CN219824465U - 一种用于碳纤维生产的低温碳化炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于碳纤维生产的低温碳化炉，包括炉体、排废机构和炉瓦，废气流量的监测和控制设置在排废总管处，采用孔板式质量流量计，通过设定流量自动调节离心风机的频率，实现定量可控排放的目的。该低温碳化炉真实测量炉内各温度段实际温度，通过流量控制达到炉内温度均匀、气流平稳，有效解决低温碳化阶段的毛丝和断丝难题，保证了碳纤维性能的稳定性和一致性，提高碳纤维成品合格率，降低生产成本，解决了设备控制温度与实际温度差异大，温度、气流波动大，产品性能不稳定的难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及碳纤维生产技术领域，特别是涉及一种用于碳纤维生产的低温碳化炉。
背景技术
原丝经预氧化处理后转化为耐热梯形结构，在经过低温碳化和高温碳化转化为具有乱层石墨结构的碳纤维。在这一结构转化过程中，较小的梯形结构单元进一步进行交联、缩聚，且伴有热解，再向乱层石墨结构转化的同时释放许多小分子副产物，同时非碳元素氧、氮、氢逐步被驱除，碳逐步富集，最终生成含碳量在93％以上的碳纤维。在实际生产过程中，300～800℃为低温碳化阶段，在低温碳化阶段除释放废气外，也会产生相当于纤维自身约45％(质量百分百)的焦油，焦油一旦沾污纤维，轻则变硬发毛，重则断丝。
目前，传统的低温碳化炉存在主要问题：1、为保证炉内的密封性，测温、控温均采用间接方式，用热电偶测量马弗炉外侧金属壁温，来控制炉内温度，这将导致炉内实际温度与监测温度会存在或高或低的差异，最大可相差近100℃(炉体宽度越大，相差越大)，并且由于是间接控温，也会造成温度滞后，造成温度波动较大。2、运行空间不足，在反应剧烈区域废气局部浓度过高，会发生焦油在纤维表面沉积的导致纤维发毛或断丝。3、低温碳化炉的边界工位效应，传统低温碳化炉的炉宽一般按走丝幅宽设计，留有的余量不足，在实际运行过程中两侧的纤维受温度，气流，排焦的影响会造成与中间纤维的性能差异，产生工位效应。4、排废排焦困难，传统低温碳化炉的反应副产物经过长时间运行，因为排废排焦不顺畅，容易在炉内累积结焦，特别容易沾污纤维。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于碳纤维生产的低温碳化炉，有效解决低温碳化阶段的毛丝和断丝难题，保证了碳纤维性能的稳定性和一致性，提高碳纤维成品合格率，降低生产成本，解决了设备控制温度与实际温度差异大，温度、气流波动大，产品性能不稳定的难题。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种用于碳纤维生产的低温碳化炉，包括
炉体，所述炉体的炉腔内间隔设置有多个测温热电偶，所述炉腔内预埋有氮气管，所述氮气管与氮气源相连；以及
多段炉瓦，所述炉体的炉腔外周设置有所述炉瓦，多段所述炉瓦沿所述炉腔的长度方向顺次设置；所述炉瓦上预留有用于加热电阻丝穿过的圆孔；以及
排废机构，所述排废机构包括排废抽提管和排废总管，所述炉体的炉腔两侧连通有排废抽提管，两侧的所述排废抽提管与排废总管连通，所述排废总管上设置有孔板流量计，所述排废总管与离心风机相连。
优选地，所述炉腔为06Cr25Ni20不锈钢板错位焊接而成；所述炉腔的截面形状为类矩形，所述炉腔的两端靠近开口处均向上通过弧度拱起，拱起角度为5～8°角。
优选地，所述炉腔上间隔设置有多道加强筋。
优选地，所述炉瓦由硅酸铝耐火材质制成，所述炉瓦为一次烧结成型。
优选地，所述炉瓦包括上下对称设置的上炉瓦和下炉瓦，倒U型设置的所述上炉瓦的两侧底部边缘与U型设置的所述下炉瓦的两侧顶部边缘通过错位台阶相互扣合。
优选地，根据所述炉腔的宽度和高度尺寸以及所需达到的温度选择功率适配的所述加热电阻丝；沿丝束的运行方向，各段所述炉瓦中的加热电阻丝的加热温度呈梯度上升。
优选地，所述炉腔的两侧共连通有四个所述排废抽提管，四个所述排废抽提管分列在所述炉腔的两侧，且所述排废抽提管设置在所述炉腔的热分解产物最多的位置。
优选地，所述测温热电偶的测温端点探入所述炉腔内部50～100mm。
优选地，所述炉体内位于所述炉腔的外侧设置有保温层，所述保温层包括设置于炉腔底部的保温砖和设置于炉腔顶部和四周的硅酸铝保温毡；所述炉体上与各段炉瓦对应的位置开设有检修口。
本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本实用新型的用于碳纤维生产的低温碳化炉，包括炉体、排废机构和炉瓦，废气流量的监测和控制设置在排废总管处，采用孔板式质量流量计，通过设定流量自动调节离心风机的频率，实现定量可控排放的目的。该低温碳化炉真实测量炉内各温度段实际温度，通过流量控制达到炉内温度均匀、气流平稳，有效解决低温碳化阶段的毛丝和断丝难题，保证了碳纤维性能的稳定性和一致性，提高碳纤维成品合格率，降低生产成本，解决了设备控制温度与实际温度差异大，温度、气流波动大，产品性能不稳定的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例中用于碳纤维生产的低温碳化炉的整体结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为炉体内部的结构分布图；
图4为炉体的侧视图；
图5为炉体的俯视图；
图6为上下炉瓦的拼接方式示意图；
图7为一段炉瓦的侧视图；
图8为图7的俯视图；
其中，1、炉口密封连接的法兰口；2、炉腔；3、检修口；4、炉瓦；5、排废抽提管；6、硅酸铝保温毡；7、保温砖；8、孔板流量计；9、热电偶密封套管；10、氮气管；11、测温热电偶；12、开关蝶阀；13、加强筋；14、错位台阶；15、加热电阻丝。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本实用新型的目的是提供一种用于碳纤维生产的低温碳化炉，有效解决低温碳化阶段的毛丝和断丝难题，保证了碳纤维性能的稳定性和一致性，提高碳纤维成品合格率，降低生产成本，解决了设备控制温度与实际温度差异大，温度、气流波动大，产品性能不稳定的难题。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1-图8所示，本实用新型提供一种用于碳纤维生产的低温碳化炉，包括
炉体，炉体的炉腔2内间隔设置有多个测温热电偶11，炉腔2内预埋有氮气管10，氮气管10与氮气源相连；以及
炉瓦4，炉腔2的外周设置有炉瓦4，多段炉瓦4沿炉腔2的长度方向顺次设置，炉瓦4上预留有用于加热电阻丝15穿过的圆孔；以及
排废机构，排废机构包括排废抽提管5和排废总管，炉腔2的两侧连通有排废抽提管5，各排废抽提管5上均安装有开关蝶阀12，两侧的排废抽提管5与排废总管连通，排废总管上设置有孔板流量计8，排废总管与离心风机相连。
在其中一个实施例中，炉腔2采用材质为06Cr25Ni20不锈钢板错位焊接而成，截面形状为类矩形，顶部为弧度，拱起角度5～8°角。炉体内位于炉腔2的外侧设置有保温层，保温层包括设置于炉腔2底部的保温砖7和设置于炉腔2顶部和四周的硅酸铝保温毡6。
排废机构采用四口侧排，分列炉腔2两侧，设置在热分解产物最多的温度位置。
炉瓦4由硅酸铝耐火材质，一次烧结成型，炉瓦4预留穿加热电阻丝15的位置，电阻丝功率根据炉体宽度和高度的尺寸，以及所需达到的温度通过计算得出；沿丝束的运行方向，各段炉瓦4中的加热电阻丝15的加热温度呈梯度上升。
废气流量的监测和控制设置在排废总管处，采用孔板式质量流量计，通过设定流量自动调节离心风机的频率，实现定量可控排放的目的。
将测温热电偶11直接探入炉腔2内部50～100mm位置，测温热电偶11与炉腔2接触的位置设置有热电偶密封套管9，直接测炉内的腔体温度，该低温碳化炉真实测量炉内各温度段实际温度，通过流量控制达到炉内温度均匀、气流平稳。
在其中一个实施例中，为防止炉腔2在高温下发生形变，每间隔一定距离设置加强筋13。如图6-8所示，炉瓦4分为上下一对，做一个错位台阶14上下相扣，炉瓦4预留穿加热电阻丝15的圆孔。
通过预埋的氮气管10给低温碳化炉内供应氮气，保持炉腔2内是微正压。将低温碳化炉按丝束运行方向设置依次升高的温度梯度，温度由测温热电偶11在炉腔2内直接测得，控制加热电阻丝15进行加热，达到工艺所需温度。温度升到工艺温度后，将四个开关蝶阀12打开，开启废气处理的抽提风机。经过预氧化的纤维，通过炉嘴，经过与炉口密封连接的法兰口1进入低温碳化炉，进行碳化反应。待预氧丝通过低温碳化炉后，分别调节四个开关蝶阀12，对每一路排废量进行分配调节。总的废气流量的监测和控制通过孔板流量计8对废气处理的抽提风机进行频率控制，达到工艺要求的排废量。
此外，为了检修方便，在炉体上与各段炉瓦4对应的位置还开设有检修口3，图1中仅示意处了一个检修口3，在实际中，检修口3是沿炉体的长度方向与各段炉瓦4对应的设置有多个；通过检修口3可以单独对相应段的炉瓦4进行检修。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (9)
1.一种用于碳纤维生产的低温碳化炉，其特征在于：包括
炉体，所述炉体的炉腔内间隔设置有多个测温热电偶，所述炉腔内预埋有氮气管，所述氮气管与氮气源相连；以及
多段炉瓦，所述炉体的炉腔外周设置有所述炉瓦，多段所述炉瓦沿所述炉腔的长度方向顺次设置；所述炉瓦上预留有用于加热电阻丝穿过的圆孔；以及
排废机构，所述排废机构包括排废抽提管和排废总管，所述炉体的炉腔两侧连通有排废抽提管，两侧的所述排废抽提管与排废总管连通，所述排废总管上设置有孔板流量计，所述排废总管与离心风机相连。
2.根据权利要求1所述的用于碳纤维生产的低温碳化炉，其特征在于：所述炉腔为06Cr25Ni20不锈钢板错位焊接而成；所述炉腔的截面形状为类矩形，所述炉腔的两端靠近开口处均向上通过弧度拱起，拱起角度为5～8°角。
3.根据权利要求1所述的用于碳纤维生产的低温碳化炉，其特征在于：所述炉腔上间隔设置有多道加强筋。
4.根据权利要求1所述的用于碳纤维生产的低温碳化炉，其特征在于：所述炉瓦由硅酸铝耐火材质制成，所述炉瓦为一次烧结成型。
5.根据权利要求1所述的用于碳纤维生产的低温碳化炉，其特征在于：所述炉瓦包括上下对称设置的上炉瓦和下炉瓦，倒U型设置的所述上炉瓦的两侧底部边缘与U型设置的所述下炉瓦的两侧顶部边缘通过错位台阶相互扣合。
6.根据权利要求1所述的用于碳纤维生产的低温碳化炉，其特征在于：根据所述炉腔的宽度和高度尺寸以及所需达到的温度选择功率适配的所述加热电阻丝；沿丝束的运行方向，各段所述炉瓦中的加热电阻丝的加热温度呈梯度上升。
7.根据权利要求1所述的用于碳纤维生产的低温碳化炉，其特征在于：所述炉腔的两侧共连通有四个所述排废抽提管，四个所述排废抽提管分列在所述炉腔的两侧，且所述排废抽提管设置在所述炉腔的热分解产物最多的位置。
8.根据权利要求1所述的用于碳纤维生产的低温碳化炉，其特征在于：所述测温热电偶的测温端点探入所述炉腔内部50～100mm。
9.根据权利要求1所述的用于碳纤维生产的低温碳化炉，其特征在于：所述炉体内位于所述炉腔的外侧设置有保温层，所述保温层包括设置于炉腔底部的保温砖和设置于炉腔顶部和四周的硅酸铝保温毡；所述炉体上与各段炉瓦对应的位置开设有检修口。
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