CN115467049B - 一种碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉 - Google Patents
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Abstract
一种碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉，炉箱内设有旋转垂直式风路预氧化系统，旋转垂直式风路预氧化系统包括垂直风循环风路和旋转风分配器，在炉箱内通过竖向隔板分为左箱体和右箱体，左箱体在烟囱效应作用下形成热风上行通道，碳纤维预氧化的炉腔设置在右箱体的中部，所述旋转风分配器包括设置在炉腔上部的上热风气流分配板以及设置在炉腔下部的下热风气流分配板，所述上热风气流分配板包括三层密集型孔板，每相邻两层密集型孔板之间各设有一层方孔格栅；所述下热风气流分配板为密集型孔板。本发明采用上下气流分配、高循环风速设计，碳纤维前进后出；炉腔内的热风和碳纤维垂直设置，碳纤维具有纵横向均温性，内外层快速换热，提升碳纤维质量。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维生产线的碳纤维预氧化制造设备领域，尤其是一种碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉。
背景技术
碳纤维是一种含碳量90％以上的高性能纤维材料，碳纤维及其复合材料具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗挤变，导电，传热，和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们既可以作为结构材料承载负荷，又可以作为功能材料发挥作用，因此，碳纤维及其复合材料近年来发展十分迅速。作为一种性能优异的战略性新材料，碳纤维广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。目前市场销售的90％以上的碳纤维，是以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料制成的聚丙烯腈基碳纤维。制备碳纤维的主要工艺包括生产原丝、预氧化、碳化、表面处理、卷丝等环节，每个工艺环节都会对碳纤维的品质有着重要的影响。预氧化是指碳纤维原丝进行碳化前必须经过的预氧化过程，预氧化炉是预氧化过程中的关键性设备。碳纤维原丝在预氧化炉中进行预氧化过程时，原丝表面会发生一系列化学变化使原丝性能提高。
现有碳纤维丝氧化炉的风路方式是在碳纤维丝的上、下面横方向水平循环吹、排气，但是，碳纤维氧化炉由于热风以水平或小角度吹向碳纤维丝，不合乎处理技术要求，碳纤维丝内层换热不佳、换热速度慢，内层易因积热起燃，碳纤维丝的横纵向均温性均差，且碳纤维丝滞留时间长、距离大，进而生产能力低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足提供一种内外层快速换热、横纵向均温性的碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉，包括炉箱，炉箱内设有旋转垂直式风路预氧化系统，旋转垂直式风路预氧化系统包括垂直风循环风路和旋转风分配器，
在炉箱内通过竖向隔板分为左箱体和右箱体，
左箱体在烟囱效应作用下形成热风上行通道，
碳纤维预氧化的炉腔设置在右箱体的中部，右箱体的上部为热风进室，右箱体的下部为热风出室，热风进室和热风上行通道之间设有循环热风进口，热风出室和热风上行通道之间设有循环热风出口，
热风在左箱体热风上行通道上行，经循上部环热风进口进入热风进室——炉腔——热风出室，然后通过循环热风出口至热风上行通道的下部，形成垂直风循环风路；
所述旋转风分配器包括设置在炉腔上部的上热风气流分配板以及设置在炉腔下部的下热风气流分配板，
所述上热风气流分配板包括三层密集型孔板，每相邻两层密集型孔板之间各设有一层方孔格栅；所述下热风气流分配板为密集型孔板。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述炉腔内设有至少10层供碳纤维运行的运行通道，且相邻两层运行通道之间的间距不超过240mm。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述右箱体前端和炉腔相对应的箱壁上设有和炉腔相通的进丝口，右箱体后端和炉腔相对应的箱壁上设有和炉腔相通的出丝口，进丝口和出丝口上分别设有和炉腔相配合的热空气密封装置。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述进丝口和炉腔内的运行通道对应设置，所述出丝口和炉腔内的运行通道对应设置。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述右箱体的前后两端设有辊架，右箱体前端的辊架上设有和进丝口相配合的转向辊，右箱体后端的辊架上设有和出丝口相配合的转向辊。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述热风上行通道的上部设有循环风机。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述热风上行通道内设有清理过滤器，清理过滤器位于循环热风进口和循环热风出口之间。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述热风上行通道的上端设有进风口，热风进室的上端设有排废口。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述右箱体的顶端设有防止积热起燃的消防管道。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，采用上下气流分配、高循环风速设计，碳纤维前进后出，热风上行通道内的热风由在循环风机的驱动下进入热风进室，由上热风气流分配板进入炉腔的热风和碳纤维垂直设置，热风从炉腔进入热风出室，再通过循环热风出口重新进入热风上行通道，形成旋转垂直式循环风路；密集的热风使得碳纤维每一个受风点的温度均相同从而吹透碳纤维，碳纤维具有纵横向均温性，故可以实现内外层快速换热，不因内层积热起燃，且具有横纵向均温性、高产量等功效，提升碳纤维的质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视剖面图；
图3为上热风气流分配板的结构示意图；
图中：1.炉箱，11.左箱体，111.进气口，12.右箱体，121.炉腔，122.热风进室，123.热风出室，124.排废口，13.热风气流分配板，131.上热风气流分配板，1311.密集型孔板，1312.异形方孔格栅，132.下热风气流分配板，14.循环风机，15.热空气密封装置，16.辊架，17.清理过滤器，18.消防管道，2.碳纤维。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
一种碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉，
包括炉箱，炉箱内设有旋转垂直式风路预氧化系统，旋转垂直式风路预氧化系统包括垂直风循环风路和旋转风分配器，
在炉箱内通过竖向隔板分为左箱体和右箱体，
左箱体在烟囱效应作用下形成热风上行通道，
碳纤维预氧化的炉腔设置在右箱体的中部，右箱体的上部为热风进室，右箱体的下部为热风出室，热风进室和热风上行通道之间设有循环热风进口，热风出室和热风上行通道之间设有循环热风出口，
热风在左箱体热风上行通道上行，经循上部环热风进口进入热风进室——炉腔——热风出室，然后通过循环热风出口至热风上行通道的下部，形成垂直风循环风路；
所述旋转风分配器包括设置在炉腔上部的上热风气流分配板以及设置在炉腔下部的下热风气流分配板，
所述上热风气流分配板包括三层密集型孔板，每相邻两层密集型孔板之间各设有一层方孔格栅；所述下热风气流分配板为密集型孔板。
具体的：参照图1至图2所示，包括炉箱1，所述炉箱通过竖向隔板分为左箱体11和右箱体12，竖向隔板和炉箱长度方向平行设置，所述左箱体为热风上行通道，右箱体的中部设有供碳纤维运行的炉腔121，炉腔上方的空腔为热风进室122，炉腔下方的空腔为热风出室123，热风进室和热风上行通道之间设有循环热风进口，热风出室和热风上行通道之间设有循环热风出口，所述热风上行通道的上部设有循环风机14，所述炉腔上部设有上热风气流分配板131，炉腔下部设有下热风气流分配板132，所述右箱体前端和炉腔相对应的箱壁上设有和炉腔相通的进丝口，右箱体后端和炉腔相对应的箱壁上设有和炉腔相通的出丝口，进丝口和出丝口上分别设有和炉腔相配合的热空气密封装置15。
所述炉腔内供碳纤维运行的运行通道至少有10层，且相邻两层运行通道之间的间距不超过240mm。运行通道内的风量大小可通过循环风机调节，循环风机风速不低于0.5m/s，保证炉腔内的温度波动在±2℃以内，使得碳纤维丝受热均匀。
所述进丝口、出丝口均和炉腔内的运行通道对应设置，进丝口、出丝口的数量与运行通道的数量相同，进丝口、出丝口的间距和运行通道的间距相同。
所述右箱体的前后两端设有辊架16，右箱体前端的辊架上设有和进丝口相配合的转向辊，右箱体后端的辊架上设有和出丝口相配合的转向辊。转向辊采用平辊或槽辊，转向辊的直径和进丝口、出丝口的间距相同，通过转向辊将碳纤维送入进丝口和炉腔，节省工作场地，提高运行效率。
所述上热风气流分配板包括三层密集型孔板1311，相邻两层密集型孔板之间设有一层异形方孔格栅1312，所述下热风气流分配板为密集型孔板，上热风气流分配板的温度梯度分布更合理，使得进入炉腔的热风分布均匀且垂直于碳纤维的方向，便于吹透碳纤维。图3所示为上热风气流分配板的结构示意图，是为孔板和格栅的局部示意图，孔板的孔与格栅的方孔不代表实物具体比例。
所述热风上行通道内设有清理过滤器17，清理过滤器位于循环热风进口和循环热风出口之间。当热风通过热风出室和右炉箱之间的循环口进入热风上行通道后，清理过滤器吸入热风并将其过滤干净，确保进入热风进室的是干净的热风。
所述热风上行通道的上端设有进风口111，热风进室的上端设有排废口124，循环风路的新风由进风口吸入，废气由排废口经循环排气管排出；所述右箱体的顶端还设有防止炉腔内部积热起燃的消防管道18。
碳纤维丝在预氧化过程时，表面会发生一系列化学变化使性能提高，与此同时炉腔内加热系统的温度场要分布均匀、温度梯度要分布合理，提高炉腔内风路、温度的均匀性，是降低碳纤维成本、提升品质的关键，采用直角或大角度吹气，有效达到碳纤维快速换热、内层换热。
综上所述，实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行其他部分详细的说明修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；但本领域的普通技术人员应当理解：凡本领域技术人员运用本发明说明书及权利要求所做的等效结构变化，理应包括于本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉，包括炉箱，其特征在于：
炉箱内设有旋转垂直式风路预氧化系统，旋转垂直式风路预氧化系统包括垂直风循环风路和旋转风分配器，
在炉箱内通过竖向隔板分为左箱体和右箱体，
左箱体在烟囱效应作用下形成热风上行通道，
碳纤维预氧化的炉腔设置在右箱体的中部，右箱体的上部为热风进室，右箱体的下部为热风出室，热风进室和热风上行通道之间设有循环热风进口，热风出室和热风上行通道之间设有循环热风出口，
热风在左箱体热风上行通道上行，经循上部环热风进口进入热风进室——炉腔——热风出室，然后通过循环热风出口至热风上行通道的下部，形成垂直风循环风路；
所述旋转风分配器包括设置在炉腔上部的上热风气流分配板以及设置在炉腔下部的下热风气流分配板，
所述上热风气流分配板包括三层密集型孔板，每相邻两层密集型孔板之间各设有一层方孔格栅；所述下热风气流分配板为密集型孔板；
所述炉腔内设有至少10层供碳纤维运行的运行通道，且相邻两层运行通道之间的间距不超过240mm；
所述右箱体前端和炉腔相对应的箱壁上设有和炉腔相通的进丝口，右箱体后端和炉腔相对应的箱壁上设有和炉腔相通的出丝口，进丝口和出丝口上分别设有和炉腔相配合的热空气密封装置；
所述进丝口和炉腔内的运行通道对应设置，所述出丝口和炉腔内的运行通道对应设置；
所述右箱体的前后两端设有辊架，右箱体前端的辊架上设有和进丝口相配合的转向辊，右箱体后端的辊架上设有和出丝口相配合的转向辊。
2.根据权利要求1所述的碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉，其特征在于：所述热风上行通道的上部设有循环风机。
3.根据权利要求1所述的碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉，其特征在于：所述热风上行通道内设有清理过滤器，清理过滤器位于循环热风进口和循环热风出口之间。
4.根据权利要求1所述的碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉，其特征在于：所述热风上行通道的上端设有进风口，热风进室的上端设有排废口。
5.根据权利要求1所述的碳纤维旋转垂直式风路预氧化炉，其特征在于：所述右箱体的顶端设有防止积热起燃的消防管道。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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