JPH06229681A - 線または帯状物処理用流動床装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流動床内に線又は帯状の被処理物を走行させ
ながら処理を行う。 【構成】 被処理物の導入孔と導出孔とがそれぞれ筒状
体に形成され、筒状体の一部を、流動床外に連通する流
動粒子の平均径よりも小さい径の貫通孔がある多孔板ま
たは多孔質板で構成する。多孔板部分で流動化気体が外
部に排出され、流動粒子は堆積して自然にシールを形成
する。流動粒子や流動化気体の漏出が防止され、均一で
安定した流動化を行える。この装置は、損傷を受けやす
い炭素繊維前駆体の加熱処理にとくに有用である。その
際、導入出孔の流動床側開口部に近接し流動床中に気体
を吹き込む給気ノズルが設けると高品質の炭素繊維の製
造に役立つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属や有機高分子のワ
イヤ、フィラメント、テープなどを、流動床内で連続的
または間欠的に走行させながら、加熱、冷却、反応処理
などを行う、線または帯状物処理用流動床装置に関す
る。この装置は、ポリアクリロニトリル系繊維などの炭
素繊維前駆体に加熱処理を施す際にも利用することがで
きる。

【０００２】

【従来の技術】線または帯状物を走行させながら処理す
る流動床装置は、例えば、鋼鉄ワイヤのパテンティング
処理装置やポリアクリロニトリル系繊維の加熱処理装置
として知られている。これらの流動床装置では、被処理
物を流動床内で走行させるために、流動粒子を外部に漏
出させることなく被処理物を流動床に導入し、導出する
手段が問題になる。その手段としては、流動床の表面か
ら流動床内に被処理物を導入し、ガイドなどを用いて被
処理物の走行方向を転換して流動床内を走行させた後、
再びガイドなどを用いて被処理物の走行方向を転換して
流動床表面から導出する流動床装置、流動床枠体側壁の
流動床表面と分散板との中間の位置に被処理物の導入孔
と導出孔とを設けた流動床装置や、流動床内にメッシュ
ベルトを走行させ、その上に被処理物を乗せて搬送しな
がら処理を施す流動床装置などが知られている。

【０００３】これらの流動床装置のうち、導入出孔を介
して被処理物を流動床に導入出させる装置は、被処理物
に与える損傷が小さく、経済的にも有利ある。しかし、
この装置では、導入出孔から流動粒子が漏出するのを合
理的に防止することが必要である。そのための具体的手
段として、例えば、特開平１−１９２８２５号公報に
は、被処理物の導入出孔に、筒状の加圧シール室を設
け、加圧シール室に炉内圧力よりも若干高めの圧力を有
するシールガスを供給する装置が記載されている。ま
た、特開平４−２１４１８６号公報には、被処理物の導
入出孔の近傍に、流動粒子の滞留室を設け、滞留室内に
流出した流動粒子を吸引捕捉し、被処理物の周囲にブリ
ッジを形成せしめてシールする装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１−１９２８２５号公報に記載の装置には、導入出孔の
開孔面積と加圧シール圧力とのバランスを調節すること
が難しいという問題がある。また、特開平４−２１４１
８６号公報に記載の装置には、導入出孔に近接する部分
の流動化の状態が悪く、被処理物に損傷を与えるという
問題があった。とくにポリアクリロニトリル繊維などの
ような繊細な被処理物を扱う場合には、その損傷が大き
な課題になっていた。

【０００５】本発明は、走行する線または帯状物を被処
理物とする流動床装置において、上記の被処理物の導入
出孔の問題を解決し、調整やメンテナンスが容易で、被
処理物に損傷を与えない、経済的な線または帯状物処理
用流動床装置、さらに、線または帯状の炭素繊維前駆体
を加熱するのに好適な流動床装置を提供することを目的
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、走行する線または帯状物を被処理物と
する流動床装置において、被処理物を流動床内に導入す
る導入孔と被処理物を流動床外に導出する導出孔とが、
それぞれ筒状体に形成され、かつ、この筒状体の一部
が、流動床外に連通する流動粒子の平均径よりも小さい
径の貫通孔を有する多孔板または多孔質板で構成されて
いることを特徴とする、線または帯状物の連続処理用流
動床装置を提供する。

【０００７】また、本発明は、前記の流動床装置が、走
行する線または帯状の炭素繊維前駆体を被処理物とする
流動床装置であって、かつ、流動床中に気体を吹き込む
給気ノズルが、前記の導入孔および導出孔の流動床側開
口部に近接して設けられていることを特徴とする、線ま
たは帯状物処理用流動床装置を提供する。

【０００８】

【実施態様例と作用】本発明の線または帯状物処理用流
動床装置（以下、流動床装置と略称する）を、実施態様
例をあげつつ図面を参照して説明する。図１は、本発明
にかかる流動床装置の実施態様例を示す、被処理物の走
行方向に沿った概略断面図、図２は、図１のＡ−Ａ´断
面図、図３は、導入孔および導出孔部分の斜視図であ
る。

【０００９】本発明の流動床装置において、流動床１を
形成する枠体２、流動化気体の分散板３、流動粒子４
は、公知のものを用いることができる。枠体２は、金
属、ＦＲＰ、窯業素材などで構成し、流動床１の平面形
状は長方形でも円形でもよく、その上部は大気に解放さ
れていても、閉鎖されていてもよい。分散板３には、金
属、窯業素材の多孔板や多孔質板などを、流動粒子４に
は、熱媒用、冷媒用などの処理目的に適合するように、
炭素、アルミナ、炭化ケイ素、その他の粉粒体を選択し
て使用することができる。流動床１中に熱交換用の加熱
管または冷却管を設けることもできる。流動化には、所
望の処理雰囲気を形成するのに適当な気体を使用する。
流動化気体は、供給管１２から分散板の下側に供給さ
れ、流動粒子４を流動化して排気管１３を経て系外に排
出される。

【００１０】被処理物５である線または帯状物、たとえ
ば、線または帯状の炭素繊維前駆体は、枠体２の側壁に
取り付けられた導入孔６を通って流動床１に導入され、
所要の処理条件に保たれた流動床１中を連続的または間
欠的に走行して、枠体２の横部に取り付けられた導出孔
７から外部に導出される。導入孔６および導出孔７（以
下、導入出孔と略称する）は、通常、枠体２の側壁に、
流動床１の表面と分散板３との中間の適当な位置に設け
る。

【００１１】本発明の流動床装置の導入出孔６および７
は、それぞれ筒状体８で構成され、かつ、この筒状体８
の一部が、流動床１外に連通する流動粒子の平均径より
も小さい径の貫通孔を有する多孔板または多孔質板（以
下、多孔板と略称する）９で構成されている。複数の被
処理物５を処理する場合には、導入出孔６および７を上
下方向もしくは水平方向に複数対を並べ、それぞれの導
入出孔に一または複数の被処理物５を通すことができ
る。

【００１２】筒状体８の形状は丸筒、角筒などであっ
て、その断面形状に制限はなく、軸方向に縮小または拡
大させてもよい。材質は要求される耐熱性、耐蝕性など
によって選定する。この導入出孔６および７は、被処理
物５の導入および導出を円滑に行ない、かつ、流動粒子
４が外部に漏出することを防止する作用を有する。すな
わち、流動床１内の圧力は、通常、大気圧よりも高いの
で、流動床１の表面下の枠体２に孔を設けると、その孔
から流動化気体とともに流動粒子４が噴出する。しか
し、本発明の流動床装置に設けられた導入出孔６および
７は、それを形成する筒状体８の一部が、流動床１外に
連通する流動粒子４の平均径よりも小さい径の貫通孔を
有する多孔板９で構成されているので、導入出孔６およ
び７に流れ込んだ流動化気体と流動粒子４とは、多孔板
９の部分に至ると、流動化気体だけが多孔板９の貫通孔
を通り連通する大気中に放圧され、残った流動粒子４
は、その部分に堆積して土手１０を形成する。この土手
１０が導入出孔６および７をシールし、流動粒子４の漏
出を防止する。

【００１３】多孔板９の孔径は、余り小さいと目詰まり
を生じ易いので、流動粒子４径の４０〜８０％が一般的
であり、好ましくは５０〜７０％である。多孔板９は、
一ヶ所、または複数ヶ所に周方向または軸方向に並べて
設けることができる。筒状体８の軸方向における多孔板
９部分の長さは、長いほど安定したシール性能が得られ
るが、長すぎると被処理物５の走行抵抗が大きくなり、
擦過による損傷のおそれを生ずる。短すぎると、シール
効果が小さくなり、流動床１炉内の圧力変動によって流
動粒子４が噴出するおそれを生ずる。適当な長さを設定
するには、長い目の多孔板をもつ他は枠体２に取り付け
ようとする導入出孔と同じ寸法の試験用の導入孔（導出
孔）を取付け、流動床１を正常の状態に保ち、試験用導
入孔内の流動粒子中の圧力変化を軸方向に測定し、導入
孔内の圧力が大気圧まで減圧するための必要な長さを求
める。一般的には、このようにして求めため必要長さの
１〜５倍の長さが適当で、通常、１．５〜２倍にする。
大気圧下で操業する通常の流動床であれば、２０〜１０
０ｍｍ程度になる。

【００１４】また、導入出孔６および７の断面積は、必
要最小限にすることが好ましい。断面積が大き過ぎる
と、流動床１から流動化気体や流動粒子４が多量に流出
し、導入出孔６および７近くの流動床１が流動化不良を
引き起こしたり、流出した流動粒子４の処理や補充の問
題を生じる。小さ過ぎると、被処理物が筒状体８の壁面
に接触して損傷易く、好ましくない。少量の流動粒子が
導入出孔６および７から外部に流出するのを避けられな
いことがあるが、その様な場合には、たとえば、導入出
孔６および７の外部側先端部にホッパを取り付け、流動
粒子４を回収して流動床に戻してやればよい。

【００１５】ところで、本発明の流動床装置を使用し
て、線または帯状の炭素繊維前駆体を加熱処理すると、
正確かつ均一な温度条件下で、被処理物５を損傷するこ
となく容易に処理することができる。炭素繊維前駆体と
しては、たとえば、ポリアクリロニトリル系繊維、再生
セルロース系繊維、フェノール系繊維、ピッチ系繊維の
フィラメント、ストランド、トウ、織物、編物、不織布
があげられる。加熱処理は、通常、３００℃以下の温度
で、空気を主成分とする流動化気体を吹込んで行われる
発熱反応である。この場合のように、とくに厳密な温度
制御を要するときには、導入出孔６および７の流動床１
側開口部に近接して、流動床１中に気体を吹き込む給気
ノズル１１を設けることが好ましい。給気ノズル１１
は、導入出孔６および７から外部に放散される流動化気
体を補い、導入出孔６および７近傍の流動状態を均一に
保つ作用を有する。１４は、給気ノズル１１から補充す
る流動化気体の給気管である。このようにして適正な流
動化が保たれるので、流動床１内の温度が均一に、かつ
流動床と被処理物との間の熱伝達も良好になり、被処理
物５を精密に温度管理することができる。給気ノズル１
１の構造に限定はないが、吹込部分を金属かセラミック
製の多孔質板またはチューブ、多孔板などを使用すれ
ば、吹込気体が均一分散され、流動粒子４の逆流を防ぐ
ことができるので都合が良い。

【００１６】

【実施例】本発明の流動床装置を製作し、これを使用し
てポリアクリロニトリル繊維の加熱処理を行ったので、
説明する。

【００１７】流動床の全長が１００ｃｍ、幅が１５ｃ
ｍ、最高使用温度が３００℃であって、図１に示したの
と同様な本発明の流動床装置を炭素繊維前駆体のポリア
クリロニトリル繊維の加熱処理用に製作した。この流動
床装置では、焼結金属の多孔質板を分散板に用い、分散
板上に流動粒子として、径が０．３５ｍｍの黒鉛粒子を
静置時深さが４００ｍｍになるように装填した。流動床
を形成する枠体の両端には、分散板上２００ｍｍの位置
に、それぞれ高さ２０ｍｍ、幅１００ｍｍの角筒の導入
孔および導出孔を設けた。角筒の中央部上面側および下
面側は、対向する幅１００ｍｍ、長さ１００ｍｍ、平均
孔径が０．１５ｍｍの焼結金網で構成した。また、導入
孔および導出孔の流動床側開口部の直近上方に、流動床
側開口部と平行して、直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの
焼結金属管の給気ノズルを取り付けた。

【００１８】分散板を通して流動粒子中に１６０ｍ³ ／
ｈｒの加熱した空気を吹き込み、流動床内の温度が２５
０℃になるよう温度制御しながら流動床を形成させた。
この運転条件下でしばらく運転し、導入出孔内の状態を
観察した結果、流動粒子は多孔板部分で、堆積充満して
土手を形成していることが確認された。そこで、導入出
孔内の流動粒子中の圧力を測定したところ、堆積粒子の
流動床側の端から約２０ｍｍの位置で大気圧まで減圧さ
れていることが確認できた。更に、前記円筒の多孔板部
分を鉄板で塞ぎ、多孔板の開口面積を徐々に減少しなが
らシール筒内の流動粒子の動きを観察した結果、流動床
および導入出孔内の状態が安定する好ましい範囲は、シ
ール筒内の圧力が大気圧まで減圧する長さの１．５〜２
倍であることが判った。結果を表１および図４に示す。

【００１９】

【表１】 つぎに、導入孔から導出孔に向け、単糸繊度が１デニー
ル、フィラメント数２４０００本、ヨリ数７ターン／ｍ
のポリアクリロニトリル繊維を１ｍ／分の速さで走行さ
せ、２５０℃で加熱処理を施した。この間、給気ノズル
に２５０℃の加熱空気を流量を変えて供給し、流動化状
態を観察し、走行中の繊維張力と毛羽とを測定した。結
果を表２に示した。給気ノズルからの給気量を減少させ
るに従い、導入出孔近くの流動化に変化を生じて、次第
に流動不良の状態になり、流動粒子による抵抗が増加し
て走行繊維の張力が増大し、加熱処理した繊維に発生す
る毛羽が増加してきた。その結果を表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】本発明の流動床装置は、流動床枠体に取
り付けた被処理物の導入出孔中の多孔板部分では流動化
気体が外部に排出され、流動粒子は堆積して自然に被処
理物を包囲する土手を形成する。この土手がシール効果
を奏し、流動床から導入出孔を通って外部に漏出する流
動化気体、とくに流動粒子の量を大幅に減少させる。し
たがって、流動床の流動化が安定し、正確で均一な処理
条件が維持される。また、被処理物が導入出孔を通過す
る際の走行抵抗が小さく、擦過などによる損傷を受けに
くくする効果がある。

【００２２】本発明の流動床装置を、正確で均一な温度
条件が要求され、しかも損傷を受けやすい炭素繊維前駆
体の加熱処理に使用すると、高品質の炭素繊維を得るこ
とができ、好適である。炭素繊維前駆体の加熱処理は、
多量の発熱を伴う酸化反応であり、しかも所定以上に温
度が上昇すると被処理物が焼失するおそれがある。した
がって、流動床側開口部に近接する給気ノズルを設け、
適正な流動化を行って流動床を安定化させれば、流動床
内の温度が均一に維持されて、高品質の炭素繊維を製造
するのに効果がある。当然、給気ノズルは、炭素繊維前
駆体の加熱処理以外の処理操作においても設けることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる流動床装置の実施態様例を示
す、被処理物の走行方向に沿った概略断面図。

【図２】 図１のＡ−Ａ´断面図。

【図３】 導入孔および導出孔部分の斜視図。

【図４】 シール長さとシール筒内の圧力の関係を示す
グラフ。

【符号の説明】

１：流動床 ２：枠体 ３：分散板 ４：流動粒
子 ５：被処理物 ６：導入孔 ７：導出孔 ８：筒
状体 ９：多孔板または多孔質板 １０：流動粒子
によって形成された土手 １１：給気ノズル １２：供給管 １３：排気管 １４：給気管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行する線または帯状物を被処理物とする
   流動床装置であって、被処理物を流動床内に導入する導
   入孔と被処理物を流動床外に導出する導出孔とが、それ
   ぞれ筒状体に形成され、かつ、この筒状体の一部が、流
   動床外に連通する流動粒子の平均径よりも小さい径の貫
   通孔を有する多孔板または多孔質板で構成されているこ
   とを特徴とする、線または帯状物処理用流動床装置。
2. 【請求項２】走行する線または帯状の炭素繊維前駆体を
   被処理物とする流動床装置であって、かつ、流動床中に
   気体を吹き込む給気ノズルが、前記の導入孔および導出
   孔の流動床側開口部に近接して設けられていることを特
   徴とする、請求項１に記載の線または帯状物処理用流動
   床装置。