KR101429382B1 - Furnace for manufacturing carbon fiber - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 내염화 처리된 탄소 섬유가 통과하는 탄화로; 상기 탄화로의 입구 및 출구 측에 각각 설치되는 적어도 하나의 제1 및 제2 배기 라인; 및 상기 각각의 제1 및 제2 배기 라인에 설치되어 상기 탄화로의 입구 및 출구 측의 내부 압력을 조절하는 적어도 하나의 제1 및 제2 댐퍼; 를 포함하는 탄소 섬유 제조용 탄화로를 제공한다.The present invention relates to a carbonization furnace through which a chlorinated carbon fiber passes; At least one first and second exhaust lines respectively installed at an inlet and an outlet of the carbonization furnace; And at least one first and second dampers installed in each of the first and second exhaust lines to adjust an internal pressure at the inlet and outlet sides of the carbonization furnace; And a carbonaceous furnace for producing carbon fibers.
Description
본 발명은 탄소 섬유 제조용 탄화로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 배기 라인을 탄화로의 입구 및 출구 측에 각각 설치하고, 상기 각각의 배기 라인에 댐퍼를 설치하여 탄화로의 내부 압력을 조절할 수 있도록 구성되어 고물성 및 고품질의 탄소 섬유를 제조할 수 있도록 한 탄소 섬유 제조용 탄화로에 관한 것이다.
The present invention relates to a carbonization furnace for producing carbon fiber, and more particularly, to a carbonization furnace for producing carbon fiber, which comprises a gas exhaust line installed at an inlet and an outlet of a carbonization furnace, To a carbon furnace for producing carbon fibers capable of producing high-quality and high-quality carbon fibers.
일반적으로, 탄소 섬유는 고강도 및 고탄성 등 뛰어난 기계적인 특성에 의하여 스포츠 용품, 레저 용품 또는 우주 항공 장비 등의 제조에 유용하게 사용되고 있다.In general, carbon fibers are used for manufacturing sports goods, leisure goods, space aerial equipment and the like due to excellent mechanical properties such as high strength and high elasticity.
종래의 탄소 섬유는 셀룰로오스, 폴리 아크릴로니트릴 등의 유기 섬유를 불활성가스 중에서 고온으로 구워서 만드는 방식으로 제조된다. 이 중에서 아크릴계 섬유를 소성하고 얻어지는 소위 PAN계 탄소 섬유는 품질이 우수하고 균일한 제품을 안정되게 제조할 수 있어 공업적 용도로 널리 활용되고 있다.Conventional carbon fibers are produced by baking organic fibers such as cellulose, polyacrylonitrile and the like in an inert gas at a high temperature. Among them, the so-called PAN-based carbon fiber obtained by firing the acrylic fiber is widely used for industrial purposes because it can stably produce a uniform product with excellent quality.
이러한 아크릴계 섬유를 이용한 PAN계 탄소 섬유의 제조 공정은, 아크릴계 섬유를 안정한 구조를 갖는 섬유로 전환시키는 내염화 또는 산화 공정과, 내염화 처리된 섬유를 탄화로에서 열처리하는 탄소화 공정으로 이루어질 수 있다.The production process of the PAN-based carbon fiber using the acrylic fiber can be performed by a chlorination or oxidation process for converting the acrylic fiber into a fiber having a stable structure and a carbonization process for heat-treating the chlorinated fiber in the carbonization furnace .
여기서, 탄소화 공정이 이루어지는 탄화로는 일반적으로 횡형로가 많이 사용되고 있다. 탄소화 처리시에는 수분이 기화되고 탈가스 반응이 일어나게 되어 탄화로 내부나 가스 배기 라인에 열분해 생성물이 냉각되어 응축될 수 있다.Here, as the carbonization furnace in which the carbonization process is performed, a horizontal furnace is generally used. In the carbonization process, moisture is vaporized and a degassing reaction occurs, so that the pyrolysis product can be cooled and condensed in the carbonization furnace or the gas exhaust line.
이러한 응축물은 타르 등으로 오염되고 심한 경우 섬유에 부착되어 섬유의 물성이나 품위를 저하시키는 원인이 될 수 있다. 더불어, 탄화로의 배기 라인이 상기 타르 등의 성분에 의해 폐색되거나 심하게는 막히게 되면서 유해성 가스가 탄화로 외부로 유출될 수 있다. 이 경우, 불가피하게 탄화로의 작동이 중지되어 탄소 섬유의 연속적인 제조가 불가능해질 수 있다.
Such condensate may be contaminated with tar or the like and, in severe cases, adhere to the fiber, which may cause deterioration of the physical properties and quality of the fiber. In addition, the exhaust line of the carbonization furnace is clogged or severely clogged by the components of tar or the like, so that the harmful gas can be leaked to the outside of the carbonization furnace. In this case, the operation of the carbonization furnace is inevitably interrupted, and continuous production of carbon fibers may become impossible.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 탄화로의 입구 및 출구 측의 내부 압력을 적절히 조절하는 것에 의해, 탄화로 내부에서 발생되는 유해성 배기 가스를 외부로 용이하게 배출될 수 있도록 하고, 유해성 배기 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있는 탄소 섬유 제조용 탄화로를 제공하는데 그 주된 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification apparatus capable of easily discharging hazardous exhaust gas generated in the inside of a carbonizer to the outside, There is a main purpose of providing a carbon furnace for producing carbon fibers which can prevent exhaust gas from leaking.
본 발명의 일 측면은, 내염화 처리된 탄소 섬유가 통과하는 탄화로; 상기 탄화로의 입구 및 출구 측에 각각 설치되는 제1 및 제2 배기 라인; 및 상기 각각의 제1 및 제2 배기 라인에 설치되어 상기 탄화로의 입구 및 출구 측의 내부 압력을 조절하는 제1 및 제2 댐퍼; 를 포함하는 탄소 섬유 제조용 탄화로를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a carbonization furnace comprising: a carbonization furnace through which a chlorinated carbon fiber passes; First and second exhaust lines respectively installed at an inlet and an outlet of the carbonization furnace; And first and second dampers installed in the first and second exhaust lines to adjust internal pressures at the inlet and outlet sides of the carbonization furnace; And a carbonaceous furnace for producing carbon fibers.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 탄화로의 상측에는 상기 내염화 처리된 탄소 섬유를 열처리하기 위한 연소 장치가 구비되고, 상기 제1 및 제2 배기 라인은 상기 연소 장치와 수직으로 연결될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a combustion device for heat-treating the chlorinated carbon fiber is provided on the carbonization furnace, and the first and second exhaust lines may be connected to the combustion device vertically.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 탄화로는 상기 탄화로의 입구 및 출구 측에 각각 설치되는 제1 및 제2 씰링 챔버를 더 포함할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the carbonization furnace may further include first and second sealing chambers respectively installed at an inlet and an outlet of the carbonization furnace.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 탄화로의 입구 및 출구 측에 각각 배기 라인을 설치하여 탄화로의 입구 및 출구 측의 내부 압력을 적절히 조절하는 것에 의해, 탄화로 내부에서 발생되는 유해성 배기 가스를 외부로 용이하게 배출할 수 있으며, 유해성 배기 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, exhaust lines are provided at the inlet and the outlet of the carbonization furnace, respectively, to appropriately adjust the internal pressures at the inlet and the outlet of the carbonization furnace, so that the harmful exhaust gas generated inside the carbonization furnace It can be easily discharged to the outside, and the hazardous exhaust gas can be prevented from leaking.
이에 탄화로의 장기 운전시 유해성 가스 중에 포함된 타르 등의 성분에 의해 배기 라인이 폐색되거나 또는 막히게 되는 것을 방지하여 보풀, 실 파손 및 융착 등의 결점이 현저하게 감소한 고물성 및 고품질의 탄소 섬유를 제조할 수 있는 효과가 있다.
Therefore, it is possible to prevent the exhaust line from being blocked or clogged by components such as tar contained in the harmful gas during long-term operation of the carbonization furnace, and to provide a high-quality and high-quality carbon fiber in which defects such as nappy, There is an effect that can be manufactured.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 탄화로를 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.
1 is a cross-sectional view schematically showing a carbon furnace according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
본 발명의 실시 예는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, to include an element throughout the specification does not exclude other elements unless specifically stated otherwise, but may include other elements.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 탄화로를 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a carbon furnace according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태는, 탄화로(10), 제1 및 제2 배기 라인(31, 32) 및 제1 및 제2 댐퍼(41, 42)를 포함한다.As shown in Fig. 1, the present embodiment includes a
섬유사(1)는 탄화로(10)의 입구(I)를 통해 탄화로(10)의 내부로 공급되고, 탄화로(10) 내부에서 탄화가 이루어진 다음 탄화로(10)의 출구(O)를 통해 배출될 수 있다. 탄화로(10)의 상측에는 내염화 처리되어 공급된 섬유사(1)를 적절한 온도로 열처리할 수 있도록 연소 장치(50)가 구비될 수 있다.The fiber yarn 1 is supplied to the interior of the
탄화로(10)는 내부가 불활성가스로 충진된 상태, 즉 불활성가스 분위기로 유지될 수 있다. 이러한 탄화로(10)의 입구(I) 및 출구(O) 측에는 불활성가스 공급 라인(미도시)을 구비한 제1 및 제2 씰링 챔버(21, 22)가 구비될 수 있다. 제1 및 제2 씰링 챔버(21, 22)는 탄화로(10) 내부의 분위기를 씰링하는 역할을 할 수 있다.The
그리고, 제1 및 제2 배기 라인(31, 32)은 탄화 과정에서 탄화로(10) 내부에 발생된 유기 및 타르 등을 포함하는 유해성 배기 가스를 흡입하여 외부로 배출시키는 역할을 수행한다.The first and
이때, 제1 및 제2 배기 라인(31, 32)에는 제1 및 제2 댐퍼(41, 42)가 각각 설치되어 탄화로(10)의 입구(I) 및 출구(O) 측의 내부 압력을 조절하여, 탄화로(10) 내부에서 발생되는 유해성 배기 가스가 외부로 용이하게 효과적으로 배출될 수 있도록 하고, 유해성 배기 가스가 누출되는 것을 방지하여 탄화로(10)의 장기 운전시 유해성 가스 중에 포함된 타르 등의 성분에 의해 제1 및 제2 배기 라인(31, 32)이 폐색되거나 또는 막히게 되는 것을 방지하여 섬유사(1)의 보풀, 실 파손 및 융착 등의 결점을 현저하게 줄일 수 있다.At this time, first and
한편, 본 실시 형태에 사용되는 섬유사(1)는 산화 처리된 섬유, 예컨대 아크릴계 섬유가 바람직하다. 상기 아크릴계 섬유의 성분으로 적어도 95 몰%의 아크릴로니트릴과 적어도 5 몰% 이하의 내염화 촉진 성분을 포함한 것을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.On the other hand, the fiber yarn 1 used in the present embodiment is preferably an oxidized fiber such as acrylic fiber. As the component of the acrylic fiber, at least 95 mol% of acrylonitrile and at least 5 mol% of a chloride-promoting component may be used, but the present invention is not limited thereto.
또한, 상기 내염화 촉진 성분으로 비닐기 함유 화합물이 되는 공중합체가 사용될 수 있다. 상기 비닐기 함유 화합물로는 아크릴산, 메타크릴산 또는 이타콘산 등이 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Further, a copolymer which becomes a vinyl group-containing compound as the above-described chloride attack promoting component may be used. Examples of the vinyl group-containing compound include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, and the like, but the present invention is not limited thereto.
또한, 필요시 상기 내염화 촉진 성분은, 그 일부 또는 잔량을 암모니아 중화한 아크릴산, 메타크릴산이나 이타콘산의 암모늄으로 이루어진 공중합체로 사용할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.If necessary, the anti-chloride-promoting component may be used as a copolymer composed of acrylic acid, methacrylic acid or ammonium itaconic acid in which a part or the remaining amount thereof is neutralized with ammonia, but the present invention is not limited thereto.
상기 아크릴계 전구체 섬유의 방사 원액은 용액 중합법, 현탁 중화법 또는 유화 중합법 등에 의해 수득할 수 있다.The spinning stock solution of the acrylic precursor fiber can be obtained by a solution polymerization method, a suspension neutralization method, an emulsion polymerization method or the like.
이때, 상기 방사 원액의 용매로서는 유기 또는 무기 용매를 사용할 수 있으며, 유기 용매로서는 디메틸 설폭시드(dimethyl sulfoxide), 디메틸 포름아미드(dimethyl formamide) 디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide) 등을 사용할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The organic solvent may be dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide, or dimethyl acetamide. The organic solvent may be an organic solvent or an organic solvent. The organic solvent may be dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide, dimethyl acetamide, But is not limited thereto.
이때, 방사 방법으로는 건습식 방사 또는 습식 방사 중 하나가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 평활한 표면을 얻기 쉬우며 고물성의 탄소 섬유를 얻을 수 있는 건습식 방사가 사용될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.As the spinning method, one of dry spinning or wet spinning can be used. Preferably, dry spinning spinning which can easily obtain a smooth surface and obtain high-quality carbon fibers can be used. However, But is not limited thereto.
이렇게 상기 방사 공정으로부터 얻어진 전구체 섬유를 내염화한 다음 본 실시 형태에 의한 탄화로(10)를 통해 예비 탄화를 거친 후 탄소화를 실시하여 고물성 및 고품질의 탄소 섬유를 제조할 수 있다.The precursor fibers obtained from the spinning process are thus chlorinated, carbonized through the
즉, 본 실시 형태의 아크릴계 섬유를 이용한 PAN계 탄소 섬유의 제조 공정은, 아크릴계 섬유를 공기 중 300 ℃ 이하의 산화성 분위기 하에서 미리 가열하고, 아크릴 섬유를 구성하는 고분자 쇠사슬을 산화시키는 것과 동시에 니트릴기를 환원시키고, 가스 버너의 불길에 쬐어도 연소되지 않는 열적으로 안정한 구조를 갖는 섬유로 전환시키는 내염화 또는 산화 공정과, 본 실시 형태의 구조를 갖는 탄화로에서 400 ℃ 이상의 불활성 가스 분위기 하에서 열처리하는 탄소화 공정으로 이루어질 수 있다.That is, in the manufacturing process of the PAN-based carbon fiber using the acrylic fiber of the present embodiment, the acrylic fiber is preliminarily heated in the air in an oxidizing atmosphere at 300 DEG C or less in the air to oxidize the polymer chains constituting the acrylic fiber, A chlorination or oxidation process for converting a carbonized material into a fiber having a thermally stable structure that does not burn even when exposed to a flame of a gas burner and a carbonization process in which a heat treatment is performed in a carbonization furnace having the structure of this embodiment at 400 ° C. or more in an inert gas atmosphere Process.
본 발명은 상술한 실시 형태에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구 범위에 의해 한정하고자 한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments but is intended to be limited by the appended claims.
따라서, 청구 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.
1 ; 섬유사 10 ; 탄화로
21, 22 ; 제1 및 제2 씰링 챔버
31, 32 ; 제1 및 제2 배기 라인
41, 42 ; 제1 및 제2 댐퍼
50 ; 연소 장치One ; Fiber
21, 22; The first and second sealing chambers
31, 32; The first and second exhaust lines
41, 42; The first and second damper
50; Combustion device
Claims (3)
상기 탄화로의 입구 및 출구 측에 각각 수직 방향으로 설치되어 있는 적어도 하나의 제1 및 제2 배기 라인; 및
상기 탄화로의 입구 및 출구 측에 각각 설치되어 있는 제1 및 제2 씰링 챔버로 구성되어 있는 탄소 섬유 제조용 탄화로에 있어서,
상기 각각의 제1 및 제2 배기 라인에 설치되어 상기 탄화로의 입구 및 출구 측의 내부 압력을 조절하는 적어도 하나의 제1 댐퍼 및 제2 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 제조용 탄화로.A carbonization path through which the chlorinated carbon fiber passes;
At least one first and second exhaust lines installed vertically at the inlet and outlet sides of the carbonization furnace, respectively; And
And a first and a second sealing chambers respectively provided at an inlet and an outlet of the carbonization furnace,
And at least one first damper and a second damper installed in each of the first and second exhaust lines for adjusting an internal pressure of the inlet and the outlet of the carbonization furnace.
상기 탄화로의 상측에는 상기 내염화 처리된 탄소 섬유를 열처리하기 위한 연소 장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 제조용 탄화로.
The method according to claim 1,
And a combustion device for heat-treating the chlorinated carbon fiber is provided on the upper side of the carbonization furnace.
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