JP2006193863A

JP2006193863A - 耐炎化処理炉

Info

Publication number: JP2006193863A
Application number: JP2005007670A
Authority: JP
Inventors: Masanao Yamaguchi; 正直山口
Original assignee: Toho Tenax Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】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。
【解決手段】炉内を水平走行する前駆体繊維ストランド６の垂直方向に熱風を送り前記ストランド６を耐炎化する熱処理室４と、上方流路８と、下方流路１０と、熱風循環路１２と、上方通気性プレート１８と、下方通気性プレート２０とを有する耐炎化処理炉２であって、前記上方通気性プレート１８及び下方通気性プレート２０のうち少なくとも一方の通気性プレートが、熱処理室４内の前記熱風循環路１２側から前記熱風循環路１２と対向する外壁１６側にかけて複数に区分された各区画２２、２４、２６の開口率を有し、その開口率が区画により変化していることで耐炎化処理炉２を構成する。
【選択図】図１

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３(ａ)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３(ａ)中、６２は耐炎化処理炉で、熱処理室６４内には多数本のストランド６６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６６は、熱処理室６４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６４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６６の酸化反応を促進すると共に、ストランド６６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６４は、その上方に上方流路(熱風吐出側流路)６８が形成され、その下方に下方流路７０(熱風吸引側流路)が形成されている。また、熱処理室６４は、同室内を走行するストランド６６の幅方向の片側に隔壁７４を設けることにより、熱風循環路７２が形成されている。

熱処理室６４の熱風循環路７２と対向する側には、熱処理室６４と炉外とを隔てる外壁７６が形成されている。

熱処理室６４と上方流路６８とは上方通気性プレート７８によって仕切られている。熱処理室６４と下方流路７０とは下方通気性プレート８０によって仕切られている。

図３(ｂ)は、図３(ａ)の従来例の耐炎化処理炉における上方通気性プレートを示す概略平面図である。上方通気性プレート７８には、複数の孔８２が、何れも同じ寸法で且つ等間隔に穿設されている。下方通気性プレート８０にも、上方通気性プレート７８と同様に複数の孔８４が、何れも同じ寸法で且つ等間隔に穿設されている。

熱風循環路７２内にはヒーター８６が備えられている。このヒーター７８で加熱された熱風がファン等の熱風循環手段８８により熱処理室６４の上方流路６８から上方通気性プレート７８の孔８２を通過して熱処理室６４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６６が耐炎化処理される。次いで熱風は下方通気性プレート８０の孔８４を通過して下方流路７０を通った後、熱風循環路７２に戻り、これを通って前記ヒーター８６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６６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６４の幅を広げることになる。

しかし、熱処理室６４の幅が広くなると、上方流路６８の幅も広くなり、上方流路６８における隔壁７４側と外壁７６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６４内における隔壁７４側と外壁７６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６４の幅が２．５ｍ以上と幅広の耐炎化処理炉６２では、熱処理室６４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（特許請求の範囲）

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、上方通気性プレート及び下方通気性プレートのうち少なくとも一方の通気性プレートについて、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区分された各区画を設け、各区画の開口率を変化させることにより、熱処理室内における熱風の流速を均一に制御でき、熱処理室内を走行するストランドが均一な温度になることにより、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、前記熱処理室と上方流路とを仕切っている上方通気性プレートと、前記熱処理室と下方流路とを仕切っている下方通気性プレートとを有する耐炎化処理炉であって、前記上方通気性プレート及び下方通気性プレートのうち少なくとも一方の通気性プレートが、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区分された各区画の開口率を有し、その開口率が区画により変化している耐炎化処理炉。

〔２〕熱処理室内における最大熱風風速と最小熱風風速との差が平均熱風風速の２０％以内である〔１〕に記載の耐炎化処理炉。

〔３〕通気性プレートが複数の孔を有し、孔径を変えることにより、各区画の開口率を調節する〔１〕に記載の耐炎化処理炉。

〔４〕通気性プレートが複数の孔を有し、孔の間隔を変えることにより、各区画の開口率を調節する〔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(ａ)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(ａ)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。

熱処理室４と上方流路８とは上方通気性プレート１８によって仕切られている。熱処理室４と下方流路１０とは下方通気性プレート２０によって仕切られている。

上方通気性プレート１８及び下方通気性プレート２０のうち少なくとも一方の通気性プレートは、熱処理室４内の熱風循環路１２側から熱風循環路１２と対向する外壁１６側にかけて複数の異なる開口率を有する区画に区分されている。開口率は、熱風循環路１２側の区画の開口率ほど大きく調節されている。開口率は、各区画の孔径を違えることにより行う。

図１(ｂ)は本例の耐炎化処理炉２における上方通気性プレート１８を示す概略平面図である。なお、本例では上方通気性プレート１８を、熱処理室４内の熱風循環路１２側から熱風循環路１２と対向する外壁１６側にかけて区分線α、βにより３区画２２、２４、２６に区分している。各区画内は均一の開口率になっている。上方通気性プレート１８に穿設した複数の孔２８について、孔径を変えることにより、各区画の開口率が調節されている。

上方通気性プレート１８における各区画の開口率は、区画２６の開口率に対して、区画２４の開口率を好ましくは１．１５〜１．３５倍、更に好ましくは１．２〜１．３倍、区画２２の開口率を好ましくは１．９〜２．３倍、更に好ましくは２〜２．２倍とする。本例では、平面図には示していないが、下方通気性プレート２０に穿設した複数の孔３０についても、上方通気性プレート１８と同様に孔径を変えることにより、各区画の開口率を調節している。

熱風循環路１２に備えられたヒーター３２で加熱された熱風がファン等の熱風循環手段３４により熱処理室４の上方流路８から上方通気性プレート１８を経て熱処理室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。次いで熱風は下方通気性プレート２０を経て下方流路１０を通った後、熱風循環路１２に戻り、これを通って前記ヒーター３２で加熱されることを繰返す。

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について、最大熱風風速と最小熱風風速との差を平均熱風風速の２０％以内に制御できる。最大熱風風速と最小熱風風速との差が平均熱風風速の２０％を超える場合は、火災などのトラブルが発生し、安全操業に支障が出る虞があるので好ましくない。上記の流速制御された熱風を供給することにより、熱処理室４内を走行するストランド６は均一な温度になり、耐炎化繊維の安定した生産ができる。

図２(ａ)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。図２(ｂ)は本例の耐炎化処理炉４２における上方通気性プレート４４を示す概略平面図である。なお、本例では上方通気性プレート４４を、熱処理室４内の熱風循環路１２側から熱風循環路１２と対向する外壁１６側にかけて区分線γ、δにより３区画４６、４８、５０に区分している。上方通気性プレート１８に穿設した複数の同一孔径の孔５２について、孔の間隔を変えることにより、各区画の開口率を調節している。

上方通気性プレート１８における各区画の開口率は、区画５０の開口率に対して、区画４８の開口率を好ましくは１．１５〜１．３５倍、更に好ましくは１．２〜１．３倍、区画２２の開口率を好ましくは１．９〜２．３倍、更に好ましくは２〜２．２倍とする。本例では、平面図には示していないが、下方通気性プレート５４に穿設した複数の孔５６についても、上方通気性プレート１８と同様に孔径を変えることにより、各区画の開口率を調節している。

その他の構成は図１(ａ)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、本発明耐炎化処理炉の上記各例においては区画を３区画としたが、これに限られず、２区画以上の任意の区画数とすることができ、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。

また、上記各区画の開口率調節条件については、熱処理室の幅、ストランドの走行間隔、ストランドの配置、送風量が異なる耐炎化処理炉では、隔壁側区画の熱風風速、外壁区画の熱風風速の何れとも、壁面の粘性抵抗により中央部区画の熱風風速よりも小さくなる場合がある。

この場合、上方通気性プレート及び／又は下方通気性プレートにおける各区画の開口率を、耐炎化処理炉の熱風風量に応じて適宜変更すれば良い。この変更は運転条件の設定事項である。

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１(ａ)及び(ｂ)に示す耐炎化処理炉を用いて加熱空気中耐炎化処理し、耐炎化繊維を得た。

本例の耐炎化処理炉２において、上方通気性プレート１８は、熱処理室４内の熱風循環路１２側から熱風循環路１２と対向する外壁１６側にかけて区分線α、βにより３区画２２、２４、２６に区分している。区分線α、βは、内壁１４と外壁１６との距離に対して内壁１４から、それぞれ２０％、６０％のところで引いている。

区画２６の開口率は２０％、区画２４の開口率は２５％(区画２６の開口率の１．２５倍)、区画２２の開口率は４０％(区画２６の開口率の２倍)に調節している。上方通気性プレート１８に穿設した複数の孔２８について、内壁１４に最も近い列の孔２８が最大の孔径を有し、その孔径は１４ｍｍφである。外壁１６に最も近い列の孔２８が最小の孔径を有し、その孔径は１０ｍｍφである。なお、複数の孔２８は等間隔(列の孔２８と隣の列の孔２８との間隔は何れも２０ｍｍ)に穿設されている。

下方通気性プレート２０も、上方通気性プレート１８と同じ構造の通気性プレートを用いている。

熱処理室４の縦、横、高さはそれぞれ１２ｍ、４ｍ、１．６ｍである。折返しローラーによる折返し数は８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１２０００本束ねられて構成されている。

熱風循環手段３４の吹出し口で温度２５０℃、風速８ｍ／秒の熱風を循環させ、上方通気性プレート１８の各区画における熱風風量を測定したところ、区画の単位断面積当りの風量(風速)で区画２２が１．０ｍ／秒、区画２４が１．１ｍ／秒、区画２６が１．２ｍ／秒となり、ストランドの温度は、隔壁１４側の地点Ａで２５０℃、中央付近の地点Ｂで２５１℃、外壁１６側の地点Ｃで２４９℃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。

実施例２
図２(ａ)及び(ｂ)に示す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４２において、上方通気性プレート４４は、熱処理室４内の熱風循環路１２側から熱風循環路１２と対向する外壁１６側にかけて区分線γ、δにより３区画４６、４８、５０に区分している。区分線γ、δは、内壁１４と外壁１６との距離に対して内壁１４から、それぞれ３０％、６０％のところで引いている。

区画５０の開口率は１２％、区画４８の開口率は１５％(区画５０の開口率の１．２５倍)、区画４６の開口率は２４％(区画５０の開口率の２倍)に調節している。上方通気性プレート４４に穿設した複数の孔５２について、内壁１４に最も近い列の孔５２と内壁１４に次に近い列の孔５２との間隔が最短であり、その間隔は１５ｍｍである。外壁１６に最も近い列の孔５２と外壁１６に次に近い列の孔５２との間隔が最長であり、その間隔は３０ｍｍである。なお、複数の孔５２は何れも同じ寸法(孔径は何れも１０ｍｍφ)である。

下方通気性プレート５４も、上方通気性プレート４４と同じ構造の通気性プレートを用いている。

熱風循環手段２０の吹出し口で温度２５０℃の熱風を循環させ、上方通気性プレート４４の各区画における熱風風量を測定したところ、区画の単位断面積当りの風量(風速)で区画４６が１．１ｍ／秒、区画４８が１．０ｍ／秒、区画５０が１．１ｍ／秒となり、ストランドの温度は、隔壁１４側の地点Ａで２５１℃、中央付近の地点Ｂで２５２℃、外壁１６側の地点Ｃで２５３℃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３(ａ)及び(ｂ)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６２において、上方通気性プレート７８には、複数の孔８２が、何れも同じ寸法(孔径は何れも１０ｍｍφ)で且つ等間隔(列の孔８２と隣の列の孔８２との間隔は何れも１５ｍｍ)に穿設されている。

本例の耐炎化処理炉６２において、上方通気性プレート７８を、熱処理室６４内の熱風循環路７２側から熱風循環路７２と対向する外壁７６側にかけて区分線ε、ζにより３区画９０、９２、９４に区分する。即ち、区分線ε、ζは、内壁７４と外壁７６との距離に対して内壁７４から、それぞれ３０％、６０％のところで引く。

下方通気性プレート８０も、上方通気性プレート７８と同じ構造の通気性プレートを用いている。

熱風循環手段８８の吹出し口で温度２５０℃の熱風を循環させ、上方通気性プレート７８の各区画における熱風風量を測定したところ、区画の単位断面積当りの風量(風速)で区画９０が０．７ｍ／秒、区画９２が１．０ｍ／秒、区画９４が１．３ｍ／秒となり、ストランドの温度は、隔壁７４側の地点Ａで２５７℃、中央付近の地点Ｂで２５３℃、外壁７６側の地点Ｃで２５０℃と不均一な分布を示し、隔壁７４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の一例を示す概略図であって、(ａ)は炉の正面断面図であり、(ｂ)は上方通気性プレートの平面図である。本発明耐炎化処理炉の他の例を示す概略図であって、(ａ)は炉の正面断面図であり、(ｂ)は上方通気性プレートの平面図である。従来の耐炎化処理炉の一例を示す概略図であって、(ａ)は炉の正面断面図であり、(ｂ)は上方通気性プレートの平面図である。

符号の説明

２、４２、６２耐炎化処理炉
４、６４熱処理室
６、６６ストランド
８、６８上方流路
１０、７０下方流路
１２、７２熱風循環路
１４、７４隔壁
１６、７６外壁
１８、４４、７８上方通気性プレート
２０、５４、８０下方通気性プレート
２２、２４、２６、４６、４８、５０、９０、９２、９４上方通気性プレートの区画
２８、５２、８２上方通気性プレートの孔
３０、５６、８４下方通気性プレートの孔
３２、８６ヒーター
３４、８８熱風循環手段
Ａ、Ｂ、Ｃストランド温度の測定地点
α、β、γ、δ、ε、ζ 区分線

Claims

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、前記熱処理室と上方流路とを仕切っている上方通気性プレートと、前記熱処理室と下方流路とを仕切っている下方通気性プレートとを有する耐炎化処理炉であって、前記上方通気性プレート及び下方通気性プレートのうち少なくとも一方の通気性プレートが、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区分された各区画の開口率を有し、その開口率が区画により変化している耐炎化処理炉。
熱処理室内における最大熱風風速と最小熱風風速との差が平均熱風風速の２０％以内である請求項１に記載の耐炎化処理炉。
通気性プレートが複数の孔を有し、孔径を変えることにより、各区画の開口率を調節する請求項１に記載の耐炎化処理炉。
通気性プレートが複数の孔を有し、孔の間隔を変えることにより、各区画の開口率を調節する請求項１に記載の耐炎化処理炉。