EP3735564B1

EP3735564B1 - Ofen

Info

Publication number: EP3735564B1
Application number: EP18731090.9A
Authority: EP
Inventors: Matthias Muck; Dimitri Sabelfeld
Original assignee: Onejoon GmbH
Current assignee: Onejoon GmbH
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2023-10-04
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: US20200181809A1; CN110799797A; WO2018234126A1; KR20200019883A; EP3735564A1; DE102017113342A1; ES2967442T3; US11603607B2; CN110799797B; KR102552048B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur thermischen Behandlung gemäß Anspruch 1.
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. Dokumente EP2738292A1 , JP2000 088464A und DE102010044296B3 offenbaren Öfen des technischen Gebiets der vorliegenden Erfindung.
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.
Erfindungsweise 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. Gemäß der Erfindung befindet sich der Bereich neben oder nahe einer Einlassöffnung des Prozessraumgehäuses für das zu behandelnde Material . 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.
Gemäß der Erfindung ist es technisch mit verhältnismäßig wenig Aufwand realisierbar, dass 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:

Figur 1: eine perspektivische Ansicht eines Ofens zur thermischen Behandlung von Kohlenstofffasern mit einem Abzugsystem für Prozessgasatmosphäre, das eine Absaugeinrichtung umfasst;
Figur 2: eine perspektivische Ansicht der Absaugeinrichtung mit geschnittenem Gehäuse, so dass Absaugkanäle zu erkennen sind, die durch einen Einlass in den Prozessraum ragen;
Figur 3: einen Teilschnitt des Ofens, bei dem einer der Absaugkanäle der Absaugeinrichtung zu erkennen ist, der über eine Absaugöffnung mit dem Prozessraum verbunden ist;
Figur 4: einen Teilschnitt des Ofens, wobei die Position der Absaugöffnung des Absaugkanals gegenüber der Position in Figur 3 verändert ist;
Figur 5: einen Teilschnitt des Ofens, wobei die Position der Absaugöffnung des Absaugkanals nochmals gegenüber den Positionen in den Figuren 3 und 4 verändert ist;
Figur 6: einen Teilschnitt des Ofens, wobei ein Absaugkanal in einer abgewandelten Anordnung gezeigt ist;
Figur 7: einen Teilschnitt des Ofens, wobei zwei Absaugkanäle zu erkennen sind;
Figur 8: eine perspektivische Ansicht der Absaugeinrichtung mit geschnittenem Gehäuse einer Variante der Absaugeinrichtung;
Figur 9: eine perspektivische Ansicht der Absaugeinrichtung mit geschnittenem Gehäuse einer weiteren Variante der Absaugeinrichtung;
Figur 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 den Figuren 1 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen um Fasern 12 und beispielhaft um Fasern 14 aus oxidiertem Polyacrylnitril handelt, welche nachfolgend als oxPAN-Fasern 14 bezeichnet werden.
Der Ofen 10 umfasst ein thermisch isoliertes Ofengehäuse 16, welches einen Innenraum 18 begrenzt. Das Ofengehäuse 16 hat an einer Stirnseite einen Faser-Eingangsdurchgang 20 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 Ofengehäuses 16 befindet sich ein Prozessraum 22, der seinerseits von einem Prozessraumgehäuse 24 in Form einer Muffel 26 begrenzt ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Muffel 26 aus Graphit gebildet. Das Prozessraumgehäuse 24, d.h. die Muffel 26, hat an einer Stirnseite eine Faser-Einlassöffnung 28 und an einer gegenüberliegenden Stirnseite eine Faser-Auslassöffnung, welche ebenfalls in den Figuren nicht zu erkennen ist. Im Betrieb des Ofens 10 herrscht in dem Prozessraum 22 eine Prozessraumatmosphäre 30.
Der Ofen 10 umfasst ein Heizsystem 32, mit dem die Prozessraumatmosphäre 28 aufgeheizt wird. Dabei werden in dem Prozessraum 22 zwischen der Faser-Einlassöffnung 22 und der Faser-Auslassöffnung der Muffel 26 aufeinanderfolgende Heizzonen 34 ausbildet, von den denen in Figur 1 fünf Heizzonen 34.1, 34.2, 34.3, 34.4 und 34.5 zu erkennen sind. Die Temperatur steigt von Heizzone zu Heizzone derart, dass in dem Prozessraum 22 ein Temperaturgradient von etwa 800°C bis etwa 1800°C vorliegt. Jeder Heizzone 34 ist jeweils eine gesonderte Heizeinrichtung 36 zugeordnet, welche die Muffel 26 in der zugehörigen Heizzone 34 entsprechend aufheizt, wie es an und für sich bekannt ist. Hierzu ist die Muffel 26 in jeder Heizzone 34 beispielsweise von einem nicht eigens gezeigten Heizkäfig umgeben, der in dem Raum zwischen der Muffel 26 und dem Ofengehäuse 16 angeordnet ist. Dieser Raum definiert einen die Muffel 26 umgebenden Heizraum 38.
Der Heizraum 38 ist stirnseitig durch eine schematisch lediglich durch eine Linie angedeutete Isolierung 39 begrenzt. In dem Heizraum 38 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 Heizraum 38 verwendet.
Eingangsseitig umfasst der Ofen 10 eine Eingangsschleuse 40 mit einem gesonderten Schleusengehäuse 42 und eine, wieder auf Grund der gezeigten Ansichten nicht zu erkennende Ausgangsschleuse mit einem gesonderten Schleusengehäuse. Über die Eingangsschleuse 40 wird dem Innenraum 18 des Ofengehäuses 16, und dadurch dem Heizraum 38 und dem Prozessraum 22, mit Hilfe einer Inertgaseinrichtung 44 ein Inertgas 46 zugeführt, so dass die thermische Behandlung der oxPAN-Fasern 14 unter Inertgas-Atmosphäre abläuft. Wie eingangs erwähnt, werden in der Praxis Stickstoff N₂ oder Argon Ar als Inertgas verwendet. Die Prozessraumatmosphäre 30 ist folglich ein Gemisch aus dem Inertgas und dem bei der Behandlung der oxPAN-Fasern 14 freigesetzten Pyrolysegas.
Der Ofen 10 umfasst außerdem ein insgesamt mit 48 bezeichneten Abzugsystems, mittels welchem die Prozessraumatmosphäre 30 aus dem Prozessraum 22 absaugbar ist.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zwischen der Eingangsschleuse 40 und dem Ofengehäuse 16 eine Durchgangs-Einhausung 50 einer Absaugeinrichtung 52 des Abzugsystems 48 angeordnet, welche einen Strömungsraum 54 begrenzt. Dieser Strömungsraum 54 ist auf einer Seite gasdicht mit der Eingangsschleuse 40 und auf der anderen Seite gasdicht mit dem Ofengehäuse 16 verbunden, so dass das Inertgas 46 von der Eingangsschleuse 40 durch den Strömungsraum 54 in den Prozessraum 22 einströmen kann.
Die oxPAN-Fasern 14 werden mit Hilfe eines nicht eigens gezeigten, an und für sich bekannten Fördersystems als Faserteppich 56 durch die Eingangsschleuse 40, durch den Strömungsraum 54 und weiter durch den Faser-Eingangsdurchgang 20 des Ofengehäuses 16 in dessen Innenraum 18 und dort durch die Faser-Einlassöffnung 26 des Prozessraumgehäuses 24 in den Prozessraum 22 geführt. Der Faserteppich 56 durchläuft den Prozessraum 22 und die dort etablierten Heizzonen 34 und wird hiernach durch die Faser-Auslassöffnung des Prozessraumgehäuses 24 und durch den Faser-Ausgangsdurchgang des Ofengehäuses 16 und schließlich durch die damit verbundene Ausgangsschleuse aus dem Ofen 10 herausgeführt.
Um nun die mit Pyrolysegas beladene Prozessraumatmosphäre 30 abzusaugen, umfasst die Absaugeinrichtung wenigstens einen durch eine Kanalwand 58 begrenzten Absaugkanal 60 auf, der über eine Absaugöffnung 62 mit dem Prozessraum 22 verbunden ist. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen gibt es zwei solche Absaugkanäle 60, welche dieselben Bezugszeichen tragen; grundsätzlich kann ein einziger Absaugkanal 60 ausreichen. Die Absaugkanäle 60 sind wie die Muffel 26 aus Graphit gefertigt bzw. mit Graphit ausgekleidet.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind als Variante ergänzende Absaugöffnungen 63 auf der zum Faserteppich 56 weisenden Seite in der Kanalwand 58 vorgesehen; auf diese Absaugöffnungen 63 kann in den meisten Fällen jedoch verzichtet werden.
Die Absaugkanäle 60 weisen die Absaugöffnung 62 an einem freien Ende auf und sind an ihren von der Absaugöffnung 62 abliegenden Ende in dem Strömungsraum 54 der Absaugeinrichtung 52 mit einem Sammelkanal 64 verbunden, der sich durch die Durchgangs-Einhausung 50 hindurch zu beiden Seiten nach außen erstreckt und dort zu jeweils einer thermischen Nachverbrennungseinrichtung 66 führt. Auch der Sammelkanal 64 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 Nachverbrennungseinrichtung 66 weitergeleitet werden, sind der Übersichtlichkeit halber nicht eigens gezeigt.
Die Absaugkanäle 60 erstrecken sich aus dem Strömungsraum 54 der Absaugeinrichtung 52 durch den Faser-Eingangsdurchgang 20 des Ofengehäuses 16 und durch die Faser-Einlassöffnung 28 der Muffel 26 in den Prozessraum 22 hinein, wobei die Absaugkanäle 60 oberhalb des Faserteppichs 56 angeordnet sind.
Die Absaugöffnungen 62 der Absaugkanäle 60 befinden sich auf diese Weise in dem Prozessraum 22, wobei sie in einem Bereich 68 des Prozessraumes 22 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 Prozessraumatmosphäre 30 und der Muffel 26 sowie den Absaugkanälen 60 kommt. Auch eine chemische Reaktion des Pyrolysegases mit dem Sammelkanal 64 sowie den weiteren, nicht gezeigten Leitungen des Abzugsystems 48 ist dann verhindert bzw. herabgesetzt. Bezogen auf Graphit als Material der Muffel 26 und der Absaugkanäle 60 darf die Temperatur in dem Bereich 68 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 Bereich 68 ist dabei meist unmittelbar neben der Faser-Einlassöffnung 28 des Prozessraumes 22 angesiedelt.
Abhängig von der Betriebsart des Ofens 10 kann sich die Position des durch die dort herrschende Temperatur definierten Bereichs 68 innerhalb des Prozessraums 22 aber auch verändern bzw. kann sich die Länge dieses Bereichs verändern, abhängig von dem eingestellten Temperaturprofil in dem Prozessraum 22. Aus diesem Grund sind die Absaugkanäle 60 derart eingerichtet, dass die Position der Absaugöffnung 62 veränderbar ist.
Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen sind die Absaugkanäle 60 hierzu in einem die Absaugöffnung 62 umfassenden Endabschnitt 70 aus Kanalabschnitten 72 zusammengefügt, welche lösbar miteinander verbunden sind, so dass die Länge der Absaugkanäle 60 durch der Anzahl der vorgesehenen Kanalabschnitte 72 einstellbar ist.
In Figur 3 ist ein Endabschnitt 70 aus drei Kanalabschnitten 72 gezeigt. Figur 4 zeigt einen Absaugkanal 60, dessen Endabschnitt 70 aus vier Kanalabschnitten 72 gebildet ist, so dass die Absaugöffnung 62 im Vergleich zu Figur 3 weiter weg von der Faser-Einlassöffnung 28 und weiter im Inneren des Prozessraumes 22 angeordnet ist. Figur 5 zeigt einen Absaugkanal 60, dessen Endabschnitt 70 aus nur zwei Kanalabschnitten 72 gebildet ist, so dass die Absaugöffnung 62 im Vergleich zu den Figuren 3 und 4 näher an der Faser-Einlassöffnung 28 und damit weniger weit innen im Prozessraum 22 angeordnet ist.
Der jeweils endständige dieser Kanalabschnitte 72 definiert folglich jeweils die Absaugöffnung 62 des Absaugkanals 60. Wenn die ergänzenden Absaugöffnungen 63 vorgesehen sind, sind diese entsprechend bei den Kanalabschnitten 72 vorhanden.
Bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen können die Absaugkanäle 60 auch in ihrer Gestalt veränderbar ausgebildet sein, so dass die Position der Absaugöffnung 62 verlagert werden kann, indem der Verlauf der Absaugkanäle 60 variiert wird und diese beispielsweise in eine Bogenform gebracht werden können.
Figur 6 zeigt eine abgewandelte Absaugeinrichtung 52, bei welcher die Absaugkanäle 60 unterhalb des Faserteppichs 56 angeordnet sind. Ansonsten gilt das oben Gesagte sinngemäß entsprechend.
Figur 7 zeigt eine weitere abgewandelte Absaugeinrichtung 52. Einerseits verläuft dort ein Absaugkanal 52 oberhalb und ein Absaugkanal 52 unterhalb des Faserteppichs 56. Andererseits weisen die Absaugkanäle 52 keine Absaugöffnung an ihrem freien Ende auf, sondern mehrere seitliche Absaugöffnungen 62, worunter seitlich an den Flanken und/oder auf der zum Faserteppich 56 weisenden Seite in der Kanalwand 58 vorgesehene Absaugöffnungen 62 zu verstehen sind.
Eine Absaugöffnung am freien Ende der Absaugkanäle 60 ist dann vorgesehen, wenn die Absaugkanäle 60 wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen durch entsprechende Kanalabschnitte 70 in ihrer Länge veränderbar sind. Die Kanalabschnitte 70 können dann entsprechende seitliche Absaugöffnungen 62 in der Kanalwand 58 aufweisen.
Figur 8 veranschaulicht eine Variante, bei welcher jeder der beiden Absaugkanäle 60 mit einem eigenen Sammelkanal 64 verbunden ist, die jeweils zu einer eigenen thermischen Nachverbrennungseinrichtung führen, die in Figur 8 nicht nochmals gesondert gezeigt sind.
Figur 9 veranschaulicht eine Variante, bei welcher wieder beide vorhandenen Absaugkanäle 60 mit einem gemeinsamen Sammelkanal 64 verbunden sind; dieser erstreckt sich jedoch nur an einer Seite durch die Durchgangs-Einhausung 50 der Absaugeinrichtung 52 hindurch.
In Figur 10 ist eine Abwandlung eines Ofens 10 gezeigt, der nicht für die thermische Behandlung von Fasern 12, sondern für die thermische Behandlung von plattenförmigen Materialien 74 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 Prozessraum 22 gefördert. Bei der in Figur 10 gezeigten Variante verlaufen die Absaugkanäle 60, von denen auf Grund des Schnittes nur einer zu sehen ist, oberhalb von dem Material 74 und weisen wieder seitliche Absaugöffnungen an den Flanken und der dem Material 74 zugewandten Seite der Kanalwand 58 auf. Der Sammelkanal 64 erstreckt sich bei dieser Abwandlung außerdem nicht zur Seite, sondern nach oben durch die Durchgangs-Einhausung 50 der Absaugeinrichtung 52 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 Absaugöffnung 62 doch zu Temperaturen kommen sollte, bei denen eine chemische Reaktion des Pyrolysegases mit der Muffel 26 oder den Absaugkanälen 60 kommen kann, wird das SiC chemisch reduziert, wobei die Muffel 26 geschützt bleibt.

Claims

Ofen zur thermischen Behandlung, insbesondere zur Carbonisierung und/oder Graphitisierung, von Fasern (12), insbesondere von Fasern (14) aus oxidiertem Polyacrylnitril PAN, wobei aus deFasern (12) 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 die Fasern (12) hindurchführbar ist, wobei das Prozessraumgehäuse (24) an eine Stirnseite eine Faser-Einlassöffnung (28) und an einer gegenüberliegenden Stirnseite eine Faser-Auslassöffnung hat;

c) einem Heizsystem (32), mittels welchem eine in dem Prozessraum (22) herrschende Prozessraumatmosphäre (30) aufheizbar ist, wobei durch das Heizsystem (32) in dem Prozessraum (22) zwischen der Faser-Einlassöffnung (28) und der Faser-Auslassöffnung aufeinanderfolgende Heizzonen (34) ausgebildet sind;

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, der ausgehend von der Faser-Einlassöffnung (28) die erste Heizzone (34.1) ist und 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;
wobei
g) im Betrieb des Ofens (10) in diesem 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, 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 3, 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 bis 4, 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 5, 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 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessraumgehäuse (24) als Muffel (26), insbesondere als Muffel (26) aus Graphit, ausgebildet ist.
Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (60) und/oder der Sammelkanal (64) aus Graphit ausgebildet oder mit Graphit ausgekleidet sind.