本實(shí)用新型涉及一種碳纖維制造生產(chǎn)過程中對纖維進(jìn)行氧化的氧化爐，本實(shí)用新型還涉及一種氧化爐的爐口。

背景技術(shù)：

聚丙烯腈基碳纖維作為一種高性能材料，具有高強(qiáng)度、高模量、高耐磨性、重量輕等特點(diǎn)，在工業(yè)、生活等多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)碳纖維屬于典型的高能耗行業(yè)，電耗極大(主要用于轉(zhuǎn)換為熱能)，而其中的氧化階段消耗的電能約占整個(gè)生產(chǎn)流程的40％。

國內(nèi)現(xiàn)有氧化爐普遍采用窄縫式密封結(jié)構(gòu)，且爐體前后兩面各有7～10條窄縫，由于窄縫密封的效率較低，使得爐內(nèi)熱空氣的逸出和外界冷空氣的吸入，造成爐內(nèi)上下部位溫度均一性較差，且熱損失非?？捎^。

因此，國內(nèi)現(xiàn)有氧化爐普遍存在爐內(nèi)上下部位溫度不穩(wěn)定、能耗大、熱能利用率低的缺點(diǎn)，使得碳纖維生產(chǎn)成本居高不下。如何將現(xiàn)有氧化設(shè)備加以改進(jìn)，開發(fā)出有利于提升上下部位溫度穩(wěn)定性、降低能耗的新結(jié)構(gòu)已成為擺在碳纖維生產(chǎn)領(lǐng)域技術(shù)人員面前的一道難題。

在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對本實(shí)用新型的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提升爐內(nèi)上下部位溫度穩(wěn)定性、降低能耗的氧化爐的爐口。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供具有該爐口的氧化爐。

本實(shí)用新型的額外方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在下面的描述中闡述，并且部分地將從描述中變得顯然，或者可以通過本實(shí)用新型的實(shí)踐而習(xí)得。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，一種氧化爐的爐口，包括位于所述氧化爐 兩側(cè)側(cè)壁上的用于使纖維穿過的窄縫，還包括兩個(gè)分別位于氧化爐兩側(cè)各所述窄縫外的爐口保溫區(qū)；每個(gè)所述爐口保溫區(qū)的殼體與所述氧化爐的側(cè)壁之間為保溫空間，且所述保溫空間內(nèi)設(shè)有多個(gè)相互平行并且用于纏繞所述纖維的導(dǎo)絲輥，所述爐口保溫區(qū)的殼體上設(shè)有用于使纖維穿過的窄縫。

根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述導(dǎo)絲輥兩端的軸端部伸出至所述殼體之外，所述軸端部通過軸承支撐。

根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述爐口保溫區(qū)的殼體與所述導(dǎo)絲輥之間設(shè)有迷宮式氣封，所述迷宮式氣封包括固定設(shè)置于所述殼體并套設(shè)于所述導(dǎo)絲輥的軸端部的套環(huán)，所述套環(huán)的內(nèi)壁設(shè)有多個(gè)環(huán)繞所述軸端部的環(huán)槽。

根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述迷宮式氣封還包括用于向所述環(huán)槽內(nèi)通氣的通氣通道。

根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述環(huán)槽的數(shù)量大于等于三個(gè)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述套環(huán)與所述導(dǎo)絲輥的軸端部的間隙為0.1～5mm。

根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述第二殼體外部設(shè)有軸承支架，所述軸承固定設(shè)置于所述軸承支架上。

根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述爐口保溫區(qū)設(shè)有鋼化玻璃門。

根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施方式，所述第二殼體上的窄縫位于所述第二殼體的上部或下部。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，一種氧化爐，包括上述的爐口。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

本實(shí)用新型氧化爐的爐口，通過設(shè)置爐口保溫區(qū)，能夠利用該爐口保溫區(qū)隔絕從氧化爐流出的熱氧化空氣，并使熱氧化空氣由該爐口保溫區(qū)重新流回氧化爐，避免了熱氧化空氣流向外界大氣造成的浪費(fèi)，顯著地降低了能耗，并且還能夠避免外界冷空氣進(jìn)入到爐內(nèi)，提升了爐內(nèi)上下部位的溫度穩(wěn)定性，使?fàn)t內(nèi)溫度單一。

附圖說明

通過參照附圖詳細(xì)描述其示例實(shí)施方式，本實(shí)用新型的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施方式的氧化爐的爐口的示意圖；

圖2是爐口保溫區(qū)內(nèi)熱氧化空氣流向示意圖；

圖3是爐口保溫區(qū)的迷宮式氣封的示意圖；

圖4是迷宮式氣封內(nèi)空氣流動(dòng)示意圖。

圖中：1、氧化區(qū)；10、第一殼體；101、熱氧化空氣入口；102、熱氧化空氣出口；2、爐口保溫區(qū)；20、第二殼體；3、導(dǎo)絲輥；4、窄縫；5、窄縫；6、軸承支架；7、壓蓋；8、軸承；9、軸端部；13、套環(huán)；131、環(huán)槽；132、通氣通道；30、纖維。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本實(shí)用新型將全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的結(jié)構(gòu)，因而將省略它們的詳細(xì)描述。

參見圖1至圖4，本實(shí)用新型實(shí)施方式公開了一種氧化爐的爐口，該爐口用于在制造碳纖維的生產(chǎn)過程中對纖維30進(jìn)行預(yù)氧化。參見圖1，圖1為本實(shí)用新型的爐口的示意圖。氧化爐主要包括一個(gè)氧化區(qū)1，該氧化區(qū)1用于供入熱氧化空氣對纖維30進(jìn)行氧化。氧化區(qū)1包括一個(gè)第一殼體10，該第一殼體10大致呈一個(gè)長方體，在第一殼體10的上部設(shè)有熱氧化空氣入口101，下部設(shè)有熱氧化空氣出口102，在熱氧化空氣出口102設(shè)置有引風(fēng)機(jī)(圖中未示出)。該第一殼體10可由金屬材料制成，例如可由鐵質(zhì)材料、鋁制材料或不銹鋼等制成，該第一殼體10也可用建筑材料制成，例如該第一殼體10可為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或磚土結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式的爐口包括位于氧化爐的第一殼體10的兩側(cè)側(cè)壁上的可供纖維30穿過的窄縫4，還包括兩個(gè)分別位于氧化爐的第一殼體10的兩側(cè)各個(gè)窄縫4外的爐口保溫區(qū)2。這兩個(gè)爐口保溫區(qū)2用于對氧化區(qū)1內(nèi)的熱氧化空氣進(jìn)行保溫，減少熱氧化空氣散發(fā)到外界的熱量。

纖維30從窄縫4處穿過該第一殼體10，熱氧化空氣從該熱氧化空氣入口101進(jìn)入到氧化區(qū)1的內(nèi)部，然后從該熱氧化空氣入口101流向熱氧化空 氣出口102，在熱氧化空氣流動(dòng)過程中，可以對纖維30進(jìn)行氧化。

這兩個(gè)爐口保溫區(qū)2各包括一個(gè)第二殼體20。該第二殼體20可由金屬材料制成，例如可由鐵質(zhì)材料、鋁制材料或不銹鋼等制成，該第二殼體20也可用建筑材料制成，例如該第二殼體20可為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或磚土結(jié)構(gòu)。

該第二殼體20與氧化爐的第一殼體10的側(cè)壁之間為保溫空間，并且，該保溫空間與氧化爐的第一殼體10的內(nèi)部空間通過該第一殼體10的側(cè)壁上的窄縫4相連通。在該保溫空間內(nèi)設(shè)有多個(gè)相互平行并且用于纏繞纖維30的導(dǎo)絲輥3。纖維30繞過兩個(gè)爐口保溫區(qū)2內(nèi)部的導(dǎo)絲輥3時(shí)，可以形成蛇形的行進(jìn)路線，使得纖維30多次與氧化區(qū)1內(nèi)的熱氧化空氣接觸，達(dá)到較好的氧化效果。

參見圖1及圖3，導(dǎo)絲輥3的兩端的軸端部9伸出至第二殼體20之外，并且軸端部9通過軸承8支撐。軸承8可以直接安裝在第二殼體20上，也可在第二殼體20的外部設(shè)置與該第二殼體20間隔設(shè)置的軸承支架6，并將軸承8固定設(shè)置在軸承支架6上，在第二殼體20上還設(shè)置有用于使纖維30穿過的窄縫5。纖維30從其中一個(gè)爐口保溫區(qū)的窄縫5進(jìn)入到爐口保溫區(qū)和氧化區(qū)，再從另一個(gè)爐口保溫區(qū)的窄縫穿出。

通過設(shè)置兩個(gè)爐口保溫區(qū)，可以將兩個(gè)爐口保溫區(qū)2與氧化區(qū)1組合成一個(gè)基本上全封閉的空間結(jié)構(gòu)，主要通過爐口保溫區(qū)2上的窄縫5與外界大氣連通。從熱氧化空氣入口101進(jìn)入到氧化區(qū)1的熱氧化空氣，會從氧化區(qū)1的窄縫4處流出到氧化區(qū)1之外，但是，由于爐口保溫區(qū)2的存在，使得熱氧化空氣從氧化區(qū)1流出之后，不會散發(fā)到外界大氣中，而是仍然處于全封閉空間結(jié)構(gòu)。從爐口保溫區(qū)2上的窄縫5中泄露的熱氧化空氣的量基本上可以忽略不計(jì)，因而具有較好的保溫效果，顯著地降低了能耗。

進(jìn)一步而言，參見圖1及圖2，圖2為爐口保溫區(qū)2內(nèi)熱氧化空氣流向示意圖。在工作時(shí)，引風(fēng)機(jī)不斷地將熱氧化空氣從熱氧化空氣出口102處抽走。熱氧化空氣會在第一殼體10上方的窄縫4處泄露至爐口保溫區(qū)2的第二殼體20內(nèi)，但是在引風(fēng)機(jī)的作用下，熱氧化空氣出口102處的氣壓低于熱氧化空氣入口101處的氣壓，因而該爐口保溫區(qū)2中的熱氧化空氣會從第一殼體10下方的窄縫4處被重新吸入至第一殼體10內(nèi)部，并從熱氧化空氣出口102處流走。如此一來，熱氧化空氣基本上不會散失到外界大氣中，同 現(xiàn)有技術(shù)相比，可以減少熱氧化空氣散失量達(dá)到90％以上，并能夠避免外界冷空氣進(jìn)入到氧化區(qū)1，提升了爐內(nèi)氧化區(qū)1內(nèi)的上下部位的溫度的穩(wěn)定性，第一殼體10內(nèi)部上部和下部的溫度偏差不超過±2℃。同時(shí)，由于僅有少量的熱氧化空氣會從第二殼體20上的窄縫5中流出，這樣也能夠避免外界空氣中的粉塵進(jìn)入到氧化區(qū)1中，可以保證爐內(nèi)溫度潔凈度≤80萬級(每立方英尺的空氣中≥0.5μm粒徑的粒子數(shù)量≤80萬)。

由于設(shè)置了爐口保溫區(qū)2，還可以將纖維30出入的窄縫5與氧化區(qū)1內(nèi)的工作環(huán)境隔離，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)能夠阻隔火焰蔓延，能夠保護(hù)人員安全。

由于導(dǎo)絲輥3的兩端的軸端部9伸出至第二殼體20之外，因此，可以通過密封裝置來對導(dǎo)絲輥3和第二殼體20進(jìn)行密封。密封裝置的結(jié)構(gòu)型式并不限制，例如可以在軸端部9和第二殼體20之間填充填料，通過填料密封，也可通過機(jī)械密封等其他密封結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，第二殼體20與導(dǎo)絲輥3之間設(shè)有迷宮式氣封，并通過該迷宮式氣封實(shí)現(xiàn)密封效果。

參見圖3及圖4，本實(shí)施方式的迷宮式氣封包括一個(gè)固定設(shè)置于第二殼體20的套環(huán)13，該套環(huán)13套設(shè)于導(dǎo)絲輥3的軸端部9。在套環(huán)13的內(nèi)壁上設(shè)有多個(gè)環(huán)繞該軸端部9的的環(huán)槽131。有氣流從軸端部9和套環(huán)13之間通過時(shí)，該氣流會在環(huán)槽131內(nèi)形成環(huán)流，從而減緩氣流通過速度，起到密封效果。進(jìn)一步地而言，該迷宮式氣封還可以包括用于向環(huán)槽131內(nèi)通氣的通氣通道132?？梢酝ㄟ^氣源向該通氣通道132供氣，使環(huán)槽131內(nèi)形成密封氣流。參見圖4，該環(huán)槽131的數(shù)量較佳為奇數(shù)個(gè)，并且環(huán)槽131的數(shù)量大于等于三個(gè)，該通氣通道132較佳可連通至位于正中部的環(huán)槽131上，在圖4中，該環(huán)槽131的數(shù)量為7個(gè)，通氣通道132連通至第四個(gè)環(huán)槽。該套環(huán)13與導(dǎo)絲輥3的軸端部9之間的間隙可為0.1～5mm，也就是說，套環(huán)13與軸端部9之間并非直接接觸。當(dāng)通氣通道132內(nèi)的空氣進(jìn)入到環(huán)槽131時(shí)，會由該環(huán)槽131處向兩側(cè)擴(kuò)散并在其他環(huán)槽中形成環(huán)流，如此一來，可以隔絕第二殼體20內(nèi)的熱氧化空氣與外界的大氣。此外，通氣通道132內(nèi)的空氣還具有一定的冷卻效果，可以用來對軸端部9進(jìn)行冷卻，避免軸端部9的熱量傳遞至軸承8造成軸承8損壞。

應(yīng)當(dāng)指出的是，該通氣通道132可以通過鉆孔加工等機(jī)加工形式而直接形成在套環(huán)13上，也可以設(shè)置為獨(dú)立的金屬管等各種管道，并將通氣通道 132通過管接頭連接在套環(huán)13上。

進(jìn)一步地，在爐口保溫區(qū)2上還可以設(shè)置鋼化玻璃門，該鋼化玻璃門能夠承受300℃的高溫。打開鋼化玻璃門后，工作人員可以進(jìn)入到爐口保溫區(qū)2的內(nèi)部進(jìn)行維修作業(yè)，而關(guān)閉鋼化玻璃門后，工作人員則可以在爐口保溫區(qū)2的外部通過該鋼化玻璃門觀察爐口保溫區(qū)2內(nèi)部的情況。此外，在第一殼體10的側(cè)壁上的窄縫4處以及在第二殼體20上的窄縫5處還可以設(shè)置密封條，該密封條能夠減少窄縫4和窄縫5的寬度，減少通過窄縫4和窄縫5的氣流量。此外，在第二殼體20上的窄縫5可以設(shè)置在該第二殼體20的上部或下部，以便進(jìn)一步減少熱氧化空氣從窄縫5處向外界大氣的泄漏量。外界工作環(huán)境中的空氣溫度可維持在20～38℃之間，因此，本應(yīng)用實(shí)施方式的爐口時(shí)，能夠顯著改善工作人員的工作環(huán)境，不會造成酷熱的工作環(huán)境。

本實(shí)施方式還公開了一種氧化爐，該氧化爐具有本實(shí)施方式的爐口。

以上具體地示出和描述了本實(shí)用新型的示例性實(shí)施方式。應(yīng)該理解，本實(shí)用新型不限于所公開的實(shí)施方式，相反，本實(shí)用新型意圖涵蓋包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。