一种用于碳纤维生产的预氧化装置的制作方法

本发明涉及一种用于碳纤维生产的预氧化装置，属于碳纤维生产加工技术领域。

背景技术：

碳纤维碳化生产过程中对的第一步就是预氧化过程，其目的是使具有线性大分子链的聚丙烯腈原丝经过高温氧化处理后转变为不熔不燃的耐热梯形结构，使其经得起后续的高温碳化过程而保持纤维状态。

预氧化过程对碳纤维的质量和产量的影响极大。目前国内外的预氧化炉型有内热式预氧化炉、外热式预氧化炉、热风循环炉、固-固传热炉、具有硫化层的预氧化炉多种，每种预氧化炉根据各自不同的工艺具有各自不同的特点，而现有预氧化装备普遍存在炉体密封不好等、等温区不均等现象。因此，急需一种能够符合聚丙烯腈原丝预氧化特性、工艺条件和生产规模的预氧化炉。

技术实现要素：

为解决上述技术问题本发明提供了一种用于碳纤维生产的预氧化装置，所采取的技术方案如下：

一种用于碳纤维生产的预氧化装置，包括预氧化炉，供风系统2，排风系统3，驱动装置4和温度检测控制系统。其中，预氧化炉是由第一预氧化炉1和第二预氧化炉5串联组成，第一预氧化炉1和第二预氧化炉5分别具有上下平行排列的若干炉膛，第一预氧化炉1内炉膛温度上层炉膛的温度不低于下层炉膛的温度，第二预氧化炉5的炉膛温度下层炉膛的温度不低于上层炉膛的温度；供风系统2和排风系统3通过管道与第一预氧化炉1和第二预氧化炉5的炉膛连接，驱动装置4安装在每个炉膛的两端。

优选地，预氧化炉的加热炉体包括炉膛11，炉膛11外侧的预氧炉保温层12以及通过电路与温度检测控制系统连接的预氧炉温度传感器13和预氧炉加热装置14；其中预氧炉温度传感器13和预氧炉加热装置14安装在炉膛11与预氧炉保温层12之间，以实现对炉膛内温度的检测和控制。

优选地，供风系统2包括送风机21，与送风机21出风口连接的送风主管22，与送风主管22连接并分别与预氧化炉各个炉膛中部侧面连接的送风支管23，送风支管23靠近入口外侧设有送风控制阀24，在送风支管23内部设有送风传感器26和送风加热器25，在送风支管23外部还设有送风管保温层27。

更优选地，送风传感器26和送风加热器25与温度检测控制系统连锁，以便对所供风的温度进行控制。

优选地，排风系统3在第一预氧化炉1和第二预氧化炉5的两端分别设有第一出风管31和第二出风管32，第一出风管31和第二出风管32通过分别与每一个炉膛两端连接的出风支管33连通。

优选地，所述第一预氧化炉1和第二预氧化炉5分别有上下平行排列的7个炉膛，丝束9通过驱动装置4从第一预氧化炉1的底部进入，并由顶部引出再进入第二预氧化炉5的顶部，再通过驱动装置4驱动由第二预氧化炉5的底部引出。每个炉膛内可设置连续一体化的加热温区，也可采用不连续的间断式的加热温区。例如，在一根炉膛内沿长度方向设置6个加热温区。

优选地，所述第一预氧化炉1和第二预氧化炉5分别有上下平行排列的7个炉膛，第一预氧化炉1内各层炉膛的温度由下向上逐层升高；第二预氧化炉5内各层炉膛的温度由上向下逐层升高。

优选地，所述第一预氧化炉1和第二预氧化炉5分别有上下平行排列的7个炉膛，第一预氧化炉1内各层炉膛的温度由最底层向上到第六层逐层升高，第七层为温度不升高的恒温过渡区；第二预氧化炉5内各层炉膛的温度由最高层向下到第六层逐层升高，第七层温度不升高的恒温过渡区。

本发明获得的有益效果是：

本发明的预氧化炉在炉体内设有与控制装置连锁的加热补偿装置，能够精确控制炉内温度在100℃-300℃之间逐渐变化，能够很好地满足PAN原丝预氧化反应的需要。该预氧化炉的温区及温度梯度分布合理，加热系统温度均匀，温度控制精度可保证不低于±0.5℃。

同时，该预氧化炉的保温性能和节能性能良好，可使炉外壁温度不超过25℃。该炉的内热循环系统风量、风温及风压可调，废气可由专用系统排出，不会向生产车间泄露。

附图说明

图1为本发明第一预氧化炉体结构示意图。

图2为本发明第二预氧化炉体结构示意图。

图3为本发明通风管与炉膛连接处的结构示意图。

图中：1，第一预氧化炉；2，供风系统；3，排风系统；4，驱动装置；5，第二预氧化炉；9，丝束；11，炉膛；12，预氧炉保温层；13，预氧炉温度传感器；14，预氧炉加热装置；21，送风机；22，送风主管；23，送风支管；24，控制阀；25，送风加热器；26，送风传感器；27，送风管保温层；31，第一出风管；32，第二出风管；33，出风支管；101，第一炉膛；102，第二炉膛；103，第三炉膛；104，第四炉膛；105，第五炉膛；106，第六炉膛；107，第七炉膛；108，第八炉膛；109，第九炉膛；110，第十炉膛；111，第十一炉膛；112，第十一炉膛；113，第十三炉膛；114，第十四炉膛。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明，但以下详细说明不视为对本发明的限定。

其中，图1为本发明第一预氧化炉体结构示意图。图2为本发明第二预氧化炉体结构示意图。图1和图2中箭头的方向为纤维丝束的前进方向。图3为本发明通风管与炉膛连接处的结构示意图。图3中箭头的方向为供风系统提供的热风的流动方向。

从图1-图3可知，该预氧化装置包括两个串联连接的预氧化炉，即第一预氧化炉1和第二预氧化炉5，以及为每个预氧化炉提供风源的供风系统2，排除废气的排风系统3，固定在预氧化炉两侧的驱动装置4。同时，还设有通过电线电路与各部件加热元件和温度探测元件连接的温度检测控制系统，以实现对预氧化装置整体及各部位温度的精确控制。

第一预氧化炉1主要是由从上向上依次平行排列的第一炉膛101、第二炉膛102、第三炉膛103、第四炉膛104、第五炉膛105、第六炉膛106和第七炉膛107组成。而第二预氧化炉5则主要是由从上向下依次平行排列的第八炉膛108、第九炉膛109、第十炉膛110、第十一炉膛111、第十一炉膛112、第十三炉膛113和第十四炉膛114组成。在每个炉膛的两边都设有驱动辊作为驱动装置4驱动丝束9前进。在使用过程中，第一炉膛101至第十四炉膛114的温度依次递增，丝束9从第一预氧炉1的底部第一炉膛101的左侧进入，由第七炉膛107的右侧引出并进入第二预氧化炉5的第八炉膛108的左侧，最终由第十四炉膛114的右侧引出。在使用过程中，也可将第七炉膛107和第十四炉膛114作为温度不变的恒温过渡区。

第一预氧化炉1和第二预氧化炉5中各个炉膛的长度相同，且两端对齐。在各个炉膛的中间附近侧面与供风系统2的送风支管23连通，以实现风力供应。供风系统2设有送风机21，以及与送风机21送风出口连接的送风主管22，送风主管22在分别与上述送风支管23连通。在送风支管23与送风主管22的连接部附近设有控制阀24，以便于控制送风量。在送风支管23内设有送风加热器25和送风传感器26(图3)，并且在管壁外还设有送风管保温层27。相同地，在各个炉膛11与包裹在炉膛11外的预氧炉保温层12之间设有预氧炉温度传感器13和预氧炉加热装置14，并且上述加热器和传感器均通过电线电路与温度检测控制系统练级，以实现对送风管路及炉膛内温度的检测和控制。上述加热器和传感器可作为温度补偿装置与控制装置，如计算机，进行电连接精确连锁控制炉体炉膛内的温度。

每个预氧化炉上均安装有排风系统3，排风系统3是由第一出风管31、第二出风管32以及14个出风支管33。其中，第一出风管31和第二出风管32竖直设置，安装在预氧化炉各炉膛的两侧，并通过出风支管33与各个炉膛的两侧端点附近的侧部或顶部连通，以便于将预氧化过程中产生的废气从炉体中排除。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。