[发明专利]一种连续式炭化炉的气封装置

说明书

本发明公开了一种气封装置，适用于连续式大口径炭化炉两端的气体封闭。包括前部进气管、中部进气管、后部进气管、气封室、气体分配盘、炉内端口、物料出口、保温夹层和气封隔板。整个气封为敞口贯穿式，炉内端口和炭化炉内部相连接，物料出口和外界相连接；前部进口管通过气孔的大小、排布和角度来控制气帘的位置和大小，前部进口管的支管在保温夹层内伴有辅助加热避免涡流的产生；中部气管向气封室内部通入惰性气体，并经过气体分配盘分配后，通过多级气封隔板形成抑制氧扩散的多级气阻层；物料出口处的后部进气管强化内部气流由内至外的定向流动，抑制空气的上坡扩散。炉口开度可达10‑30cm，氧含量可以降至≤100ppm。

技术领域

本发明属于炭纤维连续长丝炭化处理设备领域，具体涉及一种连续式炭化炉的气封结构，用于沥青基炭纤维连续长丝制备中的关键工序中间相沥青纤维预氧丝的炭化处理。

背景技术

中间相沥青纤维预氧丝是指中间相沥青纤维在氧化气氛下进行不熔化处理、提高热稳定所得到的预氧化沥青丝。在后续的炭化过程中，预氧丝可以较好地保持纤维的形态，通过非碳元素的脱除和晶体的长大变成具有较高强度和模量的中间相沥青基碳纤维。一方面，由于预氧丝的强度只有10-50MPa，无法通过大规模的连续牵伸实现工程化生产；另一方面，间歇式的炭化大大降低了预氧丝炭化的效率，最终使碳纤维的成本居高不下。如果使用连续式的炭化，炭化炉两端必然需要更大大尺寸的开度，随之而来的氧气随着物料的输送逆向扩散进入炉内，造成炉内物料的氧化，最终影响中间相沥青基碳纤维的性能。因此，如何设计一种气封结构降低连续式炭化炉内部的氧含量是解决我国中间相沥青基碳纤维规模化炭化的一个有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种一种连续式炭化炉的气封结构。该设备的特点是利用多级气封隔板形成抑制氧扩散的多级气阻层的同时强化内部气流由内至外的定向流动，抑制空气的上坡扩散。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种连续式炭化炉的气封结构，包括前部进气管、中部进气管、后部进气管、气封室、气体分配盘、炉内端口、物料出口、保温夹层和气封隔板。气封装置分两部分，上下对称，两部分中间从炉内端口到物料出口为物料通道，从炉内端口到物料出口上端依次布局有前部进气管、中部进气管和后部进气管，下端依次有前部出气管、中部出气管和后部出气管，前部进气管安装有支管，支管位于保温夹层内，保温夹层设有辅助加热器，前部进气管的出口端管壁有气孔，中部进气管有多根，气封室与中部进气管连通，气体分配盘位于气封室底部，气体分配盘下底面垂直方向布置有多级气封隔板，中部气管通入的保护气体进入气封室，经过气体分配盘分配后，通过多级气封隔板形成抑制氧扩散的多级气阻层；炉内端口和炭化炉内部相连接，后部进气管在物料出口处的上端，后部进气管强化内部气流由内至外的定向流动，抑制空气的上坡扩散。

整个气封为敞口贯穿式，炉内端口和炭化炉内部相连接，物料出口和外界相连接；敞口的开度可以为5-20cm。前部进口管通过气孔的大小、排布和角度来控制气帘的位置和大小，气孔的直径为1-3mm，相邻气孔的间隔为1-3mm，气孔方向与竖直方向的夹角为0-30°；前部进口管的支管在保温夹层内伴有辅助加热，加热温度为300-600ºC。中部气管向气封室内部通入惰性气体，并经过气体分配盘分配后，通过多级气封隔板形成抑制氧扩散的多级气阻层；惰性气氛为氮气或氩气，多级气封隔板的间距为2-10mm，高度为10-20cm。物料出口处的后部进气管强化内部气流由内至外的定向流动，后部进气管通过气孔的大小、排布和角度来控制气帘的位置和大小，气孔的直径为1-3mm，相邻气孔的间隔为1-3mm，气孔方向与竖直方向的夹角为0-30°。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、利用多级气封隔板形成抑制氧扩散的多级气阻层的同时强化内部气流由内至外的定向流动，抑制空气的上坡扩散，可以显著降低大尺寸开度的炉口导致的炉内氧含量高的情况，炉口开度可达10-30cm，氧含量可以降至≤100ppm。