JP5096212B2

JP5096212B2 - 炭素化炉

Info

Publication number: JP5096212B2
Application number: JP2008093170A
Authority: JP
Inventors: 啓次郎柿坂
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Toho Rayon Co Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009243008A

Description

本発明は炭素繊維の製造に際し、耐炎化繊維を炭素化する炭素繊維焼成炉(炭素化炉)に関する。

ピッチ系やポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)系炭素繊維を製造する方法においては、通常束ねられたストランド形態の原料繊維を２００〜３００℃の酸化性雰囲気下で延伸又は収縮を行いながら耐炎化処理を施して耐炎化繊維を得る。

次いで、耐炎化繊維を不活性ガスの雰囲気下で４００℃以上の炭素化炉に導いて、必要に応じ４００〜８００℃で第一炭素化処理した後、１０００℃以上で第二炭素化処理して焼成することにより炭素化を行う。

上記炭素化炉においては、炭素化に伴い大量のガス(熱分解ガス)が発生し、炭素化炉に供給した耐炎化繊維ストランドの１０〜４０質量％がガス化される。このガスは不活性ガスと共に排気ダクトを通過して炉外へ排出される。

炭素化炉において、炉内を水平に走行するストランドを炭素化する際、熱分解ガスは炉の天井(上壁)に沿って広がる。この熱分解ガスは通常、炭素化炉内の上壁に設けられた排気口から抜き出された後、排気ダクトを通過して系外へ排出される。

しかし、かなりの量の熱分解ガスは、炭素化炉内からスムーズに抜き出せず、熱分解ガスの一部は炭素化炉内に滞留する。この滞留ガスは、炉内の上壁等の壁面に触れて、その一部は凝縮したタール等の液状異物として壁面に付着する。

ストランドがシリコーンオイル等のサイズ剤でオイル処理されている場合は、熱分解で生成するシリカパウダー等の固体状異物が発生する。この固体状異物の一部は、前記液状異物の表面に付着し、固液混合異物として炉内の壁面に堆積する。

これらの壁面、特に上壁に堆積した固液混合異物は、堆積量が増えると高密度となってストランド上に落下し、ストランドを汚染する固液混合異物となる。これらの固液混合異物は、ストランドの品質を低下させるばかりでなく、ストランドの切断の原因にもなり、製品率が低下する。

炭素化炉内から熱分解ガスをスムーズに抜き出すことができるように、種々の提案がされている(例えば、特許文献１、２参照)。

特許文献１には、上壁の設定温度が最高になる位置など炉長方向の複数の位置に、炉全幅(繊維走行方向に直交する全幅)に亘って開口するスリット状の排気口が形成されている炭素化炉が開示されている。

特許文献２には、上部となる位置以外に排気口を有する炭素化炉が開示されている。また、排気口が開口する部位の下流に排気筒よりも断面積の大きいプール部を有することが開示されている。

なお、特許文献１には、排気口の設置位置は炉長方向のどこが適しているか具体的に示されていない。特許文献２には、排気口の形状は限定しないとも、スリット状が好ましいとも記載されていて、排気口の形状は何が適しているか具体的に示されていない。また、特許文献１、２に開示された炭素化炉の何れにおいても、熱分解ガスのスムーズな抜出し、製品率の向上は不充分である。
特開２００２−２９４５２１号公報 (特許請求の範囲) 特開２００７−２６２６０２号公報 (特許請求の範囲)

本発明者は、上記問題について鋭意検討しているうち、従来の炭素化炉において発生する熱分解ガスの排出がスムーズになされないのは、高温側から低温側への熱分解ガスの逆流や炉内滞留が起き、これが凝縮したタールが炉内の壁面に付着し、これが落下してストランド汚染を引き起こし、工程トラブル発生要因になっていると考えた。

そこで、熱分解ガスの流れを調べてみると、炭素化炉側壁近傍における排気の線速度が、予想以上に低いことを発見した。このことから、炭素化炉上壁の炉長方向における排気口の設置位置を所定位置１箇所のみとし、この排気口の個数を炉幅方向に３個以上とし、それぞれの排気口の開口率を調節可とする流量調整弁を具備させたところ、各排気口における排気の線速度分布が均一になり、熱分解ガスのスムーズな抜出しができ、良好な品質の炭素繊維の製品率が高くなることを見出し、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炭素化炉及びその運転方法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〕炉全長に対して、出口から５〜４５％の範囲に、炉幅方向に３個以上の排気口を１列に形成してなり、前記排気口は流量調整弁を具備することを特徴とする炭素化炉。

〔２〕炉幅方向に３個以上１列に形成された排気口であって両端側の排気口における排気平均流速に対する両端側以外の排気口における排気平均流速の比が０．９０〜１．１０倍である〔１〕に記載の炭素化炉の運転方法。

本発明の炭素化炉は、炉上壁の炉長方向における排気口の設置位置を、炉全長に対して、出口から５〜４５％の所定位置１箇所のみとし、この排気口の個数を炉幅方向に３個以上とし、それぞれの排気口の開口率を調節可とする流量調整弁を各排気口は具備しているので、熱分解ガスのスムーズな抜出しができ、良好な品質の炭素繊維の製品率が高くなる。

以下、図１及び２を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の炭素化炉の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。

図１において、２は炭素化炉である。耐炎化処理装置(不図示)において耐炎化処理を施された複数本(本図では８本)の耐炎化繊維ストランド４は、４００℃以上に昇温された炭素化炉２内を水平に且つ炉２の側壁６に平行に走行し、炭素化処理されて炭素繊維にされる。

この炭素化炉２は、必要に応じ、ストランド４の入り口側から出口側に向かうに従って４００〜８００℃に昇温された前段の第一炭素化炉で第一炭素化処理し、更に後段の第二炭素化炉で第二炭素化処理する二段の炭素化炉で構成しても良い。二段の炭素化炉とする場合は、炭素化炉２は、前段の第一炭素化炉に使用することが好ましい。

上記炉２の上壁(天井)８には、ストランド４の炭素化処理によって発生した熱分解ガスを炉２内から外部に排出するため、３個以上の複数個(本図では４個)の排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが設けられている。排気口の数としては３〜１０個が好ましく、３〜５個がより好ましい。これらの排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、炉全長Ｌｔに対して、出口から５〜４５％の範囲に、炉幅Ｌｗ方向にほぼ同一形状の排気口が１列に設けられている。

即ち、この５〜４５％の範囲は、炉２の出口から排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄまでの炉長方向の長さがＬｏ、炉２の入口から排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄまでの炉長方向の長さがＬｉの場合、炉全長Ｌｔに対する炉２の出口から排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄまでの炉長方向の長さＬｏの比(Ｌｏ／Ｌｔ)の範囲である。

上記排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、それぞれの排気口の開口率を調節可とする流量調整弁が具備されている。排気口の形状は特に限定されるものではないが、開口率の調整を容易にするには矩形が好ましい。排気口の寸法も同一にする必要はなく、種々の寸法で各排気口を形成できる。しかし、各排気口の炉幅方向における長さは同一寸法であることが操作上好ましい。

排気口の開口率は、両端側の排気口１０ａ、１０ｄにおける排気平均流速に対する両端側以外における排気口１０ｂ、１０ｃの排気平均流速の比で０．９０〜１．１０倍、好ましくは０．９５〜１．０５倍となるように排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの開口率を調節することが好ましい。排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は７５〜９８％が好ましい。両端側の排気口は、各側壁に最近の１個ずつの排気口を示す。

上記排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの周縁には、それぞれの接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが接続されている。接続筒の断面形状は特に限定されるものではないが、排気口の好ましい形状の矩形と一致させるため、接続筒の断面形状も矩形が好ましい。即ち、接続筒の形状は角筒が好ましい。

上記接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各上端は排ガス移送メインダクト１４に接続されている。排ガス移送メインダクト１４の断面形状は、炉幅方向に長く炉長方向に短い矩形であることが好ましい。

図１において、Ｈｆは炭素化炉２の高さ、Ｈｓは接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの高さである。

以上の構成をしたことにより、上記炉２で発生した熱分解ガスは、最短距離で且つスムーズに排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに向かって進み、排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄから接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに入り、更に排ガス移送メインダクト１４を通って系外に排ガス１６として排出される。

また、熱分解ガスは、壁面、特に上壁に触れることが少ないので、熱分解ガスに起因する固液混合異物が、壁面、特に上壁に付着、堆積することが低減され、ストランドの汚染、切断、劣化を防止でき、良好な品質の炭素繊維の製品率が高くなる。

以下、本発明の炭素化炉を実施例及び比較例を用いて説明するが、本発明はこれら実施例及び比較例に限定されるものではない。

なお、良好な品質の炭素繊維の製品率については、１０本に束ねられた炭素繊維ストランドの長さ１００ｍ当たりの固液混合異物による汚染箇所が０．５箇所未満の炭素繊維を良好な品質の炭素繊維とし、製造された炭素繊維全量に対する前記良好な品質の炭素繊維の質量比で評価した。

実施例１
図１に示す炭素化炉２を用いて炭素繊維を製造した。この炭素化炉２において、炉２内空間の、幅Ｌｗ：４０００ｍｍ、長さＬｔ：７０００ｍｍ、高さＨｆ：２００ｍｍであった。

炉２上壁の、出口側からの長さＬｏが２５００ｍｍ、入口側からの長さＬｉが４５００ｍｍ、長さ比Ｌｏ／Ｌｔが３６％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを炉幅方向１列に４箇所設けた(各２００ｍｍ間隔)。排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は８０％であった。

各排気口の開口率調整後の開口率は、両端側の排気口１０ａ、１０ｄにおける開口率が何れも１００％であり、両端側以外の排気口１０ｂ、１０ｃにおける開口率が何れも９５％であった。両端側の排気口１０ａ、１０ｄにおける排気平均流速に対する両端側以外の排気口１０ｂ、１０ｃにおける排気平均流速の比は１．０２倍であった。

各排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの周縁に接続された接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの高さＨｓは何れも１５０ｍｍであった。

接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各上端に接続された排ガス移送メインダクト１４の断面寸法及び形状は、１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形であった。

以上の構成の炭素化炉２において、熱分解ガスは、排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄから接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに入り、更に排ガス移送メインダクト１４を通って系外に排ガス１６として排出された。

１４日間の運転後、炉２内、接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ内、及び排ガス移送メインダクト１４内に、タール、シリカパウダーなどの異物付着は殆ど見られず、製品率は９６％であった。

実施例２
図１に示す炭素化炉２において、両端側の排気口１０ａ、１０ｄにおける開口率を何れも１００％とし、両端側以外の排気口１０ｂ、１０ｃにおける開口率を何れも７０％とした以外は、実施例１と同様に炭素化炉を運転し、炭素繊維を製造した。

両端側の排気口１０ａ、１０ｄにおける排気平均流速に対する両端側以外の排気口１０ｂ、１０ｃにおける排気平均流速の比は０．９５倍であった。

１４日間の運転後、炉２内、接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ内、及び排ガス移送メインダクト１４内に、タール、シリカパウダーなどの異物付着は殆ど見られず、製品率は９５％であった。

実施例３
図２に示す炭素化炉１２を用いて炭素繊維を製造した。この炭素化炉１２において、炉１２内空間の、幅Ｌｗ：４０００ｍｍ、長さＬｔ：７０００ｍｍ、高さＨｆ：２００ｍｍであった。

炉１２上壁の、出口側からの長さＬｏが２５００ｍｍ、入口側からの長さＬｉが４５００ｍｍ、長さ比Ｌｏ／Ｌｔが３６％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×１２００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口１３ａ、１３ｂ、１３ｃを炉幅方向１列に３箇所設けた(各１００ｍｍ間隔)。排気口１３ａ、１３ｂ、１３ｃの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は９０％であった。

各排気口の開口率調整後の開口率は、両端側の排気口１３ａ、１３ｃにおける開口率が何れも１００％であり、両端側以外の排気口１３ｂにおける開口率が９５％であった。両端側の排気口１３ａ、１３ｃにおける排気平均流速に対する両端側以外の排気口１３ｂにおける排気流速の比は１．００倍であった。

各排気口１３ａ、１３ｂ、１３ｃの周縁に接続された接続筒１５ａ、１５ｂ、１５ｃの高さＨｓは何れも１５０ｍｍであった。

接続筒１５ａ、１５ｂ、１５ｃの各上端に接続された排ガス移送メインダクト１７の断面寸法及び形状は、１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形であった。

以上の構成の炭素化炉１２において、熱分解ガスは、排気口１３ａ、１３ｂ、１３ｃから接続筒１５ａ、１５ｂ、１５ｃに入り、更に排ガス移送メインダクト１７を通って系外に排ガス１８として排出された。

なお、その他の構成について、図１と同様である箇所には図１と同一参照符号を付してその説明を省略する。

１４日間の運転後、炉１２内、接続筒１３ａ、１３ｂ、１３ｃ内、及び排ガス移送メインダクト１７内に、タール、シリカパウダーなどの異物付着は殆ど見られず、製品率は９５％であった。

実施例４
図３に示す炭素化炉２１を用いて炭素繊維を製造した。この炭素化炉２１は、排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを、出口側からの長さＬｏが５００ｍｍ、入口側からの長さＬｉが６５００ｍｍ、長さ比Ｌｏ／Ｌｔが７％の位置に設けた以外は、図１に示す炭素化炉２と同様であった。

各排気口の開口率調整後の開口率は、両端側の排気口１０ａ、１０ｄにおける開口率が何れも１００％であり、両端側以外の排気口１０ｂ、１０ｃにおける開口率が９５％であった。両端側の排気口１０ａ、１０ｄにおける排気平均流速に対する両端側以外の排気口１０ｂ、１０ｃにおける排気平均流速の比は１．０２倍であった。

以上の構成の炭素化炉２１において、熱分解ガスは、排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄから接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに入り、更に排ガス移送メインダクト１４を通って系外に排ガス１６として排出された。

１４日間の運転後、炉２１内、接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ内、及び排ガス移送メインダクト１４内に、タール、シリカパウダーなどの異物付着は殆ど見られず、製品率は９５％であった。

比較例１
図４に示す炭素化炉２２を用いて炭素繊維を製造した。この炭素化炉２２において、炉２２内空間の、幅Ｌｗ：４０００ｍｍ、長さＬｔ：７０００ｍｍ、高さＨｆ：２００ｍｍであった。

炉２２上壁の、出口側からの長さＬａが２５００ｍｍ、長さ比Ｌａ／Ｌｔが３６％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを炉幅方向１列に４箇所設けた(各２００ｍｍ間隔)。排気口２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は８０％であった。

この列の位置からの長さＬｂが１５００ｍｍ、長さ比(Ｌａ＋Ｌｂ)／Ｌｔが５７％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈを炉幅方向１列に４箇所設けた(各２００ｍｍ間隔)。排気口２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は８０％であった。

この列の位置からの長さＬｃが１５００ｍｍ、入口側からの長さＬｄが１５００ｍｍ、長さ比(Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ)／Ｌｔが７９％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口２４ｉ、２４ｊ、２４ｋ、２４ｌを炉幅方向１列に４箇所設けた(各２００ｍｍ間隔)。排気口２４ｉ、２４ｊ、２４ｋ、２４ｌの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は８０％であった。

各排気口の開口率調整後の開口率は、両端側の排気口２４ａ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｈ、２４ｉ、２４ｌにおける開口率が何れも１００％であり、両端側以外の排気口２４ｂ、２４ｃ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｊ、２４ｋにおける開口率が何れも９５％あった。両端側の排気口２４ａ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｈ、２４ｉ、２４ｌにおける排気平均流速に対する両端側以外の排気口２４ｂ、２４ｃ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｊ、２４ｋにおける排気平均流速の比は１．０２倍であった。

各排気口２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ、２４ｊ、２４ｋ、２４ｌの周縁に接続された接続筒２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌの高さＨｓは何れも１５０ｍｍであった。

接続筒２５ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの各上端に接続された排ガス移送メインダクト２８ａの断面寸法及び形状、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈの各上端に接続された排ガス移送メインダクト２８ｂの断面寸法及び形状、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２８ｌの各上端に接続された排ガス移送メインダクト２８ｃの断面寸法及び形状は何れも、１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形であった。

以上の構成の炭素化炉２において、熱分解ガスは、排気口２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ、２４ｊ、２４ｋ、２４ｌから接続筒２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌに入り、更に排ガス移送メインダクト２８ａ、２８ｂ、２８ｃを通って系外に排ガス３０ａ、３０ｂ、３０ｃとして排出された。

１４日間の運転後、炉２２内、接続筒２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌ内、及び排ガス移送メインダクト２８ａ、２８ｂ、２８ｃ内に、タール、シリカパウダーなどの異物付着が見られ、製品率は９２％であった。

比較例２
図５に示す炭素化炉３２を用いて炭素繊維を製造した。この炭素化炉３２において、炉３２内空間の、幅Ｌｗ：４０００ｍｍ、長さＬｔ：７０００ｍｍ、高さＨｆ：２００ｍｍであった。

炉３２上壁の、出口側からの長さＬｏが２５００ｍｍ、入口側からの長さＬｉが４５００ｍｍ、長さ比Ｌｏ／Ｌｔが３６％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口３４を１箇所設けた。排気口３４の炉幅方向における長さの炉幅Ｌｗに対する比は９５％であった。

排気口３４における開口率は１００％であり、排気口３４の周縁には接続筒３６が接続され、接続筒３６の上端には排ガス移送メインダクト３８が接続され、この排ガス移送メインダクト３８の断面寸法及び形状は、１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形であった。接続筒３６も排ガス移送メインダクト３８も、その断面寸法及び形状は同じであるので、接続筒３６と排ガス移送メインダクト３８との境界は実質的には無い。

排気口３４において、各側壁６からそれぞれ炉幅方向に中央に向かって５００ｍｍの位置における排気流速は同じであって、これらの位置における排気流速に対する炉幅方向に中央の位置における排気流速の比は１．１５倍であった。

以上の構成の炭素化炉３２において、熱分解ガスは、排気口３４から接続筒３６に入り、更に排ガス移送メインダクト３８を通って系外に排ガス４０として排出された。

１４日間の運転後、炉３２内、接続筒３６内、及び排ガス移送メインダクト３８内(特に炉幅方向の両端部付近)に、タール、シリカパウダーなどの異物付着が見られ、製品率は８８％であった。

比較例３
図６に示す炭素化炉４２を用いて炭素繊維を製造した。この炭素化炉４２において、炉４２内空間の、幅Ｌｗ：４０００ｍｍ、長さＬｔ：７０００ｍｍ、高さＨｆ：２００ｍｍであった。

炉４２上壁の、出口側からの長さＬａが２５００ｍｍ、長さ比Ｌａ／Ｌｔが３６％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口４４ａを設けた。排気口４４ａの炉幅方向における長さの炉幅Ｌｗに対する比は９５％であった。

この排気口４４ａの位置からの長さＬｂが１５００ｍｍ、長さ比(Ｌａ＋Ｌｂ)／Ｌｔが５７％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口４４ｂを設けた。排気口４４ｂの炉幅方向における長さの炉幅Ｌｗに対する比は９５％であった。

この排気口４４ｂの位置からの長さＬｃが１５００ｍｍ、入口側からの長さＬｄが１５００ｍｍ、長さ比(Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ)／Ｌｔが７９％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口４４ｃを設けた。排気口４４ｃの炉幅方向における長さの炉幅Ｌｗに対する比は９５％であった。

排気口４４ａ、４４ｂ、４４ｃにおける開口率は何れも１００％であり、排気口４４ａ、４４ｂ、４４ｃの周縁には、それぞれ接続筒４６ａ、４６ｂ、４６ｃが接続され、接続筒４６ａ、４６ｂ、４６ｃの上端には、それぞれ排ガス移送メインダクト４８ａ、４８ｂ、４８ｃが接続され、この排ガス移送メインダクト４８ａ、４８ｂ、４８ｃの断面寸法及び形状は何れも、１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形であった。接続筒４６ａ、４６ｂ、４６ｃも排ガス移送メインダクト４８ａ、４８ｂ、４８ｃも、その断面寸法及び形状は同じであるので、接続筒４６ａ、４６ｂ、４６ｃと排ガス移送メインダクト４８ａ、４８ｂ、４８ｃとのそれぞれ境界は実質的には無い。

排気口４４ａ、４４ｂ、４４ｃの何れにおいても、各側壁６からそれぞれ炉幅方向に中央に向かって５００ｍｍの位置における排気流速は同じであって、これらの位置における排気流速に対する炉幅方向に中央の位置における排気流速の比は１．１５倍であった。

以上の構成の炭素化炉４２において、熱分解ガスは、排気口４４ａ、４４ｂ、４４ｃから接続筒４６ａ、４６ｂ、４６ｃに入り、更に排ガス移送メインダクト４８ａ、４８ｂ、４８ｃを通って系外に排ガス５０ａ、５０ｂ、５０ｃとして排出された。

１４日間の運転後、炉４２内、接続筒４６ａ、４６ｂ、４６ｃ内、及び排ガス移送メインダクト４８ａ、４８ｂ、４８ｃ内(特に炉幅方向の両端部付近)に、タール、シリカパウダーなどの異物付着が見られ、製品率は８５％であった。

比較例４
図１に示す炭素化炉２において、両端側の排気口１０ａ、１０ｄにおける開口率を何れも１００％とし、両端側以外の排気口１０ｂ、１０ｃにおける開口率を何れも１００％とした以外は、実施例１と同様に炭素化炉を運転し、炭素繊維を製造した。

両端側の排気口１０ａ、１０ｄにおける排気平均流速に対する両端側以外の排気口１０ｂ、１０ｃにおける排気平均流速の比は１．１２倍であった。

１４日間の運転後、炉２内、接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ内、及び排ガス移送メインダクト１４内(特に炉幅方向の両端部付近)に、タール、シリカパウダーなどの異物付着が見られ、製品率は９０％であった。

比較例５
図７に示す炭素化炉５１を用いて炭素繊維を製造した。この炭素化炉５１は、排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを、出口側からの長さＬｏが３５００ｍｍ、入口側からの長さＬｉが３５００ｍｍ、長さ比Ｌｏ／Ｌｔが５０％の位置に設けた以外は、図１に示す炭素化炉２と同様であった。

以上の構成の炭素化炉５１において、熱分解ガスは、排気口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄから接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに入り、更に排ガス移送メインダクト１４を通って系外に排ガス１６として排出された。

１４日間の運転後、炉５１内、接続筒１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ内、及び排ガス移送メインダクト１４内(特に炉幅方向の両端部付近)に、タール、シリカパウダーなどの異物付着が見られ、製品率は９３％であった。

比較例６
図８に示す炭素化炉５２を用いて炭素繊維を製造した。この炭素化炉５２において、炉５２内空間の、幅Ｌｗ：４０００ｍｍ、長さＬｔ：７０００ｍｍ、高さＨｆ：２００ｍｍであった。

炉５２上壁の、出口側からの長さＬａが５００ｍｍ、長さ比Ｌａ／Ｌｔが７％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄを炉幅方向１列に４箇所設けた(各２００ｍｍ間隔)。排気口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は８０％であった。

この列の位置からの長さＬｂが２５００ｍｍ、長さ比(Ｌａ＋Ｌｂ)／Ｌｔが３６％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈを炉幅方向１列に４箇所設けた(各２００ｍｍ間隔)。排気口５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は８０％であった。

各排気口の開口率調整後の開口率は、両端側の排気口５４ａ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｈにおける開口率が何れも１００％であり、両端側以外の排気口５４ｂ、５４ｃ、５４ｆ、５４ｇにおける開口率が何れも９５％あった。両端側の排気口５４ａ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｈにおける排気平均流速に対する両端側以外の排気口５４ｂ、５４ｃ、５４ｆ、５４ｇにおける排気平均流速の比は１．０２倍であった。

各排気口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈの周縁に接続された接続筒５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ、５６ｈの高さＨｓは何れも１５０ｍｍであった。

接続筒５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄの各上端に接続された排ガス移送メインダクト５８ａの断面寸法及び形状、５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ、５６ｈの各上端に接続された排ガス移送メインダクト５８ｂの断面寸法及び形状は何れも、１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形であった。

以上の構成の炭素化炉５２において、熱分解ガスは、排気口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈから接続筒５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ、５６ｈに入り、更に排ガス移送メインダクト５８ａ、５８ｂを通って系外に排ガス６０ａ、６０ｂとして排出された。

１４日間の運転後、炉５２内、接続筒５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ、５６ｈ内、及び排ガス移送メインダクト５８ａ、５８ｂ内(特に炉幅方向の両端部付近)に、タール、シリカパウダーなどの異物付着が見られ、製品率は９３％であった。

比較例７
図９に示す炭素化炉６２を用いて炭素繊維を製造した。この炭素化炉６２において、炉６２内空間の、幅Ｌｗ：４０００ｍｍ、長さＬｔ：７０００ｍｍ、高さＨｆ：２００ｍｍであった。

炉６２上壁の、出口側からの長さＬａが５００ｍｍ、長さ比Ｌａ／Ｌｔが７％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口６４ａ、６４ｂ、６４ｃを炉幅方向１列に３箇所設けた(各２００ｍｍ間隔)。排気口６４ａ、６４ｂ、６４ｃの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は８０％であった。

この列の位置からの長さＬｂが２５００ｍｍ、長さ比(Ｌａ＋Ｌｂ)／Ｌｔが３６％の位置に１００ｍｍ(炉長方向長さ)×８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形の排気口６４ｄ、６４ｅ、６４ｆを炉幅方向１列に３箇所設けた(各２００ｍｍ間隔)。排気口６４ｄ、６４ｅ、６４ｆの炉幅方向における合計長さの炉幅Ｌｗに対する比は８０％であった。

各排気口の開口率調整後の開口率は、両端側の排気口６４ａ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｆにおける開口率が何れも１００％であり、両端側以外の排気口６４ｂ、６４ｅにおける開口率が何れも９５％あった。両端側の排気口６４ａ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｆにおける排気平均流速に対する両端側以外の排気口６４ｂ、６４ｅにおける排気平均流速の比は１．００倍であった。

各排気口６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆの周縁に接続された接続筒６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆの高さＨｓは何れも１５０ｍｍであった。

接続筒６６ａ、６６ｂ、６６ｃの各上端に接続された排ガス移送メインダクト６８ａの断面寸法及び形状、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆの各上端に接続された排ガス移送メインダクト６８ｂの断面寸法及び形状は何れも、１００ｍｍ(炉長方向長さ)×３８００ｍｍ(炉幅方向長さ)の矩形であった。

以上の構成の炭素化炉６２において、熱分解ガスは、排気口６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆから接続筒６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆに入り、更に排ガス移送メインダクト６８ａ、６８ｂを通って系外に排ガス７０ａ、７０ｂとして排出された。

１４日間の運転後、炉６２内、接続筒６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆ内、及び排ガス移送メインダクト６８ａ、６８ｂ内(特に炉幅方向の両端部付近)に、タール、シリカパウダーなどの異物付着が見られ、製品率は９０％であった。

本発明の炭素化炉の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。本発明の炭素化炉の他の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。本発明の炭素化炉の他の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。従来の炭素化炉の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。従来の炭素化炉の他の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。従来の炭素化炉の他の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。従来の炭素化炉の他の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。従来の炭素化炉の他の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。従来の炭素化炉の他の一例を示す概略図であり、(Ａ)は、その平面図であり、(Ｂ)は、その側面図であり、(Ｃ)は、その正面図である。

符号の説明

２、１２、２１、２２、３２、４２、５１、５２、６２炭素化炉
４前駆体繊維ストランド
６炭素化炉の側壁
８炭素化炉の上壁
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ、２４ｊ、２４ｋ、２４ｌ、３４、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈ、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ排気口
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌ、３６、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ、５６ｈ、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆ接続筒
１４、１７、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、３８、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、５８ａ、５８ｂ、６８ａ、６８ｂ排ガス移送メインダクト
１６、１８、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、４０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０ａ、６０ｂ、７０ａ、７０ｂ排ガス
Ｌｔ炉全長
Ｌｗ炉幅
Ｌｏ、Ｌａ炉の出口から排気口までの炉長方向の長さ
Ｌｉ、Ｌｄ炉の入口から排気口までの炉長方向の長さ
Ｌｂ、Ｌｃ炉長方向の排気口間隔
Ｈｆ炭素化炉の高さ
Ｈｓ接続筒の高さ

Claims

炉全長に対して、出口から５〜４５％の範囲に、炉幅方向に３個以上の排気口を１列に形成してなり、前記排気口は流量調整弁を具備することを特徴とする炭素化炉。
炉幅方向に３個以上１列に形成された排気口であって両端側の排気口における排気平均流速に対する両端側以外の排気口における排気平均流速の比が０．９０〜１．１０倍である請求項１に記載の炭素化炉の運転方法。