專利名稱：一種用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于新型材料生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及一種密封裝置，具體地說是一種用于連 續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置。
背景技術(shù)：
碳纖維是一種新型非金屬材料，具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、抗蠕 變、低熱膨脹、高導(dǎo)電和導(dǎo)熱、自潤(rùn)滑等一系列優(yōu)異性能；而且作為纖維還具有柔軟性和可 編、可紡織性，被廣泛應(yīng)用于航天航空、國(guó)防軍事等尖端領(lǐng)域以及高級(jí)體育用品、醫(yī)療器械 等民用工業(yè)，成為先進(jìn)復(fù)合材料的主要增強(qiáng)體之一，被譽(yù)為21世紀(jì)中最有生命力的新型材 料。碳纖維是利用有機(jī)纖維先在200-30(TC氧化氣氛中進(jìn)行預(yù)氧化制得預(yù)氧絲，然后 將預(yù)氧絲在300-1800°C氮?dú)?、氬氣等惰性氣氛中進(jìn)行碳化制得其含碳量在90%以上的新 型碳材料；進(jìn)而將上述纖維在2000-300(rC惰性氣氛中進(jìn)行石墨化而制得高模量碳纖維 (也稱石墨纖維)。在本實(shí)用新型中，為了便于描述，將上述碳化和石墨化工藝統(tǒng)稱為碳化 工藝，其相應(yīng)的碳化爐和石墨化爐統(tǒng)稱為高溫爐。為了提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能耗，在上述碳 化工藝過程中，需要同時(shí)將多束預(yù)氧絲纖維排成具有一定絲束間距的帶狀連續(xù)通過高溫爐 進(jìn)行處理，因此高溫爐必須敞口(即具有進(jìn)絲口和出絲口)，且具有一定的寬度，但是高溫 爐的兩端爐口必須密封。關(guān)于高溫爐口必須密封的原因如下一是抑制高溫爐爐外室內(nèi) 空氣中的氧擴(kuò)散至爐內(nèi)，造成纖維高溫氧化產(chǎn)生大量毛絲，影響纖維質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)將纖維燒 斷，使碳化工藝失效；二是防止碳化過程中產(chǎn)生的廢氣由爐內(nèi)排放至爐外室內(nèi)空間，污染 周圍環(huán)境；三是由于碳化爐，尤其是高溫碳化爐和高溫石墨化爐內(nèi)部的加熱元件、保溫材 料、支撐等均由石墨材料制成，微量空氣的滲入會(huì)使其高溫氧化，縮短碳化爐的使用壽命。 關(guān)于碳化爐密封裝置的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，按照密封介質(zhì)分為液體密封(如文獻(xiàn)特開昭 62-162021、特開平10-251922等)和氣體密封(如文獻(xiàn)昭61-97461、昭62-243831、特開 2001-984 、特開2004-19053等)，其中使用液體密封時(shí)必須考慮防止液體蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸 汽擴(kuò)散至爐內(nèi)的措施，為此密封裝置的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜；使用氣體密封時(shí)必須考慮密封 裝置不得磨損預(yù)氧絲，其結(jié)構(gòu)形式主要有閘板式、鴨嘴式、非接觸型迷宮式等。目前，典型的 氣體密封裝置代表為非接觸型迷宮式密封結(jié)構(gòu)，此種密封裝置形成的爐內(nèi)正壓只有l(wèi)_2mm 水柱，并且耗氣量大，密封效果不夠理想，爐內(nèi)氣氛易受周圍環(huán)境的影響；另外，此種密封裝 置清理、維護(hù)等日常操作還存在不足，而且結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封效果 不好、耗氣量大、清理與維護(hù)不方便的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖 維的高溫爐密封裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案[0006]一種用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特殊之處在于其包括密封室 3以及垂直設(shè)置在密封室3外壁上的多個(gè)進(jìn)氣組件2 ；所述密封室3的一端設(shè)置有可供纖維 絲束7進(jìn)出的間隙6、另一端與高溫爐8連通；所述密封室3與每個(gè)進(jìn)氣組件2之間均設(shè)置 有進(jìn)氣口 14。上述進(jìn)氣組件2包括依次貫通的進(jìn)氣管9、膨脹室10和整流室11 ；所述膨脹室10 的最大橫截面積為進(jìn)氣管9橫截面積的50 200倍，所述整流室11的橫截面積為進(jìn)氣管 9橫截面積的50 200倍。上述膨脹室10和整流室11之間設(shè)置有整流板12，所述整流板12上設(shè)置有多個(gè)通 孔15。上述整流板12上的通孔15的形狀為圓形或方形，通孔15的總面積為導(dǎo)流板12 面積的30 60%。上述整流室11內(nèi)垂直于整流板12設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)流板13。上述導(dǎo)流板13的間距為整流室橫截面寬度的0. 2 0. 5倍。上述密封室3的間隙6處設(shè)置有用于調(diào)節(jié)間隙6寬度的上閘板4和下閘板5。上述的進(jìn)氣組件的數(shù)量為2 10個(gè)。上述的進(jìn)氣組件對(duì)稱分布于密封室3的上下兩側(cè)或四周。上述進(jìn)氣口 14為狹縫式進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口的寬度為0. 5 3mm。本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型所提供的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置既可防止高溫 爐爐外空氣向爐內(nèi)擴(kuò)散，又可防止?fàn)t內(nèi)的碳化廢氣向室內(nèi)排放，進(jìn)而在高溫爐內(nèi)整個(gè)空間 內(nèi)形成一種惰性氣氛，如氮?dú)?、氬氣等?、本實(shí)用新型中光滑的密封室平面內(nèi)壁和可調(diào)節(jié)的纖維運(yùn)行間隙減少了纖維的 機(jī)械損傷，提高了纖維質(zhì)量；3、本實(shí)用新型通過進(jìn)氣組件的狹縫控制氣體的使用量，氣體使用量小，密封效果 好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于日常清理、維護(hù)等操作；4、本實(shí)用新型裝置在碳纖維生產(chǎn)過程中應(yīng)用范圍廣、使用費(fèi)用低，在一定程度上 降低了碳纖維生產(chǎn)成本。綜上所述，本實(shí)用新型的密封裝置基于“線切割”原理，采用狹縫式進(jìn)氣方式，在 垂直于纖維絲束7運(yùn)行方向(沿高溫爐爐口寬度方向)形成均勻氣幕，既可抑制爐外空氣 向爐內(nèi)擴(kuò)散，又可防止?fàn)t內(nèi)碳化廢氣向爐外排放。同時(shí)，本實(shí)用新型與傳統(tǒng)密封裝置相比， 在同樣使用氣量的前提下，在密封室與高溫爐接口處所形成的壓力小、密封效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，便于日常清理、維護(hù)等操作的優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型進(jìn)氣組件的剖面圖；其中1-高溫爐密封裝置，2-進(jìn)氣組件，3-密封室，4-上閘板，5-下閘板，6_間隙， 7-纖維絲束，8-高溫爐，9-進(jìn)氣管，10-膨脹室，11-整流室，12-整流板，13-導(dǎo)流板，14-進(jìn)氣口，15-通孔。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置如圖1所示，其可應(yīng)用于高 溫爐8的預(yù)氧化纖維絲束7的進(jìn)口處和出口處，主要由密封室3和若干進(jìn)氣組件2組成，密 封室3 —端為可供纖維絲束進(jìn)出的間隙6，采用上閘板4和下閘板5的閘板式結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)間 隙寬度，另一端與高溫爐8的爐口相通，通常采用緊固件進(jìn)行連接；若干進(jìn)氣組件2設(shè)置在 密封室3的單側(cè)、上下兩側(cè)或四周，主要由進(jìn)氣管9、膨脹室10、整流室11、進(jìn)氣口 14組成； 進(jìn)氣組件2的數(shù)量由高溫爐6的爐口尺寸決定，通常為2 10個(gè)。膨脹室10的最大橫截面 面積以及整流室11的橫截面面積為進(jìn)氣管9橫截面積的50 200倍，在膨脹室10和整流 室11之間設(shè)置有氣體整流板12，其上開有多個(gè)通孔15，通孔15的形狀沒有特殊要求，可為 圓形、方形等，但開孔率應(yīng)在30 60%范圍內(nèi)；整流室11設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)流板13，其間距為 整流室11橫截面寬度的0. 2 0. 5倍；進(jìn)氣口 14設(shè)置在整流室11下方與密封室3之間， 采用狹縫式進(jìn)氣口，其狹縫寬度為0. 5 3mm，則此處氣體流速在0. 1 lm/s范圍內(nèi)可調(diào)。密封室3的高度和間隙6的大小取決于在碳化過程中纖維絲束7在相應(yīng)位置處的 最大撓度，而碳化過程中纖維絲束7的撓度與高溫爐8前后牽伸輥的間距L、纖維絲束7中 的張力F、纖維7的線密度P ！有關(guān)系。高溫爐密封裝置1的主要參數(shù)為密封室3的內(nèi)部寬度為120mm ；進(jìn)氣組件2設(shè)置 在密封室3的單側(cè)，其數(shù)量為3個(gè)，膨脹室10的最大橫截面面積和整流室11的橫截面面積 均為進(jìn)氣管9橫截面積的100倍，整流板12的開孔率為45%，進(jìn)氣口狹縫寬度為1mm，當(dāng)進(jìn) 氣口流速在0. 1 1. Om/s范圍調(diào)節(jié)時(shí)，在高溫爐密封裝置1的密封室3與高溫爐8爐連接 處可形成2 15mmH20微壓力。如圖2所示，高溫爐密封裝置1的進(jìn)氣組件2還可設(shè)置在密封室3兩側(cè)，在垂直于 纖維絲束7運(yùn)行方向(沿高溫爐爐口寬度方向)的纖維絲束上下側(cè)形成更加均勻而完整的 氣幕，其密封效果更好。
權(quán)利要求1.一種用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特征在于其包括密封室(3)以 及垂直設(shè)置在密封室C3)外壁上的多個(gè)進(jìn)氣組件O)；所述密封室(3)的一端設(shè)置有可供 纖維絲束(7)進(jìn)出的間隙(6)、另一端與高溫爐(8)連通；所述密封室C3)與每個(gè)進(jìn)氣組件 (2)之間均設(shè)置有進(jìn)氣口(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特征在于所 述進(jìn)氣組件( 包括依次貫通的進(jìn)氣管(9)、膨脹室(10)和整流室(11)；所述膨脹室(10) 的最大橫截面積為進(jìn)氣管(9)橫截面積的50 200倍，所述整流室(11)的橫截面積為進(jìn) 氣管(9)橫截面積的50 200倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特征在于所 述膨脹室(10)和整流室(11)之間設(shè)置有整流板(12)，所述整流板12上設(shè)置有多個(gè)通孔 (15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特征在于所 述整流板(1 上的通孔(1 的形狀為圓形或方形，通孔(1 的總面積為導(dǎo)流板(12)面 積的30 60%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特征在于所 述整流室(11)內(nèi)垂直于整流板(1 設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)流板(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特征在于所 述導(dǎo)流板(13)的間距為整流室橫截面寬度的0. 2 0. 5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之任一權(quán)利要求所述的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝 置，其特征在于所述密封室(3)的間隙(6)處設(shè)置有用于調(diào)節(jié)間隙(6)寬度的上閘板(4) 和下閘板(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特征在于所 述的進(jìn)氣組件的數(shù)量為2 10個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特征在于所 述的進(jìn)氣組件對(duì)稱分布于密封室(3)的上下兩側(cè)或四周。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其特征在于所 述進(jìn)氣口(14)為狹縫式進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口的寬度為0.5 3mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置，其包括密封室(3)以及垂直設(shè)置在密封室(3)外壁上的多個(gè)進(jìn)氣組件(2)；所述密封室(3)的一端設(shè)置有可供纖維絲束(7)進(jìn)出的間隙(6)、另一端與高溫爐(8)連通；所述密封室(3)與每個(gè)進(jìn)氣組件(2)之間均設(shè)置有進(jìn)氣口(14)。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有的用于連續(xù)化生產(chǎn)碳纖維的高溫爐密封裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封效果不好、耗氣量大、清理與維護(hù)不方便的技術(shù)問題，本實(shí)用新型可防止高溫爐爐外空氣向爐內(nèi)擴(kuò)散，又可防止?fàn)t內(nèi)的碳化廢氣向室內(nèi)排放。
文檔編號(hào)D01F9/32GK201817598SQ20102053360
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者劉福杰, 李福平, 王浩靜, 王紅飛, 程璐, 范立東 申請(qǐng)人:西安航科等離子體科技有限公司