[发明专利]一种双平行高效预氧化炉

说明书

本发明涉及一种双平行高效预氧化炉，包括保温框架和对称设置在保温框架上的两套热风循环设备；所有热风循环系统依次叠放在一起；每一套热风循环系统均包括循环风机、与循环风机输出端连接的进风管道、与进风管道出口相通的吹风机构、预氧化腔、回风机构、回风管道；吹风机构有多个，每个吹风机构均包括进风腔体、位于进风腔体内的吹风喷嘴、位于进风腔体内的导风斜板；所有的吹风机构依次排列，相邻两个进风腔体之间形成第一丝束通道，吹风喷嘴包括孔板和蜂窝板，沿着风的循环路径，风依次经过导风斜板、孔板和蜂窝板。预氧化炉可以实现高载荷、高效率、高安全、低成本等工业界对预氧化设备及工艺的要求，属于预氧化炉的技术领域。

技术领域

本发明涉及预氧化炉的技术领域，尤其涉及一种双平行高效预氧化炉。

背景技术

在碳纤维生产中，预氧化是至关重要的工序，其功能是将线性分子链结构的原丝转化成耐热的梯形分子结构，该工序不仅与碳纤维的性能密切相关，也与碳纤维的制造成本息息相关。

尽管对原丝的预氧化有固体、液体及气流等方法，目前工业界主流的还是采用热风循环烘箱的方式，其中，水平吹风、垂直吹风、侧吹风、中央到两端吹风是目前工业流行的技术。对于任何吹风方式，都有一些共同的技术要求：如温度均匀、风速均匀、风场均匀、能耗低、排废量小、效率高、处理时间短、散热效率高等。

预氧化的核心功能不是加热，而是快速高效地将原丝预氧化过程中排除的大量热量带走。如果不及时带走热量，原丝的纤维就会热量集中，产生纤维之间的融并，这会导致后续碳化纤维的发脆、性能低下；如果热量聚集更多，丝束会发生起火，处理不当，甚至会导致氧化炉的爆炸。这会带来巨大的人员与财产的重大损失。所以，任何吹风方式，其实现的工艺要点是：保持一定的温度，让纤维高效持续反应，同时快速高效带走纤维化学反应产生的热量，让纤维不融并与起火，反应越快速，需要带走的热量就越多。对设备的要求就越高。

随着碳纤维工业应用的强劲增长，低成本、大丝束碳纤维已经成为工业应用的必要品种。而氧化炉内的处理的纤维数量约大、质量越多，丝束的化学反应热就越多，这会导致纤维融并与起火的几率大幅度增加。当然，可以通过延长反应时间去控制这个剧烈反应，但带来的问题是，反应时间长、能耗增加、成本大幅增加的问题。所以，高载荷(处理纤维数量大)、高效率(快速带走反应热量)，高安全(不融并与起火)，低成本(预氧化时间短)对预氧化炉的设计与制造提出了更高的要求。

由于氧化炉的核心功能是带走激烈化学反应的丝束上的产生的热量，所以，这就要求在丝束面的宽度方向上，必须有均匀的温度及风速，为了更好地带走丝束上产生的热量，这个风还需要是层流风，而不是紊流，紊流是不能迅速带走热量的。而层流性、均匀的风速主要由进风腔决定，在所有平行吹风的方式中，进风腔的风向是平行的，而在进风腔之间(上下相邻的两个进风腔体之间即第一丝束通道)，也存在丝束，进风腔越宽(图8中左右方向)，这些丝束的长度就越大，第一丝束通道内的丝束面上的反应热量就难以及时被带走，形成丝束过热融并甚至起火的风险。

烟囱效应是任何预氧化炉必须面对的自然规律。由于预氧化炉是处理连续纤维丝束面的，所以，炉子只能保持开放状态，以便于丝束面在其中的反复穿行。同时，从工业角度，纤维的预氧化反应会产生大量的HCN、NH3、CO、焦油等废气，这些废气必须要及时排出炉膛(预氧化炉)，否则，这些带着可燃成分的气体，一旦因为纤维起火被点燃，会加剧燃烧，甚至爆炸。开放的炉膛，需要及时排除废气，而这些又会导致严重的烟囱效应。由于烟囱效应，在预氧化炉端部的上方进行抽排，在炉端下部的两侧容易进入冷风(预氧化炉外的空气)，即在预氧化炉下部的两侧形成了冷区，这些冷风会通过第二丝束通道进入预氧化炉的内部，而烟囱效应会加长烘箱(预氧化炉)下半部分的冷区，降低烘箱真实的加热长度，大幅度增加了预氧化炉的能耗。冷区加长所带来的问题是：一、焦油冷凝容易滴落在纤维上污染纤维，造成纤维品质下降；二、纤维有效的热处理、化学反应的时间减少，造成品质不稳定。