CN208980845U - 低温碳化炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种低温碳化炉。本实用新型包括炉体，氮气保护系统、废气排放系统，所述炉体为卧式结构，所述炉体的一端设置有进丝口，所述炉体的另一端设置有出丝口；所述氮气保护系统包括氮气罐，所述氮气罐通过喷吹管道连接一组喷头，所述喷头位于炉体上部，所述喷头包括安装在炉体内部的内置喷头和设置在进丝口处的外置喷头，所述内置喷头从进丝口方向向出丝口方向倾斜设置，倾斜方向与垂直方向的夹角为15‑30°，所述外置喷头紧贴所述出丝口设置并且向背离炉体的方向倾斜设置，其倾斜方向与垂直方向的夹角为15‑30°。本实用新型喷吹效果好，能够彻底去除丝束中的微量氧气和水汽，提高碳纤维的质量，同时延长碳化炉的使用寿命。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种低温碳化炉，属于碳纤维生产设备技术领域。
背景技术：
碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。
碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。
在碳纤维生产中，低温碳化炉用于纤维的低温碳化，在300～1000℃的温度下对纤维进行处理，使纤维结构发生转化。碳化是在惰性气体氛围中进行的热解和缩合反应，碳化炉内不能有氧气的存在，但是仍然后微量的水和氧气进入炉内，进入途径有扩散和丝束的吸附等途径，传统的低温碳化炉的两端采用非接触式迷宫密封，通过密封防止炉内空气渗入和炉内废气渗透到炉外，氮气喷口喷入炉体以后，遇到挡板，产生乱流，这种通过氮气乱流的方式除去进入碳化炉的氧气和水汽的方式，由于气流紊乱不稳定导致部分氧气和水汽即使被吹出来，又会重新在炉体中循环，导致部分碳纤维被氧化，碳化效果不理想，并且进入炉内的氧气和水汽会造成炉内马弗被腐蚀，影响碳化炉的使用寿命。
实用新型内容：
本实用新型的目的是针对上述存在的问题提供一种低温碳化炉，喷吹效果好，能够彻底去除丝束中的微量氧气和水汽，提高碳纤维的质量，同时延长碳化炉的使用寿命。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
低温碳化炉，包括炉体，氮气保护系统、废气排放系统，所述炉体为卧式结构，所述炉体的一端设置有进丝口，所述炉体的另一端设置有出丝口；
所述氮气保护系统包括氮气罐，所述氮气罐通过喷吹管道连接一组喷头，所述喷头位于炉体上部，所述喷头包括安装在炉体内部的内置喷头和设置在进丝口处的外置喷头，所述内置喷头从进丝口方向向出丝口方向倾斜设置，倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°，所述外置喷头紧贴所述出丝口设置并且向背离炉体的方向倾斜设置，其倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°；
所述废气排放系统包括一组位于所述炉体下部的废气排放口，每个废气排放口与每个所述内置喷头的中心线在同一条直线上，每个所述的废气排放口都通过管道连接废气排放总管，所述的废气排放总管通过排烟风机连接废气塔。
所述的低温碳化炉，所述的炉体包括设置在内侧的马弗，设置在马弗外侧的加热装置和设置在加热装置外部的保温装置。
所述的低温碳化炉，所述的加热装置为电加热管，所述电加热管分段设置在所述马弗外侧。
所述的低温碳化炉，所述的保温装置包括紧贴所述加热装置的隔热层和位于隔热层外部的保温层。
所述的低温碳化炉，相邻的所述的内置喷头之间的距离不大于30cm。
有益效果：
本实用新型的喷头包括安装在炉体内部的内置喷头和设置在进丝口处的外置喷头，所述内置喷头从进丝口方向向出丝口方向倾斜设置，倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°，所述外置喷头紧贴所述出丝口设置并且向背离炉体的方向倾斜设置，其倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°，首先在丝束进入马弗之前，外置喷头采用强力的氮气喷吹，并且采用倾斜向外喷吹的方式，喷吹去丝束内部的氧气和水汽，然后在丝束进入马弗内部以后，内置喷头沿着丝束前进的方向进行喷吹，并且在每个内置喷头的中心线对应的位置直接设置废气排放口，喷吹效果好，避免了喷吹的废气紊乱运动造成的氧气和水汽残留，能够彻底去除丝束中的微量氧气和水汽，提高碳纤维的质量，同时延长碳化炉的使用寿命。
本实用新型的电加热管分段设置，便于马弗内部形成不同的加热段，利于低温碳化的进行。
附图说明：
图1是本实用新型的俯视结构示意图。
图中1、进丝口；2、出丝口；3、氮气罐；4、喷吹管道；5、内置喷头；6、外置喷头；7、废气排放口；8、废气排放总管；9、废气塔；10、马弗；11、电加热管；12、隔热层；13、保温层；14、排烟风机。
具体实施方式：
实施例1：
如图1所示：本实施例的低温碳化炉，包括炉体，氮气保护系统、废气排放系统，所述炉体为卧式结构，所述炉体的一端设置有进丝口1，所述炉体的另一端设置有出丝口2；
所述氮气保护系统包括氮气罐3，所述氮气罐通过喷吹管道4连接一组喷头，所述喷头位于炉体上部，所述喷头包括安装在炉体内部的内置喷头5和设置在进丝口处的外置喷头6，所述内置喷头从进丝口方向向出丝口方向倾斜设置，倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°，所述外置喷头紧贴所述出丝口设置并且向背离炉体的方向倾斜设置，其倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°；
所述废气排放系统包括一组位于所述炉体下部的废气排放口7，每个废气排放口与每个所述内置喷头的中心线在同一条直线上，每个所述的废气排放口都通过管道连接废气排放总管8，所述的废气排放总管通过排烟风机14连接废气塔9。
所述的低温碳化炉，所述的炉体包括设置在内侧的马弗10，设置在马弗外侧的加热装置和设置在加热装置外部的保温装置。
所述的低温碳化炉，所述的加热装置为电加热管11，所述电加热管分段设置在所述马弗外侧。由于低温碳化需要在不同的温度段下进行，碳化效果更好，本实用新型的电加热管分段设置，便于分段进行温度控制和调节。
所述的低温碳化炉，所述的保温装置包括紧贴所述加热装置的隔热层12和位于隔热层外部的保温层13。隔热层避免了温度向外对流和辐射，外部的保温层进一步将内部温度反射回去，保温效果好。
所述的低温碳化炉，相邻的所述的内置喷头之间的距离不大于30cm。
工作原理：
本实用新型的喷头包括安装在炉体内部的内置喷头和设置在进丝口处的外置喷头，所述内置喷头从进丝口方向向出丝口方向倾斜设置，倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°，所述外置喷头紧贴所述出丝口设置并且向背离炉体的方向倾斜设置，其倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°，首先在丝束进入马弗之前，采用强力的氮气喷吹，并且采用倾斜向外喷吹的方式，喷吹去丝束内部的氧气和水汽，然后在丝束进入马弗内部以后，内置喷头沿着丝束前进的方向进行喷吹，并且在每个内置喷头的中心线对应的位置直接设置废气排放口，喷吹效果好，避免了喷吹的废气紊乱运动造成的氧气和水汽残留，能够彻底去除丝束中的微量氧气和水汽，提高碳纤维的质量，同时延长碳化炉的使用寿命。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成 的技术方案。本实用新型的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (5)
1.一种低温碳化炉，其特征是：包括炉体，氮气保护系统、废气排放系统，所述炉体为卧式结构，所述炉体的一端设置有进丝口，所述炉体的另一端设置有出丝口；
所述氮气保护系统包括氮气罐，所述氮气罐通过喷吹管道连接一组喷头，所述喷头位于炉体上部，所述喷头包括安装在炉体内部的内置喷头和设置在进丝口处的外置喷头，所述内置喷头从进丝口方向向出丝口方向倾斜设置，倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°，所述外置喷头紧贴所述出丝口设置并且向背离炉体的方向倾斜设置，其倾斜方向与垂直方向的夹角为15-30°；
所述废气排放系统包括一组位于所述炉体下部的废气排放口，每个废气排放口与每个所述内置喷头的中心线在同一条直线上，每个所述的废气排放口都通过管道连接废气排放总管，所述的废气排放总管通过排烟风机连接废气塔。
2.根据权利要求1所述的低温碳化炉，其特征是：所述的炉体包括设置在内侧的马弗，设置在马弗外侧的加热装置和设置在加热装置外部的保温装置。
3.根据权利要求2所述的低温碳化炉，其特征是：所述的加热装置为电加热管，所述电加热管分段设置在所述马弗外侧。
4.根据权利要求2所述的低温碳化炉，其特征是：所述的保温装置包括紧贴所述加热装置的隔热层和位于隔热层外部的保温层。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的低温碳化炉，其特征是：相邻的所述的内置喷头之间的距离不大于30cm。
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