一种提高预氧化炉温场均匀性的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种提高预氧化炉温场均匀性的装置，预氧化炉包括炉体，炉体的内部空间包括位于两端的隔间以及位于中部的预氧化区域，炉体侧壁与隔间对应处设有排气口以及进气口，各进气口通过管路分别与预氧化区域连通，炉体的外部设有与进气口连接的进气管以及与排气口连接的排废管，排废管的侧壁与进气管的侧壁之间连接有废气利用管。本实用新型开在新风补充风机吸风作用下可以将排废管中的部分废气通过废气利用管进入进气管，减小废气从丝束进出口的逸出、降低排废风机的排废量；废气为高温气体，部分废气经废气利用管进入进气管，与新风混合时可以提高进入炉体新风的温度，从而提高预氧化炉温场均匀性，保证氧化过程的均匀性及纤维性能质量。
【专利说明】一种提高预氧化炉温场均匀性的装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及碳纤维生产制造领域，具体涉及一种提高预氧化炉温场均匀性的 装直。
【背景技术】
[0002] 碳纤维是20世纪60年代迅速发展起来的一种高科技纤维材料。由于其高比强度、 高比模量，以及极优的耐热、耐化学腐蚀性、耐摩擦等性能，因而在航空航天、国防工业等 高尖端领域以及高级体育用品、医疗器械等领域得到广泛应用。近年来，随着碳纤维生产 及其应用技术的不断发展与进步，碳纤维价格的降低，使得碳纤维复合材料在一般工业领 域也得到新的应用与发展，必将在风力发电、电力设施、油田设施、汽车等领域得到广泛应 用。
[0003] PAN基碳纤维具有密度小、质量轻、高比强度、高比模量、热膨胀系数小、耐高温、耐 腐蚀等优异性能，因此广泛用作各种先进复合材料的增强体。在其制备过程中需要经过预 氧化、碳化、表面处理及上浆等工艺，其中预氧化是生产碳纤维的一个重要中间过程。其目 的在于使PAN原丝线型分子链转化成耐热的梯型结构，在高温碳化过程中梯型结构热解、 缩聚转化为碳纤维的乱层石墨结构。
[0004] 预氧化炉种类较多，按照进风方式可以分为三种：侧吹风式、垂直吹风式和中央到 两端吹风式。每种氧化炉都有各自的利弊，侧吹风式预氧化炉进风方向与丝束垂直，有利于 将化学反应小分子和热量瞬间带走，但是当炉体较宽时炉膛内进出风端有一定风速差及温 差；垂直吹风式预氧化炉从炉膛顶部进风，从而保证了丝束表面风速均匀性，但当炉内丝道 有多层且丝束间隙减小时，热风难以从丝束间通过，导致反应小分子及热量不易带走；中央 到两端吹风式预氧化炉相比较上述两种，既可以保证丝束表面风速均匀性又可以瞬间带走 反应热量，因此预氧化效率比侧吹风式提高了 25%。
[0005] 各类预氧化炉两端均具有通过丝束的出入口，在预氧化炉正常工作时，由于炉体 内部正压环境，因此无论何种形式预氧化炉均不可避免会通过丝束的出入口向车间排放废 气。如图1所示，为了解决这个问题，许多厂家通过在预氧化炉的炉体3的两端加装隔层空 间即隔间8,炉体内部空间被分为三个部分，即位于两端的隔间以及与两个隔间相接的预氧 化区域。每个隔间的上部设置有排废风机4,隔间能够储存废气，防止废气直接通过丝束的 出入口向车间排放，设置排废风机能将隔间中的废气抽离出去。炉体的两端还设有进风口 以及新风补充风机，进风口通过管道与预氧化区域连通。
[0006] 这样设计能够取得一定效果，但是当预氧化炉运行功率较大、运行时间较长时仍 然会有部分废气穿过隔间后从丝束的出入口逸出至车间，尤其是对于中央到两侧吹风方式 的预氧化炉，预氧化后的废气从炉体排向隔间，上部排废风机功率要大幅提高才能减少废 气向车间的逸出，这无形也增加了能耗；且当补充新风从炉体两端进入预氧化区域时，由于 新风温度较低通常为室温，而预氧化区域内的温度则有两三百度，因此导致预氧化区域两 端温度与预氧化区域内部温场较大，影响了丝束预氧化的效果。 实用新型内容
[0007] 本实用新型针对上述问题，提出了一种提高预氧化炉温场均匀性的装置。能有效 减少预氧化炉废气的逸出、降低排废量，同时减小预氧化区域两端与预氧化区域内部的温 差，提高炉体温场均匀性。
[0008] 本实用新型采取的技术方案如下：
[0009] -种提高预氧化炉温场均匀性的装置，所述预氧化炉包括炉体，炉体的内部空间 包括两个分别位于炉体两端的隔间，以及与两个隔间连接的预氧化区域，炉体侧壁与隔间 对应处设有用于排废的排气口以及用于补充新风的进气口，各进气口通过管路分别与预氧 化区域连通，所述炉体的外部设有与所述进气口连接的进气管以及与排气口连接的排废 管，所述排废管的侧壁与进气管的侧壁之间连接有废气利用管。
[0010] 预氧化炉工作时，丝束相继穿过隔间，预氧化区域以及另一隔间，丝束在预氧化区 域进行氧化反应，由于炉体内部存在气流循环系统导致部分废气（侧吹风式氧化炉及垂直 吹风式氧化炉）或全部废气（中央到两侧吹风式氧化炉）通过丝道口进入隔间，最后废气 通过排气口排出。通过设置连通所述排废管和进气管的废气利用管，部分废气会通过废气 利用管进入进气管，并与新风混合后进入预氧化区域，这能够有效减少废气的逸出，降低排 废量，能有效降低能耗；同时由于废气具有一定的温度，有助于送进预氧化区域的新风的温 度的提高，降低预氧化区域端部与预氧化区域内部之间的温差，提高预氧化炉温场均匀性， 保证了预氧化纤维质量并提高了加工效率；且本装置结构简单，成本低。
[0011] 作为优选，所述废气利用管上设有控制废气利用管畅通或闭合的开关装置。
[0012] 通过设置开关装置能够根据实际情况控制废气利用管。
[0013] 作为优选，所述开关装置为电动阀或手动阀。
[0014] 手动阀操作维护简单，电动阀能实现自动化控制。
[0015] 作为优选，所述排气口设置在炉体侧壁的上端。
[0016] 作为优选，所述进气口设置在炉体侧壁的下端。
[0017] 所述进气管设有新风补充风机。
[0018] 所述排废管设有排废风机。
[0019] 为了使较多的废气进入进气管，作为优选，所述废气利用管的一端临近新风补充 风机，另一端临近排废风机。
[0020] 所述预氧化炉为侧吹风式氧化炉、垂直吹风式氧化炉或中央到两侧吹风式氧化 炉。
[0021] 本实用新型的有益效果是：
[0022] 1、降低排废量：将开关装置开启，在新风补充风机吸风作用下可以将排废管中的 部分废气通过废气利用管进入进气管，这能减小废气从丝束的出入口逸出、降低排废风机 的排废量。
[0023] 2、提高氧化炉温场均匀性：由于废气为高温气体，部分废气经废气利用管进入进 气管，与新风混合时可以提高进入预氧化区域的新风的温度，从而降低预氧化区域端部与 预氧化区域内部之间的温差，提高预氧化炉温场均匀性，保证了预氧化纤维质量并提高了 加工效率。
【专利附图】
【附图说明】：
[0024] 图1是现有技术具有隔间的预氧化炉的结构示意图；
[0025] 图2是本实用新型提高预氧化炉温场均匀性的装置的正视图；
[0026] 图3是图2中A-A剖视图；
[0027] 图4是本实用新型提高预氧化炉温场均匀性的装置进行局部剖的结构示意图。
[0028] 图中各附图标记为：
[0029] 1、新风补充风机，2、开关装置，3、炉体，4、排废风机，5、排废管，6、废气利用管，7、 进气管，8、隔间，9、预氧化区域。
【具体实施方式】：
[0030] 下面结合各附图，对本实用新型提高预氧化炉温场均匀性的装置做详细描述。
[0031] 如图2、3、4所示，一种提高预氧化炉温场均匀性的装置，该预氧化炉为侧吹风式 氧化炉、垂直吹风式氧化炉或中央到两侧吹风式氧化炉，本实施例为中央到两侧吹风式氧 化炉，预氧化炉包括炉体3,炉体的内部空间包括两个分别位于炉体两端的隔间8,以及与 两个隔间连接的预氧化区域9,炉体侧壁与隔间对应处设有用于排废的排气口以及用于补 充新风的进气口，排气口设置在炉体侧壁的上端，进气口设置在炉体侧壁的下端，各进气口 通过管路分别与预氧化区域9连通。炉体的外部设有与进气口连接的进气管7以及与排气 口连接的排废管5,进气管7设有新风补充风机1，排废管5设有排废风机4,排废管的侧壁 与进气管的侧壁之间连接有废气利用管6,该废气利用管6的一端临近新风补充风机1，另 一端临近排废风机4。
[0032] 废气利用管6上设有控制废气利用管畅通或闭合的开关装置2,开关装置为现有 技术，如电动阀或手动阀，本实施例中采用手动阀。
[0033] 本实施例中，炉体内共有13层丝束，因为不能完全密封，各层丝束出入口处均会 有空气流动，车间内的空气会通过丝束的出入口进入炉体，炉体内的废气也会通过丝束出 入口排出炉体，通过测得13个丝束出入口处的风向，即测得进风的数量和出风的数量，可 以对比废气逸出炉体的量的多寡，即出风的数量越大，废气逸出炉体的量越多；出风的数量 越少，废气逸出炉体的量越少。
[0034] 为了验证本实用新型的实际效果，本实用新型进行了对比试验，如下表1、2所示：
[0035] 表 1
[0036]
【权利要求】
1. 一种提高预氧化炉温场均匀性的装置，所述预氧化炉包括炉体，炉体的内部空间包 括两个分别位于炉体两端的隔间，以及与两个隔间连接的预氧化区域，炉体侧壁与隔间对 应处设有用于排废的排气口以及用于补充新风的进气口，各进气口通过管路分别与预氧化 区域连通，其特征在于，所述炉体的外部设有与所述进气口连接的进气管以及与排气口连 接的排废管，所述排废管的侧壁与进气管的侧壁之间连接有废气利用管。
2. 如权利要求1所述的提高预氧化炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述废气利用 管上设有控制废气利用管畅通或闭合的开关装置。
3. 如权利要求2所述的提高预氧化炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述开关装置 为电动阀或手动阀。
4. 如权利要求1所述的提高预氧化炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述排气口设 置在炉体侧壁的上端。
5. 如权利要求4所述的提高预氧化炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述进气口设 置在炉体侧壁的下端。
6. 如权利要求1所述的提高预氧化炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述进气管设 有新风补充风机。
7. 如权利要求6所述的提高预氧化炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述排废管设 有排废风机。
8. 如权利要求7所述的提高预氧化炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述废气利用 管的一端临近新风补充风机，另一端临近排废风机。
9. 如权利要求1所述的提高预氧化炉温场均匀性的装置，其特征在于，所述预氧化炉 为侧吹风式氧化炉、垂直吹风式氧化炉或中央到两侧吹风式氧化炉。
【文档编号】D01F9/12GK204097626SQ201420447219
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】王冶铁, 张永刚, 王雪飞, 钱鑫, 杨建行 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所