一种碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构制造技术

本发明专利技术公开一种碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构，包括鸭嘴式炉口、旋转气腔、炉内气氛监测系统和炉条，鸭嘴式炉口由炉口段、扩张段与炉体连接段组成，在炉口段上下各布置旋转气腔，旋转气腔用于向炉内供应氮气，氮气量可调节控制；旋转气腔上的长孔用作出气，气腔可旋转，达到调节出气角度的目的；炉内气氛监测系统，通过过滤器和微量气泵将采样口采集的气体送入在线氧分析仪、在线露点仪进行实时监测，根据实时监测的数据来调节氮气气量和进气角度从而达到密封要求。该碳化炉炉口，有效解决碳化炉炉口密封和氮气直吹对纤维造成扰动的难题，使得碳纤维在碳化过程中平稳运行，即可隔绝空气反应，又能杜绝氮气直吹而产生的毛丝和性能降低。和性能降低。和性能降低。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构


[0001]本专利技术涉及碳化炉
，特别是涉及一种碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构。

技术介绍

[0002]在制造碳纤维过程中，碳化过程是一复杂的物理化学变化和结构转化的过程，是在惰性气体保护下发生热分解、热缩聚过程。其结果使预氧化丝的梯形结构转化为碳纤维的乱层石墨结构。碳化过程是碳纤维制备的关键过程，低温碳化炉和高温碳化炉是碳纤维制备的关键设备，其核心技术是宽口径碳化炉及其配套的密封结构，第一在碳化炉内形成微正压，避免外界空气进入炉内，破坏惰性气体环境。第二对纤维进行吹扫，防止运行丝束中的氧气和水汽进入碳化炉，这两点是生产碳纤维过程的重中之重。
[0003]目前传统的碳化炉密封技术，大都采用非接触式迷宫密封和平板直吹两种形式。非接触式迷宫密封式是利用隔板形成气体膨胀室，氮气进入膨胀室遇到隔板形成乱流，形成对纤维的吹扫，将纤维中夹带的空气进行置换，防止空气进入碳化炉。但在实际应用过程中，膨胀室形成的气体乱流大小和方向很难控制，与设备的加工精度、氮气量大小都有很大因素，所以很难达到预期的效果。平板直吹式的密封技术，结构简单，加工容易，但存在用氮气量偏大，而且对纤维进行直吹，很容易造成纤维发毛和整体运行丝束的抖动，而一旦减小气量，又出现密封效果差的问题。
[0004]在高温情况下氧气和水汽会腐蚀碳化炉的金属马弗或是石墨马弗，降低碳化炉的使用寿命，并且在高温工况下氧化正在碳化过程中的碳纤维，会降低碳纤维的各项性能指标，导致无法生产出高性能的碳纤维。因此，需要设计一种新的密封设计能够彻底解决了上述问题，极大延长碳化炉的使用寿命，并提高碳纤维的性能指标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构，有效解决碳化炉炉口密封和氮气直吹对纤维造成扰动的难题，使得碳纤维在碳化过程中平稳运行，即可隔绝空气反应，又能杜绝氮气直吹而产生的毛丝和性能降低。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构，包括
[0007]鸭嘴式炉口，所述鸭嘴式炉口包括顺次连接的炉口段、扩张段和炉体连接段，所述炉体连接段密封安装在炉体上；以及
[0008]旋转气腔，所述炉口段的上下对称布置有多组所述旋转气腔，所述旋转气腔包括圆柱体外壳和所述气腔，所述圆柱体外壳转动安装在所述炉口段，所述圆柱体上沿轴线方向开设有长孔，所述气腔与氮气源连通，各气腔的氮气流量可调节；以及
[0009]炉内气氛监测系统，所述炉内气氛监测系统包括采样口、过滤器、微量气泵、在线氧分析仪和在线露点仪，所述扩张段按纤维运行宽度设置多处所述采样口，通过所述过滤
器和微量气泵将所述采样口处采集的气体送入所述在线氧分析仪和在线露点仪进行实时监测；以及
[0010]炉条，所述炉口段的进口处安装有所述炉条。
[0011]优选地，所述鸭嘴式炉口采用耐高温不锈钢板焊接而成，顺次连接的所述炉口段、扩张段和炉体连接段形成鸭嘴形状，所述炉体连接段通过法兰安装在所述炉体上。
[0012]优选地，所述旋转气腔采用不锈钢做圆柱形空腔，即所述圆柱体外壳为不锈钢材质制成，所述圆柱体外壳的端部设置有氮气接口，所述氮气接口与氮气源相连并为所述气腔内供应氮气。
[0013]优选地，所述氮气接口与氮气源相连的管路上设置有转子体积流量计，所述转子体积流量计用于对各所述旋转气腔内的氮气量进行调节和控制。
[0014]优选地，所述圆柱体外壳在所述炉口段的旋转范围为60
°
，所述长孔随所述圆柱体外壳的转动而改变朝向。
[0015]优选地，所述炉条采用铝合金材质制成，所述炉条的走丝宽度上下均做圆弧和光滑处理。
[0016]优选地，所述炉条的位置可上下调节以达到合适的开度。
[0017]本专利技术相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
[0018]本专利技术中的碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构，包括鸭嘴式炉口、旋转气腔、炉内气氛监测系统和炉条，鸭嘴式炉口由炉口段、扩张段与炉体连接段组成并形成鸭嘴式，在炉口段上下各布置旋转气腔，旋转气腔用于向炉内供应氮气，氮气量可调节控制；旋转气腔上的长孔用作出气，气腔可旋转，达到调节出气角度的目的；炉内气氛监测系统，通过过滤器和微量气泵将采样口采集的气体送入在线氧分析仪、在线露点仪进行实时监测，根据实时监测的数据来调节氮气气量和进气角度从而达到密封要求。该碳化炉炉口，有效解决碳化炉炉口密封和氮气直吹对纤维造成扰动的难题，使得碳纤维在碳化过程中平稳运行，即可隔绝空气反应，又能杜绝氮气直吹而产生的毛丝和性能降低。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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。
[0020]图1为本专利技术实施例中碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构的侧视图；
[0021]图2为图1的俯视图；
[0022]图3为旋转气腔的结构图；
[0023]图4为旋转气腔的旋转角度示意图；
[0024]图5为图3的D
‑
D向剖视图；
[0025]图6为炉内气氛监测系统示意图；
[0026]图7为炉条的结构示意图；
[0027]其中，1、炉条；2、炉口段；3、圆柱体外壳；4、旋转气腔；5、扩张段；6、炉体连接段；7、长孔；8、氮气接口；9、采样口；10、过滤器；11、微量气泵；12、在线氧分析仪；13、在线露点仪。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]本专利技术的目的是提供一种碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构，有效解决碳化炉炉口密封和氮气直吹对纤维造成扰动的难题，使得碳纤维在碳化过程中平稳运行，即可隔绝空气反应，又能杜绝氮气直吹而产生的毛丝和性能降低。
[0030]为使本专利技术的上述目的、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专利技术作进一步详细的说明。
[0031]如图1
‑
图7所示，本专利技术提供一种碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构，包括
[0032]鸭嘴式炉口，鸭嘴式炉口包括顺次连接的炉口段2、扩张段5和炉体连接段6，炉体连接段6密封安装在炉体上；以及
[0033]旋转气腔4，炉口段2的上下对称布置有多组旋转气腔4，旋转气腔4包括圆柱体外壳3和气腔，圆柱体外壳3转动安装在炉口段2，圆柱体上沿轴线方向开设有长孔7，气腔与氮气源连通，各气腔的氮气流量可调节；以及
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构，其特征在于：包括鸭嘴式炉口，所述鸭嘴式炉口包括顺次连接的炉口段、扩张段和炉体连接段，所述炉体连接段密封安装在炉体上；以及旋转气腔，所述炉口段的上下对称布置有多组所述旋转气腔，所述旋转气腔包括圆柱体外壳和所述气腔，所述圆柱体外壳转动安装在所述炉口段，所述圆柱体上沿轴线方向开设有长孔，所述气腔与氮气源连通，各气腔的氮气流量可调节；以及炉内气氛监测系统，所述炉内气氛监测系统包括采样口、过滤器、微量气泵、在线氧分析仪和在线露点仪，所述扩张段按纤维运行宽度设置多处所述采样口，通过所述过滤器和微量气泵将所述采样口处采集的气体送入所述在线氧分析仪和在线露点仪进行实时监测；以及炉条，所述炉口段的进口处安装有所述炉条。2.根据权利要求1所述的碳纤维生产用碳化炉炉口密封结构，其特征在于：所述鸭嘴式炉口采用不锈钢板焊接而成，顺次连接的所述炉口段、扩张段和炉体连接段形成鸭嘴形状，所述炉体连接段通过法兰安装在所述炉体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东升，翟磊，段晋星，张颖新，吕春祥，李永红，袁淑霞，杨明珲，郭蕊，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：