CN106480549A - 一种连续式热处理设备 - Google Patents

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    • F27D11/08—Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • F27D11/10—Disposition of electrodes

Abstract

本发明公开了一种连续式热处理设备。所述连续式热处理设备包括炉体，横向设置在炉体内的炉膛，设置在炉体进料端的进料口，以及设置在炉体出料端的出料口；所述炉膛内设有多根转动电极，多根转动电极整体沿着炉膛的长度方向设置，且每根转动电极的长度方向与所述炉膛的长度方向垂直；多根转动电极用于绕装自身兼作电阻的导电材料，且相邻的三根转动电极的轴线不共面而形成的张拉***。本发明的热处理设备通过改变热传递方式，降低了或消除皮芯的温度梯度，从而减小了皮芯结构的出现概率，大大提高了导电材料的热处理性能。

Description

一种连续式热处理设备
技术领域
本发明涉及一种连续式热处理设备，尤其适合碳纤维的热处理。
背景技术
碳纤维是一种具有高强度、高模量的新型纤维材料，在国防军工和民用方面都是重要材料，被喻为“黑色黄金”。
传统的碳纤维连续化热处理方法通常为由电极发热通过辐射传热的方法传递热量，容易在碳纤维的皮芯处形成温度梯度而造成皮芯结构，影响碳纤维的性能，具体而言：
1、传统的碳纤维热处理方法为碳纤维在炉膛内穿过，热量由外部辐射到碳纤维表面，这样会在碳纤维表面不同深度产生温度差，从而产生皮芯结构，降低碳纤维的强度。
2、碳纤维在热处理时需加以牵伸力，这样有助于纤维上的缺陷形状变为椭圆形，从而提高强度，传统的碳纤维热处理方法为通过调节收卷速度来调节牵伸力，此时牵伸力贯穿整根碳纤维，不同温度段收到的牵伸力是相同的，不能达到精细控制。
3、传统的碳纤维热处理方式由于采用外部辐射加热，温度的均匀性不能精确控制。
发明内容
本发明旨在提供一种连续式热处理设备，该热处理设备通过改变热传递方式，可降低或消除皮芯的温度梯度，从而减小皮芯结构的出现概率，大大提高导电材料，尤其是碳纤维的热处理性能。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种连续式热处理设备，包括炉体，横向设置在炉体内的炉膛，设置在炉体进料端的进料口，以及设置在炉体出料端的出料口；其结构特点是，所述炉膛内设有多根转动电极，多根转动电极整体沿着炉膛的长度方向设置，且每根转动电极的长度方向与所述炉膛的长度方向垂直；多根转动电极用于绕装自身兼作电阻的导电材料，且相邻的三根转动电极的轴线不共面而形成的张拉***；优选每相邻三个转动电极分别与三相电的ABC三相对应电连接而形成一个加热区；优选导电材料为碳材料，更优选导电材料为碳纤维、碳纸或碳毡。
本发明通过调节转动电极转动速度差来调整该段碳纤维的牵伸力，通过调整转动电极间的电流来调节温度，从而实现对碳纤维热处理的温度和牵伸力的精确控制。
此外，本发明创造性以导电材料自身作为电阻来发热，大大降低了皮芯的出现概率，提高导电材料的热处理质量。
根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
优选地，所述炉体与炉膛之间设有保温层；优选保温层为石墨硬毡和低导热率的保温棉。本发明所述低导热率是指导热系数低于0.05W/m.K。
优选地，所述设置在炉体进料端与进料口进料端之间的距离小于炉体出料端与出料口出料端之间的距离；优选所述进料口和出料口均设有冷却装置和气体密封装置。
优选地，多根转动电极沿着炉膛的长度方向整体呈波浪式交错排布。
所述炉膛为石墨板拼接而成腔体，且炉膛内的温度自中部向两端逐渐递减，以满足热处理温度曲线要求。
为了对进入炉膛和送出的导电材料进行导向，所述炉膛内的进口处和出口处均设有对辊滚轮；优选对辊滚轮上下两个滚轮之间的间隙为5-20mm；优选所述对辊滚轮由两根上下布置的电极构成。
为了方便输入保护气氛，所述炉体底部设有与炉膛连通的进气口，该炉体顶部设有与炉膛连通的排气通道；优选所述排气通道底部设有焦油收集槽，由此可以方便收集，保证设备的安全性和可靠性。
优选地，每根转动电极穿过炉体并与位于炉体外的转动机构相联；优选每根转动电极对应一个独立的转动机构，由此可以独立控制每一根转动电极的转速，从而调整导电材料的张拉力。
为了方便设备的维护和纤维的走丝，所述炉体上设有活动窗口。
为了防止多根导电材料之间互相扰乱，所述转动电极上开有导向凹槽。
本发明主要用于导电材料的热处理，优势在于连续化的可控加热，主要包括的材料便是碳材料，优选为碳纤维、碳纸或碳毡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、以碳纤维自身作为电阻来发热，大大降低了皮芯的出现概率；
2、大电流低电压供电，功耗小，加热效率高；
3、炉膛侧边具有活动窗口设计，方便设备的维护和纤维的走丝；
4、利用转动电极的电流和转速调节各温度区的温度和牵伸力，转动电极兼作分段张拉作用，不需要额外的牵伸装置，方法巧妙、方便；
5、具有气体密封装置和焦油收集槽，设备的安全性和可靠性增高。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构原理图。
在图中
1-炉体；2-转动电极；3-保温层；4-碳纤维；5-进料口；6-出料口；7-进气口；8-排气通道；9-对辊滚轮；10-炉膛。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
一种连续式碳纤维热处理设备，如图1所示，包括进料口5、出料口6、炉膛10、转动电极2和排气通道8。其中，进料口5、出料口6均设有气体密封，同时设置水冷，其中出口区长度大于进口区长度，由此，外部气体的进入主要为进料口一段，空气随碳纤维束一起进入，当出口长度大于进口时，出料口气体排除需要的压力大于进料口，底部进入的保护气体会优先从进料口一段排出，进而阻止空气进入。
如图1所示，所述炉膛为石墨板拼接组成腔体，石墨板外侧为均布分布的石墨硬毡和低导热率保温棉构成的保温层3。顶部为排气通道8，排气通道8底部设有焦油收集槽。石墨腔内部设有转动电极，转动电极2一端穿过石墨板和保温层与外部传动机构连接。转动电极沿石墨腔水平中心线呈波浪式交错排布。每相邻的三个转动电极组成一个加热区。各加热区自中间向两端温度逐渐递减。两端靠近进出口处设有对辊滚轮9，对辊滚轮9的上下电极间隙为5-20mm。炉膛非传动机构一侧为开窗式设计，方便设备的维护和碳纤维4的走丝。炉膛底部设有进气口，方便通入保护气。
热处理时，碳纤维首先穿过进口对辊滚轮间隙，然后分别绕过各转动电极，形成波浪形，最后再穿过出口对辊滚轮9间隙到达出口区，各加热区3根转动电极分别接通三相电ABC三相，每两个转动电极之间以该段碳纤维为电阻发热，通过调节转动电极转动速度差来调整该段碳纤维的牵伸力，通过调整转动电极间的电流来调节温度，从而实现对碳纤维热处理的温度和牵伸力的精确控制。
进一步地，为了防止各簇碳纤维之间扰乱，各旋转电极上可以设置凹槽，使纤维丝沿各凹槽前行。
本发明不限于碳纤维束的加热，同时对连续式的碳材料如碳纸、碳毡等导热材料可以起到同样的热处理效果。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种连续式热处理设备，包括炉体（1），横向设置在炉体（1）内的炉膛（10），设置在炉体（1）进料端的进料口（5），以及设置在炉体（1）出料端的出料口（6）；其特征在于，所述炉膛（10）内设有多根转动电极（2），多根转动电极（2）整体沿着炉膛（10）的长度方向设置，且每根转动电极的长度方向与所述炉膛（10）的长度方向垂直；多根转动电极（2）用于绕装自身兼作电阻的导电材料，且相邻的三根转动电极（2）的轴线不共面而形成的张拉***；优选每相邻三个转动电极（2）分别与三相电的ABC三相对应电连接而形成一个加热区；优选导电材料为碳材料，更优选导电材料为碳纤维、碳纸或碳毡。
2.根据权利要求1所述的连续式热处理设备，其特征在于，所述炉体（1）与炉膛（10）之间设有保温层（3）；优选保温层为石墨硬毡和低导热率的保温棉。
3.根据权利要求1所述的连续式热处理设备，其特征在于，所述设置在炉体（1）进料端与进料口（5）进料端之间的距离小于炉体（1）出料端与出料口（6）出料端之间的距离；优选所述进料口（5）和出料口（6）均设有冷却装置和气体密封装置。
4.根据权利要求1所述的连续式热处理设备，其特征在于，多根转动电极（2）沿着炉膛（10）的长度方向整体呈波浪式交错排布。
5.根据权利要求1所述的连续式热处理设备，其特征在于，所述炉膛（10）为石墨板拼接而成腔体，且炉膛（10）内的温度自中部向两端逐渐递减。
6.根据权利要求1所述的连续式热处理设备，其特征在于，所述炉膛（10）内的进口处和出口处均设有对辊滚轮（9）；优选对辊滚轮（9）上下两个滚轮之间的间隙为5-20mm；优选所述对辊滚轮（9）由两根上下布置的电极构成。
7.根据权利要求1-6之一所述的连续式热处理设备，其特征在于，所述炉体（1）底部设有与炉膛（10）连通的进气口（7），该炉体（1）顶部设有与炉膛（10）连通的排气通道（8）；优选所述排气通道（8）底部设有焦油收集槽。
8.根据权利要求1-6之一所述的连续式热处理设备，其特征在于，每根转动电极（2）穿过炉体（1）并与位于炉体（1）外的转动机构相联；优选每根转动电极（2）对应一个独立的转动机构。
9.根据权利要求1-6之一所述的连续式热处理设备，其特征在于，所述炉体（1）上设有活动窗口。
10.根据权利要求1-6之一所述的连续式热处理设备，其特征在于，所述转动电极（2）上开有导向凹槽。
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