(57)【要約】【課題】炭素繊維前駆体ストランドの耐炎化処理を均一に行うことができ、品質を損う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】熱処理室８と、上方熱風流路１６と、下方熱風流路１８と、熱風循環路２０と、折返しローラー１２ａ、１２ｂとからなる耐炎化熱処理炉２において、前記熱処理室８が、炭素繊維前駆体ストランド６に熱風を送り耐炎化する熱処理室であると共に前記ストランド６が熱処理室内外に出入する複数のスリット１０ａ、１０ｂを有し、前記熱風循環路２０に設けられた熱風加熱手段２２が、中央側よりも両炉壁４ａ、４ｂの近傍（両端側）で高温に加熱する加熱部２４ａ、２４ｂ、２６を備えた耐炎化熱処理炉。【選択図】　　図１
2004115983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に熱風が流通する熱処理室と、熱処理室の上方に形成された上方熱風流路と、熱処理室の下方に形成された下方熱風流路と、前記上方及び下方熱風流路とを連通する熱風循環路と、前記熱処理室のストランド走行方向両側に備えられた折返しローラーであって前記熱処理室のストランド走行方向両側の炉壁に設けられた複数のスリットから出入するストランドを折返して熱処理室に戻す折返しローラーとからなる耐炎化熱処理炉において、熱風循環路にストランドの走行方向に沿って熱風加熱手段を設けると共に、前記熱風加熱手段が中央側よりも両端側で高出力で加熱する加熱部を備えた耐炎化熱処理炉。
【請求項２】
鉛直方向に熱風が流通する熱処理室と、熱処理室の上方に形成された上方熱風流路と、熱処理室の下方に形成された下方熱風流路と、前記上方及び下方熱風流路とを連通する熱風循環路と、前記熱処理室のストランド走行方向両側に備えられた折返しローラーであって前記熱処理室のストランド走行方向両側の炉壁に設けられた複数のスリットから出入するストランドを折返して熱処理室に戻す折返しローラーとからなる耐炎化熱処理炉において、熱風循環路にストランドの走行方向に沿って熱風加熱手段を設けると共に、前記熱風加熱手段が中央側よりも両端側で高出力で加熱する加熱部を備え、各加熱部間を分離する仕切板を設けた耐炎化熱処理炉。
【請求項３】
両端側の加熱部がガスバーナーである請求項１に記載の耐炎化熱処理炉。
【請求項４】
両端側の各炉壁近傍における加熱部が、両端側の各炉壁から８００ｍｍまでの範囲における加熱部である請求項１に記載の耐炎化熱処理炉。
【請求項５】
請求項１に記載の耐炎化熱処理炉における耐炎化熱処理方法であって、両端側の各炉壁近傍における加熱部の出力を、中央側の加熱部の出力よりも高くする耐炎化熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素繊維の前駆体であるポリアクリロニトリル等の繊維を耐炎化する熱処理炉、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熱処理炉、及び耐炎化熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維の製造工程において、炭素繊維の前駆体である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、前駆体繊維を熱処理する方法がある（例えば、特許文献１）。この耐炎化熱処理方法において、前駆体繊維は通常束ねられたストランドとして耐炎化熱処理炉に投入される。
【０００３】
図３は従来の耐炎化熱処理炉の一例を示す概略図で、（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は正面断面図である。
【０００４】
図３（Ａ）において、耐炎化熱処理炉３２は炉壁３４ａ、３４ｂに、炭素繊維前駆体ストランド３６が熱処理室３８内外に出入する複数のスリット４０ａ、４０ｂを備えている。この熱処理室３８内には多数本のストランド３６が水平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３６は、熱処理室３８の両側に備えられた所定組の折返しローラー４２ａ、４２ｂによって折り返されて熱処理室３８に繰り返し供給され、複数段のパス（本図では５段のパス）を形成している。
【０００５】
図３（Ｂ）において、熱処理室３８のストランド走行方向に直角方向の両側は、側壁４４ａ、４４ｂが設けられ、熱処理室３８の内部と外部とを隔てている。そして、一方の側壁４４ｂの外側〔図３（Ｂ）右側〕には熱風循環路５０が設けられ、この熱風循環路５０により熱処理室３８の上方熱風流路４６及び下方熱風流路４８が連通している。
【０００６】
熱風循環路５０の両炉壁３４ａ、３４ｂの間には、その配列方向を熱処理室３８内のストランド３６の走行方向と平行にしてヒータ５２が備えられており、このヒータ５２で加熱された熱風（酸化性気体）が、ファン５４により上方熱風流路４６から熱処理室３８内に送られ、この熱風により前記パスを形成して走行しているストランド３６が耐炎化処理される。次いで熱風は下方熱風流路４８を通って熱風循環路５０に戻り、これを通って上記ヒータ５２に循環されることを繰り返す。
【０００７】
以上のように、パスに高温の酸化性気体を通過させることによって、ストランド３６の酸化反応を促進すると共に、ストランド３６の反応熱を除去して耐炎化繊維を生産することが出来る。
【０００８】
耐炎化繊維の安定した生産をするためには、パスには均一な温度の熱風を与える必要がある。
【０００９】
しかし、従来の耐炎化熱処理炉３２は、熱処理室３８に投入されるストランド３６や、折返しローラーによって折り返されて熱処理室３８に繰り返し供給されるストランド３６が低温であるため、更にスリット４０ａ、４０ｂから冷気が熱処理室３８内に侵入するため、熱処理室３８内におけるパスの温度分布が不均一になる。特に上記スリット４０ａ、４０ｂの近傍５６ａ、５６ｂは、中央部５８に比較して低温になる。
【００１０】
このような部分的な温度の不均一〔温度斑（むら）〕は、熱処理室３８内におけるストランド３６の有効反応長が短くなって反応不足になったり、生産効率の低下を起したり、若しくは異常な発熱によりストランド３６が切断する問題を生ずる。
【００１１】
また、生産速度を高くするためストランドの走行速度を高める場合、ストランド３６の反応開始までの時間が長くなり、その結果、熱処理室３８内における有効反応長が短くなるといった問題を生ずる。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−２８８６２３号公報　（第２頁〜第３頁）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記問題について鋭意検討しているうち、熱処理室内においてストランドを耐炎化処理した後の熱風の加熱手段を熱風循環路底部部の両炉壁間に設け、両側の炉壁近傍における加熱手段の出力を、両側炉壁近傍以外の部分、即ち中央部分における加熱手段の出力よりも高くすることにより、上記問題を解決できることを知得した。このようにすることにより、耐炎化繊維の生産性を上げるためにストランドの走行速度を上げても、熱処理室内におけるパスのスリット近傍が低温にならず、熱処理室内全域で温度分布は均一になり、有効反応長が長くなり、熱効率良く、良品質の耐炎化繊維を製造できる。更には、ストランドの反応開始までの時間が短くなり、熱処理室内での有効反応長を長く取ることが出来ることを知得し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
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、より具体的にはストランドの耐炎化処理を均一に行うことができ、品質を損うことなく生産性を向上させうる耐炎化熱処理炉、及び耐炎化熱処理方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１６】
〔１〕　　鉛直方向に熱風が流通する熱処理室と、熱処理室の上方に形成された上方熱風流路と、熱処理室の下方に形成された下方熱風流路と、前記上方及び下方熱風流路とを連通する熱風循環路と、前記熱処理室のストランド走行方向両側に備えられた折返しローラーであって前記熱処理室のストランド走行方向両側の炉壁に設けられた複数のスリットから出入するストランドを折返して熱処理室に戻す折返しローラーとからなる耐炎化熱処理炉において、熱風循環路にストランドの走行方向に沿って熱風加熱手段を設けると共に、前記熱風加熱手段が中央側よりも両端側で高出力で加熱する加熱部を備えた耐炎化熱処理炉。
【００１７】
〔２〕　　鉛直方向に熱風が流通する熱処理室と、熱処理室の上方に形成された上方熱風流路と、熱処理室の下方に形成された下方熱風流路と、前記上方及び下方熱風流路とを連通する熱風循環路と、前記熱処理室のストランド走行方向両側に備えられた折返しローラーであって前記熱処理室のストランド走行方向両側の炉壁に設けられた複数のスリットから出入するストランドを折返して熱処理室に戻す折返しローラーとからなる耐炎化熱処理炉において、熱風循環路にストランドの走行方向に沿って熱風加熱手段を設けると共に、前記熱風加熱手段が中央側よりも両端側で高出力で加熱する加熱部を備え、各加熱部間を分離する仕切板を設けた耐炎化熱処理炉。
【００１８】
〔３〕　　両端側の加熱部がガスバーナーである〔１〕に記載の耐炎化熱処理炉。
【００１９】
〔４〕　　両端側の各炉壁近傍における加熱部が、両端側の各炉壁から８００ｍｍまでの範囲における加熱部である〔１〕に記載の耐炎化熱処理炉。
【００２０】
〔５〕　　〔１〕に記載の耐炎化熱処理炉における耐炎化熱処理方法であって、両端側の各炉壁近傍における加熱部の出力を、中央側の加熱部の出力よりも高くする耐炎化熱処理方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の耐炎化熱処理炉の一例を示す概略図で、（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は正面断面図である。
【００２３】
図１（Ａ）において、耐炎化熱処理炉２は炉壁４ａ、４ｂに、炭素繊維前駆体ストランド６が熱処理室８内外に出入する複数のスリット１０ａ、１０ｂを備えている。この熱処理室８内には多数本のストランド６が水平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８の両側に備えられた所定組の折返しローラー１２ａ、１２ｂによって折り返されて熱処理室８に繰り返し供給され、複数段のパス（本図では５段のパス）を形成している。
【００２４】
図１（Ｂ）において、熱処理室８のストランド走行方向に直角方向の両側は、側壁１４ａ、１４ｂが設けられ、熱処理室８の内部と外部とを隔てている。そして、一方の側壁１４ｂの外側〔図１（Ｂ）右側〕には熱風循環路２０が設けられ、この熱風循環路２０により熱処理室８の上方熱風流路１６及び下方熱風流路１８が連通している。
【００２５】
ここまでは、従来の耐炎化熱処理炉の構成を用いることができる。本発明の耐炎化熱処理炉、及び耐炎化熱処理方法は、上記構成に加えて以下のようにしたことを特徴とする。
【００２６】
即ち、本発明の耐炎化熱処理炉は、熱処理室８内においてストランド６を耐炎化処理した後の熱風の加熱手段２２を、熱風循環路２０中に、好ましくは底部の両炉壁４ａ、４ｂの間にストランド走行方向と平行に設け、この熱風加熱手段２２を、両側の各炉壁４ａ、４ｂの近傍（両端側）における加熱部２４ａ、２４ｂと、これら両側の加熱部２４ａ、２４ｂの間（中央側）の加熱部２６とから構成させ、各加熱部２４ａ、２６、２４ｂが独立して加熱出力を変えることができ、加熱部２４ａ、２４ｂの出力を、加熱部２６の出力よりも高くすることを特徴とする。
【００２７】
なお、本発明の耐炎化熱処理炉は、各加熱部２４ａ、２６、２４ｂの加熱出力調節が容易なことから、上記加熱手段２２がガスバーナーであることが好ましい。
【００２８】
この加熱手段２２は、加熱部２４ａ、２４ｂをガスバーナーにし、加熱部２６を抵抗発熱体、遠赤外線ヒータ又は熱風吹出し手段などガスバーナー以外のものにしても良い。
【００２９】
但し、加熱手段２２が、抵抗発熱体、遠赤外線ヒータなど広い方向を均一に加熱する手段の場合、その設置場所が熱風循環路２０底部といっても、床面から３００ｍｍ以上離すことが好ましい。これに対し、加熱手段２２が、ガスバーナー、熱風吹出し手段など主に加熱手段それ自身の下流側を加熱する手段の場合、床面から３００ｍｍ以内の熱風循環路２０底部に設置しても良い。
【００３０】
また、図１の例に示すように、ガスバーナー、熱風吹出し手段など主に加熱手段それ自身の下流側を加熱する手段２２を、床面から３００ｍｍ以内の熱風循環路２０底部に設置すると共に、その加熱手段２２の上方に、抵抗発熱体、遠赤外線ヒータなど広い方向を均一に加熱する手段２７を、床面から３００ｍｍ以上離して熱風循環路２０底部に設置しても良い。
【００３１】
この加熱手段２２と加熱手段２７とを二段に設置する場合、二段の加熱手段２２、２７のうち少なくとも一段の加熱手段を、高出力の両端側の加熱部と低出力の中央側の加熱部とで構成すれば良い（図１の例では、下段の加熱手段２２が、高出力の両端側加熱部２４ａ、２４ｂと、低出力の中央側加熱部２６とで構成されている。）。
【００３２】
さらに、本発明の耐炎化熱処理炉は、両端側の各炉壁１０ａ、１０ｂの近傍が、両端側の各炉壁１０ａ、１０ｂから８００ｍｍまでの範囲であることが好ましく、２００ｍｍまでの範囲であることが特に好ましい。
【００３３】
次いで、本発明の耐炎化熱処理炉では、上記加熱手段２２で加熱された熱風（酸化性気体）が、ファン２８により上方熱風流路１６から熱処理室８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。
【００３４】
なお、本発明の耐炎化熱処理方法は、上記耐炎化熱処理炉において、両端側の加熱部２４ａ、２４ｂの出力を、中央側の加熱部２６の出力よりも高くすることを特徴とする。
【００３５】
即ち、本発明においては、上記各加熱部２４ａ、２６、２４ｂの出力を制御することにより、熱処理室８内の温度を均一にするものである。
【００３６】
このように、本発明では、加熱部２４ａ、２４ｂの出力と、加熱部２６の出力を調節しているので、熱処理室８に投入されるストランド６や、折返しローラーによって折り返されて熱処理室８に繰り返し供給されるストランド６が低温であっても、スリット１０ａ、１０ｂから冷気が熱処理室８内に侵入しても、パスには均一な温度の熱風が与えられ、耐炎化繊維の安定した生産をすることが出来る。
【００３７】
次に、熱風は下方熱風流路１８を通って熱風循環路２０に入り、この熱風循環路２０の底部における上記加熱手段２２に循環されることを繰り返す。
【００３８】
なお、上記耐炎化熱処理炉２の熱風循環路２０の底部には、図２に示すように、各加熱部２４ａ、２６、２４ｂ間を分離する仕切板３０を設け、熱風を整流させることが好ましい。
【００３９】
また、仕切板３０は、熱風の整流程度に応じて設置すれば良く、その枚数は２枚以上が好ましく、２〜５枚が特に好ましい。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の耐炎化熱処理炉、及び耐炎化熱処理方法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。
【００４１】
（実施例１）
熱風循環路２０の床面から４００ｍｍの地点に、長さ方向の各所において出力が均一な加熱手段（抵抗発熱体：ニクロム線発熱体）２７を備え、さらに熱風循環路２０の床面から２００ｍｍの地点に、加熱部２４ａ、２４ｂ（それぞれ長さが８００ｍｍであり、片端が炉壁４ａ又は４ｂに接している）と、加熱部２６とで出力が異なる加熱手段（ガスバーナー）２２を備えた図１に示す耐炎化熱処理炉２を用い、熱風風速１．０ｍ／秒、耐炎化炉の寸法：幅２．０ｍ×長さ１２ｍ、パス数５の条件で炭素繊維前駆体（東邦テナックス社製）を耐炎化熱処理した。
【００４２】
上記耐炎化熱処理炉２において、加熱手段２２及び２７の出力を調整することにより、特に加熱部２４ａ及び２４ｂを加熱部２６よりも高出力に調整することにより熱処理室８内温度を調節した結果、熱処理室８内において、最高温度２５９℃、最低温度２５５℃と均一な温度分布が得られた。なお、得られた耐炎化繊維は比重１．３７と良品質のものであった。
【００４３】
（比較例１）
熱風循環路５０の床面から４００ｍｍの地点に、長さ方向の各所において出力が均一な加熱手段（抵抗発熱体：ニクロム線発熱体）５２を備えた図３に示す耐炎化熱処理炉３２を用いて操作した以外は、実施例１と同様の条件で炭素繊維前駆体を耐炎化熱処理した。
【００４４】
その結果、熱処理室３８内において、最高温度２６０℃、最低温度２４４℃と均一な温度分布が得られなかった。なお、得られた耐炎化繊維は比重１．２９と良品質のものではなかった。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の耐炎化熱処理炉を用いて炭素繊維前駆体ストランドの耐炎化熱処理をする場合、又は本発明の耐炎化熱処理方法によって同ストランドの耐炎化熱処理をする場合、加熱手段における、両炉壁側の加熱部の出力と、中央部の加熱部の出力を調節しているので、熱処理室に投入されるストランドや、折返しローラーによって折り返されて熱処理室に繰り返し供給されるストランドが低温であっても、スリットから冷気が熱処理室内に侵入しても、パスを形成して走行するストランドには均一な温度の熱風が与えられ、耐炎化繊維の安定した生産をすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐炎化熱処理炉の一例を示す概略図で、（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は正面断面図である。
【図２】本発明の耐炎化熱処理炉の他の例を示す概略正面断面図である。
【図３】従来の耐炎化熱処理炉の一例を示す概略図で、（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は正面断面図である。
【符号の説明】
２　　　　耐炎化熱処理炉
４ａ、４ｂ　　　　炉壁
６　　　　炭素繊維前駆体ストランド
８　　　　熱処理室
１０ａ、１０ｂ　　　　スリット
１２ａ、１２ｂ　　　　折返しローラー
１４ａ、１４ｂ　　　　側壁
１６　　　　上方熱風流路
１８　　　　下方熱風流路
２０　　　　熱風循環路
２２、２７　　　　熱風加熱手段
２４ａ、２４ｂ、２６　　　　加熱部
２８　　　　ファン
３０　　　　仕切板
３２　　　　耐炎化熱処理炉
３４ａ、３４ｂ　　　　炉壁
３６　　　　炭素繊維前駆体ストランド
３８　　　　熱処理室
４０ａ、４０ｂ　　　　スリット
４２ａ、４２ｂ　　　　折返しローラー
４４ａ、４４ｂ　　　　側壁
４６　　　　上方熱風流路
４８　　　　下方熱風流路
５０　　　　熱風循環路
５２　　　　ヒータ
５４　　　　ファン
５６ａ、５６ｂ　　　　熱処理室内におけるパスのスリットの近傍
５８　　　　熱処理室内におけるパスの中央部
【図１】
2004115983.tif 000003
【図２】
2004115983.tif 000004
【図３】
2004115983.tif 000005