CN101563304B - 蜂窝成型体的烧成前处理方法以及蜂窝成型体的烧成前处理系统 - Google Patents

蜂窝成型体的烧成前处理方法以及蜂窝成型体的烧成前处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及对未烧成的蜂窝成型体进行烧成前处理的方法,该未烧成的蜂窝成型体由含有陶瓷原料、水和粘合剂的原料组合物形成,并且具有被隔壁划分而成的作为流体流路的多个孔格。该方法具有这样的第一工序:向所述孔格通过100~150℃的过热水蒸气使蜂窝成型体的温度上升后,将过热水蒸气的温度保持在通过孔格的过热水蒸气的温度以上且200℃以下。根据本发明提供的蜂窝成型体的烧成前处理方法,能够抑制产生变形、破损等不良情况,并且能够以更短的时间对蜂窝成型体进行烧成前处理。

Description

蜂窝成型体的烧成前处理方法以及蜂窝成型体的烧成前处理系统
技术领域
本发明涉及一种作为蜂窝结构体的未烧成体的蜂窝成型体的烧成前处理方法。
背景技术
蜂窝结构体广泛用于催化剂载体和各种过滤器等。最近,作为用来捕捉从柴油发动机排出的粒子状物质的柴油颗粒过滤器(DPF)也受人注目。
蜂窝结构体多数通常是以陶瓷为主要成分。在制造这种蜂窝结构体时,首先,在陶瓷原料中加入水和粘合剂等各种添加剂制成坯土状后,对其进行挤出成型来制作蜂窝形状的成型体(蜂窝成型体)。对该蜂窝成型体进行干燥等后进行烧成,就可以制造蜂窝结构体。
作为蜂窝成型体的干燥方法,已知有:在设置于蜂窝成型体的上方和下方的电极间流通电流,利用这时产生的高频能量进行干燥的介电干燥方法;导入由煤气灶等产生的热风来进行干燥的热风干燥法。只是,最近却变得采用具有干燥速度快等优点的利用微波的干燥方法(微波干燥方法)来代替这些干燥方法或者与这些干燥方法一起并用(例如参照专利文献1~3)。
但是,就这样的微波干燥方法而言,在干燥过程中,蜂窝成型体上下端部或外周部的干燥要慢于其他部分,存在难以用均匀的速度干燥整个蜂窝成型体的情况。蜂窝成型体由于水分蒸发而收缩,所以如果干燥速度不均匀的话,容易产生变形、破损等不良情况。进而,划分孔格的隔壁(rib)的薄型化越来越发展,隔壁越薄的蜂窝成型体,越容易发生变形等。从而,干燥速度的均匀化在近年来成为特别重要的课题。
另一方面,对于蜂窝成型体中含有的粘合剂而言,也与水分同样需要除去。另外,在去除粘合剂(脱脂)时,也要求在不对蜂窝成型体产生变形等的条件下迅速地处理。
作为脱脂方法,普通的方法是通过加热成型体来蒸发和热分解掉成型体中粘合剂(例如参照专利文献4、5)。但是,就通过加热蜂窝成型体来蒸发和热分解掉粘合剂的脱脂方法而言,由有机粘合剂的热分解而产生大量分解气体(CO2等),所以对环境的负荷大。另外,由于粘合剂热分解时的激烈的放热,使蜂窝成型体内部产生温差,存在容易产生变形、破损等不良情况的问题。要想消除这样的问题的话,可以放慢升温速度来抑制内部放热,但存在处理时间变得很长的不良情况。
专利文献1:日本特开2002-283329号公报
专利文献2:日本特开2002-283330号公报
专利文献3:国际公开第2005/023503号小册子
专利文献4:日本特公昭59-27743号公报
专利文献5:国际公开第2005/047207号小册子
发明内容
本发明就是鉴于上述以往技术中存在的问题而进行的,其课题是提供一种能够抑制产生变形、破损等不良情况,并且能够以更短的时间对蜂窝成型体进行烧成前处理的蜂窝成型体的烧成前处理方法;以及能够抑制产生变形、破损等不良情况,并且能够以更短的时间对蜂窝成型体进行烧成前处理,而且安全性和能效优良,并且对环境友好的蜂窝成型体的烧成前处理系统。另外,本发明还提供这种烧成前处理方法和烧成前处理系统也能够使用的蜂窝成型体的干燥方法和蜂窝成型体的干燥装置。
本发明人为了解决上述问题而进行深入研究的结果,发现通过用规定温度的过热水蒸气使蜂窝成型体的温度上升后,将过热水蒸气的温度升温至规定温度来保持的话,就可以解决上述问题,以至完成了本发明。另外,本发明人为了解决上述问题而深入研究的结果,发现在过热水蒸气氛围中进行微波加热和/或介电加热的话,就可以解决上述问题,以至完成了本发明。
即,根据本发明提供如下的蜂窝成型体的烧成前处理方法以及蜂窝成型体的烧成前处理系统。
一种蜂窝成型体的烧成前处理方法,该方法是对未烧成的蜂窝成型体进行烧成前处理的方法,该未烧成的蜂窝成型体由含有陶瓷原料、水和粘合剂的原料组合物形成,并且具有被隔壁划分而成的作为流体流路的多个孔格,
该方法具有第一工序:向所述孔格通过100~150℃的过热水蒸气使所述蜂窝成型体的温度上升后,将过热水蒸气的温度保持在通过所述孔格的过热水蒸气的温度以上且200℃以下。
根据上述[1]所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,在所述第一工序中,在使所述蜂窝成型体的温度上升并达到平衡状态后,将过热水蒸气的温度保持在通过所述孔格的过热水蒸气的温度以上且200℃以下。
根据上述[1]或[2]所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,在所述第一工序之后进一步具有第二工序,即在所述第一工序的温度以上且600℃以下的过热水蒸气的氛围中保持所述蜂窝成型体。
根据上述[3]所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,用一个处理装置连续实施所述第一工序和所述第二工序。
根据上述[1]~[4]中的任一项所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,在所述第一工序和/或所述第二工序中,对所述蜂窝成型体进行微波加热和/或介电加热。
一种蜂窝成型体的烧成前处理系统,具有:
烧成前处理工序:实施上述[3]~[5]中的任一项所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法;
第一次分离工序:将所述烧成前处理工序中产生的含有水和源于粘合剂的成分的废气分离成含有所述源于粘合剂的成分的气体成分和含有所述水的液体成分;
第二次分离工序:将分离的所述液体成分分离成所述水、所述水以外的其他成分;
再利用工序:加热所分离的所述水而得到过热水蒸气,将得到的所述过热水蒸气供给于所述烧成前处理工序。
根据上述[6]所述的蜂窝成型体的烧成前处理系统,进一步具有对所述气体成分的至少一部分进行脱臭的脱臭工序。
蜂窝成型体的干燥方法,该方法是对未烧成的蜂窝成型体进行烧成前处理的方法,该未烧成的蜂窝成型体由含有陶瓷原料、水和粘合剂的原料组合物形成,并且具有被隔壁划分而成的作为流体流路的多个孔格,
在100~200℃的过热水蒸气氛围的处理室内,对所述未烧成的蜂窝成型体进行微波加热和/或介电加热。
根据上述[8]所述的蜂窝成型体的干燥方法,从所述未烧成的蜂窝成型体的一方端面,以外周部流量多于内部流量的方式流入过热水蒸气。
根据上述[8]或[9]所述的蜂窝成型体的干燥方法,对从所述处理室排出的水蒸气进行再加热而制成过热水蒸气,再次流入所述处理室。
蜂窝成型体的干燥装置,具有:在内部干燥未烧成的蜂窝成型体的处理室、生成过热水蒸气并向所述处理室内流入过热水蒸气的过热水蒸气产生装置、设置在所述处理室内的过热水蒸气流入口、设置在所述处理室内的用于产生高频的电极和/或将微波导入处理室内的波导管。
根据本发明的蜂窝成型体的烧成前处理方法,能够抑制产生变形、破损等不良情况,并且能够以更短的时间对蜂窝成型体进行烧成前处理。另外,根据本发明的蜂窝成型体的干燥方法,能够抑制产生变形、破损等不良情况,并且能够以更短的时间干燥蜂窝成型体。
附图说明
图1是表示用于本发明的蜂窝成型体的烧成前处理方法的蜂窝成型体的一例的立体图。
图2是表示用于本发明的蜂窝成型体的烧成前处理方法的蜂窝成型体的另一例的立体图。
图3是表示连续处理装置的构成例的示意图。
图4是表示本发明的蜂窝成型体的烧成前处理系统的一个实施方式的流程图。
图5是绘制过热水蒸气温度(区域(2))(℃)与质量减少率(%)之间关系的曲线图。
图6是绘制过热水蒸气温度(℃)与质量减少率(%)之间关系的曲线图。
图7是本发明的蜂窝成型体的干燥装置的一个实施方式的、示意地表示与蜂窝成型体的输送方向垂直的断面的断面图。
图8是本发明的蜂窝成型体的干燥装置的一个实施方式的、示意地表示与蜂窝成型体的输送方向平行的断面的断面图。
图9是本发明的蜂窝成型体的干燥装置的另一实施方式的、示意地表示与蜂窝成型体的输送方向垂直的断面的断面图。
图10是本发明的蜂窝成型体的干燥装置的另一实施方式的、示意地表示与蜂窝成型体的输送方向平行的断面的断面图。
图11A是表示在输送托板上放置流量调节板的状态的俯视图。
图11B是表示在输送托板上放置流量调节板的状态的、图11A的X-X’断面图。
图12是示意地表示本发明的蜂窝成型体的干燥装置的另一实施方式的一部分和蜂窝成型体的俯视图。
图13是表示实施例13中干燥过程中的蜂窝成型体的温度变化的曲线图。
图14是表示比较例6中干燥过程中的蜂窝成型体的温度变化的曲线图。
图15是表示实施例14中干燥后的蜂窝成型体的残存水分量的曲线图。
图16是表示比较例7中干燥后的蜂窝成型体的残存水分量的曲线图。
图17是表示实施例15中干燥后的蜂窝成型体的残存水分量的曲线图。
符号说明:
1是蜂窝成型体;2是隔壁;3是孔格;4是外周壁;5是输送机;6是喷出口;7是处理室;9是排气口;10是连续处理装置;11是区域(1);12是区域(2);13是区域(3);21是蜂窝成型体的干燥装置;22是处理室;23是过热水蒸气产生装置;24是输送托板;24a是通孔;25是过热水蒸气流入口;26是波导管;27是混合器;28是带式输送机;29是输入口;30是输出口;31是排水出口;32是饱和水蒸气供给管;33是过热水蒸气供给管;34是水蒸气回收管;35是排水管;41是蜂窝成型体;42是流量调节板;43是遮挡板;51是电极;D是水分差。
具体实施方式
下面说明本发明的最佳的实施方式,但本发明并不限于以下实施方式,应当理解为在不脱离本发明宗旨的范围内,基于本领域技术人员的常识,对以下实施方式进行了适当的变更和改进等的方案也处于本发明范围内。
本发明的蜂窝成型体的烧成前处理方法的一个实施方式是如下的方法:该方法是对未烧成的蜂窝成型体进行烧成前处理的方法,该未烧成的蜂窝成型体由含有陶瓷原料、水和粘合剂的原料组合物形成,并且具有被隔壁划分而成的作为流体流路的多个孔格,该方法具有第一工序:向所述孔格通过100~150℃的过热水蒸气使蜂窝成型体的温度上升后,优选为达到平衡状态后,将过热水蒸气的温度保持在通过孔格的过热水蒸气的温度以上且200℃以下。下面对其进行详细说明。
在本实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理方法中用作被处理物的蜂窝成型体是,具有例如图1和图2所示结构的蜂窝成型体。即,蜂窝成型体1具有被隔壁2划分而成的作为流体流路的多个孔格3。并且,蜂窝成型体1通常构成为以围绕多个孔格3的方式设置有外周壁4。对于与孔格3的轴向(流路方向)垂直的断面形状没有限制,可以任意地选择如图1所示的四边形或者如图2所示的圆形或者其他形状。
蜂窝成型体是由含有陶瓷原料、水和粘合剂的原料组合物构成的未烧成体。作为陶瓷原料可以举出例如氧化铝、莫来石、氧化锆、堇青石等氧化物系陶瓷,碳化硅、氮化硅、氮化铝等非氧化物系陶瓷等。另外,还可以使用碳化硅/金属硅复合材料或者碳化硅/石墨复合材料等。
另外,作为粘合剂可以举出例如聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚环氧乙烷、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、醋酸纤维素、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯酸系树脂、聚酰胺树脂、甘油、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯等。
本实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理方法中,首先使规定温度的过热水蒸气通过孔格,使蜂窝成型体的温度达到平衡状态。如果使用热风或微波加热蜂窝成型体的话,同时会进行干燥,所以难以在蜂窝成型体的各部分都以均匀的速度进行干燥。与此相对,在本实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理方法中,由于使用过热水蒸气而使蜂窝成型体的温度达到平衡状态,所以能够在不进行干燥的状态下提高温度并达到平衡状态。并且,通过使过热水蒸气通过孔格,与只是吹送过热水蒸气等的情况相比,能够均匀且迅速地达到平衡状态。
通过孔格的过热水蒸气的温度为100~150℃,优选为110~130℃。如果通过孔格的过热水蒸气的温度小于100℃,则虽然制品会被加热,但是蒸气大部分都会结露而导致制品吸湿溶胀,容易产生形状变形等不良情况。另一方面,如果超过150℃,则会进行干燥,导致不能以均匀的速度进行干燥,容易产生变形或破损等。该过热水蒸气的最佳温度并不是一概而论的,应该根据陶瓷的种类、粘合剂的种类来变更。通常,优选测定因通过过热水蒸气而引起的制品内的水分量的变化,设定为变化率成为0时的温度。进而,在通风的初期阶段中,由于制品和过热水蒸气的温差大,所以为了防止因加热制品引起的结露,优选设定为比在上述条件得到的温度高出约20℃左右的温度。
使过热水蒸气通过孔格的时间,即蜂窝成型体的温度达到平衡状态所需的时间,根据作为被处理物的蜂窝成型体的形状或尺寸等而有所不同,通常为10~600秒,优选为10~30秒的程度。如果使过热水蒸气通过孔格的时间过短,会有无法充分达到平衡状态的情况,会有在第二工序中无法进行均匀的干燥的情况。另一方面,如果使过热水蒸气通过孔格的时间过长,直到达到平衡时会在过热水蒸气的入口侧和出口侧产生温差,会引起局部性干燥或溶胀,同样会有在第二工序中无法进行均匀的干燥的情况。
本实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理方法中,在使蜂窝成型体的温度上升后,优选达到平衡状态后,将过热水蒸气的温度升温至通过孔格的过热水蒸气的温度以上且200℃以下、优选100~200℃、更优选120~150℃并保持,由此进行蜂窝成型体的干燥。或者,也可以根据干燥进行的状况来针对性地改变过热水蒸气的温度来进行蜂窝成型体的干燥。如果在蜂窝成型体的温度平衡状态后开始干燥,则能够使干燥速度更加均匀,能够更好地抑制变形、破损等不良情况的发生,因此是优选的。另外,通过使用过热水蒸气,与使用热风相比能够以更短的时间干燥。另外,在以往进行的调湿干燥中,需要同时控制温度和湿度两个变量来进行干燥,但就过热水蒸气而言只控制温度即可。因此,本实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理方法与以往干燥方法相比还具有简便的优点。
如果干燥蜂窝成型体时的过热水蒸气的温度低于通过孔格的过热水蒸气的温度,则难以进行干燥。另一方面,如果超过200℃,则干燥会进行得激烈,容易在蜂窝成型体产生变形或破损。
升温过热水蒸气并保持的时间,即干燥蜂窝成型体所需的时间,根据作为被处理物的蜂窝成型体的形状、尺寸、水分含量等而有所不同,通常为1~120分钟,优选为1~20分钟的程度。如果升温过热水蒸气并保持的同时对蜂窝成型体照射微波,则能够更加迅速地干燥,所以优选。
进而,作为在蜂窝成型体的孔格内通过过热水蒸气的方法,可以举出例如(1)垂直放置蜂窝成型体,使用吹风机等从孔格的上方或下方强制地送入过热水蒸气的方法;(2)在孔格的上方或下方设置排风扇来吸引过热水蒸气的方法;(3)利用由过热水蒸气的温差引起的对流(上升气流),自然通风的方法等。另外,也可以使用阻碍板等,通过控制孔格的入口或出口的过热水蒸气的流动,来控制蜂窝成型体内各位置的通风量,来调节干燥速度。
另外,在本实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理方法中,优选在第一工序之后进一步具有在所述第一工序的温度以上且600℃以下的过热水蒸气的氛围中保持蜂窝成型体的第二工序。由此,能够除去(脱脂)蜂窝成型体中含有的沸点比水高的粘合剂。粘合剂除了不分解而通过气化来除去的情况以外,还有例如其一部分或全部被分解而除去的情况。脱脂时,如果使用过热水蒸气,则不易产生象燃烧粘合剂来除去那种情况的异常放热,不易发生因该异常放热引起的蜂窝成型体的破损。
如果第二工序中的过热水蒸气的温度低于所述第一工序的温度,则无法除去粘合剂。另一方面,如果超过600℃,则作为构成原料的陶瓷原料有可能会因水蒸气而变性,有可能会对后续工序的烧成工序带来不良影响。另外,还存在过度除去粘合剂,导致蜂窝成型体变脆而操作困难的倾向。第二工序中的过热水蒸气的温度优选为400℃以下,更优选为300℃以下。
在本实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理方法中,如果用一个处理装置连续实施所述第一工序(干燥工序)和所述第二工序(脱脂工序)的话,能够进行效率高的烧成前处理,所以优选。图3是表示连续处理装置的构成例的示意图。该连续处理装置10具有处理室7,该处理室7在内部具有可喷出过热水蒸气的喷出口6,并且具有可向外部排出在内部生成的气体的排气口9。处理室7的内部具有顺次输送作为被处理物的蜂窝成型体1的输送机5等输送设备。处理室7中优选具有多个喷出口6。另外,优选分别调节在输送机5的输送方向划分的各个区域(区域(1)11、区域(2)12、区域(3)13)的过热水蒸气的温度。
放置在输送机5上的蜂窝成型体1,随着在处理室7内行进,顺次通过不同温度的过热水蒸气喷出和充满的区域。此时,如果将各区域的过热水蒸气的温度分别设定为所述第一工序和所述第二工序中的温度,则能够高效率地在连续的流水作业中进行蜂窝成型体的干燥和脱脂。
在本发明的蜂窝成型体的烧成前处理方法中,对进行烧成前处理的蜂窝成型体的孔格密度、隔壁厚度、孔格形状以及尺寸等没有特别限制。但是对于更容易引起变形等的、隔壁薄的蜂窝成型体(例如隔壁厚度在150μm以下),或者各部分的干燥速度容易产生差异的、大型蜂窝成型体(例如流路总长:200~1000mm,外径:150~600mm)进行烧成前处理的情况是尤其有效的。
接着,说明本发明的蜂窝成型体的烧成前处理系统的一个实施方式。图4是表示本发明的蜂窝成型体的烧成前处理系统的一个实施方式的流程图。如图4所示,本发明的蜂窝成型体的烧成前处理系统中包括烧成前处理工序、第一次分离工序、第二次分离工序以及再利用工序。
烧成前处理工序是实施前面叙述过的本发明的实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理方法的工序。在该烧成前处理工序中,进行使用过热水蒸气的蜂窝成型体的干燥和脱脂。因此,在烧成前处理工序中,排出含有水和源于粘合剂的成分的废气。这里,在本说明书中所说的“源于粘合剂的成分”中除了构成蜂窝成型体的原料组合物中含有的粘合剂分解而生成的成分以外,概念上还包括粘合剂本身。
第一次分离工序是,将烧成前处理工序中产生并排出的废气分离为含有源于粘合剂的成分的气体成分和含有水的液体成分的工序。将废气分离为气体成分和液体成分时,可以使用普通的冷凝器或热交换器等。如果使用热交换器,能够将回收的热利用于后述的再利用工序中来加热水,从能效的观点考虑是优选的。
烧成前处理工序中,由于使用过热水蒸气进行脱脂,所以分离后的气体成分中含有高浓度的源于粘合剂的成分。从而,该气体成分能够作为燃料气体等再利用。当难以再利用气体成分时,优选进一步设置对气体成分的至少一部分的进行脱臭的脱臭工序。该脱臭工序中可以使用普通的脱臭装置。
第二次分离工序是,将第一次分离工序中分离出的液体成分分离为水和水以外的其他成分的工序。将液体成分分离为水和水以外的其他成分时,例如进行蒸馏、提取等即可。分离出的其他成分为所谓的醋液(acetic liquid),虽然也可以当作废物来处理掉,但也可以再利用作燃料等。
再利用工序是,用锅炉等加热装置加热所分离出的水来得到过热水蒸气,将得到的过热水蒸气供给于烧成前处理工序的工序。这样,本实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理系统,并不是简单地废弃掉在蜂窝成型体的烧成前处理中产生的废气,而是取出有用的成分而供于再利用,仅废弃掉剩余的部分。因此是能效优异并且对环境也友好的系统。另外,在烧成前处理工序中使用的过热水蒸气,与惰性气体同样稳定,并且没有着火的危险。从而,本实施方式的蜂窝成型体的烧成前处理系统是安全性极其高的系统。
接着,参照附图来说明本发明的蜂窝成型体的干燥方法的一个实施方式。本发明的蜂窝成型体的干燥方法,能够用作上述的、本发明的蜂窝成型体的烧成前处理方法的第一工序,由此能够均匀地干燥整个未烧成的蜂窝成型体。
本实施方式的蜂窝成型体的干燥方法,是对未烧成的蜂窝成型体进行烧成前处理的方法,该未烧成的蜂窝成型体由含有陶瓷原料、水和粘合剂的原料组合物形成,并且具有被隔壁划分而成的作为流体流路的多个孔格,在100~200℃的过热水蒸气氛围的处理室内,对所述未烧成的蜂窝成型体进行微波加热和/或介电加热。
在本实施方式的蜂窝成型体的干燥方法中用作被处理物的蜂窝成型体,优选与上述的本发明的蜂窝成型体的烧成前处理方法中用作被处理物的蜂窝成型体相同。
图7是在实施本发明的蜂窝成型体的干燥方法时使用的、本发明的蜂窝成型体的干燥装置的一个实施方式的、示意地表示与蜂窝成型体的输送方向垂直的断面的断面图。另外,图8是在实施本发明的蜂窝成型体的干燥方法时使用的、本发明的蜂窝成型体的干燥装置的一个实施方式的、示意地表示与蜂窝成型体的输送方向平行的断面的断面图。这里,在图8中省略了过热水蒸气产生装置和配管。本实施方式的蜂窝成型体的干燥装置21具有在内部干燥未烧成蜂窝成型体41的处理室22、生成过热水蒸气并向处理室22内流入过热水蒸气的过热水蒸气产生装置23、设置在处理室22内的过热水蒸气流入口25、设置在处理室22内的将微波导入处理室22内的波导管26。并且,在该处理室22内输入放置在输送托板24上的蜂窝成型体41来干燥。在本实施方式中,蜂窝成型体41是排列成一列输送到处理室22内,但也可以以两列以上的多列输送。在本实施方式的蜂窝成型体的干燥装置21中,在输送托板24的下部也设置过热水蒸气流入口25,这样就可以从蜂窝成型体41的一方端面(下端),以通过蜂窝成型体41的孔格的方式流入过热水蒸气。另外,输送托板24被形成为用带式输送机28从输入口29朝向输出口30输送。本实施方式的蜂窝成型体的干燥装置是用带式输送机输送蜂窝成型体的连续式干燥装置,但本发明的蜂窝成型体的干燥装置并不限定于这种连续式,也可以是能够同时处理一个或多个蜂窝成型体的分批式。
本实施方式的蜂窝成型体的干燥方法中,使处理室22内为100~200℃的过热水蒸气氛围。过热水蒸气氛围的温度优选为110~170℃,更优选为120~150℃。如果过热水蒸气氛围的温度小于100℃,则虽然制品会被加热,但是蒸气大部分都会结露而导致制品吸湿溶胀,容易产生形状变形等不良情况。另一方面,如果超过200℃,则会激烈地进行干燥,蜂窝成型体容易产生变形或破损。过热水蒸气是由过热水蒸气产生装置23产生,通过过热水蒸气供给管(配管),从过热水蒸气流入口25照射到处理室22内。这里,过热水蒸气是指对饱和水蒸气(湿水蒸气)进一步加热而成为沸点以上温度的完全气体状态的水蒸气(干水蒸气)。
本实施方式的蜂窝成型体的干燥方法中,在上述过热水蒸气氛围下,对未烧成蜂窝成型体41进行微波加热的微波是通过波导管26来导入的。微波的频率优选为900~30000MHz,尤其优选为900~3000MHz。
如上所述,由于通过在过热水蒸气氛围下进行微波加热来干燥蜂窝成型体,所以能够使以往干燥速度慢的蜂窝成型体的外周部的温度上升加快,由此能够加快外周部的干燥速度,能够抑制蜂窝成型体的变形或破损。另外,通过在过热水蒸气氛围下进行微波加热,不仅是外周部,还可以加快内部的温度的提高,能够使外周部与内部的温度上升曲线近似,由此能够进一步抑制蜂窝成型体的变形或破损。
本实施方式的蜂窝成型体的干燥方法中,优选从未烧成的蜂窝成型体41的一方端面,以外周部流量多于内部流量的方式流入过热水蒸气。在本实施方式中,在将蜂窝成型体41放置于输送托板24上输送到处理室22内时,形成为向蜂窝成型体41的下端面照射过热水蒸气。此时,优选使通过蜂窝成型体41的外周部的过热水蒸气的流量多于通过内部的过热水蒸气的流量。由此,能够使以往干燥速度慢的蜂窝成型体的外周部的温度上升加快。这里,称作蜂窝成型体的外周部时,是指从蜂窝成型体的外周向中心轴,从外周到中心轴的距离的1/2范围的区域。另外,在称作蜂窝成型体的内部时,是指上述外周部内侧的区域(从中心轴向外周,从外周到中心轴的距离的1/2范围的区域)。
作为从蜂窝成型体41的一方端面流入过热水蒸气的方法,优选与在上述的本发明的蜂窝成型体的烧成前处理方法中使用的“向蜂窝成型体的孔格内通过过热水蒸气的方法”相同的方法。
本实施方式的蜂窝成型体的干燥方法中,优选对从处理室22排出的水蒸气进行再加热而制成过热水蒸气,将其再次流入处理室22中。如图7所示,在本实施方式中,从处理室22通过排水管35排出的水蒸气,通过水蒸气回收管34送到混合机27。然后,在混合机27中与通过饱和水蒸气供给管32供给的饱和水蒸气混合,将混合气体送到过热水蒸气产生装置23,用过热水蒸气产生装置23制成过热水蒸气,通过过热水蒸气供给管33再次流入处理室22中。通过排水管35排出的液体,由排水出口31排出到外部。从处理室22排出的水蒸气,也可以不与饱和水蒸气混合,而是送到过热水蒸气产生装置23。这样,通过再利用排出的水蒸气,能够减少能量和水的使用量。
图9是在实施本发明的蜂窝成型体的干燥方法时使用的、本发明的蜂窝成型体的干燥装置的另一实施方式的、示意地表示与蜂窝成型体的输送方向垂直的断面的断面图。另外,图10是在实施本发明的蜂窝成型体的干燥方法时使用的、本发明的蜂窝成型体的干燥装置的另一实施方式的、示意地表示与蜂窝成型体的输送方向平行的断面的断面图。这里,在图10中省略了过热水蒸气产生装置和配管。在图9和图10中,对于与上述的表示本发明的蜂窝成型体的干燥装置的一个实施方式的图7和图8中表示的各构成要素相同的构成要素是赋予相同的符号。本实施方式的蜂窝成型体的干燥装置是用带式输送机输送蜂窝成型体的连续式干燥装置,但本发明的蜂窝成型体的干燥装置并不限定于这种连续式,也可以是能够同时处理一个或多个蜂窝成型体的分批式。
本实施方式的蜂窝成型体的干燥方法是,在上述的本发明的蜂窝成型体的干燥方法的一个实施方式中,在100~200℃的过热水蒸气氛围的处理室22内,对未烧成的蜂窝成型体41进行介电加热。本实施方式中使用的蜂窝成型体的干燥装置21,在蜂窝成型体41的上部和下部设置了介电加热中使用的用于产生高频的电极51来代替波导管。由此,能够得到与上述使用微波的本发明的蜂窝成型体的干燥方法的一个实施方式的情况相同的效果。
介电加热中使用的高频的频率优选为2~100MHz,尤其优选为10~50MHz。
接着,进一步说明本发明的蜂窝成型体的干燥装置的一个实施方式。如上所述,图7和图8中所示的本实施方式的蜂窝成型体的干燥装置21,具有在内部干燥未烧成的蜂窝成型体41的处理室22、生成过热水蒸气并向处理室22内流入过热水蒸气的过热水蒸气产生装置23、设置在处理室22内的过热水蒸气流入口25、设置在处理室22内的将微波导入处理室22内的波导管26。
对于处理室22和带式输送机28没有特别限制,可以使用用于干燥和烧成蜂窝成型体的公知的处理室和带式输送机。
波导管26可以针对使用的微波的频率适当确定其形状。
过热水蒸气流入口25的形状没有特别限制,可以是配管的前端部分,也可以是在配管上开孔而从这里照射过热水蒸气这样的形状。
输送托板24没有特别限制,优选如图11A、图11B所示,形成有在法线(板形状的表面的法线)方向上贯通的多个通孔24a的板状部件。这里,图11A是表示在输送托板上放置流量调节板的状态的俯视图,图11B表示图11A的X-X’断面图。输送托板的材质没有特别限制,可以使用氟树脂等。通过如此形成通孔24a,在将蜂窝成型体41放置在其上面时,能够从输送托板24的下部向蜂窝成型体41内流入过热水蒸气,能够更加均匀地进行蜂窝成型体41的干燥。另外,此时优选向蜂窝成型体41的外周部流入比内部更多的过热水蒸气,例如,如图11A、图11B所示,优选在蜂窝成型体41内部的相应位置配置网状的流量调节板42。由此,在从输送托板24的下部向蜂窝成型体41内流入过热水蒸气时,流量调节板42会妨碍过热水蒸气的流入,能够使流入蜂窝成型体41内部的过热水蒸气量变少。这样,能够相对地使蜂窝成型体41的外周部通过较多的过热水蒸气。由此,能够从未烧成的蜂窝成型体41的一方端面,以外周部流量多于内部流量的方式流入过热水蒸气。流量调节板42优选为网状,但也可以是没有孔的板状的部件等。流量调节板42的材质没有特别限制,可以使用氟树脂等。
过热水蒸气产生装置23没有特别限制,可以使用公知的过热水蒸气产生装置。例如可以使用介电加热方式、火炉方式、电加热器方式等过热水蒸气产生装置。
本发明的蜂窝成型体的干燥装置的另一实施方式是,如图9和图10所示,在蜂窝成型体41的上部和下部配置了介电加热中使用的用于产生高频的电极51来代替波导管。其他构成要素则与上述的本发明的蜂窝成型体的干燥装置的一个实施方式的情况相同。在电极51间产生的高频的频率优选为2~100MHz,尤其优选为10~50MHz。由此,能够得到与上述的使用微波的本发明的蜂窝成型体的干燥方法的一个实施方式的情况相同的效果。
实施例
下面,基于实施例具体地说明本发明,但本发明并不限于这些实施例。
实施例1~8
准备图2所示外形的、使用陶瓷原料和粘合剂等成型助剂制作的蜂窝成型体1(外径×流路长:80mm×100mm,孔格密度:50孔格/cm2、隔壁厚度:0.3mm)。对于准备的蜂窝成型体,使用图3所示构成的连续处理装置10,以表1所示的条件进行烧成前处理(干燥)。这里,连续处理装置10中的区域(1)11、区域(2)12、区域(3)13的行进方向的长度分别为1.0m、1.0m和1.0m。另外,在连续处理装置10内的输送速度为0.33m/min。在表1表示蜂窝成型体的烧成前处理之前的质量(初始质量(g))、处理后质量(g)以及质量减少率(%)。另外,在图5表示绘制过热水蒸气温度(区域(2))(℃)与质量减少率(%)之间关系的曲线图。如表1所示,随着过热水蒸气的温度,干燥的进行速度产生了差异。并且,可以知道过热水蒸气的温度越高,干燥速度越快。
表1
Figure G2007800404766D00151
比较例1~5
除了使用热风来代替过热水蒸气,并且采用表2所示的条件以外,其他与前面的实施例1~8同样地操作,来进行烧成前处理(干燥)。在表2表示蜂窝成型体的烧成前处理之前的质量(初始质量(g))、处理后质量(g)、以及质量减少率(%)。如表2所示,不管在任何条件下进行干燥,制品外周都产生了裂纹。
表2
Figure G2007800404766D00152
实施例9~12
准备除了使处理时间为40mim以外其他在与实施例3同样的条件下进行干燥而得到的蜂窝成型体(干燥体)(外径×流路长:150mm×200mm)。对于准备的蜂窝成型体,以表3所示的条件进行烧成前处理(脱脂)。在表3表示蜂窝成型体的烧成前处理之前的质量(初始质量(g))、处理后质量(g)、以及质量减少率(%)。另外,在图6表示绘制过热水蒸气温度(℃)与质量减少率(%)之间关系的曲线图。如表3所示,不管在任何条件下,处理后的蜂窝成型体的质量都减少,其颜色从白色变成了灰色。另外,以实施例9、10的条件处理而得到的蜂窝成型体成为了稍微脆的状态,在操作时需要一定的小心。另一方面,以处理温度低于实施例9、10的实施例11、12的条件处理而得到的蜂窝成型体,则是能够容易操作的硬度。
表3
  实施例9   实施例10   实施例11   实施例12
  过热水蒸气温度(℃)   450   400   350   300
  处理时间(分钟)   10   10   10   30
  初始质量(g)   434   420   426   420
  处理后质量(g)   396   386   398   404
  质量减少率(%)   8.8   8.1   6.6   3.8
实施例13
准备图2所示外形的、使用陶瓷原料和粘合剂等成型助剂制作的蜂窝成型体(外径×流路长:113mm×210mm,孔格密度:93孔格/cm2、隔壁厚度:0.1mm)。对于准备的蜂窝成型体,使用图7和图8所示构成的蜂窝成型体的干燥装置21进行干燥。这里,没有使用设置在蜂窝成型体41下部的过热水蒸气流入口25。以输出密度5kW/kg照射频率2.45GHz的微波300秒钟。处理室22内的过热水蒸气氛围的温度为130℃。另外,带式输送机28的输送速度为0.32m/min。对于干燥过程中的蜂窝成型体,测定上端面的中心点A(内部A)、从上端面的最外周到中心为10mm的位置B(外周部B)的温度变化。在图13表示其结果。在图13中,符号A表示内部A的温度变化,符号B表示外周部B的温度变化。
比较例6
除了没有使处理室22内成为过热水蒸气氛围以外,其他与实施例13同样地进行蜂窝成型体的干燥。与实施例13的情况同样地对干燥过程中的蜂窝成型体进行温度测定。在图14表示其结果。在图14中,符号A表示内部A的温度变化,符号B表示外周部B的温度变化。
实施例14
准备图2所示外形的、使用陶瓷原料和粘合剂等成型助剂制作的蜂窝成型体(外径×流路长:113mm×210mm,孔格密度:93孔格/cm2、隔壁厚度:0.1mm)。对于准备的蜂窝成型体,使用图7和图8所示构成的蜂窝成型体的干燥装置21进行干燥。这里,没有使用设置在蜂窝成型体41下部的过热水蒸气流入口25。以输出密度5kW/kg照射频率2.45GHz的微波100秒钟。处理室22内的过热水蒸气氛围的温度为130℃。另外,带式输送机28的输送速度为0.32m/min。对于干燥后的蜂窝成型体,测定相应于内部A和外周部B各自位置的、从下端面到上端面、9处不同高度测定位置的残存水分量。在图15表示其结果。
比较例7
除了没有使处理室22内成为过热水蒸气氛围以外,其他与实施例14同样地进行蜂窝成型体的干燥。与实施例14的情况同样地对干燥后的蜂窝成型体测定残存水分量。在图16表示其结果。
从实施例13和比较例6的结果可以知道,内部A和外周部B升温速度差在30秒以内。另外,可以知道至100℃的升温时间成为约一半。另外,从实施例14和比较例7的结果可以知道,可以使相应于内部A和外周部B的各自位置的水分差成为一半以下。
实施例15
准备图2所示外形的、使用陶瓷原料和粘合剂等成型助剂制作的蜂窝成型体(外径×流路长:113mm×210mm,孔格密度:93孔格/cm2、隔壁厚度:0.1mm)。对于准备的蜂窝成型体,使用在图7和图8所示构成的蜂窝成型体的干燥装置21上配置了图12所示遮挡板43而成的装置进行干燥。这里,图12是示意地表示本发明的蜂窝成型体的干燥装置的另一实施方式的一部分和蜂窝成型体的俯视图。板状的遮挡板43被设置在输送蜂窝成型体的输送路线的两侧部,在中间夹着输送托板24,来限制微波从水平方向入射到蜂窝成型体41上。遮挡板43的材质是铝。这里,没有使用设置在蜂窝成型体41下部的过热水蒸气流入口25。以输出密度5kW/kg照射频率2.45GHz的微波200秒钟。处理室22内的过热水蒸气氛围的温度为130℃。另外,带式输送机28的输送速度为0.32m/min。对于干燥后的蜂窝成型体,测定相应于内部A和外周部B各自位置的、从自下端面90mm的位置到上端面、5处不同高度测定位置的残存水分量。在图17表示其结果。
由实施例15的结果可以知道,与实施例14相比,可以将上端部水分差从约4%改善到0.7%。上端部水分差是指,从蜂窝成型体的上端部离5mm处附近与从上端部离30mm处附近的相同径向位置上的残存水分差。例如,图17的用水分差D表示的水分差就相当于上端部水分差。
产业上应用的可能性
根据本发明的蜂窝成型体的烧成前处理方法以及烧成前处理系统,能够适宜地处理作为广泛用于催化剂载体、以DPF为首的各种过滤器等的蜂窝结构体的未烧成体的蜂窝成型体。

Claims (15)

1.一种蜂窝成型体的烧成前处理方法,该方法是对未烧成的蜂窝成型体进行烧成前处理的方法,该未烧成的蜂窝成型体由含有陶瓷原料、水和粘合剂的原料组合物形成,并且具有被隔壁划分而成的作为流体流路的多个孔格,
该方法具有第一工序:使100~150℃的过热水蒸气通过所述孔格使所述蜂窝成型体的温度上升后,将过热水蒸气的温度保持在通过所述孔格的过热水蒸气的温度以上且200℃以下。
2.根据权利要求1所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,在所述第一工序中,在使所述蜂窝成型体的温度上升并达到平衡状态后,将过热水蒸气的温度保持在通过所述孔格的过热水蒸气的温度以上且200℃以下。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,在所述第一工序之后进一步具有第二工序,所述第二工序为在所述第一工序的温度以上且600℃以下的过热水蒸气的氛围中保持所述蜂窝成型体。
4.根据权利要求3所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,用一个处理装置连续实施所述第一工序和所述第二工序。
5.根据权利要求1或2所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,在所述第一工序和/或所述第二工序中,对所述蜂窝成型体进行微波加热和/或介电加热。
6.根据权利要求3所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,在所述第一工序和/或所述第二工序中,对所述蜂窝成型体进行微波加热和/或介电加热。
7.根据权利要求4所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法,在所述第一工序和/或所述第二工序中,对所述蜂窝成型体进行微波加热和/或介电加热。
8.一种蜂窝成型体的烧成前处理系统,具有:
烧成前处理工序:实施权利要求3所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法;
第一次分离工序:将所述烧成前处理工序中产生的含有水和源于粘合剂的成分的废气分离成含有所述源于粘合剂的成分的气体成分和含有所述水的液体成分;
第二次分离工序:将分离出的所述液体成分分离成所述水和所述水以外的其他成分;
再利用工序:加热所分离出的所述水而得到过热水蒸气,将得到的所述过热水蒸气供给于所述烧成前处理工序。
9.一种蜂窝成型体的烧成前处理系统,具有:
烧成前处理工序:实施权利要求4所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法;
第一次分离工序:将所述烧成前处理工序中产生的含有水和源于粘合剂的成分的废气分离成含有所述源于粘合剂的成分的气体成分和含有所述水的液体成分;
第二次分离工序:将分离出的所述液体成分分离成所述水和所述水以外的其他成分;
再利用工序:加热所分离出的所述水而得到过热水蒸气,将得到的所述过热水蒸气供给于所述烧成前处理工序。
10.一种蜂窝成型体的烧成前处理系统,具有:
烧成前处理工序:实施权利要求5所述的蜂窝成型体的烧成前处理方法;
第一次分离工序:将所述烧成前处理工序中产生的含有水和源于粘合剂的成分的废气分离成含有所述源于粘合剂的成分的气体成分和含有所述水的液体成分;
第二次分离工序:将分离出的所述液体成分分离成所述水和所述水以外的其他成分;
再利用工序:加热所分离出的所述水而得到过热水蒸气,将得到的所述过热水蒸气供给于所述烧成前处理工序。
11.根据权利要求8~10任一项所述的蜂窝成型体的烧成前处理系统,进一步具有脱臭工序:对所述气体成分的至少一部分进行脱臭。
12.蜂窝成型体的干燥方法,该方法是对未烧成的蜂窝成型体进行烧成前处理的方法,该未烧成的蜂窝成型体由含有陶瓷原料、水和粘合剂的原料组合物形成,并且具有被隔壁划分而成的作为流体流路的多个孔格,
在100~200℃的过热水蒸气氛围的处理室内,对所述未烧成的蜂窝成型体进行微波加热和/或介电加热。
13.根据权利要求12所述的蜂窝成型体的干燥方法,从所述未烧成的蜂窝成型体的一方端面,以外周部流量多于内部流量的方式流入过热水蒸气。
14.根据权利要求12或13所述的蜂窝成型体的干燥方法,对从所述处理室排出的水蒸气进行再加热制成过热水蒸气,再次流入所述处理室。
15.蜂窝成型体的干燥装置,具有:
在内部干燥未烧成的蜂窝成型体的处理室;
生成过热水蒸气并向所述处理室内流入过热水蒸气的过热水蒸气产生装置;
设置在所述处理室内的过热水蒸气流入口;
设置在所述处理室内的用于产生高频的电极和/或将微波导入处理室内的波导管。
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