CN205635894U - 碳纤维连续生产炭化炉及其传动装置 - Google Patents

Abstract

一种碳纤维连续生产炭化炉及其传动装置，属于碳纤维为生产设备领域。传动装置包括两端设置有开口的气体密封管以及多个传动件。多个传动件间隔且转动设置于气体密封管的管腔内，并且两端均分别穿过气体密封管的相对的左侧壁和右侧壁。气体密封管内设置有气体空腔、排气孔以及进气孔。碳纤维连续生产炭化炉包括上述传动装置以及外框架、炉体、加热组件。上述传动装置采用密封的结构设计，可以在确保传动的同时保持较好的密封效果，从而可以避免碳纤维与其他杂质气体的接触。利用该传动装置使碳纤维连续生产炭化炉在工作时，能够为碳纤维提供一个相对洁净的氛围，从而提高碳纤维的产量和品质。

Description

碳纤维连续生产炭化炉及其传动装置

技术领域

本实用新型属于碳纤维生产设备领域，具体而言，涉及一种碳纤维连续生产炭化炉。

背景技术

碳纤维是一种含碳量较高的高强度的新型纤维材料，其具有密度小、强度高、耐腐蚀、高模量等特性，广泛应用于在国防军工、民用方面领域。目前，国内的碳纤维主要购买自海外，少量的碳纤维由国内通过间歇炉进行。但是，现有的间歇炉存在碳纤维生产环境的气体隔离效果不佳的问题，从而使得碳纤维易与杂质气体相接触，进而导致碳纤维的产量低，品质不稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供能够用以实现碳纤维生产设备的传动装置，以便在确保正常传动的同时，可以改善密封性能。

本实用新型的另一目的在于提供一种碳纤维连续生产炭化炉，利用具有密封的传动装置可以改善炭化炉内部的气体密封性，以减少碳纤维生产过程中与其他杂质气体接触的问题的发生，从而减少碳纤维副反应的产生，进而提高碳纤维的品质，实现碳纤维的连续生产，增加产量。

本实用新型是这样实现的：

多个传动件间隔且转动设置于气体密封管的管腔内，并且多个传动件的两端均分别穿过气体密封管的相对的左侧壁和右侧壁。气体密封管内设置有气体空腔，气体空腔与气体密封管的管腔连通。气体密封管的面向传动件的内侧壁设置有多个与气体空腔连通的排气孔，气体密封管的背离传动件的外侧壁设置有多个与气体空腔连通的进气孔。

优选地，传动件包括辊棒和外套管。其中，辊棒包括右侧连接部、中间输运部以及左侧连接部。外套管包括左侧支管和右侧支管，右侧连接部通过右侧支管与气体密封管的右侧壁连接，左侧连接部通过左侧支管与气体密封管的左侧壁连接。

一种碳纤维连续生产炭化炉包括：外框架、炉体、加热组件以及上述传动装置，炉体设置于外框架内，炉体内设置有炉内腔，传动装置位于炉内腔内，并与炉体连接，传动装置的多个传动件的两端穿设于外框架外，加热组件设置于气体密封管内。

优选地，碳纤维连续生产炭化炉还包括气体输入管。该气体输入管的管壁设置多个输入管气孔，气体输入孔位于炉体内。

优选地，加热组件包括多个加热器。多个加热器分别位于多个传动件的上下两侧。加热器包括内侧陶瓷棒、电阻丝以及外侧陶瓷套。外侧陶瓷套设置有容置腔，内侧陶瓷棒套设置于容置腔内，电阻丝位于容置腔内并绕设于内侧陶瓷棒。

优选地，炉体还设置有废气排放口，废气排放口与炉内腔连通。

优选地，碳纤维连续生产炭化炉还包括：排焦装置。排焦装置包括排焦连接管以及排焦罐。排焦罐设置于外框架外。炉体设置有与炉 内腔连通的排焦孔，排焦连接管的一端通过排焦孔与炉体连接，排焦连接管的另一端穿过外框架与排焦罐的进料口连接。

优选地，排焦孔在竖直方向上的高度大于进料口在竖直方向上的高度。

优选地，碳纤维连续生产炭化炉还包括：冷却组件，冷却组件包括冷却箱，冷却箱设置有换热介质容置腔，冷却箱设置于炉内腔内并邻近传动件。

优选地，冷却组件还包括与冷却箱匹配的冷却管，冷却管设置于容置腔内，换热介质位于冷却管内。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的传动装置，将传动件与气体密封管结合，通过气体密封管的气体空腔向气体密封管的管腔内输入气体，使气体密封管的管腔内保持一个独立的气体环境，从而避免外界气体的混入。由于气体密封管的管腔内是一个相对于传动件独立的空间，传动件的正常运转不会导致气体密封管内气体与外界气体的混杂，从而确保了碳纤维原料的反应环境的气体氛围的稳定。炭化炉采用上述传动装置，使碳纤维的生产过程中的气体控制更加简便，有利于连续进行碳纤维的生产，并且减少碳纤维副反应的发生，从而提高了碳纤维的品质。本密封传动既能实现碳纤维从炉头转动运送至炉尾，又能实现炉内传动与炉外传动连接的密封问题。此外，本密封传动既能实现碳纤维从炉头转动运送至炉尾，又能实现炉内传动与炉外传动连接的密封问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中 所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的传动装置的主视结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的传动装置的俯视结构示意图；

图3示出了图1提供的传动装置中的传动件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的设置有图1所示的传动装置的碳纤维连续生产炭化炉的结构示意图；

图5示出了图4提供的碳纤维连续生产炭化炉中的外框架的主视结构示意图；

图6示出了图4提供的碳纤维连续生产炭化炉中的外框架的侧视结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例提供的排焦罐与图4中的碳纤维连续生产炭化炉中的连接状态示意图；

图8示出了本实用新型实施例提供的碳纤维连续生产炭化炉中的电阻丝加热器的结构示意图；

图9示出了图4提供的碳纤维连续生产炭化炉中的冷却组件的结构示意图。

附图标记说明：

气体密封管101；进气管102；传动件103；开口104；排气孔105；电机111；左侧壁121；右侧壁122；进气孔123；中间输运部201；左侧连接 部202；右侧连接部203；辊棒204；总成205；左侧支管206；右侧支管207；外套管208；气体输入管301；炉体302；保温棉303；外框架304；炉内腔305；加热组件306；上框架401；下框架402；工字钢403；电阻丝加热器404；内侧陶瓷棒405；外侧陶瓷套406；电阻丝407；冷却组件500；冷却管501；冷却箱502；排焦罐600；排焦连接管601；倾斜面602；排焦装置603。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的 限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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实用新型中的具体含义。

参阅图1和图2，本实施例提供了一种传动装置100包括两端设置有开口104的气体密封管101以及九个传动件103。

九个传动件103间隔且转动设置于气体密封管101的管腔内，并且多个传动件103的两端均分别穿过气体密封管101的相对的左侧壁121和右侧壁122。本实施例中，九个传动件103沿同一直线防线等间距间隔排布，也即是说，九个传动件103中心轴线平行共面。气体密封管101内设置有气体空腔(图中未示出)，气体空腔与气体密封管101的管腔连通。气体密封管101的面向传动件103的内侧壁设置有多个与气体空腔连通的排气孔105，气体密封管101的背离传动件103的外侧壁设置有多个与气体空腔连通的进气孔123。

本实施例中，传动件103个数为九个，可以理解的是，在本实用新型的其他实施例中，传动件103的个数可以多余或者少于九个，如八个，十个、十一个等等，本实用新型并不对传动件103的具体个数左限定，以利于碳纤维生产需要为宜。

气体密封管101可以采用由金属板材制作而成的方形管，为了提高气体密封管101的耐用性，其可以采用金属板材制作。气体密封管101的管壁为壳体结构，且设置有用以输出气体的排气孔105以及用于输入气体的进气孔123。气体密封管101设置有气体空腔，且气体 空腔与排气孔105连通。进气孔123连接有进气管102，以便利用外部的供气管路系统，向气体密封管101的气体空腔内注入气体。本实施例中，进气管102的数为八个，并且分别位于气体密封管101的相对于传动件103的上下两侧。

传动件103可以采用各种传送带，然后由转轴驱动传动带输运碳纤维。参阅图3，本实施例中的传动件103包括辊棒204和外套管208。辊棒204优选采用陶瓷辊棒204，其强度高、化学结构稳定、耐热性能好。辊棒204包括右侧连接部203、中间输运部201以及左侧连接部202。外套管208包括左侧支管206和右侧支管207。右侧连接部203通过左侧支管206与气体密封管101的右侧壁122连接，左侧连接部202通过右侧支管207与气体密封管101的左侧壁121连接。

较佳地，左侧支管206利用法兰与辊棒204的左连接部连接；相应地，右侧支管207也可使用法兰与辊棒204的右连接部连接。进一步地，辊棒204的两端均可与轴承铝座总成205连接，以便与其他驱动设备，如电机111或者其他机构件的连接，同时提高辊棒在转动时的气密性。

传动装置100利用辊棒204和外套管208的配合，使辊棒204与气体密封管101形成了牢固和稳定的密封，辊棒204转动的同时还具有较好的气密性，避免了辊棒204转动时引起的外界气体对气体密封管101内的气体的污染。另一方面，由于气体密封管101设置有相互配合的进气管102、进气孔123、气体空腔以及排气孔105，则可利用外部供气装置向气体密封管101供气。具体地，外界供气装置通过管道与进气管102连接，然后经由进气孔123向气体空腔内输送气体。气体空腔内的气体经由排气孔105分散于气体密封管101的管腔 内，从而使得气体密封管101的管腔内杂质气体被赶出，保持碳纤维反应环境中的气体洁净，以防其他杂质气体的对碳纤维的污染。

参阅图4，本实施例还提供了一种基于上述传动装置100的碳纤维连续生产炭化炉200。碳纤维连续生产炭化炉200包括：外框架304、炉体302、加热组件306以及上述传动装置100。炉体302设置于外框架304内。炉体302内设置有炉内腔305，传动装置100位于炉内腔305内，并与炉体302连接。传动装置100中的传动件103的两端穿设于外框架304外。加热组件306设置于气体密封管101内。

参阅图5、图6，外框架304采用金属梁、杆等材料制作而成，外框架304为立方体形的框架结构，并且在框架结构上固定板材制作而成。基于安装和施工的需要，外框架304可设计为上框架401和下框架402两个部分。此外，在外框架304的上框架401和下框架402两部分之间设置支撑装置，如工字钢403，以便为传动装置100预留空间。

炉体302通常采用由耐火砖制作而成，通过在炉体302上设置孔洞、槽等结构，以便各种设备、装置安装和连接。由于碳纤维生产环境的特殊性，炉体302可以优选采用耐酸砖堆砌而成，避免在生产过程中受到腐蚀，同时防止由腐蚀导致碳纤维的污染。基于炉体302强度和密封性能的需要，炉体302的墙壁上可以耐火、耐酸的胶泥为填充料。胶泥具有耐火、耐高温的特点，并且还能够防止水蒸气的侵蚀。另外，胶泥的使用也使炉体302的密闭性能更好，使得炉体302内不需要设置内胆作为密封装置，从而简化碳纤维连续生产炭化炉200的结构、便于安装。基于炉内腔305内的保温需要，还可以在炉体302外设置保温装置，例如，在炉体302的外壁铺设保温棉303。

在碳纤维的生产过程中产生的煤焦油会污染炉体302内的空气，并且对炉体302造成腐蚀。碳纤维连续生产炭化炉200还包括排焦装置603。参阅图7，具体地，排焦装置603包括排焦罐600以及排焦连接管601。排焦罐600设置于外框架304外。炉体302设置有与炉内腔305连通的排焦孔，排焦连接管601的一端通过排焦孔与炉体302连接，排焦连接管601的另一端穿过外框架304与排焦罐600的进料口连接。

排焦罐600可以采用不锈钢制作为双层结构，以提高其强度。进一步地，排焦罐600采用上下两部分的分体结构设计，以便对排焦罐600内部进行清洗。为了使焦油蒸汽能够顺利地由炉体302内进入排焦罐600，可以使设置于炉体302上的排焦孔在竖直方向上的大于排焦管的进料口在竖直方向的高度，并且连接炉体302与排焦罐600的排焦连接管601具有一个倾斜面602。

连接管道的倾斜面602邻近排焦孔的一侧的相对于水平面的高度大于倾斜面602邻近排焦罐600一侧的相对于水平面的高度。采用具有倾斜面602的排焦连接管601，使得焦油可更顺畅地进入排焦罐600，减少发生焦油回流入炉体302的情况。排焦罐600既可联接冷凝水，也可连接热蒸汽或热水，以便于焦油的收集或排出。

另外，还可以在上述具有倾斜面602的连接管上连接加热带，以避免排焦连接管601发生堵塞。为了方便更换和清洁排焦罐600，排焦罐600可采用快接法兰与炉体302连接。当需要更换排焦罐600时，拆卸法兰，将排焦罐600取下，同时封闭排焦孔，防止炉体302内气体泄漏并保持外界气体环境与炉体302内气体环境的隔离。通过排焦装置603可将炉体302内的焦油蒸汽抽出，然后在排焦罐600内冷却存储，使炉体302内的环境保持相对的洁净，以利于碳纤维的生产。

碳纤维的生产过程中产生的煤焦油受热蒸发，发生焦油蒸汽附着于炉体302的内顶壁的问题。本实施例中，针对焦油蒸汽附着于炉顶的情况，碳纤维连续生产炭化炉200设置有排焦孔的部分，炉体302的顶部设置为拱顶结构。

拱顶结构的设计，使炉体302的内顶壁为弧形结构，从而提高了焦油蒸汽在炉体302的内顶壁的附着难度，使得焦油蒸汽不易在炉体302的内顶壁凝结。因此，采用拱顶结构的设计，炉体302的顶部更易于保持清洁，并且拱顶结构的砌筑更方便、牢固程度更高。

针对碳纤维生产过程中产生废气的问题，碳纤维连续生产炭化炉200的炉体302还设置有废气排放口，废气排放口与炉内腔305连通。废气排放口可通过管道、阀门与外界的抽气设备如气泵连接，以便在必要时排出炉体302的炉内腔305内的废气。

参阅图4，本实施例中的加热组件306包括多个加热器。多个加热器分别位于多个传动件103的上下两侧。由于碳纤维原料以及产品的输运均在传动件103更具体地是在辊棒204的中间输运部201，因此，从传动件103的上下两个方向进行加热，可以使碳纤维原料受热更加均匀，有利于提高产品的品质。加热器的选择有多种，本实施例中采用加热器404。具体地，参阅图8，加热器404包括内侧陶瓷棒405、电阻丝407以及外侧陶瓷套406。外侧陶瓷套406设置有容置腔，内侧陶瓷棒405套设置于容置腔内，电阻丝407位于容置腔内并绕设于内侧陶瓷棒405。

采用陶瓷材料制作而成的内侧陶瓷棒405和外侧陶瓷套406具有较高的耐热性能，不易发生形变，且抗腐蚀、传热效率高。采用内外陶瓷结构封闭电阻丝407，可以避免电阻丝407被腐蚀，提高电阻丝407的使用寿命 和热能利用率。

为了提高加热器404对炉体302内空气的加热作用的均匀性，电阻丝407在内侧陶瓷棒405上的绕制方式可优选为：电阻丝407邻近炉体302内侧壁的部分的绕制密度大于电阻丝407远离炉体302内侧壁的绕制密度，即电阻丝407采取两侧紧密、中间疏松的方式绕设于内侧陶瓷棒405，以使得炉内各个位置的温度更加均匀。

请再次参阅图4和图7，碳纤维连续生产炭化炉200还设置有气体输入管301，气体输入管301的管壁设置多个输入管气孔，气体输入孔位于炉体内，并与炉内腔305连通。利用气体输入管301外界供气装置可以向炉内腔305内通入气体，以便增加炉内腔305内的空气的扰动，使炉内腔305内的温度更加均匀。另一方面，通过持续向炉内腔305内输入气体，可使炉内腔305内保持微正压的空气氛围，从而避免外界气体向炉内腔305内混杂的情况。

其次，气体输入管301的管腔还可与气体密封管101的管腔连通。由于气体输入管301的管腔与气体密封管101的管腔连通，从而可利用气体输入管301向气体空腔内注气，再经由排气孔105向气体密封管101的管腔内注气，这样就可以减少炉内腔305内管道的布设，简化炉体302的结构。

由于高温碳纤维具有较高的反应活性，易与空气中的氧气反应，因此，在将碳纤维输出之前，对其进行冷却，能够有效地提高碳纤维的品质，并且可以减少碳纤维的输运方向上的炉体302的尺寸，从而降低纤维连续生产炭化炉施工难度和施工成本。

参阅图9，本实施例中的碳纤维连续生产炭化炉200还包括：冷却组件500，冷却组件500包括冷却箱502，冷却箱502设置有换热介质容置腔，冷却箱502设置于炉内腔305内并邻近传动件103。

碳纤维生产过程中，冷却箱502内通入换热介质，碳纤维与冷却箱502接触，通过热交换实现将碳纤维的热量传递给换热介质，进而导出到外框架304外，完成对碳纤维的降温。换热介质可以是水、低温气体或者冷却油等物质。

基于安全的考虑，请再次参阅图9，冷却组件500还包括与冷却箱502匹配的冷却管501，冷却管501设置于容置腔内，换热介质通入冷却管501内。冷却管501的使用可以避免由于冷却箱502损害而发生换热介质泄漏的问题，从而提高碳纤维连续生产炭化炉200的生产安全性。为了提高换热效率，冷却管501采取蛇形的方式设置于容置腔，提高冷却管501与冷却箱502的接触面积。

在本实用新型的其他实施例中，碳纤维生产连续生产炭化炉主要外框架、炉体、加热组件以及具有密封作用的传动装置。

炉体位于外框架内。炉体包括密封窑架、耐火砖、保温棉，耐火砖或保温棉均设置在密封窑架内。加热组件包括加热装置、与加热装置匹配的温度控制装置。

传动装置包括传动控制装置、两端设置有开口的气体密封管以及多个传动件。多个传动装置位于气体密封管内，传动控制装置与传动件连接。

炉体设置于外框架内。炉体包括依次连接的窑头、窑炉中间段以及窑尾。炉体的炉腔内设置有窑尾氮气密封装置、窑炉中间段氮气密封装置以及窑尾部氮气密封装置。其中，窑头氮气密封装置位于窑头 内，窑炉中间段氮气密封装置位于窑炉中间段内，窑尾部氮气密封装置位于窑尾内。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传动装置，其特征在于，包括两端设置有开口的气体密封管以及多个传动件，所述多个传动件间隔且转动设置于所述气体密封管的管腔内，并且所述多个传动件的两端均分别穿过所述气体密封管的相对的左侧壁和右侧壁，所述气体密封管内设置有气体空腔，所述气体空腔与所述气体密封管的所述管腔连通，所述气体密封管的面向所述传动件的内侧壁设置有多个与所述气体空腔连通的排气孔，所述气体密封管的背离所述传动件的外侧壁设置有多个与所述气体空腔连通的进气孔。

2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述传动件包括辊棒和外套管，所述辊棒包括右侧连接部、中间输运部以及左侧连接部，所述外套管包括左侧支管和右侧支管，所述右侧连接部通过所述右侧支管与所述气体密封管的右侧壁连接，所述左侧连接部通过所述左侧支管与所述气体密封管的左侧壁连接。

3.一种碳纤维连续生产炭化炉，其特征在于，包括：外框架、炉体、加热组件、根据权利要求1或2所述的传动装置，所述炉体设置于所述外框架内，所述炉体内设置有炉内腔，所述传动装置位于所述炉内腔内，并与所述炉体连接，所述传动装置的所述多个传动件的所述两端穿设于所述外框架外，所述加热组件设置于所述气体密封管内。

4.根据权利要求3所述的碳纤维连续生产炭化炉，其特征在于，所述碳纤维连续生产炭化炉还包括气体输入管，所述气体输入管的管壁设置多个输入管气孔，所述气体输入孔位于所述炉体内。

5.根据权利要求3所述的碳纤维连续生产炭化炉，其特征在于，所述加热组件包括多个加热器，所述多个加热器分别位于所述多个传动件的上下两侧，所述加热器包括内侧陶瓷棒、电阻丝以及外侧陶瓷套，所述外侧陶瓷套设置有容置腔，所述内侧陶瓷棒套设置于所述容置腔内，所述电阻丝位于所述容置腔内并绕设于所述内侧陶瓷棒。

6.根据权利要求3所述的碳纤维连续生产炭化炉，其特征在于，所述炉体还设置有废气排放口，所述废气排放口与所述炉内腔连通。

7.根据权利要求3所述的碳纤维连续生产炭化炉，其特征在于，所述碳纤维连续生产炭化炉还包括：排焦装置，所述排焦装置包括排焦连接管以及排焦罐，所述排焦罐设置于所述外框架外，所述炉体设置有与所述炉内腔连通的排焦孔，所述排焦连接管的一端通过所述排焦孔与所述炉体连接，所述排焦连接管的另一端穿过所述外框架与所述排焦罐的进料口连接。

8.根据权利要求7所述的碳纤维连续生产炭化炉，其特征在于，所述排焦孔在竖直方向上的高度大于所述进料口在竖直方向上的高度。

9.根据权利要求3所述的碳纤维连续生产炭化炉，其特征在于，所述碳纤维连续生产炭化炉还包括：冷却组件，所述冷却组件包括冷却箱，所述冷却箱设置有换热介质容置腔，所述冷却箱设置于所述炉内腔内并邻近所述传动件。

10.根据权利要求9所述的碳纤维连续生产炭化炉，其特征在于，所述冷却组件还包括与所述冷却箱匹配的冷却管，所述冷却管设置于所述容置腔内，所述换热介质位于所述冷却管内。