DE102017113342A1 - Ofen - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Ofen (10) zur thermischen Behandlung, insbesondere zur Carbonisierung und/oder Graphitisierung, von Material, insbesondere von Fasern (12), insbesondere von Fasern (14) aus oxidiertem Polyacrylnitril PAN, wobei aus dem Material bei der thermischen Behandlung ein Pyrolysegas freigesetzt wird, angegeben, Der Ofen (10) umfasst ein Gehäuse (16), einen im Innenraum (18) des Gehäuses (16) befindlichen Prozessraum (22), der durch ein Prozessraumgehäuse (24) begrenzt ist und durch welchen das Material hindurchführbar ist, ein Heizsystem (32), mittels welchem eine in dem Prozessraum (22) herrschende Prozessraumatmosphäre (30) aufheizbar ist, und ein Abzugsystem (48), mittels welchem mit Pyrolysegas beladene Prozessraumatmosphäre (30) aus dem Prozessraum (22) absaugbar ist. Das Abzugsystem (48) weist wenigstens eine Absaugeinrichtung (52) mit einem durch eine Kanalwand (58) begrenzten Absaugkanal (60) auf, der über eine Absaugöffnung (62) mit dem Prozessraum (22) verbunden ist. Die Absaugöffnung (62) ist in einem Bereich (68) des Prozessraumes (22) angeordnet, in dem im Betrieb des Ofens (10) eine Temperatur herrscht, bei der es zu keiner oder nur zu moderaten chemischen Reaktionen zwischen dem Pyrolysegas und dem Prozessraumgehäuse (24) und/oder der Kanalwand (58) kommt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Ofen zur thermischen Behandlung, insbesondere zur Carbonisierung und/oder Graphitisierung, von Material, insbesondere von Fasern, insbesondere von Fasern aus oxidiertem Polyacrylnitril PAN, wobei aus dem Material bei der thermischen Behandlung ein Pyrolysegas freigesetzt wird, mit
- a) einem Gehäuse;
- b) einem im Innenraum des Gehäuses befindlichen Prozessraum, der durch ein Prozessraumgehäuse begrenzt ist und durch welchen das Material hindurchführbar ist;
- c) einem Heizsystem, mittels welchem eine in dem Prozessraum herrschende Prozessraumatmosphäre aufheizbar ist;
- d) einem Abzugsystem, mittels welchem mit Pyrolysegas beladene Prozessraumatmosphäre aus dem Prozessraum absaugbar ist.
- Derartige Öfen werden insbesondere bei der Herstellung von Kohlenstofffasern eingesetzt, welche in einem drei oder vierstufigen Verfahren aus Fasern aus Polyacrylnitril-Fasern gebildet werden. Polyacrylnitril wird nachfolgend meist als PAN abgekürzt. Auch Filze und Vliese können in solchen Öfen behandelt werden. Andere Materialien als PAN sind beispielsweise Viskose und Lignin.
- In einer ersten Herstellungsstufe wird Polyacrylnitril in einem Oxidationsofen bei Temperaturen zwischen etwa 200°C bis 400°C in Anwesenheit von Sauerstoff zu oxidierten PAN-Fasern oxidiert.
- Diese oxidierten PAN-Fasern werden dann in einer zweiten Herstellungsstufe in einem Ofen bei etwa 400°C bis 1000°C einer thermischen Behandlung in einer sauerstofffreien Inertgas-Atmosphäre unterzogen, um den Anteil des Kohlenstoffs in den Fasern durch eine Carbonisierung zu steigern, der bei den oxidierten PAN-Fasern bei etwa 62 Gew.-% liegt. In der Regel werden Stickstoff N2 oder Argon Ar als Inertgas verwendet.
- Bei einer dritten Herstellungsstufe erfolgt die thermischen Behandlung in einem Ofen der eingangs genannten Art, der als Hochtemperaturofen bezeichnet wird, zwischen 800°C und 1800°C unter Stickstoffatmosphäre, wobei eine Carbonisierung erfolgt, bei welcher die PAN-Fasern pyrolysieren, bis sie einen Kohlenstoffanteil von etwa 92 Gew.-% bis 95 Gew.-% aufweisen.
- Gegebenenfalls werden die nach der dritten Herstellungsstufe erhaltenen Kohlenstofffasern in einer vierten Herstellungsstufe in einem Ofen der eingangs genannten Art einer weiteren thermischen Behandlung in einer sauerstofffreien Inertgas-Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 1800°C und 3000°C unterzogen; bei diesen Temperaturen erfolgt eine Graphitisierung der Kohlenstofffasern, die danach einen Kohlenstoffanteil von über 99 Gew.-% haben und als sogenannte GraphitFasern bezeichnet werden. In der Regel wird bei der Graphitisierung Argon Ar als Inertgas verwendet.
- Wenn oxidierte PAN-Fasern in einer sauerstofffreien Inertgas-Atmosphäre bei Temperaturen über 700°C thermisch behandelt werden, wird aus den PAN-Fasern ein Pyrolysegas freigesetzt, welches unter anderem Blausäure HCN, Stickstoff N2, Ammoniak NH3, Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 enthält. Da insbesondere die enthaltene Blausäure HCN hochtoxisch ist, wird die mit dem Pyrolysegas beladene Prozessraumatmosphäre mittels des Abzugsystems aus dem Prozessraum abgesaugt und einer nachgelagerten Aufbereitungsbehandlung zugeführt. In den meisten Fällen wird die abgesaugte und mit Pyrolysegas beladene Prozessgasatmosphäre verbrannt, es gibt aber auch Anlagen, bei welchen die Blausäure chemisch umgesetzt wird, um die Blausäure als Materialressource zu erhalten.
- Der Prozessraum ist bei bekannten Hochtemperaturöfen mit einer Muffel aus einem Material ausgekleidet, welches von dem aus den PAN-Fasern freigesetzten Pyrolysegas chemisch reagiert und angegriffen wird. Bei vom Markt her bekannten Öfen besteht die Muffel aus Graphit, welches bei Temperaturen oberhalb von etwa 1000°C von dem Pyrolysegas angegriffen wird. Auch Abgaskanäle oder -leitungen des Abzugsystems, durch welche die mit Pyrolysegas beladene Prozessraumatmosphäre von dem Prozessraum weggeführt wird, sind in der Regel mit dem Muffelmaterial ausgekleidet; auch die Abgaskanäle oder -leitungen reagieren folglich bei entsprechenden Temperaturen mit der abgezogenen, mit Pyrolysegas beladenen Prozessatmosphäre und werden angegriffen. Im Laufe der Zeit kommt es durch das Pyrolysegas so zu Schäden an der Muffel und an den Abgaskanälen oder -leitungen.
- Es gibt Ansätze, die Muffel im Prozessraum ihrerseits noch ergänzend mit sogenannten Opfergraphitplatten zu verkleiden, die dann in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden. Die Probleme bei den Abgaskanälen bleiben jedoch bestehen.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ofen der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem die Belastung des Prozessraumes und von Kanälen oder Leitungen, durch welche mit Pyrolysegas beladene Prozessatmosphäre geführt wird, zu vermindern.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
- e) das Abzugsystem wenigstens eine Absaugeinrichtung mit einem durch eine Kanalwand begrenzten Absaugkanal aufweist, der über eine Absaugöffnung mit dem Prozessraum verbunden ist;
- f) die Absaugöffnung in einem Bereich des Prozessraumes angeordnet ist, in dem im Betrieb des Ofens eine Temperatur herrscht, bei der es zu keiner oder nur zu moderaten chemischen Reaktionen zwischen dem Pyrolysegas und dem Prozessraumgehäuse und/oder der Kanalwand kommt.
- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Belastung für die Bauteile und Komponenten, die mit dem Pyrolysegas in Kontakt kommen und die mit dem Pyrolysegas in unerwünschter Weise reagieren, beträchtlich gesenkt werden kann, wenn dafür gesorgt wird, dass das Pyrolysegas in einer frühen Phase der thermischen Behandlung mit einer Temperatur abgesaugt wird, bei welcher es keine Reaktion der beteiligten Komponenten gibt. Hierfür wird die Absaugstelle, die durch die Position der Absaugöffnung des Absaugkanals definiert wird, gezielt in einen Bereich des Prozessraumes gelegt, in dem eine entsprechend niedrige Temperatur herrscht.
- Vorzugsweise herrscht in diesem Bereich im Betrieb des Ofens eine Temperatur von weniger als 1000°C, vorzugsweise von weniger als 900°C und besonders bevorzugt von weniger als 800°C.
- Es ist günstig, wenn der Bereich sich neben oder nahe einer Einlassöffnung des Prozessraumgehäuses für das zu behandelnde Material befindet. Auf diese Weise kann vorteilhaft ausgenutzt werden, dass die Temperatur in dem Prozessraum in der Regel sukzessive vom Einlass bis zum Auslass gesteigert wird, jedenfalls in dem Bereich nach dem Einlass eine Temperatur herrschen kann, bei der keine unerwünschten Reaktionen ablaufen. Am Anfang des Prozessraumes wird in der Regel bereits der größte Anteil Pyrolysegas aus den Fasern freigesetzt, der auf diese Weise effektiv entfernt wird, ohne größeren Schaden anrichten zu können. Die Menge an Pyrolysegas, die in nachfolgenden Bereichen des Prozessraumes bei höheren Temperaturen freigesetzt wird, ist demgegenüber auf vertretbare Weise vernachlässigbar.
- Ein technisch mit verhältnismäßig wenig Aufwand zu realisierender Aufbau ergibt sich, wenn sich der Absaugkanal durch die Einlassöffnung in den Prozessraum hinein erstreckt.
- In unterschiedlichen Betriebsmodi ein und desselben Ofens kann es vorkommen, dass der Bereich, in dem die gewünschten, verhältnismäßig niedrigen Temperaturen herrschen, sich an verschiedenen Stellen im Prozessraum ausbildet. Daher ist es günstig, wenn der Absaugkanal derart eingerichtet ist, dass die Position der Absaugöffnung veränderbar ist.
- Vorzugsweise umfasst der Absaugkanal hierzu mehrere Kanalabschnitte, die lösbar miteinander verbunden sind, derart, dass die Länge des Absaugkanals durch der Anzahl der vorgesehenen Kanalabschnitte einstellbar ist. Der Absaugkanal kann somit modulartig verlängert oder verkürzt werden.
- Es ist günstig, wenn der Absaugkanal an einem von der Absaugöffnung abliegenden Ende mit einem Sammelkanal verbunden ist, der seinerseits mit einer thermischen Nachverbrennungseinrichtung verbunden ist. Wenn mehrere Absaugkanäle vorhanden sind, können diese in einem gemeinsamen Sammelkanal zusammengeführt oder mit jeweils einem eigenen Sammelkanal verbunden sein.
- Es ist günstig, wenn vor einem Eingangs-Durchgang des Gehäuses des Ofens eine Durchgangs-Einhausung der Absaugeinrichtung angeordnet ist, in welcher sich der Sammelkanal zumindest bereichsweise erstreckt. Eine solche Einhausung kann in einfacher Weise zwischen dem Gehäuse des Ofens einerseits und einer meist vorhandenen Eingangsschleuse andererseits angeordnet und so in das Gesamtsystem integriert werden.
- Das Absaugsystem ist besonders gut anwendbar, wenn das Prozessraumgehäuse als Muffel, insbesondere als Muffel aus Graphit, ausgebildet ist.
- Auch wenn der Absaugkanal und/oder der Sammelkanal aus Graphit ausgebildet oder mit Graphit ausgekleidet sind, arbeitet das Absaugsystem besonders effektiv.
- Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Ofens zur thermischen Behandlung von Kohlenstofffasern mit einem Abzugsystem für Prozessgasatmosphäre, das eine Absaugeinrichtung umfasst; -
2 eine perspektivische Ansicht der Absaugeinrichtung mit geschnittenem Gehäuse, so dass Absaugkanäle zu erkennen sind, die durch einen Einlass in den Prozessraum ragen; -
3 einen Teilschnitt des Ofens, bei dem einer der Absaugkanäle der Absaugeinrichtung zu erkennen ist, der über eine Absaugöffnung mit dem Prozessraum verbunden ist; -
4 einen Teilschnitt des Ofens, wobei die Position der Absaugöffnung des Absaugkanals gegenüber der Position in3 verändert ist; -
5 einen Teilschnitt des Ofens, wobei die Position der Absaugöffnung des Absaugkanals nochmals gegenüber den Positionen in den3 und4 verändert ist; -
6 einen Teilschnitt des Ofens, wobei ein Absaugkanal in einer abgewandelten Anordnung gezeigt ist; -
7 einen Teilschnitt des Ofens, wobei zwei Absaugkanäle zu erkennen sind; -
8 eine perspektivische Ansicht der Absaugeinrichtung mit geschnittenem Gehäuse einer Variante der Absaugeinrichtung; -
9 eine perspektivische Ansicht der Absaugeinrichtung mit geschnittenem Gehäuse einer weiteren Variante der Absaugeinrichtung; -
10 einen Teilschnitt eines abgewandelten Ofens. - In den Figuren ist ein Ofen
10 zur thermischen Behandlung von Material gezeigt, bei dem es bei dem in den1 bis9 gezeigten Ausführungsbeispielen um Fasern12 und beispielhaft um Fasern14 aus oxidiertem Polyacrylnitril handelt, welche nachfolgend als oxPAN-Fasern14 bezeichnet werden. - Der Ofen
10 umfasst ein thermisch isoliertes Ofengehäuse16 , welches einen Innenraum18 begrenzt. Das Ofengehäuse16 hat an einer Stirnseite einen Faser-Eingangsdurchgang20 und an einer gegenüberliegenden Stirnseite einen Faser-Ausgangsdurchgang, welche auf Grund der gezeigten Ansichten in den Figuren nicht zu erkennen ist. - In dem Innenraum
18 des Ofengehäuses16 befindet sich ein Prozessraum22 , der seinerseits von einem Prozessraumgehäuse24 in Form einer Muffel26 begrenzt ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Muffel26 aus Graphit gebildet. Das Prozessraumgehäuse24 , d.h. die Muffel26 , hat an einer Stirnseite eine Faser-Einlassöffnung28 und an einer gegenüberliegenden Stirnseite eine Faser-Auslassöffnung, welche ebenfalls in den Figuren nicht zu erkennen ist. Im Betrieb des Ofens10 herrscht in dem Prozessraum22 eine Prozessraumatmosphäre30 . - Der Ofen
10 umfasst ein Heizsystem32 , mit dem die Prozessraumatmosphäre28 aufgeheizt wird. Dabei werden in dem Prozessraum22 zwischen der Faser-Einlassöffnung22 und der Faser-Auslassöffnung der Muffel26 aufeinanderfolgende Heizzonen34 ausbildet, von den denen in1 fünf Heizzonen34.1 ,34.2 ,34.3 ,34.4 und34.5 zu erkennen sind. Die Temperatur steigt von Heizzone zu Heizzone derart, dass in dem Prozessraum22 ein Temperaturgradient von etwa 800°C bis etwa 1800°C vorliegt. Jeder Heizzone34 ist jeweils eine gesonderte Heizeinrichtung36 zugeordnet, welche die Muffel26 in der zugehörigen Heizzone34 entsprechend aufheizt, wie es an und für sich bekannt ist. Hierzu ist die Muffel26 in jeder Heizzone34 beispielsweise von einem nicht eigens gezeigten Heizkäfig umgeben, der in dem Raum zwischen der Muffel26 und dem Ofengehäuse16 angeordnet ist. Dieser Raum definiert einen die Muffel26 umgebenden Heizraum38 . - Der Heizraum
38 ist stirnseitig durch eine schematisch lediglich durch eine Linie angedeutete Isolierung39 begrenzt. In dem Heizraum38 herrscht eine Inertgas-Atmosphäre, wozu dieser mittels einer nicht eigens gezeigten Inertgaseinrichtung mit einem Inertgas gespeist wird; in der Regel wird Stickstoff N2 als Inertgas für den Heizraum38 verwendet. - Eingangsseitig umfasst der Ofen
10 eine Eingangsschleuse40 mit einem gesonderten Schleusengehäuse42 und eine, wieder auf Grund der gezeigten Ansichten nicht zu erkennende Ausgangsschleuse mit einem gesonderten Schleusengehäuse. Über die Eingangsschleuse40 wird dem Innenraum18 des Ofengehäuses16 , und dadurch dem Heizraum38 und dem Prozessraum22 , mit Hilfe einer Inertgaseinrichtung44 ein Inertgas46 zugeführt, so dass die thermische Behandlung der oxPAN-Fasern14 unter Inertgas-Atmosphäre abläuft. Wie eingangs erwähnt, werden in der Praxis Stickstoff N2 oder Argon Ar als Inertgas verwendet. Die Prozessraumatmosphäre30 ist folglich ein Gemisch aus dem Inertgas und dem bei der Behandlung der oxPAN-Fasern14 freigesetzten Pyrolysegas. - Der Ofen
10 umfasst außerdem ein insgesamt mit48 bezeichneten Abzugsystems, mittels welchem die Prozessraumatmosphäre30 aus dem Prozessraum22 absaugbar ist. - Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zwischen der Eingangsschleuse
40 und dem Ofengehäuse16 eine Durchgangs-Einhausung50 einer Absaugeinrichtung52 des Abzugsystems48 angeordnet, welche einen Strömungsraum54 begrenzt. Dieser Strömungsraum54 ist auf einer Seite gasdicht mit der Eingangsschleuse40 und auf der anderen Seite gasdicht mit dem Ofengehäuse16 verbunden, so dass das Inertgas46 von der Eingangsschleuse40 durch den Strömungsraum54 in den Prozessraum22 einströmen kann. - Die oxPAN-Fasern
14 werden mit Hilfe eines nicht eigens gezeigten, an und für sich bekannten Fördersystems als Faserteppich56 durch die Eingangsschleuse40 , durch den Strömungsraum54 und weiter durch den Faser-Eingangsdurchgang20 des Ofengehäuses16 in dessen Innenraum18 und dort durch die Faser-Einlassöffnung26 des Prozessraumgehäuses24 in den Prozessraum22 geführt. Der Faserteppich56 durchläuft den Prozessraum22 und die dort etablierten Heizzonen34 und wird hiernach durch die Faser-Auslassöffnung des Prozessraumgehäuses24 und durch den Faser-Ausgangsdurchgang des Ofengehäuses16 und schließlich durch die damit verbundene Ausgangsschleuse aus dem Ofen10 herausgeführt. - Um nun die mit Pyrolysegas beladene Prozessraumatmosphäre
30 abzusaugen, umfasst die Absaugeinrichtung wenigstens einen durch eine Kanalwand58 begrenzten Absaugkanal60 auf, der über eine Absaugöffnung62 mit dem Prozessraum22 verbunden ist. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen gibt es zwei solche Absaugkanäle60 , welche dieselben Bezugszeichen tragen; grundsätzlich kann ein einziger Absaugkanal60 ausreichen. Die Absaugkanäle60 sind wie die Muffel26 aus Graphit gefertigt bzw. mit Graphit ausgekleidet. - Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind als Variante ergänzende Absaugöffnungen
63 auf der zum Faserteppich56 weisenden Seite in der Kanalwand58 vorgesehen; auf diese Absaugöffnungen63 kann in den meisten Fällen jedoch verzichtet werden. - Die Absaugkanäle
60 weisen die Absaugöffnung62 an einem freien Ende auf und sind an ihren von der Absaugöffnung62 abliegenden Ende in dem Strömungsraum54 der Absaugeinrichtung52 mit einem Sammelkanal64 verbunden, der sich durch die Durchgangs-Einhausung50 hindurch zu beiden Seiten nach außen erstreckt und dort zu jeweils einer thermischen Nachverbrennungseinrichtung66 führt. Auch der Sammelkanal64 ist aus Graphit bzw. mit Graphit ausgekleidet. - Weitere Bauteile, Komponenten und Abgaskanäle oder -leitungen des Abzugsystems
48 , durch welche die entstehende Abgase von der thermischen Nachverbrennungseinrichtung66 weitergeleitet werden, sind der Übersichtlichkeit halber nicht eigens gezeigt. - Die Absaugkanäle
60 erstrecken sich aus dem Strömungsraum54 der Absaugeinrichtung52 durch den Faser-Eingangsdurchgang20 des Ofengehäuses16 und durch die Faser-Einlassöffnung28 der Muffel26 in den Prozessraum22 hinein, wobei die Absaugkanäle60 oberhalb des Faserteppichs56 angeordnet sind. - Die Absaugöffnungen
62 der Absaugkanäle60 befinden sich auf diese Weise in dem Prozessraum22 , wobei sie in einem Bereich68 des Prozessraumes22 positioniert sind, der einen Inert-Absaugbereich definiert und in welchem eine Temperatur herrscht, bei der es zu keiner oder zumindest nur zu einer moderaten chemischen Reaktion zwischen dem Pyrolysegas in der Prozessraumatmosphäre30 und der Muffel26 sowie den Absaugkanälen60 kommt. Auch eine chemische Reaktion des Pyrolysegases mit dem Sammelkanal64 sowie den weiteren, nicht gezeigten Leitungen des Abzugsystems48 ist dann verhindert bzw. herabgesetzt. Bezogen auf Graphit als Material der Muffel26 und der Absaugkanäle60 darf die Temperatur in dem Bereich68 nicht größer als etwa 1000°C sein, da bei dieser Temperatur die unerwünschten chemischen Reaktionen zwischen Graphit und dem Pyrolysegas ablaufen. - In der Praxis wird darauf geachtet, dass in dem Bereich
68 eine Temperatur von weniger als 900°C, besser weniger als 800°C herrscht. Der Bereich68 ist dabei meist unmittelbar neben der Faser-Einlassöffnung28 des Prozessraumes22 angesiedelt. - Abhängig von der Betriebsart des Ofens
10 kann sich die Position des durch die dort herrschende Temperatur definierten Bereichs68 innerhalb des Prozessraums22 aber auch verändern bzw. kann sich die Länge dieses Bereichs verändern, abhängig von dem eingestellten Temperaturprofil in dem Prozessraum22 . Aus diesem Grund sind die Absaugkanäle60 derart eingerichtet, dass die Position der Absaugöffnung62 veränderbar ist. - Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen sind die Absaugkanäle
60 hierzu in einem die Absaugöffnung62 umfassenden Endabschnitt70 aus Kanalabschnitten72 zusammengefügt, welche lösbar miteinander verbunden sind, so dass die Länge der Absaugkanäle60 durch der Anzahl der vorgesehenen Kanalabschnitte72 einstellbar ist. - In
3 ist ein Endabschnitt70 aus drei Kanalabschnitten72 gezeigt.4 zeigt einen Absaugkanal60 , dessen Endabschnitt70 aus vier Kanalabschnitten72 gebildet ist, so dass die Absaugöffnung62 im Vergleich zu3 weiter weg von der Faser-Einlassöffnung28 und weiter im Inneren des Prozessraumes22 angeordnet ist.5 zeigt einen Absaugkanal60 , dessen Endabschnitt70 aus nur zwei Kanalabschnitten72 gebildet ist, so dass die Absaugöffnung62 im Vergleich zu den3 und4 näher an der Faser-Einlassöffnung28 und damit weniger weit innen im Prozessraum22 angeordnet ist. - Der jeweils endständige dieser Kanalabschnitte
72 definiert folglich jeweils die Absaugöffnung62 des Absaugkanals60 . Wenn die ergänzenden Absaugöffnungen63 vorgesehen sind, sind diese entsprechend bei den Kanalabschnitten72 vorhanden. - Bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen können die Absaugkanäle
60 auch in ihrer Gestalt veränderbar ausgebildet sein, so dass die Position der Absaugöffnung62 verlagert werden kann, indem der Verlauf der Absaugkanäle60 variiert wird und diese beispielsweise in eine Bogenform gebracht werden können. -
6 zeigt eine abgewandelte Absaugeinrichtung52 , bei welcher die Absaugkanäle60 unterhalb des Faserteppichs56 angeordnet sind. Ansonsten gilt das oben Gesagte sinngemäß entsprechend. -
7 zeigt eine weitere abgewandelte Absaugeinrichtung52 . Einerseits verläuft dort ein Absaugkanal52 oberhalb und ein Absaugkanal52 unterhalb des Faserteppichs56 . Andererseits weisen die Absaugkanäle52 keine Absaugöffnung an ihrem freien Ende auf, sondern mehrere seitliche Absaugöffnungen62 , worunter seitlich an den Flanken und/oder auf der zum Faserteppich56 weisenden Seite in der Kanalwand58 vorgesehene Absaugöffnungen62 zu verstehen sind. - Eine Absaugöffnung am freien Ende der Absaugkanäle
60 ist dann vorgesehen, wenn die Absaugkanäle60 wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen durch entsprechende Kanalabschnitte70 in ihrer Länge veränderbar sind. Die Kanalabschnitte70 können dann entsprechende seitliche Absaugöffnungen62 in der Kanalwand58 aufweisen. -
8 veranschaulicht eine Variante, bei welcher jeder der beiden Absaugkanäle60 mit einem eigenen Sammelkanal64 verbunden ist, die jeweils zu einer eigenen thermischen Nachverbrennungseinrichtung führen, die in8 nicht nochmals gesondert gezeigt sind. -
9 veranschaulicht eine Variante, bei welcher wieder beide vorhandenen Absaugkanäle60 mit einem gemeinsamen Sammelkanal64 verbunden sind; dieser erstreckt sich jedoch nur an einer Seite durch die Durchgangs-Einhausung50 der Absaugeinrichtung52 hindurch. - In
10 ist eine Abwandlung eines Ofens10 gezeigt, der nicht für die thermische Behandlung von Fasern12 , sondern für die thermische Behandlung von plattenförmigen Materialien74 ausgelegt ist, bei dessen thermischer Behandlung ein Pyrolysegas freigesetzt wird. Zu solchen Materialien zählen beispielsweise Hartfilze. Aber auch Endlosmaterialien wie Vliese und Weichfilze als Rollenware sind plattenförmigen Materialien zuzuordnen. - Dieses plattenförmige Material
74 wird über eine nicht eigens gezeigte Fördervorrichtung, bei der es sich beispielsweise um ein Schubsystem handeln kann, durch den Prozessraum22 gefördert. Bei der in10 gezeigten Variante verlaufen die Absaugkanäle60 , von denen auf Grund des Schnittes nur einer zu sehen ist, oberhalb von dem Material74 und weisen wieder seitliche Absaugöffnungen an den Flanken und der dem Material74 zugewandten Seite der Kanalwand58 auf. Der Sammelkanal64 erstreckt sich bei dieser Abwandlung außerdem nicht zur Seite, sondern nach oben durch die Durchgangs-Einhausung50 der Absaugeinrichtung52 hindurch. - Bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen der oben erläuterten Ausführungsbeispiele können die Absaugkanäle
60 ergänzend mit Schutzplatten aus Siliciumcarbid SiC ausgelegt sein. Sofern es an der Absaugöffnung62 doch zu Temperaturen kommen sollte, bei denen eine chemische Reaktion des Pyrolysegases mit der Muffel26 oder den Absaugkanälen60 kommen kann, wird das SiC chemisch reduziert, wobei die Muffel26 geschützt bleibt.
Claims (10)
- Ofen zur thermischen Behandlung, insbesondere zur Carbonisierung und/oder Graphitisierung, von Material, insbesondere von Fasern (12), insbesondere von Fasern (14) aus oxidiertem Polyacrylnitril PAN, wobei aus dem Material bei der thermischen Behandlung ein Pyrolysegas freigesetzt wird, mit a) einem Gehäuse (16); b) einem im Innenraum (18) des Gehäuses (16) befindlichen Prozessraum (22), der durch ein Prozessraumgehäuse (24) begrenzt ist und durch welchen das Material hindurchführbar ist; c) einem Heizsystem (32), mittels welchem eine in dem Prozessraum (22) herrschende Prozessraumatmosphäre (30) aufheizbar ist; d) einem Abzugsystem (48), mittels welchem mit Pyrolysegas beladene Prozessraumatmosphäre (30) aus dem Prozessraum (22) absaugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass e) das Abzugsystem (48) wenigstens eine Absaugeinrichtung (52) mit einem durch eine Kanalwand (58) begrenzten Absaugkanal (60) aufweist, der über eine Absaugöffnung (62) mit dem Prozessraum (22) verbunden ist; f) die Absaugöffnung (62) in einem Bereich (68) des Prozessraumes (22) angeordnet ist, in dem im Betrieb des Ofens (10) eine Temperatur herrscht, bei der es zu keiner oder nur zu moderaten chemischen Reaktionen zwischen dem Pyrolysegas und dem Prozessraumgehäuse (24) und/oder der Kanalwand (58) kommt.
- Ofen nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Ofens (10) in dem Bereich (68) eine Temperatur von weniger als 1000°C, vorzugsweise von weniger als 900°C und besonders bevorzugt von weniger als 800°C herrscht. - Ofen nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (68) sich neben oder nahe einer Einlassöffnung (28) des Prozessraumgehäuses (24) für das zu behandelnde Material befindet. - Ofen nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Absaugkanal (60) durch die Einlassöffnung (28) in den Prozessraum (22) hinein erstreckt. - Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (60) derart eingerichtet ist, dass die Position der Absaugöffnung (62) veränderbar ist.
- Ofen nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (60) mehrere Kanalabschnitte (72) umfasst, die lösbar miteinander verbunden sind, derart, dass die Länge des Absaugkanals (60) durch der Anzahl der vorgesehenen Kanalabschnitte (72) einstellbar ist. - Ofen nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (60) an einem von der Absaugöffnung (62) abliegenden Ende mit einem Sammelkanal (64) verbunden ist, der seinerseits mit einer thermischen Nachverbrennungseinrichtung (66) verbunden ist. - Ofen nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Eingangs-Durchgang (20) des Gehäuses (16) eine Durchgangs-Einhausung (50) der Absaugeinrichtung (52) angeordnet ist, in welcher sich der Sammelkanal (64) zumindest bereichsweise erstreckt. - Ofen nach einem der
Ansprüche 1 bis8 , dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessraumgehäuse (24) als Muffel (26), insbesondere als Muffel (26) aus Graphit, ausgebildet ist. - Ofen nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (60) und/oder der Sammelkanal (64) aus Graphit ausgebildet oder mit Graphit ausgekleidet sind.
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