JP3868907B2 - 耐炎化熱処理装置、及び同装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明はポリアクリロニトリル系耐炎化繊維の製造に用いる耐炎化熱処理装置に関し、更に詳述すればポリアクリロニトリル系繊維ストランド等を耐炎化熱処理する耐炎化熱処理装置、及び同装置の運転方法に関する。耐炎化繊維は耐熱性繊維として、またポリアクリロニトリル系炭素繊維の製造原料として重要なものである。

従来、ポリアクリロニトリル系耐炎化繊維は、ポリアクリロニトリル系繊維を２００℃〜３００℃の酸化性雰囲気中で耐炎化熱処理して製造される。

ポリアクリロニトリル系繊維の耐炎化熱処理における反応は酸化・環化が同時に進行する発熱反応である。高温で熱処理を行えば反応速度がより大きくなり、処理時間が短縮される。しかし、急速に耐炎化熱処理を行うと、酸化反応に伴う反応熱が繊維内に蓄積されて繊維内温度が急上昇し、その結果糸切れや発火を伴う暴走反応が誘発され易くなる。

さらに、耐炎化熱処理は多数の繊維を束ねたストランドの状態で行なわれるのが通常である。生産効率を高めるため、同時に多数のストランドが耐炎化熱処理される場合は、ストランドは蓄熱し易いので、効率よく繊維から反応熱を除去される事なしには、高温、短時間で耐炎化繊維ストランドを効率よく得ることができない。

耐炎化熱処理に要する時間、並びにエネルギー消費量は極めて大きいので、耐炎化熱処理工程における更なる生産性の向上が求められている。

図１０は従来の耐炎化熱処理装置の一例を示す概略図で、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）は平面断面図である。

図１０（Ａ）中、５２は耐炎化熱処理装置で、その熱処理室５４内には、水平に並んだ多数本のストランド５６で形成される複数段のパス５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、・・・５７ｘが走行している。ストランド５６は、図１０（Ｂ）に示すように、熱処理室５４の外部に配設された所定組の折返しローラー５８によって折り返されて熱処理室５４に繰り返し供給される。

この複数段のパスを形成しているストランド５６は、図１０(Ｂ)に示すように、耐炎化熱処理装置５２の外壁６０ａ、内壁６２ａ、内壁６２ｂ、及び外壁６０ｂに形成された、それぞれのスリット６４ａ、６６ａ、６６ｂ、及び６４ｂを通って熱処理室５４に出入りしている。

図１０(Ｃ)に示すように、熱処理室５４の両側は、内側壁６８ａ、６８ｂが形成されている。

熱処理室５４の左半分において、一方の内側壁６８ａの外側には、外側壁６９ａが形成されており、内側壁６８ａと外側壁６９ａとの間に熱風循環路７４ａが形成されている。前記熱風循環路７４ａにより、図１０（Ａ）に示す様に、熱処理室５４の上方流路７０と下方流路７２とが連通されている。

熱風循環路７４ａに備えられたヒーター７６ａで加熱された熱風は、ファン７８ａにより上方流路７０を通って熱処理室５４内に送られ、次いで前記パスを形成して走行しているストランド５６の間を通って下方に送られ、この際にストランド５６が耐炎化熱処理される。なお熱風は、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。

その後、熱風は下方流路７２を通って熱風循環路７４ａ内に送られ、ここを通る際に前記ヒーター７６ａで加熱されることを繰返す。

図１０(Ｃ)に示す、熱処理室５４の左半分における他方の内側壁６８ｂの外側には外側壁６９ｂが形成されている。前記内側壁６８ｂと外側壁６９ｂとの間には、断熱空室８０ａが形成されている。

これとは逆に、図１０(Ｃ)に示す熱処理室５４の右半分は、左半分と逆対称に形成されている。即ち、前記内側壁６８ａと外側壁６９ａとの間には、断熱空室８０ｂが形成されている。同様に、前記内側壁６８ｂと外側壁６９ｂとの間には、熱処理室５４の上方流路７０と下方流路７２とを連通する熱風循環路７４ｂが設けられている。７６ｂはヒーター、７８ｂはファンである。

また、この熱処理装置は熱効率を高めるために、装置全体の外周が断熱材により覆われている。

このような断熱構造にあっても、例えば、熱処理室５４内の内側壁６８ａ、６８ｂ近傍の温度は、熱処理室５４内部の平均温度よりも低い。そのため内側壁６８ａ、６８ｂ近傍のストランドの耐炎化熱処理速度は小さく、ストランドは均一に耐炎化熱処理されない。この問題を避けるため、通常の耐炎化熱処理装置においては、ストランド５６は、通常それぞれ側壁６８ａ、６８ｂから２００ｍｍ程度離して走行させられている。

一方、熱処理室５４内では、１パスを構成する多数のストランド５６を均一に配列させた１つのゾーンとして走行させてもよい。しかし、１パスを１つのゾーンで構成して走行させるよりも、１パスを複数のゾーンに分割し（図１０（Ａ）においては２ゾーン５９ａ、５９ｂに分割している）、各ゾーン間に所定の間隙Ｘを設けて走行させる方が扱い易い。

例えば、パスを形成しているストランドを１つのゾーンで走行させている場合に繊維切れなどのトラブルが生じると、繊維の切れ端が近くのストランドに絡み、次々とトラブルを増大させ、ストランド全体に被害が及ぶ危険性が高い。また、ストランド間に手を入れて作業することが必要な場合もある。これらの理由で、１パスを複数のゾーンに分割し、各ゾーン間には所定の間隙を設けることが好ましい。

よって、通常の耐炎化熱処理装置は、パスを形成しているストランド５６を複数のゾーンに分け、内側壁とパスとの間隔を約２００ｍｍ程度に保ち、更に各ゾーン間は、２００ｍｍ程度の間隙を設けてストランドの耐炎化熱処理を行うようになっている。

上記耐炎化熱処理装置を用いて、熱処理室内で垂直方向に亘り複数段のパスを形成して走行しているストランドを耐炎化熱処理する場合、生産性を上げるために熱処理室内のストランド本数を増加していくと、それに伴い熱風の通気抵抗が増加してパスを通過する熱風の通過風速が著しく低下する。このため、ストランドの冷却が不十分になる。その結果ストランド内に蓄熱が進み、更に蓄熱による繊維の切断が発生する。更に、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。なお、ポリアクリロニトリル系繊維の耐炎化熱処理における上記トラブルは火災に発展する場合もある。このような重大なトラブルが発生するため、従来耐炎化繊維の大幅な生産性の向上はできていない。

本発明者は、パスを通過する際に熱風風速が低下する原因は、パスと内側壁との間、及びゾーン間に熱風が集中するためと考えた。パスを通過する熱風風速は特に下段のパスにおいて著しく低下する傾向にあり、この下段パスにおいて繊維の切断が多発する。

この繊維の切断を防ぐためには、熱処理室内温度を下げる等の対策が必要である。しかし、熱処理室内温度を下げると反応速度が低下し、生産性が低下するため、目的とする生産性の向上と相反するものとなる。

更に、上記耐炎化熱処理装置を用いて、ストランドを耐炎化熱処理する場合、ストランドが熱処理室に出入りするために形成されたスリットから熱風が漏出する問題がある。

例えば経験によれば、熱風上流側の最上段パスのストランドを通過する熱風風速が１．８ｍ／秒のとき、熱風下流側に位置する中段パスのストランドを通過する熱風風速は０．３ｍ／秒に低下する場合がある。この様な場合は、下方のパスに向うに従ってストランドの酸化反応に伴って発生する反応熱が熱風によって除熱されにくくなると思われる。

更に熱風上流側の上段側パス中のストランドから発生する反応熱が熱風により熱風下流側に運ばれる。このため、下段側パス中のストランドが蓄熱して高温になり均一な耐炎化熱処理がされないと考えた。このような場合、下流側ストランドが暴走反応を起こして発火することもある。

本発明は、上記考察に基づいて完成されたものである。

従って、本発明の目的とするところは、ストランドの耐炎化熱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得る耐炎化熱処理装置、及び同装置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〕 折返して水平走行する繊維ストランドが出入りする複数のスリットを備えると共に前記繊維ストランドの上方から垂直に熱風を送り繊維ストランドを耐炎化する熱処理室と前記熱処理室に熱風を供給する手段とを備えてなる耐炎化炉と、前記耐炎化炉の両外側に備えられた複数の折返しローラーであって前記複数のスリットから出入する繊維ストランドを折返して耐炎化炉に戻す折返しローラーとを具備する耐炎化熱処理装置において、
前記熱処理室内を走行する繊維ストランドの走行方向と平行な熱処理室側壁と繊維ストランドとの間隙、又は繊維ストランドの走行方向に平行に前記繊維ストランドと側壁との間に挿入した偏流防止板と繊維ストランドとの間隙を１５０ｍｍ以下に形成してなる耐炎化熱処理装置。

〔２〕 偏流防止板が空気透過孔を有する〔１〕請求項に記載の耐炎化熱処理装置。

〔３〕 耐炎化炉が、上方から下方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流路と、熱処理室の下方に形成された下方流路と、前記上方及び下方流路とを連通する熱風循環路とからなる〔１〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔４〕 熱風循環路中に通気抵抗部材を設けた〔３〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔５〕 熱風循環路内の上部、及び下部に熱風循環手段を設けた〔３〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔６〕 熱風循環手段がファン又はブロアーである〔５〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔７〕 ブロアーが熱風吸込み口を二つ持つシロッコブロアーである〔６〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔８〕 開口率が５０％以上の通気性部材を、熱処理室の下端に備えられた下部通気板から上方に２０ｍｍ以上離して設けた〔１〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔９〕 折返して水平走行する繊維ストランドが出入りする複数のスリットを備えると共に前記繊維ストランドの上方から垂直に熱風を送り繊維ストランドを耐炎化する熱処理室と、前記熱処理室に熱風を供給する手段とを備えてなる耐炎化炉と；前記耐炎化炉の両外側に備えられた複数の折返しローラーであって前記複数のスリットから出入する繊維ストランドを折返して耐炎化炉に戻す折返しローラーとを具備する耐炎化熱処理装置において、
前記熱処理室内を走行する繊維ストランドの走行方向と平行な側壁と繊維ストランドとの間隙、又は繊維ストランドの走行方向に平行に前記繊維ストランドと側壁との間に挿入した偏流防止板と繊維ストランドとの間隙を１５０ｍｍ以下に形成すると共に前記側壁又はスリットに加熱手段を設けてなる耐炎化熱処理装置。

〔１０〕 加熱手段が熱処理室の側壁の外側に形成した熱風通路である〔９〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔１１〕 加熱手段が熱処理室の側壁に形成したヒーターである〔９〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔１２〕 加熱手段が、複数のスリットの全部若しくは一部に設けた加熱空気を熱処理室内に供給するノズルである〔９〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔１３〕 加熱空気の温度が、熱処理室温度よりも高い温度である〔１２〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔１４〕 ノズルが、ノズルから吹出す加熱空気によりノズル周辺の空気を随伴させて熱処理室内に供給する機構を備えた〔１２〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔１５〕 ノズルを、繊維ストランドが熱処理室内に入る側のスリットのみに設ける〔１２〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔１６〕 全スリット個数に対して７０％に相当する個数の下部側のスリットの内、少なくとも１個のスリットが、空気吹出し方向を熱処理室の外方に向けたノズルを有する〔１２〕に記載の耐炎化熱処理装置。

〔１７〕 折返して水平走行する繊維ストランドの出入りするスリットを備えると共に前記繊維ストランドの上方から垂直に熱風を送り繊維ストランドを耐炎化する熱処理室と、前記熱処理室に熱風を供給する手段とを備えてなる耐炎化炉と；前記耐炎化炉の両側に備えられた複数の折返しローラーであって前記複数のスリットを出入する繊維ストランドを折返して耐炎化炉に戻す折返しローラーとを具備する耐炎化熱処理装置であって、前記熱処理室内を走行する繊維ストランドの走行方向と平行な熱処理室側壁と繊維ストランドとの間隙、又は繊維ストランドの走行方向に平行に前記繊維ストランドと側壁との間に挿入した偏流防止板と繊維ストランドとの間隙を１５０ｍｍ以下に形成すると共に、前記複数のスリットに耐炎化炉内方向に向って加熱空気を吹き出すノズルを取付けた耐炎化熱処理装置の運転方法において、
前記ノズルから供給する風速を調節することにより、最上部以外の繊維ストランドを通過する熱風風速を、最上部の繊維ストランドを通過する熱風風速の２０％以上に維持する耐炎化熱処理装置の運転方法。

（第１の形態）
以下、図１〜３を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の耐炎化熱処理装置の一例を示す概略断面正面図である。

図１中、２は耐炎化熱処理装置で、その内部に形成された熱処理室４内には多数本のストランド６が走行している（本図において、ストランドの走行方向は紙面に垂直方向である。）。前記ストランド６は互いに平行に並んで、これにより水平な１パスを形成している。更に複数（本図においては７パス）のパスが互いに所定間隔離れて上方から下方かけて配列されている。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、熱処理室４に繰り返し供給される。

熱処理室４の側壁８ａ、８ｂは、ストランド６の走行方向と平行である。一方の側壁８ａの外方には、熱風循環路１４が形成されている。前記側壁８ａと熱風循環路１４との間には空間部１６が形成されている。熱処理室４の上方熱風流路１０と下方熱風流路１２とは、前記熱風循環路１４により連通されている。上記上方熱風流路１０、下方熱風流路１２、熱風循環路１４により、熱風供給手段が構成されている。

１８はヒーターで、熱風循環路１４内に備えられている。ヒーター１４により加熱された熱風が、ファン２０により熱処理室４の上方熱風流路１０を通って熱処理室４内に送られ、次いで熱処理室４内を流下する際に、前記パスを形成して走行しているストランド６が耐炎化熱処理される。その後、熱風は下方熱風流路１２を通って熱風循環路１４の下部に送られ、ここを通って前記ヒーター１８に循環されることを繰返す。

この耐炎化熱処理装置の熱処理室４内において、側壁８ａ、８ｂとパスの両端のストランドとの間隙Ｐは１５０ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下、より好ましくは５〜２０ｍｍである。この様に間隙Ｐを１５０ｍｍ以下にすることにより、パスと側壁との間隙に熱風が集中することを防止できる。熱風は均一にパス面を通過する結果、上段のパスから下段のパスに向うに従って従来起きていた熱風の風速低下を最小限に抑制できる。

図２は、本発明の耐炎化熱処理装置の他の例を示すものである。この耐炎化熱処理装置２８は、熱処理室２２の内側壁２４ａ、２４ｂのそれぞれの外側に外側壁３０ａ、３０ｂが追加されている。内側壁２４ａと外側壁３０ａとの間、及び内側壁２４ｂと、外側壁３０ｂとの間に側壁温度低下防止用の側壁加熱手段として熱風通路２６ａ、２６ｂが形成されている。更に内側壁２４ａ、２４ｂと、パスの両端のストランドとの間隙Ｐは１５０ｍｍ以下、好ましく５０ｍｍ以下、より好ましくは５〜２０ｍｍにされる。その他の構成は図１に示した耐炎化熱処理装置と同様である。

図２に示す耐炎化熱処理装置２８は、側壁の加熱手段として熱風通路２６ａ、２６ｂが設けられているので、側壁２４ａ、２４ｂの温度低下が防止される。

なお、二重構造の側壁の間隙、即ち熱風通路２６ａ、２６ｂの幅は特に制限がないが、通常１００〜２００ｍｍとすることが好ましい。

上記耐炎化熱処理装置２８においては、熱処理室２２内を走行するストランド３２は、均一な熱負荷を受けると共に、パス全体に亘って十分な除熱がなされ、耐炎化繊維の生産性を高いものにできる。

図３は、本発明の耐炎化熱処理装置の更に他の例を示すものである。

この耐炎化熱処理装置４８は、側壁４４ａ、４４ｂの外側に加熱手段４６ａ、４６ｂを備えている。加熱手段としては特に制限がなく、電気ヒーター、スチームヒーター等が例示される。この加熱手段により熱処理室内温度と側壁温度との差を１０℃以下にできる。更に側壁４４ａ、４４ｂと、パスの両端のストランド５０との間隙Ｐを１５０ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下、より好ましくは５〜２０ｍｍにしている。

その他の構成は図１、２に示した耐炎化熱処理装置と同様である。

この加熱手段４６ａ、４６ｂを備えることにより、熱処理室内温度と側壁温度との差を１０℃以下と小さく出来、パスの両端のストランド５０の温度低下を防ぐことが出来る。

上記各耐炎化熱処理装置は、側壁とパスを構成するストランドとの間隙Ｐを１５０ｍｍ以下になるように構成したので、この間隙Ｐに熱風が集中することが無い。熱風はパス全体に亘って均一にストランド間を通過するため、上段パスから下段パスにかけての熱風の風速低下が抑制される。

なお、上記各耐炎化熱処理装置の説明においては各パスを複数のゾーンに分割していない場合を例にして説明した。図４に示すように各パス５００を複数のゾーン（図４の場合５１０、５１２の２ゾーン）に分割する場合は、各ゾーン間隔（図４においてはＬ）及びゾーンと側壁の間隔（図４においてはＭ、Ｎ）を１５０ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下、より好ましくは５〜２０ｍｍにするものである。

（第２の形態）
以下、図５〜９を参照して本発明を詳細に説明する。

図５は本発明の耐炎化熱処理装置の一例を示す概略断面図で、（Ａ）は正面斜視図、（Ｂ）は側面斜視図である。図６は同装置の平面断面図である。図７は図５(Ｂ)中Ａで示す部分の拡大図である。なお、本例においては方向を示すのに、主に図５(Ａ)を基準として、図５の紙面前方を表、紙面後方を裏、紙面に向って左、右、上、及び下などの表現を用いている。

図５中、１０２は耐炎化炉である。図５(Ａ)の耐炎化炉１０２の表から裏に向って、即ち図５(Ｂ)の左から右へ向って、１０４ａは表側外壁、１０６ａは表側内壁、１０６ｂは裏側内壁、及び１０４ｂは裏側外壁である。これら各壁には、表側外壁１０４ａから表側内壁１０６ａにかけてスリット１０８ａがパス数と同数形成されている。また、裏側外壁１０４ｂから裏側内壁１０６ｂにかけてスリット１０８ｂがパス数と同数形成されている。

耐炎化炉１０２には、図５(Ａ)の左から右へ順に、左外側壁１１２ａ、左内側壁１４ａ、右内側壁１１４ｂ、及び右外側壁１１２ｂが設けられている。

耐炎化炉１０２は、図５(Ａ)及び図５(Ｂ)に示すように、上から下へ順に、上外壁１１６ａ、上部通気板１１８ａ、下部通気板１１８ｂ、及び下外壁１１６ｂが設けられている。

上記表側内壁１０６ａ、裏側内壁１０６ｂ、左内側壁１１４ａ、右内側壁１１４ｂ、上部通気板１１８ａ、及び下部通気板１１８ｂで仕切られて熱処理室１２０が形成されている。

上記熱処理室１２０の上方（表側外壁１０４ａ、裏側外壁１０４ｂ、左内側壁１１４ａ、右内側壁１１４ｂ、上外壁１１６ａ、及び上部通気板１１８ａで囲まれた領域）には、上方流路１２２が形成されている。

上記熱処理室１２０の下方（表側外壁１０４ａ、裏側外壁１０４ｂ、左内側壁１１４ａ、右内側壁１１４ｂ、下外壁１１６ｂ、及び下部通気板１１８ｂで囲まれた領域）には、下方流路１２４が形成されている。

上記熱処理室１２０の表側半分Ｈ（図６）において、左内側壁１１４ａの外側には、熱処理室の上方流路１２２及び下方流路１２４を連通する熱風循環路１２６ａが設けられている。右内側壁１１４ｂの外側には、断熱空室１２８ａが設けられている。

この熱処理室１２０の裏側半分Ｉ（図６）は、表側半分Ｈとは対照的に構成されている。即ち、右内側壁１１４ｂの外側には、熱処理室の上方流路１２２及び下方流路１２４を連通する熱風循環路１２６ｂが設けられ、左内側壁１１４ａの外側は、断熱空室１２８ｂが形成されている。

図５（Ｂ）において、１３０はポリアクリロニトリル系繊維ストランドである。このストランド１３０は、表側外壁１０４ａから表側内壁１０６ａにかけて形成されたスリット１０８ａ、及び裏側外壁１０４ｂから裏側内壁１０６ｂにかけて形成されたスリット１０８ｂを通って熱処理室１２０内に出入りする。熱処理室１２０内においてはストランド１３０は水平に走行している。ストランド１３０は、耐炎化炉１０２の外部に配設された所定組の折返しローラー１３２ａ、１３２ｂによって折り返されて、上から下に向って複数（本図においては５パス）のパスを形成して熱処理室１２０に供給されている。

更に、各パスを構成して走行するストランドは、走行方向に平行に複数のゾーン（本図においては２ゾーン）に分割されている。各ゾーン間の間隔（図６ではパスを形成して走行しているストランド１３０の中央部の間隔Ｒ）、及び熱処理室２０の内側壁１１４ａ、１１４ｂとストランドとの間の間隔Ｓ、Ｔは、それぞれ１００ｍｍ以上、更に好ましくは１５０〜２００ｍｍである。

本例においては、これらの間隙Ｒ、間隙Ｓ、Ｔに、それぞれ偏流防止用板材１３８ａ、１３８ｂ、及び１３８ｃを設ける。偏流防止用板材は各パス毎に、上から下まで全パス（本例にあっては５パス）について設けることが好ましい。上記間隙Ｒ、Ｓ、Ｔに偏流防止用板材を設けることにより、間隙Ｒ、Ｓ、Ｔを塞ぎ、前記ゾーンを形成して熱処理室内を走行する繊維ストランドと偏流防止用板材との間隙、又は繊維ストランドの走行方向に平行に前記繊維ストランドと側壁との間に挿入した偏流防止板と繊維ストランドとの間隙を１５０ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下、より好ましくは５〜２０ｍｍに形成し、熱風風速の均一化を図るものである。

これら偏流防止用板材１３８ａ、１３８ｂ、及び１３８ｃとしては、空気透過性が無い板材、例えば無孔の平板を用いることができる。しかし、一のパス内（水平面内）における熱風風速分布をより均一なものとするには、上記偏流防止用板材３８ａ、３８ｂ、及び３８ｃとしては、パンチングプレート又は金網などの有孔の空気透過性の偏流防止用板材がより好ましい。この偏流防止用板材の開口率は、６０％以下が好ましい。

この空気透過性の板材の孔径は５ｍｍφ以上が好ましい。孔径を５ｍｍφ以上にすることにより、掃除しやすく、ストランドの毛羽が詰りにくくなる。

本発明の耐炎化熱処理装置は、各熱風循環路内部、好ましくは熱風循環路の上部及び／又は下部に熱風循環手段を設けるものである。例えば、図５(Ａ)に示すように、熱処理室１２０の上方流路１２２と熱風循環路１２６ａとの間、及び熱処理室１２０の下方流路１２４と熱風循環路２６ａとの間に熱風循環手段１４２ａ、１４２ｃを設けることができる。

これら熱風循環手段１４２ａ、１４２ｃとしては、ファンやブロアー等を用いることができる。特に、熱風吸込み口を２個持つシロッコブロアーが好ましい。

熱風循環手段１４２ｃにより熱処理室１２０の下方流路１２４から熱風循環路１２６ａに熱風を吸引回収し、回収した熱風を熱風循環手段１４２ａにより熱風循環路１２６ａから熱処理室１２０の上方流路１２２に向けて吹出す。

図５、６に示すように、熱風循環路１２６ａ、１２６ｂ中に、これら熱風循環路内を通過する熱風の風速を調節する通気抵抗部材１４０ａ、１４０ｂを設けることができる。

上記通気抵抗部材１４０ａ、１４０ｂとしては、ダンパー等を例示できる。これら通気抵抗部材１４０ａ、１４０ｂの通気抵抗（例えばダンパーの開度）を調節することにより、上記循環手段１４２ｃにより熱処理室１２０の下方流路１２４から熱風循環路１２６ａ、１２６ｂ（不図示）に熱風を吸引回収する風速、並びに、熱風循環手段１４２ａにより熱風循環路１２６ａ、１２６ｂ（不図示）から熱処理室１２０の上方流路１２２に供給する風速を調節することができる。

以上述べたように、循環手段１４２ａ、１４２ｃの出力や、通気抵抗部材１４０ａ、１４０ｂの通気抵抗を調節することにより、すべてのパスのストランドに適した熱風風速に調節することができる。

前記熱処理室１２０の下端側には、熱処理室１２０の下端側全面に亘り通気性部材１４４を、更にその下には下端側全面に亘り下部通気板１１８ｂを取付けることが好ましい。

通気性部材１４４は、開口率が５０％以上の金網、グレーチング等が好ましい。

下部通気板１１８ｂは、熱風流速を均一にすることを目的とするもので、整流効果の高いパンチングボード等が好ましい。

通気性部材１４４は、下部通気板１１８ｂの上方に２０ｍｍ以上離して設けることが好ましい。

通気性部材１４４は、耐炎化熱処理時に切断したストランドが落下して下部通気板１１８ｂに堆積し、下部通気板１１８ｂの通気口を塞ぐことを防止する。

通気性部材１４４を設けていない場合は、切れたストランドが下部通気板１１８ｂに落下し堆積する。この場合には、下部通気板１１８ｂの通気孔が塞がれ、熱風の風速が部分的に低下する。これにより耐炎化熱処理中のストランドが蓄熱し発火する。通気性部材１４４を設けることは、上記の蓄熱や発火を防止するために有効である。

本発明の耐炎化熱処理装置においては、上記のように熱処理室に出入するストランドが通過する各内壁又は外壁に形成した少なくとも１以上のスリットから空気または加熱空気を熱処理室内に吹出して供給し、又は熱処理室外に吹出すことができる。

スリットから加熱空気を供給し、又は吹出すことにより、熱処理室内の各パスを流れる加熱空気流速を調整し、加熱空気温度を制御し、パス内の温度分布を最小に制御できる。

スリットから加熱空気を熱処理室内に供給する形態としては、単にスリットを通して加熱空気を熱処理室に供給しても良い。また、スリットに沿って加熱空気を吹き出すノズルを設け、このノズルから加熱空気を供給しても良い。ノズルから加熱空気を吹出すことによりスリットにエアーカーテンが形成され、これによりスリットの気密性が高まる。

また、ノズルから吹出す加熱空気に随伴させて、外部空気をスリットを通して熱処理室内に供給することにより、熱風風速を補うようにしても良い。

図７に上記ノズルの一例を示す。図７において、２０２は熱処理室壁で、２０４はその外壁、２０６はその内壁である。前記外壁２０４から内壁２０６にかけて、スリット２０８が形成され、このスリット２０８を通してストランド２１０が熱処理室に出入りする。前記熱処理室壁２０２内の、前記スリット２０８の上方及び下方には上部加熱空気ダクト２１２、下部加熱空気ダクト２１４が設けられている。前記ダクト２１２、２１４には、これらダクトと連通する上部ノズル２１６、下部ノズル２１８がそれぞれノズル先端を熱処理室内に向けて取付けてある。前記ダクト２１２、２１４に加熱空気を供給することにより、上部ノズル２１６、下部ノズル２１８から加熱空気が熱処理室内に吹出される。上部ノズル２１６と下部ノズル２１８のノズル取付け角度は、ノズルから吹出す加熱空気が互いに交差するように調節してある。交差角度θは ６０〜１２０度が好ましい。

なお、２２０、２２２は風速調節板で、これらの調節板の取付け位置を上下することによりノズル２１６、２１８から吹出す加熱空気風速を調節できる。

図８、９に本発明において使用できるノズルの他の例を示す。図８、９において、３０２、４０２は熱処理室壁、３０８、４０８はスリットである。３１６、４１６は上部ノズル、３１８、４１８は下部ノズルである。

ノズルは、全てのスリットに取付けても良いが、一部のスリットに取付けても良い。

また、ノズルは、ノズル先端を熱処理室内に向けて取付ける以外に、熱処理室外方に向けて取付けても良い。外方に向けて取付けたノズルの吹出す空気に同伴させて、熱処理室内を流れる熱風の一部を熱処理室内から外部に放出し、これにより熱風風速を調節し、更には外気が熱処理室内に侵入することを防ぐことができる。

上記ノズル先端を熱処理室外方に向けたノズルは、全スリット個数に対して７０％に相当する個数の下部側スリットのうち、少なくとも１個のスリットに取付けられていることが好ましい。各スリット毎に設けられたこれらのノズルから吹き出す風速を調節することにより、熱風下流側の最下段パスを通過する熱風風速を、熱風上流側の最上段パスを通過する熱風風速の２０％以上、更に好ましくは３０％以上に維持できる。

また、加熱空気を吹出すノズルを、ストランドが熱処理室に入る側のスリットのみに設けても良い。この場合、ストランドが熱処理室に入る側のスリット近傍の温度低下を有効に防止できる。

ノズルから吹出す加熱空気の温度は、１５０〜３００℃が好ましい。吹出し圧力は、熱処理室２０内圧力よりも１０〜５００Ｐａ高いことが望ましい。

上記耐炎化熱処理装置は、ポリアクリロニトリル系繊維ストランドが耐炎化炉から出入するスリットに、熱風を熱処理室内に供給するノズルを設けたので、スリットから外部に熱風が漏れるのを有効に防止すると共に、熱風をノズルから供給でき、上段パスから下段パスにかけての熱風の風速低下を抑制することができる。

実施例１
図４に示す耐炎化熱処理装置を製造した。熱処理室の寸法は、縦１５ｍ、横２ｍ、高さ１．２ｍ、上方流路高さ０．５ｍ、下方流路高さ０．３ｍであった。折返しローラーを耐炎化炉の両方にそれぞれ２箇ずつ設けた。熱風循環路内にシロッコファンを上下にそれぞれ設けた。

各ゾーン間及びゾーンと内側壁との間の間隙を１ｃｍにした。側壁には電熱ヒーターを取付けた。

上記装置に、ポリアクリロニトリル系繊維ストランド（１ｄｔｅｘ、２４０００本／ストランド）を供給した。ストランド供給速度は３００ｍ／ｈｒで、最上段パスに１．１ｍ／ｓｅｃ、２６０℃の熱風を供給した。

側壁のヒーターに加える電力を制御することにより側壁温度と熱処理室内平均温度との温度差を５℃以内に制御した。これにより、中間部パスを通過する熱風風速を最上段パスを通過する熱風風速の７０％に保持できた。

実施例２
図５に示す耐炎化熱処理装置を製造した。熱処理室の寸法は、縦１５ｍ、横２ｍ、高さ１．２ｍ、上方流路高さ０．５ｍ、下方流路高さ０．３ｍであった。折返しローラーを耐炎化炉の両方にそれぞれ２箇ずつ設けた。熱風循環路内にシロッコファンを上下にそれぞれ設けた。

表側及び裏側壁にスリットをそれぞれ５個ずつ形成した。スリットには、図７に示すノズルを取付けた。加熱空気吹出し方向は熱処理室内に向けた。

幅１５ｃｍの偏流防止用板材を、各ゾーン間及びゾーンと内側壁との間に配置した。これにより間隙を１ｃｍにした。

上記装置に、ポリアクリロニトリル系繊維ストランド（１ｄｔｅｘ、２４０００本／ストランド）を供給した。ストランド供給速度は３００ｍ／ｈｒであった。最上段パスに１．１ｍ／ｓｅｃ、２６０℃の熱風を供給した。

各ノズルに２６０℃の加熱空気を１０ｍ／ｓｅｃで供給した。これにより、最下部パスを通過する熱風風速を最上段パスを通過する熱風風速の８０％に保持できた。

図１〜４はそれぞれ本発明の耐炎化熱処理装置の異なる例を示す概略断面正面図である。図５は、本発明の耐炎化熱処理装置の他の例を示す概略断面図で、（Ａ）は斜視正面図、（Ｂ）は斜視側面図ある。図６は、図５に示す耐炎化装置の断面平面図である。図７は、図５(Ｂ)に示す部分Ａの拡大図である。図８はノズルの他の例を示す概略断面図である。
図９はノズルの更に他の例を示す概略断面図である。図１０は、従来の耐炎化熱処理装置の概略を示す（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）は平面断面図である。

符号の説明

２ 耐炎化熱処理装置、４ 熱処理室、６ ストランド、８ａ及び８ｂ 側壁、１０ 上方熱風流路、１２ 下方熱風流路、１４ 熱風循環路、１６ 空間部、１８ ヒーター、２０ ファン、Ｐ 間隙、２２ 熱処理室、２４ａ及び２４ｂ内側壁、２６ａ及び２６ｂ 熱風通路、２８ 耐炎化熱処理装置、３０ａ及び３０ｂ 外側壁、３２ ストランド、４８ 耐炎化熱処理装置、４４ａ及び４４ｂ 側壁、４６ａ及び４６ｂ 加熱手段、５０ ストランド、５００ パス、５１０及び５１２ ゾーン、Ｌ 間隔、Ｍ 間隔、Ｎ 間隔、１０２ 耐炎化炉、１０４ａ 表側外壁、１０６ａ 表側内壁、１０６ｂ 裏側内壁、１０４ｂ 裏側外壁、１０８ａ及び１０８ｂ スリット、１１２ａ 左外側壁、１１４ａ 左内側壁、１１４ｂ 右内側壁、１１２ｂ 右外側壁、１１６ａ 上外壁、１１６ｂ 下外壁、１１８ａ 上部通気板、１１８ｂ 下部通気板、１２０ 熱処理室、１２２ 上方流路、１２４ 下方流路、Ｈ 表側半分、１２６ａ及び１２６ｂ 熱風循環路、１２８ａ及び１２８ｂ 断熱空室、Ｉ 裏側半分、１３０ ストランド、１３２ａ及び１３２ｂ 折返しローラー、Ｒ 間隔、Ｓ 間隔、Ｔ 間隔、１３８ａ 偏流防止用板材、１３８ｂ 偏流防止用板材、１３８ｃ 偏流防止用板材、１４２ａ 熱風循環手段、１４２ｃ 熱風循環手段、１４０ａ及び１４０ｂ 通気抵抗部材、１４４ 通気性部材、２０２ 熱処理室壁、２０４ 外壁、２０６ 内壁、２０８ スリット、２１０ ストランド、２１２ 上部加熱空気ダクト、２１４ 下部加熱空気ダクト、２１６ 上部ノズル、２１８ 下部ノズル、θ 交差角度、２２０及び２２２ 風速調節板、３０２及び４０２ 熱処理室壁、３０８及び４０８ スリット、３１６及び４１６ 上部ノズル、３１８及び４１８ 下部ノズル

Claims (14)

1. 折返して水平走行する繊維ストランドが出入りする複数のスリットを備えると共に前記繊維ストランドの上方から垂直に熱風を送り繊維ストランドを耐炎化する熱処理室と前記熱処理室に熱風を供給する手段とを備えてなる耐炎化炉と、前記耐炎化炉の両外側に備えられた複数の折返しローラーであって前記複数のスリットから出入する繊維ストランドを折返して耐炎化炉に戻す折返しローラーとを具備する耐炎化熱処理装置において、
   前記熱処理室内を走行する繊維ストランドの走行方向と平行な熱処理室側壁と繊維ストランドとの間隙を１６０〜２００ｍｍに形成し、且つ繊維ストランドの走行方向に平行に前記繊維ストランドと側壁との間に挿入した偏流防止板と繊維ストランドとの間隙を５〜１５０ｍｍに形成してなる耐炎化熱処理装置。
2. 偏流防止板が空気透過孔を有する請求項１に記載の耐炎化熱処理装置。
3. 耐炎化炉が、上方から下方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流路と、熱処理室の下方に形成された下方流路と、前記上方及び下方流路とを連通する熱風循環路とからなる請求項１に記載の耐炎化熱処理装置。
4. 熱風循環路中に通気抵抗部材を設けた請求項３に記載の耐炎化熱処理装置。
5. 熱風循環路内の上部、及び下部に熱風循環手段を設けた請求項３に記載の耐炎化熱処理装置。
6. 熱風循環手段がファン又はブロアーである請求項５に記載の耐炎化熱処理装置。
7. ブロアーが熱風吸込み口を二つ持つシロッコブロアーである請求項６に記載の耐炎化熱処理装置。
8. 開口率が５０％以上の通気性部材を、熱処理室の下端に備えられた下部通気板から上方に２０ｍｍ以上離して設けた請求項１に記載の耐炎化熱処理装置。
9. 複数のスリットの全部若しくは一部にノズルを設け、該ノズルから加熱空気を熱処理室内に供給する請求項１に記載の耐炎化熱処理装置。
10. 加熱空気の温度が、熱処理室温度よりも高い温度である請求項９に記載の耐炎化熱処理装置。
11. ノズルが、ノズルから吹出す加熱空気によりノズル周辺の空気を随伴させて熱処理室内に供給する機構を備えた請求項９に記載の耐炎化熱処理装置。
12. ノズルを、繊維ストランドが熱処理室内に入る側のスリットのみに設ける請求項９に記載の耐炎化熱処理装置。
13. 全スリット個数に対して７０％に相当する個数の下部側のスリットの内、少なくとも１個のスリットが、空気吹出し方向を熱処理室の外方に向けたノズルを有する請求項９に記載の耐炎化熱処理装置。
14. 折返して水平走行する繊維ストランドの出入りするスリットを備えると共に前記繊維ストランドの上方から垂直に熱風を送り繊維ストランドを耐炎化する熱処理室と、前記熱処理室に熱風を供給する手段とを備えてなる耐炎化炉と；前記耐炎化炉の両側に備えられた複数の折返しローラーであって前記複数のスリットを出入する繊維ストランドを折返して耐炎化炉に戻す折返しローラーとを具備する耐炎化熱処理装置であって、前記熱処理室内を走行する繊維ストランドの走行方向と平行な熱処理室側壁と繊維ストランドとの間隙を１６０〜２００ｍｍに形成し、且つ繊維ストランドの走行方向に平行に前記繊維ストランドと側壁との間に挿入した偏流防止板と繊維ストランドとの間隙を５〜１５０ｍｍに形成すると共に、前記複数のスリットに耐炎化炉内方向に向って加熱空気を吹き出すノズルを取付けた耐炎化熱処理装置の運転方法において、
    前記ノズルから供給する風速を調節することにより、最上部以外の繊維ストランドを通過する熱風風速を、最上部の繊維ストランドを通過する熱風風速の２０％以上に維持する耐炎化熱処理装置の運転方法。

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