JP4493468B2 - 耐炎化処理炉 - Google Patents

Description

本発明は炭素繊維の前駆体である繊維を耐炎化する耐炎化処理炉、より詳しくは生産性に優れた炭素繊維の製造に適した前駆体繊維の耐炎化処理炉に関する。

炭素繊維の製造工程においては、前駆体繊維を耐炎化し、得られた耐炎化繊維を炭素化して炭素繊維とする。前駆体繊維を耐炎化する方法として、酸化雰囲気中で熱風を循環させ、この中に前駆体繊維を通過させる方法がある(例えば、特許文献１参照)。この耐炎化処理方法において、前駆体繊維は通常束ねられたストランドとして耐炎化炉に投入される。

図７は従来の耐炎化処理炉の一例を示す概略正面断面図である。図７中、１１２は耐炎化処理炉で、熱処理室１１４内には多数本のストランド１１６が水平に並んだストランド群(パス)を形成して走行している。このパスを形成しているストランド１１６は、熱処理室１１４の外部に配設された所定組の折返しローラー(不図示)によって折り返されて熱処理室１１４に繰り返し供給される。

上記パスに高温の酸化性気体を垂直方向に通過させることによって、ストランド１１６の酸化反応を促進すると共に、ストランド１１６の反応熱を除去し、耐炎化繊維を生産することが出来る。

熱処理室１１４は、その上方に上方流路(熱風吐出側流路)１１８が形成され、その下方に下方流路(熱風吸引側流路)１２０が形成されている。また、熱処理室１１４は、同室内を走行するストランド１１６の幅方向の片側に隔壁１２４を設けることにより、熱風循環路１２２が形成されている。

熱処理室１１４の熱風循環路１２２と対向する側には、熱処理室１１４と炉外とを隔てる外壁１２６が形成されている。

熱風循環路１２２内にはヒーター１２８が備えられている。このヒーター１２８で加熱された熱風がファン等の熱風循環手段１３０により熱処理室１１４の上方流路１１８から熱処理室１１４内に送られ、ここで前記パスを形成して走行しているストランド１１６が耐炎化処理される。次いで熱風は下方流路１２０を通って熱風循環路１２２に戻り、これを通って前記ヒーター１２８で加熱されることを繰返す。

耐炎化繊維の生産性を上げるために走行するストランド１１６の量を増やし、その幅を広げていくと、それに伴って熱処理室１１４の幅を広げることになる。

しかし、熱処理室１１４の幅が広くなると、上方流路１１８の幅も広くなり、上方流路１１８における隔壁１２４側と外壁１２６とでは、熱風温度、熱風風速の差が大きくなる。しかも、熱処理室１１４内における隔壁１２４側と外壁１２６とでは、パスの通気抵抗が加わり熱風温度、熱風風速の差は更に大きくなる。

なお熱風は、これを循環させることによりストランドを加熱すると同時に除熱する役割も担っている。

そのため、熱処理室１１４の幅が３ｍ以上と幅広の耐炎化処理炉１１２では、熱処理室１１４内におけるストランドの温度分布は不均一なものになる。その結果、ストランドの温度が低い部分では反応速度が低下し、生産性が落ちる問題がある。ストランドの温度が高い部分では蓄熱による繊維の切断が発生し、この切断した繊維が他のストランドの繊維に絡み合い、トラブルが増大する問題がある。
特開２００１−２８８６２３号公報 （第２頁〜第３頁）

本発明者は、上記問題を解決するために種々検討しているうちに、熱処理室の下方流路を隔壁側から外壁側にかけて仕切板で分割して複数の分割流路を形成した耐炎化処理炉を用い、熱処理室内における熱風の流速を制御して、熱処理室内を走行するストランドが均一な温度になるように熱風を供給することにより、耐炎化繊維の安定した生産ができることを知得し、本発明を完成するに到った。

従って、本発明の目的とするところは、上述した問題点を解決した耐炎化熱処理炉、より具体的には前駆体繊維ストランドの耐炎化処理を均一に行うことができ、品質を低下させることなく生産性を向上させうる耐炎化熱処理炉を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕 炉内を水平走行する前駆体繊維ストランドの垂直方向に熱風を送り前記ストランドを耐炎化する熱処理室と、熱処理室の上方に形成した上方流路と、熱処理室の下方に形成した下方流路と、前記上方流路及び下方流路を連通する熱風循環路とを有する耐炎化処理炉であって、前記下方流路及び上方流路の少なくとも一方が、熱処理室内の前記熱風循環路側から前記熱風循環路と対向する外壁側にかけて複数に分割された分割流路で構成され、これら分割流路により熱処理室内と熱風循環路とが連通してなる耐炎化処理炉。

〔２〕 分割流路が、それぞれ熱風風量調節用のダンパーを有する〔１〕に記載の耐炎化処理炉。

〔３〕 分割流路が、それぞれ熱風風量調節用の通気性板材を有する〔１〕に記載の耐炎化処理炉。

〔４〕 熱処理室の外壁の外側に、上方流路及び下方流路を連通する熱風迂回路を有し、前記熱風迂回路が熱風風量調節用のダンパーを有する〔１〕に記載の耐炎化処理炉。

本発明の耐炎化処理炉は、前記のように構成したので、熱処理室内を走行するストランドの温度が均一になり、耐炎化繊維の安定した生産が出来る。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は本発明耐炎化処理炉における正面断面の一例を示す概略図である。

図１中、２は耐炎化処理炉で、熱処理室４内には多数本のストランド６が水平面(本紙面に垂直方向の面)に並んだストランド群(パス)を形成して走行している。このパスを形成しているストランド６は、熱処理室４の外部に配設された所定組の折返しローラー(不図示)によって折り返されて熱処理室４に繰り返し供給され、複数段のパスを形成している。

熱処理室４は、その上方に上方流路(熱風吐出側流路)８が形成され、その下方に下方流路(熱風吸引側流路)１０が形成されている。また、熱処理室４は、同室内を走行するストランド６の幅方向の片側に熱風循環路１２が形成されている。

熱処理室４の熱風循環路１２側には、熱処理室４と熱風循環路１２とを隔てる隔壁１４が形成されている。熱処理室４の熱風循環路１２の向かい側には、熱処理室４と炉外とを隔てる外壁１６が形成されている。

熱風循環路１２に備えられたヒーター１８で加熱された熱風がファン等の熱風循環手段２０により熱処理室４の上方流路８から熱処理室４内に送られ、ここで前記パスを形成して走行しているストランド６が耐炎化処理される。次いで熱風は下方流路１０を通って熱風循環路１２に戻り、これを通って前記ヒーター１８で加熱されることを繰返す。

下方流路１０は、鉛直方向部材２２、水平方向部材２４からなり断面Ｌ字形状をなす仕切板２６で分割され、熱処理室４の隔壁１４側熱風が通過する流路(ａ)２８と熱処理室４の外壁１６側熱風が通過する流路(ｂ)３０からなる２個の分割流路が形成されている。

なお、仕切板２６のストランド走行方向長さは、熱処理室４のストランド走行方向長さと等しく形成されている。

上記構成の耐炎化処理炉２を用い、熱処理室４内における熱風の流速を制御して、熱処理室４内を走行するストランド６が均一な温度になるように熱風を供給することにより、耐炎化繊維の安定した生産ができる。

なお、分割流路(ａ)２８、分割流路(ｂ)３０における流路長さ、流路幅の調節、通気抵抗の調節などにより各流路における熱風風量を調節できるように、仕切板２６は鉛直方向部材２２、水平方向部材２４を可動な構造とすることが好ましい。

図２は本発明耐炎化処理炉における正面断面の他の例を示す概略図である。

本例の耐炎化処理炉３２においては、分割流路(ａ)２８、分割流路(ｂ)３０には、それぞれ熱風風量調節用のダンパー３４、３６が設けられている。これにより通気抵抗を調節して各流路における熱風風量を調節できる。

その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。

図３は本発明耐炎化処理炉における正面断面の更に他の例を示す概略図である。

本例の耐炎化処理炉４２においては、分割流路(ａ)２８、分割流路(ｂ)３０には、それぞれ熱風風量調節用の通気性板材４４、４６が設けられている。この通気性板材４４、４６としては開度が調節されたスリット板、網、パンチングプレートなどを用いることができる。これにより通気抵抗を調節して各流路における熱風風量を調節できる。

その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。

図４は本発明耐炎化処理炉における正面断面のまた更に他の例を示す概略図である。

本例の耐炎化処理炉５２においては、熱処理室４の外壁１６の外側に、上方流路８及び下方流路１０を連通する熱風迂回路５４が設けられている。この熱風迂回路５４には、通過する熱風の風量調節用のダンパー５６が設けられている。これにより熱処理室４内における外壁１６側のストランド６の温度制御が容易になる。

その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。

なお、上記各例においては、下方流路を２分割したが、これに限られず、任意の複数、好ましくは２〜４個に分割しても良く、また更に上記例においては分割流路幅を均等にしたが、任意の比率の分割流路幅にしても良く、その他本発明の要旨を変更しない限り、適宜変形して差支えない。

下方流路を任意の複数に分割したのと同様に、上方流路も任意の複数に分割しても良い。即ち、本発明耐炎化処理炉は、下方流路及び上方流路の少なくとも一方を任意の複数に分割したものである。

図５は、図２の例の構成において下方流路ばかりでなく上方流路も２分割した耐炎化処理炉の一例を示す概略正面断面図である。

本例の耐炎化処理炉６２において、上方流路は、鉛直方向部材６４、水平方向部材６６からなり断面Γ字形状をなす仕切板６８で分割され、熱処理室４の隔壁１４側に熱風を供給する流路(ｃ)７０と熱処理室４の外壁１６側に熱風を供給する流路(ｄ)７２からなる２個の分割流路が形成されている。

なお、仕切板６８のストランド走行方向長さも、仕切板２６のストランド走行方向長さと同様に、熱処理室４のストランド走行方向長さと等しく形成されている。

分割流路(ｃ)７０、分割流路(ｄ)７２には、それぞれ熱風風量調節用のダンパー７４、７６が設けられている。これにより通気抵抗を調節して各流路における熱風風量を調節できる。

分割流路(ｃ)７０、分割流路(ｄ)７２の各分割流路に供給する熱風風量を調節し易くするため、熱風循環手段７８は、熱風循環路１２の中央部付近に設置することが好ましい。

その他の構成は図１及び／又は２と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明する。

実施例１
耐炎化繊維及び炭素繊維製造用原料の前駆体繊維について、図６に示す耐炎化炉を用いて加熱空気中耐炎化処理し、耐炎化繊維を得た。

図６は、図２の例の構成において下方流路を３分割した耐炎化処理炉の一例を示す概略正面断面図である。

本例の耐炎化処理炉８２において、下方流路１０は、鉛直方向部材８４、水平方向部材８６からなり断面Ｌ字形状をなす隔壁１４側仕切板８８と、鉛直方向部材９０、水平方向部材９２からなり断面Ｌ字形状をなす外壁１６側仕切板９４とで分割され、熱処理室４の隔壁１４側熱風が通過する流路(ｅ)９６と、熱処理室４の外壁１６側熱風が通過する流路(ｇ)１００と、それらの中間の流路(ｆ)９８とからなる３個の分割流路が形成されている。

分割流路(ｅ)９６、分割流路(ｆ)９８、分割流路(ｇ)１００には、それぞれ熱風風量調節用のダンパー１０２、１０４、１０６が設けられている。各分割流路の幅は、隔壁１４と鉛直方向部材８４との間隔Ｘが１．４ｍ、鉛直方向部材８４と鉛直方向部材９０との間隔Ｙが１．４ｍ、鉛直方向部材９０と外壁１６との間隔Ｚが１．４ｍである。

熱処理室４の縦、横、高さはそれぞれ１２ｍ、４．２ｍ、１．６ｍである。折返しローラーによる折返し数は７パスである。このパスは水平面に並んだ４００本のストランドから構成されており、このストランドは前駆体繊維が２４０００本束ねられて構成されている。

その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。

熱風循環手段２０の吹出し口で温度２５０℃の熱風を循環させ、ダンパー１０２、１０４、１０６の開度を調節して、各分割流路における熱風風量を調節したところ、分割流路入口部単位断面積当りの風量(風速)で流路(ｅ)９６が１．２ｍ／秒、流路(ｆ)９８が１．２ｍ／秒、流路(ｇ)１００が１．２ｍ／秒となり、ストランドの温度は、隔壁１４側の地点Ｅで２５１℃、中央付近の地点Ｆで２５０℃、外壁１６側の地点Ｇで２５０℃と均一な分布を示し、耐炎化繊維の安定した生産が出来た。

比較例１
図７に示す従来の耐炎化炉を用いた以外は、実施例１と同様に耐炎化処理した。

本例の耐炎化処理炉１１２において、下方流路１２０には、分割流路は形成されていないが、図６の分割流路(ｅ)、分割流路(ｆ)、分割流路(ｇ)に相応する図７の部分における熱風風速は、それぞれ０．８ｍ／秒、１．２ｍ／秒、１．６ｍ／秒で、ストランドの温度は、隔壁１２４側の地点Ｅで２５４℃、中央付近の地点Ｆで２５０℃、外壁１１６側の地点Ｇで２４８℃と不均一な分布を示し、隔壁１２４側近くでは繊維の切断が発生し、耐炎化繊維の生産は不安定であった。

本発明耐炎化処理炉における正面断面の一例を示す概略図である。 本発明耐炎化処理炉における正面断面の他の例を示す概略図である。 本発明耐炎化処理炉における正面断面の更に他の例を示す概略図である。 本発明耐炎化処理炉における正面断面のまた更に他の例を示す概略図である。 下方流路及び上方流路を２分割した本発明耐炎化処理炉の一例を示す概略正面断面図である。 下方流路を３分割した本発明耐炎化処理炉の一例を示す概略正面断面図である。 従来の耐炎化処理炉の一例を示す概略正面断面図である。

符号の説明

２、３２、４２、５２、６２、８２、１１２ 耐炎化処理炉
４、１１４ 熱処理室
６、１１６ ストランド
８、１１８ 上方流路
１０、１２０ 下方流路
１２、１２２ 熱風循環路
１４、１２４ 隔壁
１６、１２６ 外壁
１８、１２８ ヒーター
２０、７８、１３０ 熱風循環手段
２２、６４、８４、９０ 鉛直方向部材
２４、６６、８６、９２ 水平方向部材
２６、６８、８８、９４ 仕切板
２８ 分割流路(ａ)
３０ 分割流路(ｂ)
３４、３６、５６、７４、７６、１０２、１０４、１０６ ダンパー
４４、４６ 通気性板材
７０ 分割流路(ｃ)
７２ 分割流路(ｄ)
９６ 分割流路(ｅ)
９８ 分割流路(ｆ)
１００ 分割流路(ｇ)
Ｅ、Ｆ、Ｇ ストランド温度の測定地点
Ｘ、Ｙ、Ｚ 分割流路の幅

Claims (5)

1. 炉内を水平走行する前駆体繊維ストランドの垂直方向に熱風を送り前記ストランドを耐炎化する熱処理室と、熱処理室の上方に形成した上方流路と、熱処理室の下方に形成した下方流路と、前記上方流路及び下方流路を連通する熱風循環路とを有する耐炎化処理炉であって、前記熱処理室の幅が３ｍ以上であり、前記下方流路及び上方流路の少なくとも一方が、熱処理室内の前記熱風循環路側から前記熱風循環路と対向する外壁側にかけて、鉛直方向部材、水平方向部材からなり断面Ｌ字形状をなす仕切板で複数に分割された分割流路で構成され、これら分割流路により熱処理室内と熱風循環路とを連通させることにより、熱処理室内を垂直方向に流れる熱風風量を各分割流路毎に調節する耐炎化処理炉。
2. 分割流路が、それぞれ熱風風量調節用のダンパーを有する請求項１に記載の耐炎化処理炉。
3. 分割流路が、それぞれ熱風風量調節用の通気性板材を有する請求項１に記載の耐炎化処理炉。
4. 熱処理室の外壁の外側に、上方流路及び下方流路を連通する熱風迂回路を有し、前記熱風迂回路が熱風風量調節用のダンパーを有する請求項１に記載の耐炎化処理炉。
5. 仕切板の鉛直方向部材、水平方向部材を可動に設け、流路幅を調節することにより各流路の熱風風量を調節する構造である請求項１に記載の耐炎化処理炉。

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