CN114517343A - 一种温度场均匀的碳纤维预氧化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纤维加工技术领域，尤其涉及一种温度场均匀的碳纤维预氧化炉，包括：走丝通道，两端均设置回风腔，中间段设置入风口；原丝沿走丝通道的长度方向穿过；分配器，设置在走丝通道内的入风口处；分配器包括两个对称设置的分配组件，每个分配组件包括垂直分配腔以及端部分配腔；垂直分配腔对从入风口进入的部分气流进行向上和向下转向，两个端部分配腔对从入风口进入的其余气流进行向走丝通道两端的转向；两个回风系统，分别设置在走丝通道两侧，分别收集走丝通道两端的回风腔的气流，并分别将气流运送向两个入风口；回风系统内设置加热器。本发明的一种温度场均匀的碳纤维预氧化炉，能够保持炉内的温度场均匀，提升原丝的预氧化效果。

Description

一种温度场均匀的碳纤维预氧化炉

技术领域

本发明涉及碳纤维加工技术领域，尤其涉及一种温度场均匀的碳纤维预氧化炉。

背景技术

预氧化是碳纤维生产中的一个重要步骤，它起到将原丝转化为碳纤维的作用，在这一转化过程中，原丝的线型分子链转化为具有耐热梯结构的预氧丝，在高温碳化环境中变化为具有乱层石墨结构的碳纤维。因此，该工序与碳纤维的性能密切相关，重要度极高。

预氧化过程通常通过预氧化炉实现，相关技术中的预氧化炉结构通常如下：设置一个走丝通道，将原丝穿过走丝通道，之后从走丝通道的一端吹入气流，并从另一端回收气流再从走丝通道外侧送向走丝通道的吹入端，形成气流的循环；并且在外侧的循环中对使用加热器对气流进行加热，使气流升温，从而通过高温循环气流实现对原丝的预氧化。但是在现有的预氧化炉结构中，由于气流从一端到另一端需要进过的距离较长，因此会产生较大的热量损耗，导致两端的温度会产生差异，炉内的温度场产生较大的不均匀，导致原丝不同部位的预氧化程度不同，影响碳纤维的质量。

鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，设计一种温度场均匀的碳纤维预氧化炉，保持炉内的温度场均匀，提升原丝的预氧化效果。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种温度场均匀的碳纤维预氧化炉，解决现有技术中的氧化炉内的温度场不均匀，导致原丝不同部位的预氧化程度不同，影响碳纤维的质量的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，包括：

走丝通道，两端均设置回风腔，中间段在相对的两个侧面上均设置入风口；原丝沿所述走丝通道的长度方向穿过；

分配器，设置在所述走丝通道内的所述入风口处；所述分配器包括两个对称设置的分配组件，每个所述分配组件包括一个垂直分配腔、以及对称设置在所述垂直分配腔两侧的端部分配腔；所述垂直分配腔对从所述入风口进入的部分气流进行向上和向下转向，两个所述端部分配腔对从所述入风口进入的其余气流进行向所述走丝通道两端的转向；

两个回风系统，分别设置在所述走丝通道外侧的两侧，分别用于收集所述走丝通道两端的所述回风腔的气流，并分别将气流运送向两个所述入风口；每个所述回风系统内设置加热器，用于对气流进行加热。

进一步地，所述垂直分配腔的顶面和底面均设置通孔，进入所述垂直分配腔的气流通过所述通孔流出。

进一步地，所述垂直分配腔呈朝向所述入风口逐渐扩张的腔体结构。

进一步地，所述端部分配腔内设置与所述走丝通道长度方向形成角度的转向板，进入所述端部分配腔的气流通过所述转向板进行转向。

进一步地，每个所述回风系统还包括回风风道、滤网和风机；所述回风风道的两端分别与所述走丝通道的所述回风腔和所述入风口连接；所述加热器、所述滤网和所述风机均设置在所述回风风道内。

进一步地，在所述回风系统内，气流依次流经所述滤网、所述加热器和所述风机。

进一步地，所述回风风道设置弯折段，所述弯折段与所述回风风道长度方向垂直设置，所述加热器和所述风机分别设置在所述弯折段的两端。

进一步地，所述回风风道在所述风机和所述入风口之间设置渐扩通道，所述渐扩通道呈朝向所述入风口方向逐渐扩张的形状。

进一步地，所述回风风道与所述入风口连接的一端设置呈弧形结构的导向板，用于将气流向所述入风口进行导向。

进一步地，所述回风腔的外侧设置新风腔，并且所述新风腔的外侧设置吸风罩。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

通过将入风口设置在走丝通道的中间段，并且使用分配器中的端部分配腔来将气流向走丝通道的两端进行转向，从而使每侧的气流在走丝通道内流动过的路程减少一半，从而有效地降低气流在走丝通道内中流动时的热量损耗；通过采用设置在走丝通道相对的两侧的两个回风系统，使每个回风系统送进走丝通道内的气流均会被分配器向走丝通道两端平均分配，则两个回风系统被分配向同一端的气流就会产生混合，通过这种气流的混合来使走丝通道两端的温度保持一致，从而最终保持炉内的温度场均匀，提升原丝的预氧化效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例中温度场均匀的碳纤维预氧化炉的俯视图；

图2为本发明实施例中温度场均匀的碳纤维预氧化炉的侧视图；

图3为本发明实施例中分配器的结构示意图（顶部已剖开）；

图4为本发明实施例中分配器的俯视图；

附图标记：走丝通道1、回风腔11、入风口12、新风腔13、吸风罩14、废气出口15、分配器2、垂直分配腔21、端部分配腔22、转向板221、回风风道3、弯折段31、渐扩通道32、导向板33、加热器4、滤网5、风机6。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，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。

一种温度场均匀的碳纤维预氧化炉，如图1~4所示，包括：

走丝通道1，两端均设置回风腔11，中间段在相对的两个侧面上均设置入风口12；原丝沿走丝通道1的长度方向穿过；

分配器2，设置在走丝通道1内的入风口12处；分配器2包括两个对称设置的分配组件，每个分配组件包括一个垂直分配腔21、以及对称设置在垂直分配腔21两侧的端部分配腔22；垂直分配腔21对从入风口12进入的部分气流进行向上和向下转向，两个端部分配腔22对从入风口12进入的其余气流进行向走丝通道1两端的转向；

两个回风系统，分别设置在走丝通道1外侧的两侧，分别用于收集走丝通道1两端的回风腔11的气流，并分别将气流运送向两个入风口12；每个回风系统内设置加热器4，用于对气流进行加热。

具体的，与传统的氧化炉明显不同的是，在本发明中，将用于送入气流的入风口12设置在走丝通道1的中间段，并且使用分配器2中的端部分配腔22来将气流向走丝通道1的两端进行转向，从而使每侧的气流在走丝通道1内流动过的路程减少一半，从而有效地降低气流在走丝通道1内中流动时的热量损耗；同时，在本发明中还采用了两个回风系统，并且将其分别设置在走丝通道1相对的两侧，此种结构下，每个回风系统送进走丝通道1内的气流均会被分配器2向走丝通道1两端平均分配，则两个回风系统被分配向同一端的气流就会产生混合，此时，即使两个回风系统内的加热器4存在加热能力的差异，导致两个回风系统内的气流温度不同，本发明也可以通过上述的这种气流的混合来使走丝通道1两端的温度保持一致，从而最终保持炉内的温度场均匀，提升原丝的预氧化效果。

为了能够提升对原丝的预氧化效率，通常会将原丝在走丝通道1中分层穿插多次，分配器2就会对应设置成多个分层的形式，原丝会从分配器2之间穿过，此时通过在分配器2上设置垂直分配腔21，垂直分配腔21将从入风口12进来的部分气流向上和向下进行转向，从而可以实现对分配器2之间的原丝的吹扫，同时，由于此处的原丝与两端的动力辊距离都较远，此处的原丝没有支撑，因此最容易产生晃动影响气流，通过从通孔吹出的气流对原丝的上下都进行吹扫，从而可以避免原丝产生晃动。

作为垂直分配腔21的一种优选结构，垂直分配腔21的顶面和底面均设置通孔，从入风口12进来的部分气流先进入垂直分配腔21内，之后通过顶面和底面的通孔向垂直分配腔21流出，从而实现气流的转向。由于气流是先以平行于垂直分配腔21的顶面和底面的方式进入垂直分配腔21内的，气流会先流向垂直分配腔21的内部并在内部聚集，在气流达到一定压力之后才能开始向上和向下流动，因此垂直分配腔21内，越向内部气压就会越大。本发明优选将垂直分配腔21设置成朝向入风口12逐渐扩张的腔体结构，可以快速地使气流在内部形成聚集，加快气流流出垂直分配腔21的启动速度，同时，垂直分配腔21的顶面和底面的通孔，会随着垂直分配腔21向内逐渐收拢的结构而减少，以适应内部更高地气压，使靠近内部的通孔组和靠近外部的通孔组流出的气流量尽可能地保持一致，从而保证走丝通道1内气流的均匀。

作为端部分配腔22的一种优选结构，端部分配腔22内设置与走丝通道1长度方向形成角度的转向板221，进入端部分配腔22的气流倾斜地撞到转向板221上，从而实现转向。

每个回风系统优选的结构包括有回风风道3、滤网5和风机6；回风风道3的两端分别与走丝通道1的回风腔11和入风口12连接；加热器4、滤网5和风机6均设置在回风风道3内。滤网5用于对气流中的毛丝进行过滤，风机6用于给气流的流动提供动力。回风风道3上还设置有废气出口15，小部分气体通过废气出口15排出，大部分气体流向入风口12并由分配器2向走丝通道1内进行分配。

在回风系统内，对滤网5、加热器4和风机6的位置进行依次设置，使气流依次流经滤网5、加热器4和风机6，则就可以先将气流内的毛丝过滤掉，再使用加热器4进行加热，避免毛丝进入加热器4中造成安全隐患，并且由于加热器4可能无法将空气进行完全均匀的加热，再将风机6设置在加热器4后，通过风机6对气体混合搅匀，使向后的气流的温度更加均匀。回风风道3优选还设置弯折段31，弯折段31与回风风道3长度方向垂直设置，加热器4和风机6分别设置在弯折段31的两端，此结构下，气流被加热器4加热后，会流向弯折段31，并撞在弯折段31的侧壁上回弹混合，从而进一步地使气流的温度能够通过混合达到均匀。

回风风道3在风机6和入风口12之间优选设置渐扩通道32，渐扩通道32呈朝向入风口12方向逐渐扩张的形状，通过渐扩通道32将气流均匀地分散开，从而对回风风道3内的气流进行整流。回风风道3与入风口12连接的一端设置呈弧形结构的导向板33，用于将气流向入风口12进行导向，避免气流受到突变的侧壁的影响变得紊乱。

优选地，在回风腔11的外侧设置新风腔13，并且在新风腔13的外侧设置吸风罩14，新风腔13先接受预热后的新鲜空气，再将空气向垂直于原丝方向高速流出，一部分和从炉内走丝通道1内溢出的空气一起进入回风腔11，从而对炉内进行补气，另一部分和外界空气一同由吸风罩14吸入，通过吸风罩14的出口流出，避免炉内有毒气体外泄。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，包括：

走丝通道（1），两端均设置回风腔（11），中间段在相对的两个侧面上均设置入风口（12）；原丝沿所述走丝通道（1）的长度方向穿过；

分配器（2），设置在所述走丝通道（1）内的所述入风口（12）处；所述分配器（2）包括两个对称设置的分配组件，每个所述分配组件包括一个垂直分配腔（21）、以及对称设置在所述垂直分配腔（21）两侧的端部分配腔（22）；所述垂直分配腔（21）对从所述入风口（12）进入的部分气流进行向上和向下转向，两个所述端部分配腔（22）对从所述入风口（12）进入的其余气流进行向所述走丝通道（1）两端的转向；

两个回风系统，分别设置在所述走丝通道（1）外侧的两侧，分别用于收集所述走丝通道（1）两端的所述回风腔（11）的气流，并分别将气流运送向两个所述入风口（12）；每个所述回风系统内设置加热器（4），用于对气流进行加热。

2.根据权利要求1所述的温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述垂直分配腔（21）的顶面和底面均设置通孔，进入所述垂直分配腔（21）的气流通过所述通孔流出。

3.根据权利要求2所述的温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述垂直分配腔（21）呈朝向所述入风口（12）逐渐扩张的腔体结构。

4.根据权利要求1所述的温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述端部分配腔（22）内设置与所述走丝通道（1）长度方向形成角度的转向板（221），进入所述端部分配腔（22）的气流通过所述转向板（221）进行转向。

5.根据权利要求1所述的温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，每个所述回风系统还包括回风风道（3）、滤网（5）和风机（6）；所述回风风道（3）的两端分别与所述走丝通道（1）的所述回风腔（11）和所述入风口（12）连接；所述加热器（4）、所述滤网（5）和所述风机（6）均设置在所述回风风道（3）内。

6.根据权利要求5所述的温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，在所述回风系统内，气流依次流经所述滤网（5）、所述加热器（4）和所述风机（6）。

7.根据权利要求6所述的温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述回风风道（3）设置弯折段（31），所述弯折段（31）与所述回风风道（3）长度方向垂直设置，所述加热器（4）和所述风机（6）分别设置在所述弯折段（31）的两端。

8.根据权利要求6所述的温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述回风风道（3）在所述风机（6）和所述入风口（12）之间设置渐扩通道（32），所述渐扩通道（32）呈朝向所述入风口（12）方向逐渐扩张的形状。

9.根据权利要求5所述的温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述回风风道（3）与所述入风口（12）连接的一端设置呈弧形结构的导向板（33），用于将气流向所述入风口（12）进行导向。

10.根据权利要求1~9任一项所述的温度场均匀的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述回风腔（11）的外侧设置新风腔（13），并且所述新风腔（13）的外侧设置吸风罩（14）。

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