一种碳纤维生产用低温碳化炉马弗的制作方法

本实用新型涉及碳纤维生产线中的低温碳化炉装备技术领域，具体涉及一种碳纤维生产用低温碳化炉马弗。

背景技术：

碳纤维材料具有重量轻、强度高、热稳定性好和尺寸稳定等优异性能，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。如在航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺、运动器材和休闲用品等领域都具有广泛的应用。碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域，以及用于制造火箭顶板、机动船、工业机器人、汽车板簧、驱动轴、球棒、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料等。碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。

然而碳纤维高昂的生产成本在一定程度上阻碍了它的推广及应用，其中碳纤维生产线效率低、运行周期短、维护成本高是突出的问题。低温碳化炉作为碳纤维生产线上的重要装备，它通常采用金属马弗，在使用过程中，金属马弗会有大幅度的热胀冷缩，再加上低温碳化中，纤维材料排出大量的焦油和废气，导致金属马弗的工作环境恶劣，严重影响了金属马弗的使用寿命和维护成本，在生产工作状态下，金属马弗才使用短短几年，就需要大修或更换。

目前碳纤维生产用低温碳化炉的金属马弗达到一定工艺温度时，金属马弗每个温区的温度不相同，金属马弗在各个温区产生不同的膨胀量，而不同的膨胀量会产生很大的内应力；并且金属马弗在膨胀的过程中会遇到不同的阻力，在这两种力的作用下，金属马弗会产生不规则的变形，从而造成塌陷，影响碳纤维的整体生产与加工。

因此，碳纤维生产企业需要一个高强度、高使用寿命的低温碳化炉金属马弗，来满足碳纤维高效率生产、低成本产出的需求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种碳纤维生产用低温碳化炉马弗，马弗本体采用连续波纹结构，并在马弗本体上加设加强板，能有效地提高马弗本体的强度和使用寿命，防止马弗本体在高温条件下产生塌陷与变形。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种碳纤维生产用低温碳化炉马弗，包括马弗本体、马弗外壳和多根金属棒，马弗本体包括上波纹板、下波纹板以及将上波纹板和下波纹板连接起来的左侧波纹板和右侧波纹板，上波纹板、左侧波纹板和右侧波纹板为横向连续波纹结构，横向连续波纹结构沿马弗本体的长度方向分布，下波纹板为纵向连续波纹结构，纵向连续波纹结构沿马弗本体的宽度方向分布；上波纹板的顶部设有多块加强板，金属棒的一端连接着上波纹板顶部，金属棒的另一端连接着马弗外壳。

进一步的，从马弗本体的入口处依次设有主排废管和辅助排废管，主排废管有1对，1对主排废管对称设置在左侧波纹板和右侧波纹板上，辅助排废管有1对或2对，每1对辅助排废管对称设置在左侧波纹板和右侧波纹板上；马弗本体沿其长度方向划分有多个温区，主排废管与辅助排废管的间距不小于一个温区长度且不大于两个温区长度。

进一步的，1对主排废管通过法兰螺栓连接在左侧波纹板和右侧波纹板上，每1对辅助排废管通过法兰螺栓连接在左侧波纹板和右侧波纹板上，主排废管和辅助排废管的厚度为6～10mm，主排废管和辅助排废管的直径为160～350mm。

进一步的，下波纹板的底部设有马弗固定件，马弗固定件在主排废管处。

进一步的，上波纹板的截面为弧形或矩形，波纹之间的间距为60～300mm，波纹的高度为20～100mm；下波纹板的截面为弧形、矩形或三角形，波纹之间的间距为50～400mm，波纹的高度为20～100mm；左侧波纹板和右侧波纹板的截面为弧形或矩形，波纹之间的间距为60～300mm，波纹的高度为20～100mm。

进一步的，马弗本体上具有多个温区，温度越高的温区，在该温区的加强板的高度越高，加强板最大高度不小于120～160mm，加强板最小高度不小于60～110mm，加强板的厚度为10～20mm，加强板的分布密度与温区温度具有函数关系，函数关系表达式为：其中是加强板的分布密度，α是马弗本体的热膨胀系数，l是马弗本体的长度，v是马弗本体的体积，t是温区的温度值，t0是环境温度，qm是热源持续发热强度，γ是材料热导率，k是马弗本体的导温系数。

进一步的，马弗外壳上设有多个腰型槽，温度越高的温区，在该温区的腰型槽的长度越长，腰型槽最大长度不小于120～150mm，腰型槽最小长度不小于30～50mm；马弗外壳上还包括多个垫块，垫块上设有与马弗外壳的腰型槽大小一致的腰型槽，垫块的腰型槽与马弗外壳的腰型槽上下对齐。

进一步的，上波纹板的顶部设有多个用于连接金属棒的马弗连接件，马弗连接件均匀等距地排列在上波纹板沿其宽度方向的中轴线上，金属棒的一端通过螺纹连接固定在马弗连接件上，金属棒的另一端依次穿过马弗外壳的腰型槽和垫块的腰型槽，并通过金属棒上的螺母滑动连接在马弗外壳上。

进一步的，上波纹板、下波纹板、左侧波纹板和右侧波纹板采用单板焊接或单板压制而成。

进一步的，马弗本体采用厚度为4～12mm的金属合金材料制成，金属合金材料为ra330、601或600中的一种。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

一、本实用新型的马弗本体采用连续波纹结构，连续波纹结构对高温变形具有缓冲作用，在很大程度上能抵抗高温变形；马弗本体的上波纹板上设有多块加强板，提高了马弗本体的强度；通过金属棒将马弗本体连接在马弗外壳上，金属棒可在马弗外壳的腰型槽中移动，可以满足马弗本体因为热胀冷缩的自然属性产生的纵向形变量，还能通过调节螺母在金属棒上拧动的距离和强度，来改变金属棒对马弗本体的拉力，保证马弗本体的上波纹板整体受力均匀，避免应力集中，防止上波纹板变形和塌陷。

二、本实用新型的马弗本体具有较高的强度，使用寿命长，能够满足碳纤维高效率生产、低成本产出的需求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型结构示意图的细节图。

图3是本实用新型的金属棒与马弗外壳连接的结构示意图。

图4是本实用新型的主视图。

图5是本实用新型主视图的细节图。

图6是本实用新型的侧视图。

其中，1为马弗本体，1-1为上波纹板，1-2为下波纹板，1-3为左侧波纹板，1-4为右侧波纹板，2为马弗外壳，2-1为马弗外壳的腰型槽，3为金属棒，4为加强板，5为主排废管，6为辅助排废管，7为马弗固定件，8为垫块，8-1为垫块的腰型槽，9为马弗连接件，10为螺母。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1、图4和图5所示，一种碳纤维生产用低温碳化炉马弗，这里所说的低温碳化炉，是指温度范围为500-1000℃的碳化炉，包括马弗本体、马弗外壳和多根金属棒，马弗本体包括上波纹板、下波纹板以及将上波纹板和下波纹板连接起来的左侧波纹板和右侧波纹板，上波纹板、左侧波纹板和右侧波纹板为横向连续波纹结构，即上波纹板、左侧波纹板和右侧波纹板采用横向连续波纹结构，横向连续波纹结构沿马弗本体的长度方向分布，这里的长度方向是指从图1来看，左侧波纹板的长度方向就是马弗本体的长度方向，下波纹板为纵向连续波纹结构，即下波纹板采用纵向连续波纹结构，纵向连续波纹结构沿马弗本体的宽度方向分布，这里的宽度方向是指从图1来看，下波纹板的宽度方向就是马弗本体的宽度方向；上波纹板的截面为弧形或矩形，波纹之间的间距为60～300mm，波纹的高度为20～100mm；下波纹板的截面为弧形、矩形或三角形，波纹之间的间距为50～400mm，波纹的高度为20～100mm；左侧波纹板和右侧波纹板的截面为弧形或矩形，波纹之间的间距为60～300mm，波纹的高度为20～100mm。在本实施方式中，上波纹板、左侧波纹板和右侧波纹板的截面为弧形，如图6所示，下波纹板的截面为矩形。连续波纹结构对高温变形具有缓冲作用，在很大程度上能抵抗高温变形，减少整体变形，同时能减少应力集中，避免受热膨胀产生塌陷。马弗本体采用厚度为4～12mm的金属合金材料制成，金属合金材料为ra330、601或600中的一种。上波纹板、下波纹板、左侧波纹板和右侧波纹板采用单板焊接或单板压制而成。

如图2、图4和图5所示，从马弗本体的入口处依次设有主排废管和辅助排废管，马弗本体的入口处是指从图2来看，前端开口处即为马弗本体的入口处，主排废管靠近马弗本体的入口处，主排废管有1对，1对主排废管通过法兰螺栓对称连接在左侧波纹板和右侧波纹板上，辅助排废管有1对或2对，每1对辅助排废管通过法兰螺栓对称连接在左侧波纹板和右侧波纹板上；马弗本体沿其长度方向划分有多个温区，主排废管与辅助排废管的间距不小于一个温区长度且不大于两个温区长度。主排废管和辅助排废管的厚度为6～10mm，主排废管和辅助排废管的直径为160～350mm。下波纹板的底部设有马弗固定件，马弗固定件在主排废管处，马弗固定件靠近主排废管。由于马弗本体采用金属合金材料制成，马弗本体会热胀冷缩，而马弗本体在马弗固定件处的变形较小，将马弗固定件安装在主排废管处，能减少马弗本体的热胀冷缩对主排废管带来的影响，保证主排废管的顺利排放，而辅助排废管则起到辅助排放的作用。

如图1、图4和图6所示，上波纹板的顶部设有多块加强板，上波纹板呈拱形状，加强板也呈拱形状，多块加强板固定在上波纹板的顶部，可以提高上波纹板的强度，减少上波纹板的变形与塌陷。马弗本体上具有多个温区，加强板的高度与温区的温度有关，温度越高的温区，在该温区的加强板的高度越高，加强板最大高度不小于120～160mm，加强板最小高度不小于60～110mm，加强板的厚度为10～20mm，加强板的分布密度与温区温度具有函数关系，函数关系表达式为：其中是加强板的分布密度，α是马弗本体的热膨胀系数，l是马弗本体的长度，v是马弗本体的体积，t是温区的温度值，t0是环境温度，qm是热源持续发热强度，γ是材料热导率，k是马弗本体的导温系数。根据温区的温度来排布加强板，并根据温区的温度来选择适当高度的加强板，能有效地提高马弗本体的强度，并能有效地防止马弗本体的变形与塌陷。

如图1、图3和图5所示，马弗外壳上设有多个腰型槽，腰型槽的长度与温区的温度有关，温度越高的温区，在该温区的腰型槽的长度越长，腰型槽最大长度不小于120～150mm，腰型槽最小长度不小于30～50mm；马弗外壳上还包括多个垫块，垫块上设有与马弗外壳的腰型槽大小一致的腰型槽，垫块的腰型槽与马弗外壳的腰型槽上下对齐。上波纹板的顶部设有多个用于连接金属棒的马弗连接件，马弗连接件均匀等距地排列在上波纹板沿其宽度方向的中轴线上，金属棒的一端通过螺纹连接固定在马弗连接件上，金属棒的另一端依次穿过马弗外壳的腰型槽和垫块的腰型槽，并通过金属棒上的螺母滑动连接在马弗外壳上。通过金属棒将马弗本体连接在马弗外壳上，可以提高马弗本体的强度，通过调节螺母在金属棒上拧动的距离和强度，来改变金属棒和马弗外壳对马弗本体的拉力，保证马弗本体的上波纹板整体受力均匀，避免应力集中，防止上波纹板变形和塌陷；金属棒可在马弗外壳的腰型槽和垫块的腰型槽中移动，可以满足马弗本体因为热胀冷缩的自然属性产生的纵向形变量，马弗本体在不同的温度下会产生不同的形变量，而马弗本体的上波纹板通过金属棒连接着马弗外壳，金属棒在马弗外壳的腰型槽和垫块的腰型槽中移动，使得马弗本体的形变量有了移动的空间，也减少了热胀冷缩产生的应力对马弗本体的破坏，减少了上波纹板的变形；多根金属棒均匀等距地连接在马弗本体上，显著地增强马弗本体的强度，增加了马弗本体抵抗变形的能力。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

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