CN219363891U

CN219363891U - 碳纤维低温碳化炉

Info

Publication number: CN219363891U
Application number: CN202320200453.3U
Authority: CN
Inventors: 李伟; 杨晗; 黄超; 冯伟隆; 段宏伟; 张彦; 胡彬; 史振华
Original assignee: Shanxi Gangke Carbon Materials Co Ltd
Current assignee: Shanxi Gangke Carbon Materials Co Ltd
Priority date: 2023-02-07
Filing date: 2023-02-07
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2033-02-07

Abstract

本申请提供一种碳纤维低温碳化炉，属于碳纤维低温碳化炉技术领域。该碳纤维低温碳化炉包括碳化炉本体；进气管，向所述碳化炉本体内注入惰性气体；所述进气管上设有调控所述惰性气体流量的控制件；排废管，连通所述碳化炉本体，排出所述碳化炉本体内的废气；所述排废管上设有检测仪，对所述废气的含量进行检测；控制器，连接所述检测仪和所述控制件，能够根据所述检测仪的检测结果调控所述控制件。本申请在进气管设控制件结合排废管上设检测仪，从而使控制器能够根据排废管中废气的含量情况来调控控制件，有效保证排废管中废气含量处于相对稳定的范围内，从而有效降低碳纤维强度指标的波动。

Description

碳纤维低温碳化炉

技术领域

本申请属于碳纤维低温碳化炉技术领域，具体涉及一种碳纤维低温碳化炉。

背景技术

在碳纤维生产过程中，预氧化纤维在氮气气氛下于碳纤维低温碳化炉内发生热分解反应，纤维一般失重35％左右，该过程会产生大量废气，废气与氮气载气在排废风机作用下进入焚烧炉内进行焚烧处理。低温碳化炉排废通常采用排废管道压力控制，通过排废管道压力与排废风机联锁控制实现稳定排废，通常可认为氮气载气流量与废气排放量总和等于排废总量。但是，在碳纤维生产过程中，丝束运行数量经常会依据生产计划而调整，这会导致低温碳化炉内丝束运行数量发生变化。丝束量发生变化会引起废气排放量发生变化，进而导致废气量占排废总量的体积分数发生较大变化，废气体积分数的变化会影响热分解反应的程度，进而对碳纤维强度造成影响，使得批次内碳纤维强度发生波动，降低产品质量。

实用新型内容

因此，本申请提供一种碳纤维低温碳化炉，能够解决现有技术中丝束量发生变化会引起废气排放量发生变化，进而导致废气量占排废总量的体积分数发生较大变化和导致碳纤维强度发生波动的问题。

为了解决上述问题，本申请提供一种碳纤维低温碳化炉，包括：

碳化炉本体；

进气管，向所述碳化炉本体内注入惰性气体；所述进气管上设有调控所述惰性气体流量的控制件；

排废管，连通所述碳化炉本体，排出所述碳化炉本体内的废气；所述排废管上设有检测仪，对所述废气的含量进行检测；

控制器，连接所述检测仪和所述控制件，能够根据所述检测仪的检测结果调控所述控制件。

可选地，所述控制件包括流量计，所述控制器调控所述流量计至预设的流量。

可选地，所述控制件还包括单向阀，所述单向阀为向所述碳化炉本体内的方向导通。

可选地，所述检测仪包括气相色谱仪，检测所述废气中指标气体的含量。

可选地，所述排废管的侧壁上设有取样口，用于取出所述排废管内的废气。

可选地，所述气相色谱仪的取样管道与所述取样口连通，所述取样管道外包覆有保温装置。

可选地，所述碳化炉本体内设有走丝通道，所述排废管连通所述走丝通道。

可选地，所述走丝通道的入口端和出口端的侧壁上各连通有一个所述进气管；所述入口端和所述出口端的侧壁上还各连通有一个分隔管，所述分隔管向所述走丝通道内注入惰性气体，且气流方向为远离所述碳化炉本体；所述分隔管位于两个所述进气管的外侧。

可选地，所述排废管连通于所述走丝通道的中部。

本申请提供的一种碳纤维低温碳化炉，包括：碳化炉本体；进气管，向所述碳化炉本体内注入惰性气体；所述进气管上设有调控所述惰性气体流量的控制件；排废管，连通所述碳化炉本体，排出所述碳化炉本体内的废气；所述排废管上设有检测仪，对所述废气的含量进行检测；控制器，连接所述检测仪和所述控制件，能够根据所述检测仪的检测结果调控所述控制件。

本申请在进气管设控制件结合排废管上设检测仪，从而使控制器能够根据排废管中废气的含量情况来调控控制件，有效保证排废管中废气含量处于相对稳定的范围内，从而有效降低碳纤维强度指标的波动。

附图说明

图1为本申请实施例的碳纤维低温碳化炉的结构示意图。

附图标记表示为：

1、碳化炉本体；2、入口炉嘴；3、出口炉嘴；4、进气口；5、进气管；6、球阀；7、单向阀；8、质量流量计；9、走丝通道；10、排废管；11、风机；12、取样口；13、取样管道；14、保温装置；15、色谱仪；16、分隔管。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合参见图1所示，根据本申请的实施例，一种碳纤维低温碳化炉，包括：

碳化炉本体1；

进气管5，向所述碳化炉本体1内注入惰性气体；所述进气管5上设有调控所述惰性气体流量的控制件；

排废管10，连通所述碳化炉本体1，排出所述碳化炉本体1内的废气；所述排废管10上设有检测仪，对所述废气的含量进行检测；

本申请在进气管5设控制件结合排废管10上设检测仪，从而使控制器能够根据排废管中废气的含量情况来调控控制件，有效保证排废管10中废气含量处于相对稳定的范围内，从而有效降低碳纤维强度指标的波动。

当低温碳化炉内丝束量发生变化时，纤维热分解产生的废气生成量随之发生变化，此时排废管10中排出的气流，包括产生的废气和提供保护的惰性气体，相应废气量占排废总量(废气量和惰性气体排出量之和)的体积分数发生变化；本申请采用同步改变惰性气体排出量(直接由惰性气体的进入量来决定)，使得废气含量维持在预设范围，本申请是将具有能够实现上述方法的功能模块应用到本申请的具体技术方案中，以解决本申请所提出的技术问题。

本申请利用检测仪监测到体积分数发生变化，控制器调控进气管5的控制件，使得惰性气体进入量随之进行调整，从而保证排废管10中废气的体积分数或浓度回到初始值，降低废气浓度变化对热分解反应的影响，从而降低碳纤维强度指标的波动。

利用本申请低温碳化炉在碳纤维生产中应用，排废管10道中废气浓度保持稳定，产品强度CV值降低了10％-20％，产品性能指标的稳定性得到提高，实现了本申请的目的和效果。

在一些实施例中，所述控制件包括流量计，所述控制器调控所述流量计至预设的流量。

进气管5上控制件包括流量计，便于对输入的惰性气体的流量进行计量和调控，使得整个调控自动化完成。

在一些实施例中，所述控制件还包括有单向阀7，所述单向阀7为向所述碳化炉本体1内的方向导通。

单向阀7的设置，能够保证惰性气体顺利进入碳化炉本体1内，以及防止碳化炉内气体返流经进气管5排出，使得整个操作顺利完成。

在一些实施例中，所述检测仪包括气相色谱仪15，检测所述废气中指标气体的含量。

检测仪采用气相色谱仪15，能够检测出废气中各成分及其含量，便于对排出的废气进行定性和定量监测，实现为准确调整进气管5上控制件提供依据。

在一些实施例中，所述排废管10的侧壁上设有取样口12，用于取出所述排废管10内的废气。

可在排废管10的侧壁上设置取样口12，直接进行取样，然后通过检测仪进行相关检测；或可将所述气相色谱仪15的取样管道13与所述取样口12连通，对排出的废气进行在线监测，实现自动化完成整个调控。

在一些实施例中，所述取样管道13外包覆有保温装置14。

为保证排出的废气被检测的结果准确性，在检测仪的取样管道13外包覆保温装置14，比如保温层，保障废气中焦油不会冷凝造成测试结果错误。

在一些实施例中，所述碳化炉本体1内设有走丝通道9，所述排废管10连通所述走丝通道9。

在碳化炉本体1中设置有碳纤维丝穿过的走丝通道9，此时排废管10直接连通走丝通道9，便于走丝通道9中产生的废气及时排出。

在一些实施例中，所述走丝通道9的入口端和出口端的侧壁上各连通有一个所述进气管5；所述入口端和所述出口端的侧壁上还各连通有一个分隔管16，所述分隔管16向所述走丝通道9内注入惰性气体，且气流方向为远离所述碳化炉本体1；所述分隔管16位于两个所述进气管5的外侧。

在入口端上靠近碳化炉本体1的进气管5上设置控制件，是基于这进气管5的进气是流向碳化炉本体1内的，用作低温碳化反应的反应载气，而另外两个处于两个进气管5外侧的分隔管16，进气是流向碳化炉本体1外部的，用于防止空气进入走丝通道9内。此外，纤维在碳化炉本体中部以前的区域内失重最多，纤维在碳化炉本体中部以后的区域内失重不明显，故在入口端上靠近碳化炉本体中部的进气管上设置控制件来调节氮气流量才能有效地保障排废管道以及炉内废气的体积分数或浓度维持稳定。

在一些实施例中，所述排废管10连通于所述走丝通道9的中部。

在入口端和出口端都能向碳化炉本体1内输入惰性气体时，走丝通道9中废气存在的最大浓度位置位于其中部，因此将排废管10连通走丝通道9的中部，能有效排出废气。

本申请能保证排废管10中废气体积分数与目标值相比变化幅度不超过5％，有效降低碳纤维生产过程中丝束量变化造成低碳炉腔室内废气体积分数的变化，从而降低碳纤维强度指标的波动。

如图1所示的碳纤维低温碳化炉，惰性气体可采用氮气，另外由于其废气中HCN是体积分数占比最高的组分，因此在实际应用中，采用色谱仪15对废气中HCN体积分数进行监测，监测结果可接入低温碳化炉控制***，控制***输出信号进而控制输入炉体内的氮气流量。

假设HCN体积分数目标值为A，当监测到HCN体积分数高于105％A以上时，控制***控制氮气质量流量计8将流量提高5m³/h，稳定10分钟后，若监测到HCN体积分数仍高于105％A以上，控制***控制氮气质量流量计8将流量继续提高5m³/h直至HCN体积分数回到目标值上下5％以内。当监测到HCN体积分数低于95％A以下时，控制***控制氮气质量流量计8将流量降低5m³/h，稳定10分钟后，若监测到HCN体积分数仍低于95％A以下，控制***控制氮气质量流量计8将流量继续降低5m³/h直至HCN体积分数回到目标值上下5％以内。以上氮气流量控制方法能够保证排废管10中废气体积分数变化幅度不大，有效降低碳纤维生产过程中丝束量变化造成低碳炉腔室内废气体积分数的变化，从而降低碳纤维强度指标的波动。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种碳纤维低温碳化炉，其特征在于，包括：

碳化炉本体(1)；

进气管(5)，向所述碳化炉本体(1)内注入惰性气体；所述进气管(5)上设有调控所述惰性气体流量的控制件；

排废管(10)，连通所述碳化炉本体(1)，排出所述碳化炉本体(1)内的废气；所述排废管(10)上设有检测仪，对所述废气的含量进行检测；

2.根据权利要求1所述的碳纤维低温碳化炉，其特征在于，所述控制件包括流量计，所述控制器调控所述流量计至预设的流量。

3.根据权利要求2所述的碳纤维低温碳化炉，其特征在于，所述控制件还包括单向阀(7)，所述单向阀(7)为向所述碳化炉本体(1)内的方向导通。

4.根据权利要求1-3任一项所述的碳纤维低温碳化炉，其特征在于，所述检测仪包括气相色谱仪(15)，检测所述废气中指标气体的含量。

5.根据权利要求4所述的碳纤维低温碳化炉，其特征在于，所述排废管(10)的侧壁上设有取样口(12)，用于取出所述排废管(10)内的废气。

6.根据权利要求5所述的碳纤维低温碳化炉，其特征在于，所述气相色谱仪(15)的取样管道(13)与所述取样口(12)连通，所述取样管道(13)外包覆有保温装置(14)。

7.根据权利要求4-6任一项所述的碳纤维低温碳化炉，其特征在于，所述碳化炉本体(1)内设有走丝通道(9)，所述排废管(10)连通所述走丝通道(9)。

8.根据权利要求7所述的碳纤维低温碳化炉，其特征在于，所述走丝通道(9)的入口端和出口端的侧壁上各连通有一个所述进气管(5)；所述入口端和所述出口端的侧壁上还各连通有一个分隔管(16)，所述分隔管(16)向所述走丝通道(9)内注入惰性气体，且气流方向为远离所述碳化炉本体(1)；所述分隔管(16)位于两个所述进气管(5)的外侧。

9.根据权利要求8所述的碳纤维低温碳化炉，其特征在于，所述排废管(10)连通于所述走丝通道(9)的中部。