阅读说明：本技术 碳纤维的制造方法 (Method for producing carbon fiber ) 是由 泷浩辅 上田浩臣 小西弘之 于 2018-03-08 设计创作，主要内容包括：一种碳纤维的制造方法,具有碳纤维制造工序和排出气体处理工序；前述碳纤维制造工序至少具有：耐火化工序,使热风循环,对前体纤维进行耐火化处理,而得到耐火化纤维；以及碳化工序,对耐火化纤维进行碳化处理,而得到碳纤维；前述排出气体处理工序中,通过排出气体燃烧装置,对至少来自耐火化工序、碳化工序的排出气体进行燃烧处理；其中,前述排出气体燃烧工序由以下的工序构成：热交换工序,将从排出气体燃烧装置排出的处理后排出气体与通常外部气体进行热交换,而制成加热外部气体；外部气体混合工序,将加热外部气体与通常外部气体混合,而制成混合外部气体；以及混合外部气体供给工序,将混合外部气体向碳纤维制造工序中的使用加热气体的工序的至少一者供给；分别将排出气体中发热量为250kcal/Nm<Sup>3</Sup>以上的高发热量排出气体向排出气体燃烧装置入口侧供给,将发热量低于150kcal/Nm<Sup>3</Sup>的低发热量排出气体向排出气体燃烧装置出口侧供给。提供使用能量损失小的排出气体燃烧装置而经济性地制造的碳纤维的方法。(A method for producing carbon fiber, comprising a carbon fiber production step and an exhaust gas treatment step; the carbon fiber production step includes at least: a flame-resistant step of circulating hot air to subject the precursor fiber to flame-resistant treatment to obtain a flame-resistant fiber; and a carbonization step of carbonizing the refractory fibers to obtain carbon fibers; in the exhaust gas treatment step, the exhaust gas from at least the tempering step and the carbonization step is subjected to a combustion treatment by an exhaust gas combustion device; wherein the exhaust gas burning step comprises the steps of: a heat exchange step of exchanging heat between the treated exhaust gas discharged from the exhaust gas combustion apparatus and normal external air to produce heated external air; an outside air mixing step of mixing the heated outside air with the normal outside air to prepareTo form mixed external gas; and a mixed external gas supply step of supplying the mixed external gas to at least one of the steps of using a heated gas in the carbon fiber production step; the calorific value in the exhaust gas was 250kcal/Nm 3 Supplying the exhaust gas with high calorific value to the inlet side of the exhaust gas combustion device, and making the calorific value lower than 150kcal/Nm 3 The low calorific value exhaust gas of (2) is supplied to the outlet side of the exhaust gas combustion apparatus. Provided is a method for economically producing carbon fibers by using an exhaust gas combustion device having a small energy loss.)

碳纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及使用特定的排气处理装置的碳纤维的制造方法。

背景技术

碳纤维有效利用比强度、比弹性模量高、比电阻低、耐化学性等优异，作为纤维强化树脂的加强纤维原材料而被用于多种用途。碳纤维例如在使用聚丙烯腈系纤维（以下记作PAN系纤维）作为前体纤维的情况下，例如主要通过下述的工序而制造。

即，经过下述工序而制造：从PAN系纤维卷装物解舒纱条的工序；用耐火化炉在空气等氧化性气体中、以200～300℃的温度对前体纤维进行耐火化处理而得到耐火化纤维的耐火化工序；用碳化炉在非活性环境中、以300～2000℃的温度对耐火化纤维进行碳化处理而得到碳纤维的碳化工序；根据需要进一步以高温进行处理的石墨化工序；对所得碳纤维进行表面处理的表面处理工序；赋予上浆剂的上浆剂赋予工序；对进行了上浆赋予的碳纤维进行干燥的工序；卷取工序。

在该耐火化工序、碳化工序等中，通过在高温炉内对纤维进行加热处理，在各工序中得到期望的纤维物性。此时，前体纤维中包含的杂质等在高温炉中分解・挥发。为了防止因这些而导致的炉内的污染、因向纤维附着而导致的品质・品位降低，进行炉内气体的排出以及相当于排出量的气体的供给，对所排出的气体进行燃烧处理。

现有技术文献

专利文献

对于包含在高温炉中分解・挥发的杂质的排出气体的分解，大概需要500～1300℃的加热，在燃烧处理中，例如大多使用在用砖等区划的室内，使火焰直接与排出气体接触而进行分解处理的直接燃烧式的排出气体燃烧装置，提出了对于该气体在直接燃烧式的排出气体处燃烧装置中的分解而言有效的结构（专利文献1）。即，在该专利文献1中，公开了优选的是，在近似圆筒状的排气的燃烧处理炉中，具有多个导入排气的管道，至少一个管道以使得气体形成旋转流的方式导入处理室，形成旋转流的气体与形成中心流的气体的发热量等处于一定的关系。

此外，对燃烧处理后的高温的处理气体，期望用热交换器等来回收废热，提出了碳纤维制造中的各高温炉的排出・供给流程（专利文献2）。

专利文献1：日本特开2006－308275号公报

专利文献2：日本特开2009－174078号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

然而，本发明人进行研究发现，在专利文献1记载的装置中，所供给的气体的供给位置与燃烧的稳定性密切相关，如果不考虑位置，则在极端的情况下，燃烧装置内的火焰变得不稳定，存在工序的状态变动的问题。此外，离开排出气体燃烧装置的处理气体在高温状态下被排出至大气，因此存在能够回收剩余的废弃热的余地。

在专利文献2中记载的方法中，尽管具有用于向碳纤维制造工序供给的废热回收的效果，但从耐火化炉或碳化炉排出的气体未经分类而与排出气体燃烧装置连接，未公开根据多种排出气体所具有的热量而变更向排出气体燃烧装置的供给位置的思想。

本发明为了改善前述技术，目的在于使用能量损失小的排出气体燃烧装置而经济性地制造碳纤维的方法。

用来解决课题的手段

本发明的碳纤维的制造方法为了解决上述课题，具有以下的（1）、（2）中的任一个结构。即，

（1）一种碳纤维的制造方法，具有碳纤维制造工序和排出气体处理工序；前述碳纤维制造工序至少具有：耐火化工序，使热风循环，对前体纤维进行耐火化处理，而得到耐火化纤维；碳化工序，对耐火化纤维进行碳化处理，而得到碳纤维；上浆剂赋予工序，对碳纤维赋予上浆剂；以及干燥工序，在上浆剂赋予工序后，进行干燥；前述排出气体处理工序中，通过排出气体燃烧装置，对至少来自耐火化工序、碳化工序以及干燥工序的排出气体进行燃烧处理；其中，前述排出气体燃烧工序由以下的工序构成：热交换工序，将从排出气体燃烧装置排出的处理后排出气体与通常外部气体进行热交换，而制成加热外部气体；外部气体混合工序，将加热外部气体与通常外部气体混合，而制成混合外部气体；以及混合外部气体供给工序，将混合外部气体向碳纤维制造工序中的使用加热气体的工序的至少一者供给；分别将排出气体中发热量为250kcal/Nm³以上的高发热量排出气体向排出气体燃烧装置入口侧供给，将发热量低于150kcal/Nm³的低发热量排出气体向排出气体燃烧装置出口侧供给；

或，

（2）一种碳纤维的制造方法，具有碳纤维制造工序和排出气体燃烧工序；前述碳纤维制造工序至少具有：耐火化工序，使热风循环，对前体纤维进行耐火化处理，而得到耐火化纤维；以及碳化工序，对耐火化纤维进行碳化处理，而得到碳纤维；前述排出气体燃烧工序中，通过排出气体燃烧装置，对至少来自耐火化工序、碳化工序的排出气体进行燃烧处理；其中，前述排出气体燃烧工序由以下的工序构成：热交换工序，将从排出气体燃烧装置排出的处理后排出气体与通常外部气体进行热交换，而制成加热外部气体；外部气体混合工序，将加热外部气体与通常外部气体混合，而制成混合外部气体；以及混合外部气体供给工序，将混合外部气体向碳纤维制造工序中的使用加热气体的工序的至少一者供给；分别将排出气体中发热量为250kcal/Nm³以上的高发热量排出气体向排出气体燃烧装置入口侧供给，将发热量低于150kcal/Nm³的低发热量排出气体向排出气体燃烧装置出口侧供给。

在此，排出气体的发热量如下所述地测定。

＜排出气体的发热量的测定方法＞

如图2所示那样，将想要测定发热量的气体、20℃的空气、和液化天然气（以下记作LNG）用配管连接于发热量的测定装置，在排出气体燃烧装置出侧设置诱导鼓风机而进行抽吸，由此向排出气体燃烧装置内供给气体。供给LNG和辅助燃烧的空气，排出气体的风量以其变动系数成为20%以下的方式进行供给。使用燃烧器而燃烧，以排出气体处理后的气体温度成为800℃的方式调节LNG的风量。另外，以排出气体燃烧装置内成为－4.0kPa的方式用诱导鼓风机进行抽吸，燃烧后的处理气体向大气释放。

在处理气体、空气和LNG各自的配管安装K热电偶、差压（孔板）流量计和手动阀，并且以没有从配管和排出气体燃烧装置放热的方式进行隔热。在该状态下，使用以下的式子，连续地测定排出气体所具有的发热量。

通过像这样调整，可以确认测定中的LNG的风量稳定，燃烧的火焰的状态也稳定。

另外，式中的Nm³表示0℃、1个大气压状态下的体积（m³）。

发明的效果

根据本发明的碳纤维的制造方法，将对排出气体处理而言必要的燃料抑制为最小限度，且有效率地利用燃烧处理后的处理气体所具有的能量，能够经济地制造碳纤维。

附图说明

图1是示出本发明所涉及的气流的一例的概略平面图。

图2是示出排出气体中包含的发热量的测定装置的概略平面图。

具体实施方式

本发明的碳纤维的制造方法具备至少由碳纤维制造工序和排出气体处理工序构成的工序。

在图1中说明本发明的一个实施方式例的排出气体处理工序。

排出气体处理工序如果进一步细分，则由排出气体燃烧工序、热交换工序、混合外部气体供给工序构成。排出气体燃烧工序是通过由排出气体燃烧装置（1、2的总称）、热交换器4、混合外部气体供给装置（12、13、14）构成的排出气体处理装置来处理・再利用排出气体的工序。

在排出气体燃烧工序中，在将排出气体进行燃烧处理的直接燃烧式的排出气体燃烧装置（1、2），连接有来自碳纤维制造工序的排出气体流路（7、8），进而设置有供给排出气体燃烧用的燃料的燃料供给路3、和辅助燃烧的气体流路11。

在热交换工序中，借助热交换器4而在从排出气体燃烧装置（1、2）送出的处理气体与外部气体之间进行热交换。由排出气体燃烧装置（1、2）处理的处理气体通过处理气体流路5而被向热交换器4供给，外部气体通过流路15而被向热交换器4供给，并且由热交换器4进行了热交换，被加热了的外部气体（加热外部气体）从加热外部气体供气路12排出。

混合外部气体供给工序由使未经过热交换器4的外部气体（通常外部气体）通过的通常外部气体供气路13、和使与来自加热外部气体供气路12的加热外部气体混合而形成的混合外部气体通过的混合外部气体供气路14构成。

（碳纤维制造工序）

本发明中的碳纤维制造工序例如由以下的工序构成。在本发明中，其中耐火化工序和碳化工序是必须的工序。

（耐火化工序）

在本发明中，作为前体纤维，使用PAN系纤维，在耐火化工序中，在空气等氧化性气体中、以200～300℃的温度对前体纤维进行耐火化处理，而制成耐火化纤维。

（碳化工序）

在碳化工序中，在非活性环境中、以300～2000℃的温度对耐火化纤维进行碳化处理，而制成碳纤维。

（表面处理工序）

对通过碳化工序而得到的碳纤维，进一步根据需要，为了赋予与树脂的粘接性而实施表面处理。作为表面处理的方法，只要是能够赋予与树脂的粘接性的方法，则没有特别限定，可以举出例如臭氧氧化等干式法、在电解液中进行电解表面处理的湿式法。

（上浆剂赋予工序）

对经表面处理的碳纤维，进一步根据需要而赋予上浆剂。在上浆剂中，具有提高碳纤维的处理性、与树脂的亲和性的作用。

作为上浆剂的种类，只要能够得到期望的特性则没有特别限定，可以举出例如以环氧树脂、聚醚树脂、环氧改性聚氨酯树脂、聚酯树脂为主成分的上浆剂。

本发明的碳纤维优选其丝数通常为1000～70000根、其单纱的等效圆直径为4μm～10μm的范围。特别地，3000～50000根、4.5μm～8.5μm的碳纤维从其生产率、碳纤维的特性方面出发是进一步优选的。此外，为了提高所得碳纤维的强度，对前体纤维赋予的表面活性剂优选耐热性良好，没有特别限定，例如赋予了包含氨基改性硅酮系的化合物的表面活性剂的情况下能够效率良好地处理硅酮化合物的热分解物，具有所得碳纤维的特性特别是拉伸强度等的提高和稳定性的效果，优选使用。本发明中使用的硅酮油剂的耐热残留率r优选为20%以上、进一步优选为40%以上。本发明中的耐热残留率是指将硅酮在240℃的空气中进行60分钟热处理后，接着在450℃的氮气中进行30秒热处理后的残留率。即，向直径为约60mm、高度为约20mm的铝制的容器中采集油剂（乳液或溶液的情况下为乳液或溶液）约1g，在空气中、以105℃干燥5小时，以干燥后的质量基准，在下述条件下通过TG（热天平）以样品量：15～20mg、空气中热处理空气流量：30ml/分钟、升温速度：以10℃/分钟升温，到达240℃后将温度设为恒定进行60分钟热处理，将环境变更为氮气并保持5分钟，氮气中以热处理氮气流量：30ml/分钟，升温速度：10℃/分钟升温至450℃，在450℃保持30秒保持，将此时的质量保持率设为耐热残留率r。

作为这样的油剂的例子，可以举出例如包含以在侧链上具有－NH－CH₂－CH₂－NH₂的官能团的氨基改性二甲基硅酮为主成分的环氧改性硅酮等改性硅酮、和分散介质的油剂。

（干燥工序）

通常上浆剂与水等溶剂、分散剂一起被赋予，赋予后使溶剂、分散介质等干燥而去除。

（排出气体处理工序）

本发明的排出气体处理工序由排出气体燃烧工序、热交换工序和混合外部气体供气工序构成。所谓碳纤维制造工序6中的排出气体例如有：在进行耐火化前的纱条的加热等的情况下空气或氮气为主成分且有可能包含来自纱条的分解物的加热气体；耐火化炉的排出气体；从一级以上的碳化炉各自排出的排出气体；来自表面处理工序的排出气体；使经表面处理的纱条、经上浆处理的纱条干燥而得到的排出气体等。

排出气体燃烧工序是下述工序：在从碳纤维制造工序6排出的前述排出气体之中，以热量大的排出气体、优选向大气排出前将气体分解的排出气体为中心，以耐火化工序的排出气体、碳化工序的排出气体、上浆剂赋予纤维的干燥工序的排出气体作为必须的对象，使它们燃烧，并将该排出气体中包含的氰化合物、氨、一氧化碳、焦油成分等进行分解处理；排出气体燃烧装置构成为与通过燃料供给路3以及送风机10而送入的空气等气体混合・燃烧，所述燃料供给路3是供给用于使排出气体燃烧的燃料的路径。

前述排出气体燃烧装置的特征在于，在其入口侧连接有燃料供给路3和用于供给排出气体中的发热量为250kcal/Nm³以上的高发热量排出气体的排出气体供给路7，在其出口侧连接有用于供给排出气体中的发热量低于150kcal/Nm³的低发热量排出气体的排出气体供给路8。

从碳纤维制造工序排出的排出气体中的发热量为250kcal/Nm³以上的高发热量排出气体被供给给排出气体燃烧装置入口侧1。通过燃料和辅助燃烧的气体，利用对该排出气体进行燃烧处理时的发热量而形成火焰。接着，从连接在比排出气体燃烧装置入口侧靠出口侧的排出气体供给路8，供给发热量低于150kcal/Nm³的低发热量排出气体。另外，在本发明中，发热量为150kcal/Nm³以上且低于250kcal/Nm³的排出气体供给给入口侧和出口侧的哪一方在能量上没有显著差异，可以确认作业性、工序的稳定性而决定供给位置。

发热量如果工序和其制造条件确定，则不会大幅变动，因此按照从预先测定了发热量的工序排出的气体的发热量，分开供给给入口侧和出口侧。

此外，在图1中，出口侧的供给路图示为设置在排出气体燃烧装置（1、2）的截面积大于入口侧的供给路的截面积的位置，但截面积也可以相同或更小。

燃料的供给量优选进行控制以使得燃烧装置内的温度对于上述杂质的分解而言成为最佳，另一方面，所供给的辅助燃烧的气体和燃料优选以通过预先实验等而确定为燃烧效率成为最佳的比率进行供给的方式，将流量比率控制为恒定。辅助燃烧的气体能够使用通常的外部气体。此外，还优选使用以空气为主成分的排出气体的一部分，在该情况下，在以相对于燃料使用量而言的理论空燃比为中心±10%的范围供给排出气体，除此之外的排出气体需要在其发热量为250kcal/Nm³以上的情况下从排出气体燃烧装置入口侧1供给、低于150kcal/Nm³的情况下需要从排出气体燃烧装置出口侧2供给给排出气体燃烧装置（1、2）。

在此，以空气为主成分的排出气体是指空气成分为95%以上、其余包含可燃性气体、分解气体的排出气体。

作为以空气为主成分的排出气体的例子，为将前体纤维解舒后进行加热处理而得到的空气排出气体、耐火化工序的排出气体、表面处理工序的排出气体、上浆剂赋予碳纤维的干燥工序的排出气体。作为送风机10，没有特别限定，考虑到设置场所、排出气体的温度和风量等而适当选择。另外，辅助燃烧的气体的取入口可以根据前述排出气体燃烧装置（1、2）的规格等而设置在排出气体供给路（7、8）。

在此，排出气体燃烧装置入口侧1是指排出气体燃烧装置（1、2）的入口侧的端面以及从端面沿着机器长度方向100cm以内的区域，排出气体燃烧装置出口侧2是指从排出气体燃烧装置（1、2）的入口侧的端面沿着机器长度方向离开150cm以上的区域。通过向距排出气体燃烧装置（1、2）的端面100cm以内的区域供给高发热量排出气体，能够在火焰的更靠近根部处供给高发热量排出气体，能够削减用于形成火焰的燃料。此外，通过从排出气体燃烧装置（1、2）的端面沿着机器长度方向离开150cm以上的位置供给低发热量排出气体，在所形成的火焰充分扩散的地点供给低发热量排出气体，因此能够确保与火焰的接触时间变长，能够提高分解效率。

排出气体燃烧装置的入口侧1和出口侧2不需要例如通过截面积的变化、部件的组合等而在物理上区分，仅是由距排出气体燃烧装置的端面的距离而定义。入口侧的高发热量排出气体供给孔的位置在入口侧的区域之中，优选为从排出气体燃烧装置的入口侧1的端面沿着机器长度方向50cm以内。此外，出口侧的低发热量排出气体供给孔的位置需要从排出气体燃烧装置（1、2）的端面离开150cm以上，最优选从入口侧的高发热量排出气体供给孔离开150cm以上的位置、进一步优选离开200cm以上。另外，如果入口侧的高发热量排出气体供给孔与出口侧的低发热量排出气体供给孔的距离超过650cm，则效率不怎么提高，装置也大型化，因此优选为650cm以下。

此外，排出气体燃烧装置的入口侧1及/或出口侧2的各自的区域，可以设置多个排出气体供给孔。在入口侧1设置多个高发热量排出气体供给孔的情况下，优选在排出气体燃烧装置（1、2）的端面和距端面50cm以内的区域，设置全部的高发热量排出气体供给孔，此外，在出口侧2设置多个低发热量排出气体供给孔的情况下，全部的低发热量排出气体供给孔优选从位于最靠近出口侧的入口侧的高发热量排出气体供给孔离开150cm以上。

此外，还优选将排出气体燃烧装置（1、2）设为圆筒形，至少一部分导入排出气体以形成旋转流的方式导入。在本发明中，根据发热量来区分排出气体，通过使导入位置设为适当化，能够节约燃烧中使用的燃料，此外能够使燃烧状态稳定。

作为从燃料供给路3供给的前述燃料，可以使用LNG、LPG等气体燃料、或煤油、轻油等液体燃料。

（热交换工序）

经分解处理的处理气体从排出气体燃烧装置（1、2）送出，在处理气体流路5流动，送入热交换器4，在用于对外部气体进行加热的热交换中利用。

在热交换器4，处理气体流路5贯穿，进而连接有使来自送风机16的外部气体向热交换器4流动的通常外部气体供气路15、以及从热交换器4送出的加热外部气体流动的加热外部气体供气路12。在热交换工序中，构成为，在从外部气体供气路12送入的外部气体、与从处理气体流路5送入的处理气体之间进行热交换，并向加热外部气体供气路12流动。

然后，处理气体被从热交换器4送出，导入处理气体流路5，直接排除至系统外，或根据需要，将处理气体中包含的硅化合物等颗粒状物通过设置于处理气体流路5的过滤器（未图示）去除后，排除至系统外。

另外，碳纤维制造工序中使用的热交换器4已知硅化合物等颗粒状物堆积，热交换效率逐渐降低。为了防止该热交换效率的降低，在热交换器4中优选具备吹灰器，通过喷射压缩空气而进行颗粒状物的吹走，由此能够长期不出故障地进行热风的加热。

作为热交换器4，可以举出管式热交换器、多管式热交换器、板式热交换器等。

（混合外部气体供给工序）

从送风机16在通常外部气体供气路15流动的前述外部气体其一部分从通常外部气体供气路15分支而送入热交换器4，送入热交换器4的外部气体如前所述，在与从处理气体流路5送入的处理气体之间进行热交换，形成被加热了的外部气体（加热外部气体）。

在混合外部气体供气工序中，具备将未经过热交换器的通常外部气体供气路13与加热外部气体供气路12连接且用于向碳纤维制造工序供给的混合外部气体供气路14，供给到耐火化、干燥等需要加热外部气体的工序。

此外，在混合外部气体供气路14中，优选具备：检测在混合外部气体供气路14流动的混合外部气体的温度的温度检测机构、以及调整在混合外部气体供气路14流动的混合外部气体的温度的温度调整机构，该温度调整机构优选由加热外部气体供气路12及自动阀、通常外部气体供气路13及自动阀构成。

通过这些热交换器4、加热外部气体供气路12、通常外部气体供气路13、混合外部气体供气路14的作用，能够最大限度地回收由上述排出气体燃烧装置产生的热量。

在此，“通常外部气体”是指在碳纤维制造工序6的外部存在的空气，从碳纤维制造工序6的外部未实施特别的加热、冷却等处理而直接取入使用。

接着，对在混合外部气体供气路14流动的外部气体的温度和风量的调整机构、以及进行该混合外部气体的温度检测的温度检测机构18进行说明。

温度检测机构18和风量检测机构19与设置在加热外部气体供气路12和通常外部气体供气路13的控制机构电连接，进一步控制机构与前述供气路各自的风量调节机构20电连接。控制机构基于来自温度检测机构18的温度检测信号和来自风量检测机构19的风量检测信号，计算在各个供气路（12、13）流动的外部气体的热量。

优选构成为：预先决定在混合外部气体供气路14流动的外部气体的风量和温度，计算热量，向各个外部气体供气路（12、13）的风量调节机构20发送给控制信号，能够控制作为风量调节机构20的自动阀的开度。

作为混合外部气体的温度调节机构，可以基于混合外部气体的温度检测结果而将加热外部气体和通常外部气体的风量调节信号发送给自动阀。

自动阀优选构成为：与控制机构电连接，以在混合外部气体供气路流动的加热外部气体成为期望的热量和风量的方式，基于来自控制机构的风量调节信号，调整在各个外部气体供气路（12、13）流动的外部气体的风量。

像这样，通过将温度和风量被调整了的混合外部气体供给到碳纤维制造工序6，能够减少碳纤维制造中使用的热风的温度不均匀、风量不均匀。因此，能够进行稳定的碳纤维制造。

作为温度检测机构18，可以举出热电偶、测温电阻体等，作为风量检测机构19，可以举出各种风速计、皮托管、差压流量计、超声流量计、涡流量计等。

控制机构可以由市售品构成，此外可以由专用的硬件、软件构成。

此外，在控制机构，根据需要而连接输入装置、显示装置等周边装置（未图示）。作为该输入装置，可以举出显示器触摸面板、开关面板、键盘等输入设备，作为该显示装置，可以举出CRT、液晶显示装置等。

如图1的实施方式例所示那样，将像这样调整了风量和温度的混合外部气体供给到碳纤维制造工序6的必要部分。即，通过风量检测机构19和温度检测机构18来检测在加热外部气体供气路12和通常外部气体供气路13流动的外部气体的风量和温度，基于来自控制机构的风量调节信号，通过自动阀的调整而调整混合外部气体的热量。作为供气目的地，只要是使用加热空气的工序，则没有特别限制，例如可以从前体纤维的前处理工序、耐火化工序、表面处理或上浆处理的干燥工序等之中，考虑风量、温度而决定，特别优选应用于风量大的耐火化工序。

另外，该例子的情况下，成为将未经加热的外部气体混合到加热外部气体的温度调整，即借助降低加热外部气体的温度的温度调整。本发明不限于此，考虑到在加热外部气体自期望的温度降低的情况，也可以在加热外部气体供气路12及/或通常外部气体通路13设置加热器（未图示），用来自温度检测机构的温度检测信号来控制该加热器，将加热外部气体升温至期望的温度，由此进行温度调整。作为前述加热器，例如可以举出能够卷绕于加热外部气体供气路和通常外部气体供气路13的电热加热器等。

此外，在使温度降低的调节的情况下，也可以在加热外部气体供气路12及/或混合外部气体供气路14设置风门，组合使用将加热外部气体及/或混合外部气体向大气释放。

像这样，通过进行混合外部气体的热量调整，能够更适当地进行向纤维制造工序6的混合外部气体的供给。

根据本发明的碳纤维的制造方法，根据向排出气体燃烧装置供给的排出气体的热量而改变供给位置，由此能够由一个排出气体处理装置处理碳纤维全部工序的排出气体，且能够将燃料消耗设为最小限度，因此能够实现低成本。此外，能够在调整混合外部气体的风量和温度后供给到碳纤维制造工序，因此难以发生热风的温度不均匀，在稳定的温度管理下，能够得到品质稳定的碳纤维。

实施例

以下，对于本发明，使用实施例进一步详细说明。

＜排出气体中包含的发热量的测定方法＞

如图2所示那样，将测定发热量的排出气体、20℃的空气以及LNG用配管连接于发热量的测定装置，在排出气体燃烧装置出侧设置诱导鼓风机17而进行抽吸，由此向排出气体燃烧装置内供给气体。以排出气体和空气的风量各自的变动系数成为20%以下的方式进行供给，使用燃烧器将LNG和辅助燃烧的气体燃烧，以排气处理后的气体温度成为800℃的方式，用LNG的流量进行调节。另外，以排出气体燃烧装置内成为－4.0kPa的方式用送风机进行抽吸，燃烧后的处理气体向大气释放。

在处理气体、空气和LNG各自的配管，安装K热电偶、差压（孔板）流量计和手动阀，以没有从配管和排出气体燃烧装置放热的方式进行隔热。在该状态下，使用以下的式子，连续地测定排出气体所具有的发热量。

另外，式中的Nm³表示0℃、1个大气压状态下的体积（m³）。

＜混合外部气体的温度的标准偏差算出方法＞

在混合外部气体供气路安装并设置K热电偶，并且以没有从配管放热的方式进行隔热。在该状态下输出温度，根据进行评价的两天的输出值，使用以下的式子算出标准偏差。

＜实施例1＞

使用对丝数24000、单纱纤度1.1dtex的PAN系前体纤维赋予了前述耐热残留率r为45%的硅酮系油剂0.5%而得到的纤维，从纱架（creel）解舒，进行耐火化、1次碳化、2次碳化，表面处理后，赋予水系上浆剂，干燥并卷取。

在此，作为辅助燃烧的气体而使用空气，向在排出气体燃烧装置的端面、即距端面的距离为0cm的位置设置的入口侧的供给孔，供给发热量为478kcal/Nm³的高发热量排出气体，向从入口侧的排出气体供给孔离开200cm的出口侧的供给孔，供给发热量为77kcal/Nm³的低发热量排出气体。实施例1的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表1。在以下的例子中，相对于比较例1而言的LNG的削减率也记载于表1。

＜实施例2＞

将向排出气体燃烧装置入口侧的供给孔供给的排出气体的发热量设为332kcal/Nm³，除此之外，以与实施例1相同的方式，实施排出气体处理。实施例2的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表1。

＜实施例3＞

将入口侧的供给孔的位置设为距排出气体燃烧装置的端面100cm，将出口侧的供给孔的位置设为从入口侧的供给孔离开75cm，除此之外，以与实施例2相同的方式，实施排出气体处理。实施例3的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表1。

＜实施例4＞

将出口侧的供给孔的位置设为从入口侧的供给孔离开300cm，除此之外，以与实施例2相同的方式，实施排出气体处理。另外，实施例4的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表1。

＜实施例5＞

将所处理的排出气体量的合计设为与实施例2相同，从向出口侧的供给孔供给的发热量为77kcal/Nm³的低发热量排出气体中抽出一部分，作为辅助燃烧的气体而供给，除此之外，以与实施例2相同的方式，实施排出气体处理。另外，实施例5的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表1。

＜实施例6＞

将加热外部气体和通常外部气体的混合后的温度调整为165℃，除此之外，以与实施例1相同的方式，实施排出气体燃烧处理。实施例6的排出气体燃烧装置中的LNG使用量、以及煅烧设备内的温度和其标准偏差示于表2。

＜实施例7＞

将向排出气体燃烧装置入口侧的供给孔供给的排出气体的发热量设为332kcal/Nm³，除此之外，以与实施例6相同的方式，实施排出气体燃烧处理。实施例7的排出气体燃烧装置中的LNG使用量、以及煅烧设备内的温度和其标准偏差示于表2。

＜实施例8＞

固定加热外部气体和通常外部气体的风量，不调整混合后的温度，供给到煅烧设备，除此之外，以与实施例6相同的方式，实施排出气体燃烧处理。实施例8的排出气体燃烧装置中的LNG使用量、以及煅烧设备内的温度和其标准偏差示于表2。

＜实施例9＞

固定加热外部气体和通常外部气体的风量，不调整混合后的温度，供给到煅烧设备，除此之外，以与实施例7相同的方式，实施排出气体燃烧处理。实施例9的排出气体燃烧装置中的LNG使用量、以及煅烧设备内的温度和其标准偏差示于表2。

＜实施例10＞

使用对丝数24000、单纱纤度1.1dtex的PAN系前体纤维赋予了0.5%前述耐热残留率r为45%的硅酮系油剂而得到的纤维，从纱架上解舒，进行耐火化、1次碳化、2次碳化，并卷取。

在此，作为辅助燃烧的气体而使用空气，向在排出气体燃烧装置的端面、即距端面的距离为0cm的位置设置的入口侧的供给孔，供给发热量为478kcal/Nm³的高发热量排出气体，向从入口侧的排出气体供给孔离开200cm的出口侧的供给孔，供给发热量为83kcal/Nm³的低发热量排出气体。实施例10的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表3。

＜实施例11＞

将向排出气体燃烧装置入口侧的供给孔供给的排出气体的发热量设为332kcal/Nm³，除此之外，以与实施例10相同的方式，实施排出气体处理。实施例11的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表3。

＜比较例1＞

将向排出气体燃烧装置供给的气体在入口侧和出口侧调换，除此之外，以与实施例2相同的方式，实施排出气体处理。另外，比较例1的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表1。

＜比较例2＞

未将排出气体燃烧装置区分为2阶段，从设置于火焰根部的供给孔供给发热量为77kcal/Nm³的低发热量排出气体和发热量为332kcal/Nm³的高发热量排出气体，实施排出气体燃烧处理。另外，比较例2的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表1。

＜比较例3＞

将向排出气体燃烧装置供给的气体在入口侧和出口侧调换，除此之外，以与实施例11相同的方式，实施排出气体处理。另外，比较例1的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表3。

＜比较例4＞

未将排出气体燃烧装置区分为2阶段，从设置于火焰根部的供给孔供给发热量为83kcal/Nm³的低发热量排出气体和发热量为332kcal/Nm³的高发热量排出气体，实施排出气体燃烧处理。另外，比较例4的排出气体燃烧装置中的LNG使用量示于表3。

＜评价＞

在全部例子中，进行两天的连续运转。在实施例1～5、10和11中，能够大幅削减燃料消耗量。

接着，实施例6和7的燃料消耗量的削减率、混合外部气体的温度均稳定，碳纤维物性也良好。另一方面，在实施例8和9中，混合外部气体的温度变得稍微难以稳定，观察到碳纤维物性的一些变动，但能够大幅削减燃料消耗量。

[表1]

[表2]

[表3]

产业上的可利用性

本发明提供经济地制造碳纤维的方法，能够在作为前体纤维使用PAN系纤维的碳纤维的制造方法中广泛利用。

附图标记说明

1：排出气体燃烧装置入口侧

2：排出气体燃烧装置出口侧

3：燃料供给路

4：热交换器

5：处理气体流路

6：碳纤维制造工序

7：高发热排出气体供给路

8：低发热排出气体供给路

9：辅助燃烧的排出气体供给路

10：燃烧用外部气体送风机

11：辅助燃烧的气体流路

12：加热外部气体供气路

13：通常外部气体供气路

14：混合外部气体供气路

15：向热交换器连接的通常外部气体供气路

16：送风机

17：诱导鼓风机

18：温度检测机构

19：风量检测机构

20：风量调整机构

21：流路切换阀。