CN111578698A - 一种适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉 - Google Patents

一种适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉 Download PDF

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Abstract

一种适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，包括炉膛和进气主管，炉膛内设有预热缓冲腔，炉膛下方设有储气缓冲腔，储气缓冲腔下方均匀设置有多个进气缓冲腔，进气主管通过多根进气支管与各进气缓冲腔连通，进气缓冲腔与储气缓冲腔之间均匀设置有多个第一通气孔，储气缓冲腔与预热缓冲腔之间均匀设置有多个第二通气孔，预热缓冲腔内设有下加热组件，预热缓冲腔上方设有下分离隔板，下分离隔板上均匀设置有多个第三通气孔，各第一通气孔的流通面积之和为S1、各第二通气孔的流通面积之和为S2、各第三通气孔的流通面积之和为S3，则S1＜S2＜S3。本发明具有能够充分预热进气气氛，降低进气压力和流速，气氛充满炉膛，保证生产材料品质等优点。

Description

一种适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉
技术领域
本发明涉及碳化硅纤维热处理设备，尤其涉及一种适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉。
背景技术
目前，国内无适应碳化硅纤维生产工艺中聚碳硅烷(PCS)纤维不熔化处理工艺与热交联处理工艺结合的连续化生产设备，由于该纤维非常脆弱，周围环境气流速度不允许超过0.1m/s，否则纤维极易断裂。传统辊道炉采用支管分路进气方式，每节炉体、每个温区即是一根支路气管进气，支管伸入炉体，在耐火材料砌体中再分成若干点进气，一般进气点排布于一直线上，无法在整个温区底部整体进气，故气流相对集中，且气流速度相对较快，流向紊乱，无法满足碳化硅纤维热处理工艺要求。进一步地，进气管路无预热结构，工艺气氛进入炉膛内仍然是相对温度较低状态，冷态气流冲击炉膛内气氛，影响炉膛温度均匀性。另一方面，该纤维要求生产环境具有较高的洁净度，尤其是无粉尘。现有辊道炉的炉膛一般采用耐火材料砌筑，耐火材料一般为轻质或重质隔热砖、陶瓷纤维板等，在使用过程中会产生粉尘，或者砖块有微小颗粒掉落，影响匣钵内物料洁净度，因此不能满足聚碳硅烷(PCS)纤维处理工艺对于生产环境的要求。此外，现有的辊道炉一般采用单支独立的加热元件间隔一定距离布置于炉膛的上下两侧，匣钵在中间承载材料传送经过，因为加热元件之间有间距，叠加炉内气流影响，造成炉膛内匣钵处温度不均匀，而碳化硅纤维生产过程中，中间产物聚碳硅烷(PCS)纤维不熔化处理工艺与热交联处理工艺的连续化生产时，对于工艺参数要求非常高，不熔化处理最高使用温度约250℃，热交联处理最高使用温度约500℃，在此种低温情况下，炉膛内匣钵处温度均匀性达到±5℃非常困难。进一步地，为了提高设备炉膛内温度均匀性，通常会将加热元件之间的间距设计的较小，导致元件数量增加，当元件数量较多时，需要逐一对每一支加热元件安装、更换，工作较费时。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够充分预热进气气氛，降低进气压力和流速，气氛充满炉膛，保证生产材料品质的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，包括炉膛和进气主管，所述炉膛内设有预热缓冲腔，炉膛下方设有储气缓冲腔，所述储气缓冲腔下方均匀设置有多个进气缓冲腔，所述进气主管通过多根进气支管与各进气缓冲腔连通，所述进气缓冲腔与储气缓冲腔之间均匀设置有多个第一通气孔，所述储气缓冲腔与预热缓冲腔之间均匀设置有多个第二通气孔，所述预热缓冲腔内设有下加热组件，预热缓冲腔上方设有下分离隔板，所述下分离隔板上均匀设置有多个第三通气孔，各第一通气孔的流通面积之和为S1、各第二通气孔的流通面积之和为S2、各所述第三通气孔的流通面积之和为S3，则S1＜S2＜S3。
作为上述技术方案的进一步改进：所述第一通气孔和第二通气孔均为长条形孔且相互错开，所述第三通气孔为圆孔。
作为上述技术方案的进一步改进：S2＝1.5S1～2.5S1，S3＝1.5S2～2.5S2。
作为上述技术方案的进一步改进：所述炉膛内设有排气缓冲腔，所述排气缓冲腔下方设有上分离隔板，所述上分离隔板上均匀设置有多个第四通气孔，所述炉膛上方设有与所述排气缓冲腔连通的排气管。
作为上述技术方案的进一步改进：所述炉膛顶部设有横向加强筋，所述排气管位于所述横向加强筋上方。
作为上述技术方案的进一步改进：所述排气缓冲腔内设有上加热组件，所述上加热组件和下加热组件均包括抽屉盒、加热电阻丝、支撑管及定位砖，所述抽屉盒配设有轨道，所述定位砖分设于所述抽屉盒的两端，定位砖上均匀开设有多个定位槽，所述支撑管设有多跟且端部一一对应的设于多个所述定位槽内，所述加热电阻丝绕设于各所述支撑管上。
作为上述技术方案的进一步改进：还包括炉壳及设于炉壳内侧的耐火材料砌层，所述耐火材料砌层内侧设有金属围板，所述金属围板围合形成所述炉膛，所述炉膛的两端设有膨胀节。
作为上述技术方案的进一步改进：所述膨胀节包括弹性折叠板以及分设于弹性折叠板两端的连接法兰，所述金属围板端部固设有端板，其中一所述连接法兰与所述端板固定连接。
作为上述技术方案的进一步改进：所述金属围板供输送辊棒穿过的部位设有通孔，所述通孔内设有耐磨环，所述耐磨环外周设有挡尘环。
作为上述技术方案的进一步改进：还包括支撑结构，所述支撑结构的中点与所述金属围板的中点焊接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，工作时，气氛由进气主管输入，然后经由各进气管路进入各进气缓冲腔内，实现第一次分流减压作用，进气缓冲腔内的气体通过第一通气孔进入储气缓冲腔内，采用大缓冲空间配合大流通面积的方式实现第二次减压减速作用，储气缓冲腔内的气体通过第二通气孔进入预热缓冲腔内，预热缓冲腔内设有下加热组件，采用大流通面积的方式对气流进行第三次减压减速作用并充分进行预热，工艺气体被加热之后通过下分离隔板上的第三通气孔均匀弥散至整个炉膛内，保证炉膛内工艺气氛均匀，被处理的碳化硅纤维周围气流速度小于0.1m/s，同时避免了进气气氛影响炉膛内温度均匀性的问题，保证生产材料的品质。
附图说明
图1是本发明适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉的主视结构示意图。
图2是本发明适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉的侧视结构示意图。
图3是本发明中的进气缓冲腔的主视结构示意图。
图4是本发明中的进气缓冲腔的俯视结构示意图。
图5是本发明中的第一通气孔的结构示意图。
图6是本发明中的第二通气孔的结构示意图。
图7是本发明中的第三通气孔或第四通气孔的结构示意图。
图8是本发明中的膨胀节放大后的立体结构示意图。
图9是本发明中的耐磨环和挡尘环放大后的结构示意图。
图10是本发明中的加热组件的立体结构示意图。
图中各标号表示：1、上加热组件；2、下加热组件；3、上分离隔板；31、第四通气孔；4、下分离隔板；41、第三通气孔；5、炉膛；51、预热缓冲腔；52、排气缓冲腔；53、横向加强筋；6、抽屉盒；61、轨道；7、加热电阻丝；8、支撑管；9、定位砖；91、定位槽；10、炉壳；20、耐火材料砌层；30、金属围板；301、端板；302、通孔；303、耐磨环；304、挡尘环；40、膨胀节；401、弹性折叠板；402、连接法兰；50、输送辊棒；60、支撑结构；70、挡条；80、进气主管；801、储气缓冲腔；802、进气缓冲腔；803、第一通气孔；804、第二通气孔；805、进气支管；90、排气管。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1至图10示出了本发明适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉的一种实施例，本实施例的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，包括炉膛5和进气主管80，炉膛5内设有预热缓冲腔51，炉膛5下方设有储气缓冲腔801，储气缓冲腔801下方均匀设置有多个进气缓冲腔802，进气主管80通过多根进气支管805与各进气缓冲腔802连通，进气缓冲腔802与储气缓冲腔801之间均匀设置有多个第一通气孔803，储气缓冲腔801与预热缓冲腔51之间均匀设置有多个第二通气孔804，预热缓冲腔51内设有下加热组件2，预热缓冲腔51上方设有下分离隔板4，下分离隔板4上均匀设置有多个第三通气孔41，各第一通气孔803的流通面积之和为S1、各第二通气孔804的流通面积之和为S2、各第三通气孔41的流通面积之和为S3，则S1＜S2＜S3。工作时，气氛由进气主管80输入，然后经由各进气支管805进入各进气缓冲腔802内，实现第一次分流减压作用，进气缓冲腔内802的气体通过第一通气孔803进入储气缓冲腔801内，采用大缓冲空间配合大流通面积的方式实现第二次减压减速作用，储气缓冲腔801内的气体通过第二通气孔804进入预热缓冲腔51内，预热缓冲腔51内设有下加热组件2，采用大流通面积的方式对气流进行第三次减压减速作用并充分进行预热，工艺气体被加热之后通过下分离隔板4上的第三通气孔41均匀弥散至整个炉膛5内，保证炉膛5内工艺气氛均匀，被处理的碳化硅纤维周围气流速度小于0.1m/s，同时避免了进气气氛影响炉膛5内温度均匀性的问题，保证生产材料的品质；另一方面利用下分离隔板4分隔炉膛5与下加热组件2，下加热组件2不再直接对炉膛5内的物料进行加热，而是先辐射加热下分离隔板4，下分离隔板4被加热之后再以整板传热辐射形式加热炉膛5内物料，满足碳化硅纤维生产苛刻工艺环境需求，炉膛5内工艺使用温度250℃～500℃之间做到炉膛5内匣钵周围温度均匀性小于等于±5℃，且炉膛内温度超过500℃后，温度越高，炉膛5内温度均匀性越好，整体结构简单、可靠。
进一步地，本实施例中，第一通气孔803和第二通气孔804均为长条形孔且相互错开，有利于保证对气氛的两级缓冲作用，第三通气孔41为圆孔，有利于气氛均匀弥散至整个炉膛5内。
作为优选的技术方案，S2＝1.5S1～2.5S1，S3＝1.5S2～2.5S2。本实施例中，S2＝2S1，S3＝2S2，可以通过大流通面积的方式实现对气氛的快速减压减速作用。当然在其他实施例中，也可以适当进行调整。
进一步地，本实施例中，炉膛5内设有排气缓冲腔52，排气缓冲腔52下方设有上分离隔板3，上分离隔板3上均匀设置有多个第四通气孔31，炉膛5上方设有与排气缓冲腔52连通的排气管90。工艺废气通过上分离盖板3上的第四通气孔31进入排气缓冲腔52，最终通过排气管90排出，达到平缓排气的目的。作为优选的技术方案，本实施例中，上加热组件1覆盖上分离隔板3的面积、以及下加热组件2覆盖下分离隔板4的面积不低于85％。
更进一步地，本实施例中，炉膛5顶部设有横向加强筋53，排气管90位于横向加强筋53上方。其中，横向也即输送辊棒50的轴向方向。该结构有利于避免顶部抽气形成局部高压，造成抽气不均匀，使得炉膛5内气流不均。
进一步地，本实施例中，排气缓冲腔52内设有上加热组件1，上加热组件1和下加热组件2均包括抽屉盒6、加热电阻丝7、支撑管8及定位砖9，抽屉盒6配设有轨道61，定位砖9分设于抽屉盒6的两端，定位砖9上均匀开设有多个定位槽91，支撑管8设有多跟且端部一一对应的设于多个定位槽91内，加热电阻丝7绕设于各支撑管8上。在炉膛5的上下两侧分别通过上分离隔板3和下分离隔板4实现全覆盖，利用上分离隔板3分隔炉膛5与上加热组件1，利用下分离隔板4分隔炉膛5与下加热组件2，上加热组件1和下加热组件2不再直接对炉膛5内的物料进行加热，而是先辐射加热对应的分离隔板，分离隔板被加热之后再以整板传热辐射形式加热炉膛5内物料，满足碳化硅纤维生产苛刻工艺环境需求，炉膛5内工艺使用温度250℃～500℃之间做到炉膛5内匣钵周围温度均匀性小于等于±5℃，且炉膛内温度超过500℃后，温度越高，炉膛5内温度均匀性越好，整体结构简单、可靠；进一步地，抽屉盒6与轨道61配合，可实现上加热组件1、下加热组件2模块化快速更换，提高效率；定位砖9上设置定位槽91，支撑管8端部定位于定位槽91内，加热电阻丝7缠绕于支撑管8上，整体结构简单、可靠性高且便于维护。作为优选的技术方案，本实施例中，支撑管8为刚玉管。
进一步地，本实施例中，适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉还包括炉壳10及设于炉壳10内侧的耐火材料砌层20，耐火材料砌层20内侧设有金属围板30，金属围板30围合形成炉膛5，炉膛5的两端设有膨胀节40。其中，耐火材料砌层20例如可以是陶瓷纤维板等；对于不熔化段炉体，使用温度相对较低，金属围板30可以采用304不锈钢板，对于热胶联段炉体，使用温度相对较高，金属围板30可以采用301不锈钢板。在耐火材料砌层20内侧设置有金属围板30，金属围板30围合形成炉膛5，从而可以利用金属围板30将炉膛5与耐火材料砌层20隔离开来，使用过程中耐火材料砌层20产生的粉尘、颗粒无法进入炉膛5内，而金属围板30自身在使用过程中不易产生粉尘、颗粒，因此可以保持炉膛5内具有较高的洁净度，满足碳化硅纤维热处理工艺苛刻要求；进一步地，金属围板30在受热后膨胀量较多，在两端设置有膨胀节40，可以自适应调节前后相邻两节炉体之间的挤压程度，避免出现拱炉现象，结构简单、可靠。
进一步地，本实施例中，膨胀节40包括弹性折叠板401以及分设于弹性折叠板401两端的连接法兰402，金属围板30端部固设有端板301，其中一连接法兰402与端板301固定连接。金属围板30受热膨胀对弹性折叠板401产生挤压时，弹性折叠板401可以收缩，金属围板30降温后，弹性折叠板401伸长，始终保持前后两节炉体之间的密封连接。作为优选的技术方案，连接法兰402加工内丝孔，端板301上加工圆通孔，利用紧固件在炉膛5内部完成膨胀节40的连接，有利于降低膨胀节40的安装难度。
本实施例中，金属围板30供输送辊棒50穿过的部位(具体为左右两侧的金属围板30的中上部)设有通孔302，通孔302内设有耐磨环303，耐磨环303外周设有挡尘环304。通过耐磨环303和挡尘环304，防止粉尘进入炉膛5内，结构简单、可靠。其中，耐磨环303和挡尘环304可采用与金属围板30相同的材料制作，两者焊接成整体。作为优选的技术方案，可在左右两侧的金属围板30上设置挡条70，挡条70高于输送辊棒50的工作面，可以提供导向作用，防止匣钵走偏撞击左右两侧的金属围板30。
本实施例中，还包括支撑结构60，支撑结构60的中点与金属围板30的中点焊接，使得金属围板30在受热延长时从炉体的中点向两端延伸。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，包括炉膛(5)和进气主管(80)，其特征在于：所述炉膛(5)内设有预热缓冲腔(51)，炉膛(5)下方设有储气缓冲腔(801)，所述储气缓冲腔(801)下方均匀设置有多个进气缓冲腔(802)，所述进气主管(80)通过多根进气支管(805)与各进气缓冲腔(802)连通，所述进气缓冲腔(802)与储气缓冲腔(801)之间均匀设置有多个第一通气孔(803)，所述储气缓冲腔(801)与预热缓冲腔(51)之间均匀设置有多个第二通气孔(804)，所述预热缓冲腔(51)内设有下加热组件(2)，预热缓冲腔(51)上方设有下分离隔板(4)，所述下分离隔板(4)上均匀设置有多个第三通气孔(41)，各第一通气孔(803)的流通面积之和为S1、各第二通气孔(804)的流通面积之和为S2、各所述第三通气孔(41)的流通面积之和为S3，则S1＜S2＜S3。
2.根据权利要求1所述的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，其特征在于：所述第一通气孔(803)和第二通气孔(804)均为长条形孔且相互错开，所述第三通气孔(41)为圆孔。
3.根据权利要求1所述的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，其特征在于：S2＝1.5S1～2.5S1，S3＝1.5S2～2.5S2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，其特征在于：所述炉膛(5)内设有排气缓冲腔(52)，所述排气缓冲腔(52)下方设有上分离隔板(3)，所述上分离隔板(3)上均匀设置有多个第四通气孔(31)，所述炉膛(5)上方设有与所述排气缓冲腔(52)连通的排气管(90)。
5.根据权利要求4所述的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，其特征在于：所述炉膛(5)内设有横向加强筋(53)，所述排气管(90)位于所述横向加强筋(53)上方。
6.根据权利要求4所述的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，其特征在于：所述排气缓冲腔(52)内设有上加热组件(1)，所述上加热组件(1)和下加热组件(2)均包括抽屉盒(6)、加热电阻丝(7)、支撑管(8)及定位砖(9)，所述抽屉盒(6)配设有轨道(61)，所述定位砖(9)分设于所述抽屉盒(6)的两端，定位砖(9)上均匀开设有多个定位槽(91)，所述支撑管(8)设有多跟且端部一一对应的设于多个所述定位槽(91)内，所述加热电阻丝(7)绕设于各所述支撑管(8)上。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，其特征在于：还包括炉壳(10)及设于炉壳(10)内侧的耐火材料砌层(20)，所述耐火材料砌层(20)内侧设有金属围板(30)，所述金属围板(30)围合形成所述炉膛(5)，所述炉膛(5)的两端设有膨胀节(40)。
8.根据权利要求7所述的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，其特征在于：所述膨胀节(40)包括弹性折叠板(401)以及分设于弹性折叠板(401)两端的连接法兰(402)，所述金属围板(30)端部固设有端板(301)，其中一所述连接法兰(402)与所述端板(301)固定连接。
9.根据权利要求7所述的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，其特征在于：所述金属围板(30)供输送辊棒(50)穿过的部位设有通孔(302)，所述通孔(302)内设有耐磨环(303)，所述耐磨环(303)外周设有挡尘环(304)。
10.根据权利要求7所述的适用于碳化硅纤维热处理的辊道炉，其特征在于：还包括支撑结构(60)，所述支撑结构(60)的中点与所述金属围板(30)的中点焊接。
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