预氧化炉热风循环系统的制作方法

本发明涉及碳纤维制备技术领域，更具体地，涉及一种预氧化炉热风循环系统。

背景技术：

碳纤维在制备过程中，首先需要对原料编制的毛毡进行预氧化处理，这个工序通常需要在预氧化窑炉内进行，毛毡随输送设备在炉膛内移动的同时与炉膛内预定温度范围的热空气中的氧气发生反应，预氧化窑炉的热风温度均匀性直接影响产品的预氧化效果，而目前传统热风循环结构的热风温度均匀性仅为±10℃，还远不能达到稳定生产的目的。

技术实现要素：

本发明提供一种预氧化炉热风循环系统，用于克服现有技术的缺陷，旨在提高热风循环系统中热风温度均匀性，进而提高产品的预氧化质量。

为实现上述目的，本发明提供一种预氧化炉热风循环系统，包括：

炉体，所述炉体内设置有循环风道；

布风器，内部具有空腔，所述空腔由周侧面和位于所述周侧面两端的端面围设而成；其中一个所述端面呈外凸状，另一所述端面呈凹陷状；所述端面上均设置有若干与所述空腔连通的导向孔；所述布风器安装于所述循环风道内，其中一个所述端面迎风设置；

集中排风装置，包括排风风机、主管和若干支管；所述主管一端与所述排风风机的抽风口连接，另一端与大气连通；所述支管一端与所述循环风道连通，另一端与所述主管连通；所述支管的中部断开并形成有间隙。

进一步地，所述集中排风装置的支管在断开处形成两个端口，其中靠近所述主管的端口上固定有笼罩远离所述主管的端口的风罩，所述风罩与远离所述主管的端口之间具有间隙。

进一步地，所述循环风道包括首尾连通的进风通道和回风通道；

所述进风通道与所述回风通道沿长度方向并排设于所述炉体内；

所述集中排风装置的支管连通于所述进风通道与回风通道的交界处，或连通于所述回风通道上并靠近所述进风通道的位置。

进一步地，所述回风通道内设置有循环风机和加热器；所述回风通道上设置有至少一个连通所述回风通道与大气的补风口，所述补风口在空气流动方向上位于所述集中排风装置的支管的后方。

进一步地，所述回风通道自进口至出口依次包括回流通道和加热通道；所述回流通道的横截面尺寸大于所述加热通道的横截面尺寸；所述加热器位于所述加热通道内，所述循环风机和补风口均位于所述回流通道内。

进一步地，所述循环风机靠近所述回流通道的端部且安装于所述回流通道的侧壁上，所述回流通道与所述加热通道衔接的位置设置有用于将回流通道内的气体导入加热通道内的回风导流板。

进一步地，所述回风导流板包括弧面板和至少一沿所述弧面板端部切向延伸的平面板，所述弧面板与所述平面板固定连接或一体成型。

进一步地，所述回流通道内设置有至少一个空气过滤器，所述空气过滤器位于所述补风口与所述循环风机之间。

进一步地，至少在所述进风通道内设置有原料输送装置；

所述原料输送装置包括驱动部件、主动轴以及与所述主动轴平行的从动轴；

所述主动轴至少两端具有随所述主动轴一起转动的主动链轮，所述从动轴两端具有随所述从动轴一起转动的从动链轮；

位于所述主动轴与从动轴同侧的主动链轮和从动链轮分别通过绕设于各自外缘上的传动链条传动连接；

所述驱动部件的动力输出端与所述主动轴传动连接；

两所述传动链条之间安装有若干支撑杆，所述支撑杆均平行于所述主动轴或平行于所述从动轴。

进一步地，所述预氧化炉热风循环系统还包括灭火装置，所述灭火装置包括：

进气管，内部通有惰性气体，端部与所述进风通道连通；

阀门，设置在所述进气管上，并在控制器的作用下打开或关闭所述进气管；

温度传感器，感应端位于所述进风通道内，信号输出端连接所述控制器；

所述控制器，输入端连接所述温度传感器，输出端连接所述阀门；用于根据接收到的温度信号的值与阈值的比较结果控制所述阀门的动作。

本发明提供的预氧化炉热风循环系统，使用过程中，原料在循环风道内移动时，热风通过布风器后达到了均匀布风的效果，经布风器出来的均布的高温空气流与通道内的原料进行氧化反应，反应后的尾气在排风风机的作用下经支管、主管外排，在尾气外排过程中，循环风道内部与大气之间存在压差，大气通过补风口进入循环通道，当主管内压力较低时，通过支管断开处的间隙能吸入大气，从而保持循环风道内部的压力平衡，通过布风器与集中排风装置协同作用保证了循环风道内部的温度均匀，提高了原料内部温度的均匀性进而提高了碳纤维产品预氧化处理的质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的预氧化炉热风循环系统的纵向截面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的预氧化炉热风循环系统的横向截面结构示意图；

图3a为图1中布风器的优选实施方式一的立体结构示意图；

图3b为图1中布风器的优选实施方式二的立体结构示意图；

图4a为图1中集中排风装置优选实施方式一的主视图；

图4b为图4a的左视图；

图4c为图1中集中排风装置优选实施方式二的结构示意图；

图5a为图1中原料输送装置的结构示意图；

图5b为图5a的左视图；

图6为本发明实施例提供的预氧化炉热风循环系统中的灭火装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1～4所示，本发明提供一种预氧化炉热风循环系统，包括炉体10、布风器20、集中排风装置30；炉体10内设置有循环风道11以及与循环风道11连通的至少一个补风口12；

布风器20内部具有空腔，空腔由周侧面23和位于周侧面23两端的第一端面21及第二端面22围设而成；第一端面21呈外凸状，第二端面22呈凹陷状；第一端面21与第二端面22上均设置有若干与空腔连通的导向孔24；布风器20安装于循环风道11内，第一端面21或第二端面22迎风设置；

集中排风装置30包括排风风机31、主管32和若干支管33；主管32一端与排风风机31的抽风口连接，另一端与大气连通；支管33一端与循环风道11连通，另一端与主管32连通；支管33的中间部位断开并形成上端口和下端口，上端口与下端口之间具有间隙。断开部位将支管33分成两部分，其中位于断开处下方的为第一支管331，位于断开处上方的为第二支管332。

本发明提供的预氧化炉热风循环系统，将布风器20周侧面靠近循环风道11内壁，第一端面21或第二端面22迎着气流来源放置，本实施例中气流经第一端面21进入空腔内，通过第一端面21一次布风，在空前内部回流后气流进一步再经第二端面22从空腔内流出，通过第二端面22二次布风，同时利用凹凸状端面及周侧面共同围设的空腔形状弱化气流源中央位置气流强，边缘位置气流弱的分布形式，提高气流通过率，均匀风阻力分布。

使用过程中，原料在循环风道11内移动时，保证吹向原料的热风通过布风器20后均匀分布，经布风器20出来的均匀高温空气流与通道内的原料进行氧化反应，反应后的尾气在集中排风装置30的强制作用下外排，在外排过程中，为了保证循环风道11内部的空气中有足够的氧气与原来进行氧化反应，需要向内补入空气，这样集中排风装置30就需要能够维持循环风道11内部的压力平衡，才能保证最终热风均匀地通过原料，从而保证原料的温度均匀。

在排风风机31的作用下热风经支管33、主管32外排，在尾气外排过程中，循环风道内部与大气之间存在压差，大气通过补风口12进入循环通道，当主管32内压力较低时，通过支管33断开处的间隙能吸入大气，从而保持循环风道11内部的压力平衡，通过布风器20与集中排风装置30协同作用保证循环风道内部的温度均匀，预氧化处理过程中原料内部的温度均匀性可达±1.2℃，大大提高了碳纤维产品预氧化处理的质量。

第一端面21和第二端面22可以是圆锥状、棱锥状，或者旋转曲线是抛物线、流线等曲线的旋转曲面；周侧面23可以是圆柱面、棱柱等几何结构的周侧面，也可以是不规则曲面或平面的组合；第一端面21和第二端面22与周侧面23之间可以固定连接，也可以一体成型。这里的导向孔24可以是设置在端面(第一端面21和第二端面22)内部，通过导向孔24自身的长度方向实现导向功能，也可以在端面(第一端面21和第二端面22)上设置管道，通过在管道的方向实现导向功能。导向孔24的作用在于将气流导向同一个方向，实现气流汇聚。

下面给出布风器20两种优选实施方式：

优选实施方式一：参见图3a，第一端面21、第二端面22均为抛物面，形成空腔的两抛物面交错布置。抛物面界面呈抛物线形，与风力载荷分布曲线相似，更为贴近载荷分布面，进一步降低阻力，提高气流透过导向孔24的效率。

优选实施方式二：参见图3b，第一端面21、第二端面22均包括L形件，形成空腔的两L形件交错布置。L形件的纵截面呈角状，由两个面形成，其中两面的一侧边重合，另一侧边分别向发散的方向延伸，形成屋脊状，两面可以是平面，也可以是曲面，侧边重合处可以是尖角、也可以是圆角；L形件能够将中央位置强、边缘位置弱的气流聚拢在一个方向上，通过L形件的交错布置实现风道截面方向上的聚拢和均布，结构简单，易于制作，生产成本较低。L形件包括两平面板，两平面板之间的夹角在30°～150°之间。具体可以根据不同的工艺调节角度，同时通过布置大小不一的导风筒调节工作空间的进风量，使热风均匀、匀速地通过工作空间，提高温度均匀性。

本实施例中构成第一端面21的L形件包括第一面板211和第二面板212，构成第二端面22的L形件包括第三面板221和第四面板222，周侧面23包括侧边首尾连接的第一侧面231、第二侧面232、第三侧面233和第四侧面234；彼此相邻的两侧面之间(第一侧面231与第二侧面232之间、第二侧面232与第三侧面233之间、第三侧面233与第四侧面234之间以及第四侧面234与第一侧面231之间)的夹角为90°；第一侧面231、第二侧面232、第三侧面233和第四侧面234位于其中一端(左端)的端边顺次连接第一面板211和第二面板212的内侧边、第一面板211上侧边、第一面板211和第二面板212的外侧边、第二面板212下侧边；第一侧面231、第二侧面232、第三侧面233和第四侧面234位于其中另一端(右端)的端边顺次连接第三面板221的内侧边、第三面板221和第四面板222的上侧边、第四面板222的外侧边、第三面板221和第四面板222的下侧边。易于制作，且与循环风道11的结构匹配，方便安装，不易透风，能达到均匀布风的效果。

进一步地，参见图4a、图4b和图4c，集中排风装置30还包括支架34，主管32通过多个支架34支撑在炉体10上，以增强集中排风装置30的稳定性；此外，为增加导流效果，在上端口固定有笼罩下端口的风罩35，风罩35与下端口之间具有间隙。风罩35对从第一支管331抽出的气流具有反向缓冲作用，从而进一步降低第二支管332与第一支管331内部的压差，保持循环风道内部气压平衡。

风罩35沿轴向自靠近第二支管332的一端至远离第二支管332的一端开口尺寸逐渐增大。风罩35大开口端的尺寸大于第一支管331的开口尺寸，这样才能将第一支管331罩住。风罩35的形状呈喇叭状，扣于第一支管331顶部开口端，一方面起到导流作用，另一方面有利于气流的反向缓冲。

作为风罩35的优选实施方式一，风罩35为棱台状。当支管33采用方管时，可以采用四棱台的形状，提高导流效果，除此之外，当支管33采用圆管时，风罩35还可以是旋转曲面状。

作为风罩35的优选实施方式二，风罩35为圆台形。

作为风罩35的优选实施方式三，形成旋转曲面的母线为弧线，所述弧线相对于形成旋转曲面的定直线(轴线)向外突伸，呈伞形。风罩35的导流效果相对显著。

作为风罩35的优选实施方式四，形成旋转曲面的母线为弧线，所述弧线为相对于形成旋转曲面的定直线(轴线)向内凹陷。风罩35的反向缓冲效果相对显著。

在上述实施例的基础上，为了控制排风量，还可以在第二支管332上设置单向阀门；此外，由于主管32的长度较长，可以通过多节管连接而成，例如，两节管道之间通过软连接管36(长度补偿器)连接，软连接管36长度可以变化，当相邻的两节管道之间中心轴线不重合时，也能够对接在一起，降低安装精度和安装要求，此外，对于由排风风机31或炉体10产生的振动也可以起到缓冲作用。

进一步地，为使得尽量多的经过预氧化处理后的尾气经过集中排风装置30外排，并进一步提高预氧化处理效率，循环风道11包括首尾连通的进风通道111和回风通道112；进风通道111与回风通道112沿长度方向并排设于炉体10内；回风通道112上设置有至少一个连通回风通道112与大气的补风口12；为保证热风温度均匀，补风口12在空气流动方向上位于集中排风装置的支管33的后方；本实施例中支管33连接于炉体10的尾部，并连通于进风通道111与回风通道112的交界处。此外，支管33连通于回风通道上112并靠近进风通道111的位置，支管33连接于炉体10的侧壁并靠近尾部位置。

进一步地，回风通道112内设置有至少一个循环风机113、加热器114、空气过滤器115；补风口12连通回风通道112与大气。冷风经补风口12进入回流风道112通过加热器114加热，传送至进风通道。

进一步地，回风通道112自进口至出口依次包括回流通道112a和加热通道112b；回流通道的横截面尺寸大于加热通道的横截面尺寸；加热器114位于加热通道内，循环风机113和补风口12均位于回流通道112a内。回流通道112a的横截面尺寸较大，有利于气体流动，加热通道112b的横截面尺寸较小以及加热器114的位置，有利于气体内部进行热交换，保持温度的均匀性，补风口12的位置压差较大有利于外部气体进入回风通道112。

进一步地，循环风机113靠近回流通道112a的端部且位于回流通道112a的侧壁，回流通道112a与加热通道112b衔接的位置设置有用于将回流通道112a内的气体导入加热通道112b内的回风导流板116。

进一步地，为提高导流效果，回风导流板116包括弧面板和至少一沿弧面板端部切向延伸的平面板，弧面板与平面板固定连接或一体成型。气流在流动过程中受回风导流板116弧面板的冲击，向上沿切向的平面板进入加热通道112b。

进一步地，参见图5a、图5b，至少在进风通道111内设置有原料输送装置40；原料输送装置40包括驱动部件41、主动轴42以及与主动轴42平行的从动轴43；主动轴42至少两端具有随主动轴42一起转动的主动链轮421，从动轴43至少两端具有随从动轴43一起转动的从动链轮431。

位于主动轴42与从动轴43同侧的主动链轮421和从动链轮431分别通过绕设于各自外缘上的传动链条44传动连接；驱动部件41的动力输出端与主动轴42传动连接；两传动链条44之间安装有若干支撑杆45，支撑杆45均平行于主动轴42或平行于从动轴43。

通过两传动链条44以及安装在两传动链条44之间的若干支撑杆45形成的输送带来输送预氧化毡，一方面具有皮带的柔韧性，能够在拐弯处变形；另一方面可以采用金属等耐高温材质制成，满足高温使用环境，大大延长了输送装置的使用寿命，并降低了成本。

进一步地，为进一步增加传动带的平整度和稳定性，可以在支撑杆45上安装钢丝网46。钢丝网46可通过紧固件等固定在支撑杆45上。

进一步地，不受能产生柔性变形的限制，取材范围较高，为了更好的适应高温环境的使用，并提高强度高、延长使用寿命长，支撑杆45可以采用金属材质制成。

本实施例中，驱动部件41包括电机和减速机，减速机的输出轴与主动轴42之间通过联轴器47传动连接。减速机用于降低电机的输出转速，电机与减速机之间可以直接连接，或同轴设置，具体也可选用电机、减速机集成于一体的动力输出设备，联轴器47能够降低两连接件之间的振动，并且安装后同轴度精度较高。

进一步可增设至少一改向单元，通过改向单元能够改变传动链条44的走向，在预氧化毡的出料段形成一个波谷，预氧化毡随其上升至波谷顶峰，然后在随之下降，在下降的过程中，受到沿传动链条44移动方向的力，从而促进了预氧化毡与钢丝网46或支撑杆45的分离，在本发明一实施例中，改向单元包括传动轴48和至少设置于传动轴48两端并随传动轴48转动的改向链轮481；两传动链条44对应绕设于改向链轮481上；传动轴48位于主动链轮421与从动链轮431之间，并用于将传动链条44向外撑开。还可以通过两个改向单元来改变传动链条44的移动方向，从而提高输送的稳定性。

为增加输送装置的灵活性，改向链轮481的直径小于主动链轮421的直径，并且改向链轮481的直径小于从动链轮431的直径。

进一步地，参见图6，预氧化炉热风循环系统还包括灭火装置50，灭火装置50包括进气管51、阀门52、温度传感器(图未示)和控制器(图未示)；进气管51内部通有惰性气体，端部与进风通道111连通；阀门52设置在进气管51上，并在控制器的作用下打开或关闭进气管51；温度传感器感应端位于进风通道111内，信号输出端连接控制器；控制器输入端连接温度传感器，控制器输出端连接阀门52，用于根据接收到的温度信号的值与阈值的比较结果控制阀门52的动作。

阀门52处于常闭状态，控制器的阈值是预先设定的，阈值可根据原料的着火点温度值进行设定，可稍高于着火点温度，控制器通过信号采集器按照预定的频率持续采集温度传感器的温度信号，并将温度信号转换为数字信号后提取温度值，比较温度值与阈值，当温度值低于阈值时，认为预氧化处理物料没有着火，阀门52关闭，进气管51内的惰性气体被封堵在通道外，当温度值达到阈值时，认为通道内的预处理原料着火，控制器控制阀门52打开，进气管51处于打通状态，惰性气体进入通道内，隔绝氧气，阻止燃烧，迅速灭火并降温。惰性气体可以是氮气、氩气等。

控制器判断着火的规则还可以是判断后一时刻的温度值与前一时刻温度值的差值是否大于阈值，如果大于阈值则判断着火，控制阀门52打开；如果后一时刻的温度值与前一时刻温度值的差值小于阈值，则认为没有着火，阀门52保持关闭。

当炉体10内部的原料引燃时，温度急剧升高，控制器通过温度传感器检测炉体10内部的温度，当其超过控制器设定的阈值时，控制器控制阀门52打开，通过进气管51向炉体10内的通道喷入惰性气体，惰性气体进入炉体通道内，隔绝氧气从而到达迅速灭火的效果，防止原料在预氧化处理过程中溶解或降低中间产品的稳定性，从而提高碳纤维产品的质量。

作为进一步地改进，进气管51包括主干管511和若干分支管512，主干管511内部通有惰性气体；若干分支管512沿主干管511的长度方向排列，分支管512一端与主干管511固定连接，分支管512另一端伸入原料所在的通道内，并且分支管512的开口朝向原料。分支管512可以由同一阀门52控制，可以同时从不同的地方向进风通道111内通入惰性气体，灭火更为迅速。

为了对每一个可能着火的位置进行准确快速的灭火，可以在每根分支管512上均设置一个阀门52，与每根分支管512对应的位置均设置一个温度传感器。阀门52可以采用电磁阀，具体可采用两位两通电磁阀。如果通道内的毛毡某处(预处理原料)着火，该处温度迅速上升，控制器采集每个温度传感器的温度，该处的温度传感器的温度超过设定的温度阈值，控制器就控制对应该位置的分支管512上的电磁阀处于打开，向着火处喷氮气，迅速灭火。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。