入口1和出口9布置进出口密封气管线8，所述进出口密封气管线8靠近密封流道11设置。密封气通过该进出口密封气管线以气压形式持续冲击进出口处的密封流道11，进入炉体的密封气压强大于炉体压强，防止来自炉体的有害气体溢出密封流道11，如其中有部分的有害气体溢出密封流道11，该些有害气体再进入气体收集管线2排出，气体收集管线2的末端可连接一废气处理器，具体可为一燃烧器或者一气体清洗装置，有害气体经处理满足排放条件。
再参照图1，炉体3设置检查门10及炉体排气管线6，打开检查门10可调节密封流道11气体喷射角度，该炉体排气口设置在炉体的中间上方，炉体内的有毒气体自该炉体排气管线排出，炉体排气管线末端连接一废气处理器，具体可为一燃烧器或者一气体清洗装置，有害气体经处理满足排放条件。
综上所述，本申请提供的碳纤维氧化炉，热风循环系统、电加热控制可以实现温度控制准确，温差波动小，可以满足碳纤维丝束在氧化炉中反应温度需求，有利于设备长期稳定运行。本申请的碳纤维丝束氧化炉炉体内的风道流场迹线形态有助于提高碳纤维丝束的预氧化效果，提高碳纤维丝束品质，另外整个碳纤维丝束加热氧化过程温度可控，加热效率高效。
Claims (10)
1.一种碳纤维氧化炉，包括炉体(3)，所述炉体(3)设有一入口(1)、一出口(9)和一热风循环系统，其特征在于，所述炉体内具有多个循环风道，多束碳纤维丝束通过外部牵引辊子牵引自所述入口进入所述炉体的循环风道，所述热风循环系统包括电加热器(4)、循环风机(5)以及气体均匀分配器，所述循环风机位于所述电加热器前端，所述循环风道的出风口设置气体均匀分配器，所述热风在循环风机(5)的驱动下进入所述电加热器加热再经气体均匀分配器将热风调整为均匀一致的水平热风，调整后的水平热风进入所述循环风道持续对碳纤维丝束加热氧化。
2.如权利要求1所述的碳纤维氧化炉，其特征在于，所述炉体设置一供新鲜热风注入的新蒸汽补充管线(7)，新鲜热风经所述新蒸汽补充管线(7)注入所述循环风道。
3.如权利要求1所述的碳纤维氧化炉，其特征在于，所述炉体分为上、下炉体，共两层，每一层所述炉体具有前炉体和后炉体，所述上、下炉体布置结构相同且所述上、下炉体不连通，所述前、后炉体连通。
4.如权利要求3所述的碳纤维氧化炉，其特征在于，所述热风循环系统分别位于上炉体的前炉体、后炉体和下炉体的前炉体、后炉体。
5.如权利要求3所述的碳纤维氧化炉，其特征在于，多束碳纤维丝束通过外部牵引辊子牵引从入口(1)进入炉体(3)的上炉体，在所述外部牵引辊子牵引下先在上炉体内反复循环，再进入炉体(3)的下炉体反复循环，来自所述热风循环系统的热风对所述碳纤维丝束预氧化，预氧化后的碳纤维丝束从出口(9)离开炉体(3)。
6.如权利要求1所述的碳纤维氧化炉，其特征在于，所述炉体内设置有密封流道，所述密封流道位于炉体的入口、出口处，且与所述炉体的入口、出口连通。
7.如权利要求6所述的碳纤维氧化炉，其特征在于，所述炉体连接一气体收集管线，所述气体收集管线与所述密封流道出口连通。
8.如权利要求1所述的碳纤维氧化炉，其特征在于，所述炉体(3)设有检查门，所述检查门位于整个所述炉体中间。
9.如权利要求1所述的碳纤维氧化炉，其特征在于，所述炉体设有炉体排气管线(6)。
10.如权利要求6所述的碳纤维氧化炉，其特征在于，所述炉体(3)的入口(1)和出口(9)布置进出口密封气管线(8)，所述进出口密封气管线(8)靠近密封流道设置。
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