CN216192930U - 一种低温碳化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低温碳化炉，包括炉体，所述炉体的一端设有进丝口，所述进丝口处设有喷射装置，所述喷射装置包括罩体和设置于罩体内的喷管组件，所述喷管组件的第一喷管和第二喷管上设有喷孔，用于向丝束上喷射加热介质，所述喷孔的喷射方向朝向炉体内部倾斜设置。本实用新型通过在进丝口处向丝束上喷射加热介质，有效减少低温区碳块的产生，改善结焦现象，防止丝束与碳块接触而造成的大面积磨丝、分丝等现象，提高碳纤维的质量，延长低温碳化炉的使用寿命。

Description

一种低温碳化炉

技术领域

本实用新型属于碳纤维生产设备领域，具体地说，涉及一种低温碳化炉。

背景技术

碳纤维是含碳量高于92％的无机高分子纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低。用碳纤维复合的工程材料优于金属材料，其抗拉强度高于钢材的3～4倍，耐疲劳高2倍，重量比钢材轻3～4倍，热膨胀小4～5倍。碳纤维被广泛应用于航天航空、高速轨道交通、体育用品、化工机械、电力设施、纺织机械等领域。

低温碳化是碳纤维生产过程中的关键工艺环节，低温碳化炉的废气排放直接影响碳纤维的最终成品质量，由于低温碳化炉入口为碳化过程中的低温区，低温区产生的废气中形成焦油和运行环境中掺杂的碳渣、毛丝，吸附在纤维和设备表面，影响碳纤维生产运行时长和最终产品质量。

有鉴于此特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种低温碳化炉，通过在进丝口处向丝束上喷射加热介质，有效减少低温区碳块的产生，改善结焦现象，防止丝束与碳块接触而造成的大面积磨丝、分丝等现象，提高碳纤维的质量，延长低温碳化炉的使用寿命。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：一种低温碳化炉，包括炉体，所述炉体的一端设有进丝口，所述进丝口处设有喷射装置，用于向丝束上喷射加热介质。

进一步的，所述喷射装置包括：

罩体，设于所述进丝口处，具有贯穿设置的开口，所述开口与进丝口连通。

喷管组件，沿垂直于丝束移动方向延伸设置，位于所述罩体的内部。

进一步的，所述喷管组件包括：

第一喷管，位于所述罩体的内部上端。

第二喷管，位于所述罩体的内部下端。

所述第一喷管与第二喷管之间具有间隙，形成丝束通道。

进一步的，所述第一喷管的底部和第二喷管的顶部设有喷孔，所述喷孔沿垂直于丝束移动方向均匀分布。

上述方案中，丝束依次经过罩体的开口、丝束通道、进丝口，进入炉体内部；在经过丝束通道时，被第一喷管和第二喷管上的喷孔喷射加热介质。

所述第一喷管上的喷孔与第二喷管上的喷孔上下位置一一对应或错位排布。

进一步的，所述喷孔的喷射方向朝向炉体内部倾斜设置，倾斜方向与垂直方向的夹角为10°～50°，优选为45°。

上述方案中，将喷孔的喷射方向朝向炉体内部倾斜设置，一方面可以影响废气的产生位置，实现烟气后移，加快大量焦油、毛丝、碳渣的排出，减少碳块产生，改善进丝口处结焦现象；另一方面通过加热介质快速通入炉体内部，进一步加热炉体型腔，减少烟气中的废气物附着在炉体型腔的表面，改善炉内挂焦现象。

进一步的，所述喷孔的直径为3～5mm，相邻喷孔之间的间距为5～10mm。

对喷孔的位置、大小、间距等进行进一步限定，是为了简化结构的基础上，提高加热介质对丝束喷射的均匀性，保证喷射效果。

进一步的，所述喷射装置还包括固定件，用于将喷管组件固定在罩体上。

优选的，所述罩体垂直于丝束移动方向的两侧壁上分别对应设有定位孔和第一固定孔，所述第一固定孔至少设置两个，均匀分布在定位孔的周向上，所述喷管组件的两端分别穿插在两侧壁的定位孔内，实现喷管组件在罩体上的定位。

所述固定件上设有安装孔和第二固定孔，所述安装孔与定位孔对应设置，所述喷管组件的端部穿过安装孔，实现固定件与喷管组件的安装固定。

所述第二固定孔至少设置两个，均匀分布在安装孔的周向上，所述第一固定孔与第二固定孔对应设置，可以用螺丝钉等穿过第一固定孔和第二固定孔，实现固定件在罩体上的安装固定。

以上方案中，通过罩体上定位孔对喷管组件进行初步定位，通过固定件的安装孔将固定件与喷管组件安装固定在一起，再通过罩体的第一固定孔和固定件的第二固定孔将固定件与罩体安装固定在一起，最终实现了喷管组件在罩体上的安装固定。

同时，固定件不仅起到了安装固定喷管组件的作用，还起到了一定的密封作用，防止加热介质从喷管组件与罩体的安装处泄露，影响介质流通效果。

进一步的，还包括加热装置，与喷管组件连接，所述加热装置包括：

一级加热器，用于对室温下的介质进行初步加热。

二级加热器，与一级加热器相连，用于对初步加热后的介质进行进一步加热。

进一步加热后的介质温度为200℃～400℃。

以上方案中，通过设置二级加热，有利于对加热介质温度的随时调整，保证了温度的准确性，具有节能能源的作用。

进一步的，还包括流量调节阀，设于加热装置的上游或加热装置与喷管组件之间，用于调节介质流量。

以上方案中，通过流量调节阀能够根据工艺要求精准调节介质流量，控制介质流通速度的大小，进而影响喷射速度。

进一步的，还包括保护装置，与加热装置相连，用于检测加热装置内的介质流量并控制加热装置的开闭。

以上方案中，通过保护装置检测加热装置内有无介质流通，如果没有介质流通，则控制加热装置停止加热，避免了设备干烧现象，造成设备损伤；如果有介质流通，则保持加热装置继续加热，保证设备正常运行。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种低温碳化炉，通过在进丝口处向丝束上喷射加热介质，有效减少低温区碳块的产生，改善结焦现象，防止丝束与碳块接触而造成的大面积磨丝、分丝等现象，提高碳纤维的质量，延长低温碳化炉的使用寿命。

将喷孔的喷射方向朝向炉体内部倾斜设置，一方面可以影响废气的产生位置，实现烟气后移，加快大量焦油、毛丝、碳渣的排出，减少碳块产生，改善进丝口处结焦现象；另一方面通过加热介质快速通入炉体内部，进一步加热炉体型腔，减少烟气中的废气物附着在炉体型腔的表面，改善炉内挂焦现象。

对喷孔的位置、大小、间距等进行进一步限定，是为了简化结构的基础上，提高加热介质对丝束喷射的均匀性，保证喷射效果。

固定件不仅起到了安装固定喷管组件的作用，还起到了一定的密封作用，防止加热介质从喷管组件与罩体的安装处泄露，影响介质流通效果。

通过设置二级加热，有利于对加热介质温度的随时调整，保证了温度的准确性，具有节能能源的作用。

通过流量调节阀能够根据工艺要求精准调节介质流量，控制介质流通速度的大小，进而影响喷射速度。

通过保护装置检测加热装置内有无介质流通，如果没有介质流通，则控制加热装置停止加热，避免了设备干烧现象，造成设备损伤；如果有介质流通，则保持加热装置继续加热，保证设备正常运行。

本实用新型提供的一种低温碳化炉，可以有效改善进丝口处的结焦现象，防止出现分丝、磨丝现象，具有结构简单、提高碳纤维质量、延长设备使用寿命的特点。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1是本实用新型中喷射装置的部分结构示意图；

图2是本实用新型中固定件的侧面结构剖视图。

图中：1、罩体；2、第一喷管；3、第二喷管；4、固定件；5、安装孔；6、第二固定孔。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是可拆卸连接，也可以是机械连接，或者也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种低温碳化炉，包括炉体，炉体的进丝口处设有喷射装置，喷射装置包括罩体1和喷管组件，喷管组件包括第一喷管2和第二喷管3，第一喷管2的底部和第二喷管3的顶部设有喷孔；还包括固定件4、加热装置、流量调节阀和保护装置，固定件4上设有安装孔5和第二固定孔6。

作为一种实施方案，本实用新型提供一种低温碳化炉，包括炉体，所述炉体的一端设有进丝口，所述进丝口处设有喷射装置，用于向丝束上喷射加热介质。

如图1所示，所述喷射装置包括：

罩体1，设于所述进丝口处，具有贯穿设置的开口，所述开口与进丝口连通。

喷管组件，沿垂直于丝束移动方向延伸设置，位于所述罩体1的内部。

所述喷管组件包括：

第一喷管2，位于所述罩体1的内部上端。

第二喷管3，位于所述罩体1的内部下端。

所述第一喷管2与第二喷管3之间具有间隙，形成丝束通道。

所述第一喷管2的底部和第二喷管3的顶部设有喷孔，所述喷孔沿垂直于丝束移动方向均匀分布。

所述第一喷管2上的喷孔与第二喷管3上的喷孔上下位置一一对应或错位排布。

所述喷孔的喷射方向朝向炉体内部倾斜设置，倾斜方向与垂直方向的夹角为45°，也可根据实际工艺需要改变倾斜角度。

将喷孔的喷射方向朝向炉体内部倾斜设置，一方面可以影响废气的产生位置，实现烟气后移，加快大量焦油、毛丝、碳渣的排出，减少碳块产生，改善进丝口处结焦现象；另一方面通过加热介质快速通入炉体内部，进一步加热炉体型腔，减少烟气中的废气物附着在炉体型腔的表面，改善炉内挂焦现象。

所述喷孔的直径为5mm，相邻喷孔之间的间距为10mm。

喷孔的直径和相邻喷孔之间的间距可根据实际工艺需要进行调整。

对喷孔的位置、大小、间距等进行进一步限定，是为了简化结构的基础上，提高加热介质对丝束喷射的均匀性，保证喷射效果。

所述喷射装置还包括固定件4，用于将喷管组件固定在罩体1上。

所述罩体1垂直于丝束移动方向的两侧壁上分别对应设有定位孔和第一固定孔，所述第一固定孔至少设置两个，均匀分布在定位孔的周向上。

所述喷管组件的两端分别穿插在两侧壁的定位孔内，实现喷管组件在罩体1上的定位。

如图2所示，所述固定件4上设有安装孔5和第二固定孔6，所述安装孔5与定位孔对应设置，所述第二固定孔6设置至少两个，均匀分布在安装孔5的周向上。

所述定位孔与安装孔5的尺寸与喷管的尺寸适配。

所述喷管组件的端部穿过安装孔5，实现固定件4与喷管组件的安装固定。

所述第一固定孔与第二固定孔6对应设置，可以用螺丝钉等穿过第一固定孔和第二固定孔6，实现固定件4在罩体1上的安装固定。

通过罩体1上定位孔对喷管组件进行初步定位，通过固定件4的安装孔5将固定件4与喷管组件安装固定在一起，再通过罩体1的第一固定孔和固定件4的第二固定孔6将固定件4与罩体1安装固定在一起，最终实现了喷管组件在罩体1上的安装固定。

同时，固定件4不仅起到了安装固定喷管组件的作用，还起到了一定的密封作用，防止加热介质从喷管组件与罩体1的安装处泄露，影响介质流通效果。

进一步的，还包括加热装置，与喷管组件连接，所述加热装置包括：

一级加热器，用于对室温下的介质进行初步加热。

二级加热器，与一级加热器相连，用于对初步加热后的介质进行进一步加热。

进一步加热后的介质温度为200℃，介质温度可根据实际工艺需要进行调整。

通过设置二级加热，有利于对加热介质温度的随时调整，保证了温度的准确性，具有节能能源的作用。

进一步的，还包括流量调节阀，设于加热装置的上游，也可以设置在加热装置与喷管组件之间，用于调节介质流量。

通过流量调节阀能够根据工艺要求精准调节介质流量，控制介质流通速度的大小，进而影响喷射速度。

进一步的，还包括保护装置，与加热装置相连，用于检测加热装置内的介质流量并控制加热装置的开闭。

通过保护装置检测加热装置内有无介质流通，如果没有介质流通，则控制加热装置停止加热，避免了设备干烧现象，造成设备损伤；如果有介质流通，则保持加热装置继续加热，保证设备正常运行。

在本实施方案中，常温下的介质被加热装置进行二级加热后，通入喷管组件中；丝束依次经过罩体1的开口、丝束通道、进丝口，进入炉体内部，在经过丝束通道时，被第一喷管2和第二喷管3上的喷孔喷射加热介质；介质的温度与低温碳化炉进丝口处的温度不产生干扰，与炉体内温度形成平稳过渡，且由于介质对烟气的加热，有效减少低温区碳块的产生，改善结焦现象，防止丝束与碳块接触而造成的大面积磨丝、分丝等现象，提高碳纤维的质量；同时减少了烟气中的废气物附着在炉体型腔的表面，改善炉内挂焦现象，延长了低温碳化炉的使用寿命。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (10)

1.一种低温碳化炉，包括炉体，所述炉体的一端设有进丝口，其特征在于：所述进丝口处设有喷射装置，用于向丝束上喷射加热介质。

2.根据权利要求1所述的一种低温碳化炉，其特征在于：所述喷射装置包括：

罩体(1)，设于所述进丝口处，具有贯穿设置的开口，所述开口与进丝口连通；

喷管组件，沿垂直于丝束移动方向延伸设置，位于所述罩体(1)的内部。

3.根据权利要求2所述的一种低温碳化炉，其特征在于：所述喷管组件包括：

第一喷管(2)，位于所述罩体(1)的内部上端；

第二喷管(3)，位于所述罩体(1)的内部下端；

所述第一喷管(2)与第二喷管(3)之间具有间隙，形成丝束通道。

4.根据权利要求3所述的一种低温碳化炉，其特征在于：所述第一喷管(2)的底部和第二喷管(3)的顶部设有喷孔，所述喷孔沿垂直于丝束移动方向均匀分布；

所述第一喷管(2)上的喷孔与第二喷管(3)上的喷孔上下位置一一对应或错位排布。

5.根据权利要求4所述的一种低温碳化炉，其特征在于：所述喷孔的喷射方向朝向炉体内部倾斜设置，倾斜方向与垂直方向的夹角为10°～50°。

6.根据权利要求4或5所述的一种低温碳化炉，其特征在于：所述喷孔的直径为3～5mm，相邻喷孔之间的间距为5～10mm。

7.根据权利要求2所述的一种低温碳化炉，其特征在于：所述喷射装置还包括固定件(4)，用于将喷管组件固定在罩体(1)上。

8.根据权利要求2所述的一种低温碳化炉，其特征在于：还包括加热装置，与喷管组件连接，所述加热装置包括：

一级加热器，用于对室温下的介质进行初步加热；

二级加热器，与一级加热器相连，用于对初步加热后的介质进行进一步加热；

进一步加热后的介质温度为200℃～400℃。

9.根据权利要求8所述的一种低温碳化炉，其特征在于：还包括流量调节阀，设于加热装置的上游或加热装置与喷管组件之间，用于调节介质流量。

10.根据权利要求8或9所述的一种低温碳化炉，其特征在于：还包括保护装置，与加热装置相连，用于检测加热装置内的介质流量并控制加热装置的开闭。

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