[发明专利]一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置

说明书

技术领域

本发明属于新型材料生产领域，涉及一种密封装置，具体地说是一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置。

背景技术

碳纤维是一种新型非金属材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、低热膨胀、高导电和导热、自润滑等一系列优异性能；而且作为纤维还具有柔软性和可编、可纺织性，被广泛应用于航天航空、国防军事等尖端领域以及高级体育用品、医疗器械等民用工业，成为先进复合材料的主要增强体之一，被誉为21世纪中最有生命力的新型材料。

碳纤维是利用有机纤维先在200-300℃氧化气氛中进行预氧化制得预氧丝，然后将预氧丝在300-1800℃氮气、氩气等惰性气氛中进行碳化制得其含碳量在90％以上的新型碳材料；进而将上述纤维在2000-3000℃惰性气氛中进行石墨化而制得高模量碳纤维(也称石墨纤维)。在本发明中，为了便于描述，将上述碳化和石墨化工艺统称为碳化工艺，其相应的碳化炉和石墨化炉统称为高温炉。为了提高生产效率、节约能耗，在上述碳化工艺过程中，需要同时将多束预氧丝纤维排成具有一定丝束间距的带状连续通过高温炉进行处理，因此高温炉必须敞口(即具有进丝口和出丝口)，且具有一定的宽度，但是高温炉的两端炉口必须密封。关于高温炉口必须密封的原因如下：一是抑制高温炉炉外室内空气中的氧扩散至炉内，造成纤维高温氧化产生大量毛丝，影响纤维质量，严重时将纤维烧断，使碳化工艺失效；二是防止碳化过程中产生的废气由炉内排放至炉外室内空间，污染周围环境；三是由于碳化炉，尤其是高温碳化炉和高温石墨化炉内部的加热元件、保温材料、支撑等均由石墨材料制成，微量空气的渗入会使其高温氧化，缩短碳化炉的使用寿命。关于碳化炉密封装置的结构形式多种多样，按照密封介质分为液体密封(如文献：特开昭62-162021、特开平10-251922等)和气体密封(如文献：昭61-97461、昭62-243831、特开2001-98428、特开2004-19053等)，其中使用液体密封时必须考虑防止液体蒸发产生的蒸汽扩散至炉内的措施，为此密封装置的结构相对比较复杂；使用气体密封时必须考虑密封装置不得磨损预氧丝，其结构形式主要有闸板式、鸭嘴式、非接触型迷宫式等。目前，典型的气体密封装置代表为非接触型迷宫式密封结构，此种密封装置形成的炉内正压只有1-2mm水柱，并且耗气量大，密封效果不够理想，炉内气氛易受周围环境的影响；另外，此种密封装置清理、维护等日常操作还存在不足，而且结构也相对复杂。

发明内容

为了解决现有的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置的结构复杂、密封效果不好、耗气量大、清理与维护不方便的技术问题，本发明提供一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置。

本发明的技术解决方案：

一种用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置，其特殊之处在于：其包括密封室3以及垂直设置在密封室3外壁上的多个进气组件2；所述密封室3的一端设置有可供纤维丝束7进出的间隙6、另一端与高温炉8连通；所述密封室3与每个进气组件2之间均设置有进气口14。

上述进气组件2包括依次贯通的进气管9、膨胀室10和整流室11；所述膨胀室10的最大横截面积为进气管9横截面积的50～200倍，所述整流室11的横截面积为进气管9横截面积的50～200倍。

上述膨胀室10和整流室11之间设置有整流板12，所述整流板12上设置有多个通孔15。

上述整流板12上的通孔15的形状为圆形或方形，通孔15的总面积为导流板12面积的30～60％。

上述整流室11内垂直于整流板12设置有多个导流板13。

上述导流板13的间距为整流室横截面宽度的0.2～0.5倍。

上述密封室3的间隙6处设置有用于调节间隙6宽度的上闸板4和下闸板5。

上述的进气组件的数量为2～10个。

上述的进气组件对称分布于密封室3的上下两侧或四周。

上述进气口14为狭缝式进气口，所述进气口的宽度为0.5～3mm。

本发明所具有的优点：

1、本发明所提供的用于连续化生产碳纤维的高温炉密封装置既可防止高温炉炉外空气向炉内扩散，又可防止炉内的碳化废气向室内排放，进而在高温炉内整个空间内形成一种惰性气氛，如氮气、氩气等。

2、本发明中光滑的密封室平面内壁和可调节的纤维运行间隙减少了纤维的机械损伤，提高了纤维质量；

3、本发明通过进气组件的狭缝控制气体的使用量，气体使用量小，密封效果好；结构简单，便于日常清理、维护等操作；

4、本发明装置在碳纤维生产过程中应用范围广、使用费用低，在一定程度上降低了碳纤维生产成本。