CN103384807B - 陶瓷多孔体烧成用梭式窑 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含有机粘合剂的陶瓷多孔体烧成用梭式窑，其不会因为炉内外的温度差而发生破损，且相对现有技术能在更短时间内烧成。本发明的梭式窑，适合烧成含有机粘合剂的陶瓷多孔体。梭式窑中设置有吸出炉内气体，并通过补燃器(5)排气的气体吸出路径(4)以及将炉内气体吸出到炉外燃烧有机粘合剂，再使其返回炉内的循环路径(7)。

Description

陶瓷多孔体烧成用梭式窑

技术领域

本发明涉及一种含有机粘合剂陶瓷多孔体烧成用的梭式窑，特别是涉及适合烧成陶瓷蜂窝构造体的梭式窑。

背景技术

作为可大批量生产烧成陶瓷多孔体的炉，其中以隧道窑、辊道窑为代表的连续炉，以梭式窑为代表的批量炉得到了广泛的应用。梭式窑为通过窑车将多孔体运载到炉内烧成的批量式的烧成炉，由于窑车在炉内和炉外之间作往返移动，因此被称为梭式窑。

通过梭式窑烧成含有机粘合剂的陶瓷多孔体时，在升温的初期从未烧成的陶瓷多孔体会产生大量的有机粘合剂蒸气。这时，为确保安全，需要将炉内有机粘合剂蒸气的浓度控制在爆炸界限以下。此外，作为有机粘合剂，一般为甲基纤维素和聚乙烯醇等。

一般情况下，燃烧器在空气比m=30～50的高空气比下燃烧，通过提高燃烧器火焰的速度，炉内得到充分搅拌的同时，向炉内导入大量的空气将有机粘合剂蒸气的浓度控制在爆炸界限以下。为此，炉内的氧气浓度自然增加，有机粘合剂蒸气在陶瓷多孔体的表面燃烧。然而，由于陶瓷蜂窝构造体类的陶瓷多孔体具有优异的隔热性，会产生以下问题。

即，最初随着有机粘合剂蒸气的燃烧，陶瓷多孔体的外周部的温度上升，脱粘合剂进行，而由于陶瓷多孔体的隔热性好，难以将热量传到内部。然后，随着内部的温度慢慢上升，内部的有机粘合剂开始燃烧，内部温度开始上升。然而，由于难以将热量传到外周部，内部的温度高于外周部的温度。因此，在脱粘合剂工序的前期，张力作用于陶瓷多孔体的内部，在后期则相反地作用于陶瓷多孔体的外部。其结果是，陶瓷多孔体容易产生称为破损的裂纹，进而成为不良品。

为了避免这样的问题产生，可以使炉内的升温温度缓慢的上升，从而使脱粘合剂工序缓慢的进行。然而这样会使烧成周期变长，自然也会导致生产率下降。

因此，本申请的申请人在相关的日本专利文献1中提出，在脱粘合剂过程中通过降低炉内的氧气浓度抑制有机粘合剂的燃烧，以防止上所述裂纹的产生。作为具体的技术手段，记载有降低燃烧器中的空气比的方法，和加入氮气的方法。

在陶瓷蜂窝构造体的情况下，为了抑制导致裂纹产生的温度差，保持氧气的浓度为8％以下，最好优选氧气浓度维持在5％以下，为此需要加入大量的氮气，这就导致了成本问题的产生。此外，通过减小燃烧器的空气比从而降低炉内氧气浓度的方法容易产生炉内气体不足而导致搅拌不充分以及炉内温度分布不均匀的问题。

另外，作为通过加入大量的低氧气气体降低炉内氧气浓度的方法，在专利文献2中记载了吸出含有机粘合剂炉内气体在补燃器中完全燃烧，再将此时生成的燃烧气体返回到炉内的方法。

但是，由于以梭式窑为代表的批量炉的炉内气体的吸出口在脱粘合剂工序后的烧成工序中将被暴露在1000℃以上，难以形成一个完整的密封结构，在吸出炉内气体时会混入大量外部空气。此外，在梭式窑中，炉内的窑车需要往复移动，炉内吸出口在炉体底部即窑车中时，密封底部的烟道入口和炉内气体吸出口之间的部分是非常困难的，吸出炉内气体时不可避免的会混入外部空气。结果是，通过补燃器产生的燃烧气体的氧气浓度仅降至10％左右，即使这些燃烧气体再返回炉内，也不能保证炉内的氧气浓度足够低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开平1-203273号公报

专利文献2：日本专利文献特表2001-524451号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

因此，本发明的目的为解决上述现有技术中存在的问题，提供一种使含有机粘结剂的陶瓷多孔体不因炉内外的温度差而产生破损，且与现有技术相比可短时间烧成的梭式窑。

为解决上述技术问题，本发明的特征在于，含有机粘结剂的陶瓷多孔体烧成用的梭式窑，梭式窑中设置有吸出炉内气体，通过补燃器排气的气体吸出路径，以及，将炉内气体吸出炉外，燃烧有机粘结剂后再返回炉内的循环路径。

上述梭式窑是将陶瓷多孔体通过窑车装载搬入到炉内烧成的梭式窑，优选上述气体吸出路径是从窑车的底部吸出炉内气体。此外，吸出到循环路径的炉内气体，优选来自炉体的侧壁。此外，优选在循环路径设置将吸出后的炉内气体催化燃烧的催化反应器，催化反应器的前段优选设置供给燃料气体的燃料气体供给管，且在催化反应器的前段设置吸出的炉内气体的加热装置，优选在催化反应器的后段中设置将通过催化反应器后的气体温度降低到预定温度的冷却装置。另外，含有机粘结剂的陶瓷多孔体可以为陶瓷蜂窝构造体。此外，优选循环路径具有在脱粘合剂时运行，使炉内的氧气浓度维持在8％以下，优选5%以下的功能。

发明效果

本发明的梭式窑中设置有吸出炉内气体，通过补燃器排气的气体吸出路径，除了这个路径之外，还设置有将炉内气体吸出到炉外，燃烧有机粘合剂，再使燃烧后的气体返回到炉内的循环路径，因此可以在不混入外部空气的情况下使炉内的气体得到循环，炉内气体中的氧气通过燃烧消耗，能将氧气浓度控制在所需范围。此外，可以同时将有机粘合剂气体燃烧，使有机粘合剂的浓度降低，很容易地将炉内的有机粘合剂气体的浓度控制在爆炸界限以下。另外，可以通过提高循环速度促进炉内的搅拌，进而能防止炉内温度分布的不均匀。

另外，由于本发明的梭式窑中设置有吸出炉内气体，通过补燃器排气的气体吸出路径，故不可避免地入侵的外部空气，会与炉内气体一同被吸出，使含有的有机粘合剂气体燃烧之后，进行排气。

因此，根据本发明的梭式窑，可以在抑制有机粘合剂在陶瓷多孔体表面燃烧的同时脱粘合剂，且能减小陶瓷多孔体内外的温度差，不会产生破损。此外，在升温速度提高的情况下也可以进行脱粘合剂工序，缩短烧成时间。更进一步的，由于不需要使用氮气等气体，不会增加运行成本。

此外，通过在循环路径中设置吸出炉内气体的加热装置、催化反应器和冷却装置，可以提高炉内气体的温度从而促进催化燃烧，且通过催化反应器后的气体通过冷却装置降到所需温度后再返回炉内，使炉内的温度不发生变化。

更进一步，在脱粘合剂工序中，需要缓慢提高炉内温度，但是在炉体中已经设置的多数燃烧器不容易进行燃烧控制，而本发明的梭式窑中，停止使用炉体中设置的多数燃烧器，仅通过在循环路径中设置加热装置进行温度控制，使炉内温度容易缓慢上升。

附图说明

图1为本发明的实施方式的示意图。

图2为烧成温度的变化示意图。

图3为其它实施方式的示意图。

图4为其它实施方式的示意图。

符号说明

1、炉体2、气体流路3、气体吸出口4、气体吸出路径5、补燃器6、吸风机7、循环路径8、循环风机9、燃烧装置10、加热装置11、冷却装置12、燃烧器13、循环用吸出口14、循环用返回口15、燃料气体供给管20、窑车21、入口门

具体实施方式

以下对本发明优选的实施方式进行说明。在这个实施方式中，烧成对象物为含有机粘结剂陶瓷多孔体的陶瓷蜂窝构造体。将未烧成的陶瓷多孔体通过窑车装载搬入炉内，在200℃左右使有机粘合剂蒸发，然后升温到1500℃左右烧成。

图1中，1为梭式窑的炉体。图1中为简化附图，显示炉内的窑车20为3台，实际上，炉体1可以向附图左右方向延伸，打开入口门21，向炉内1中装入多台窑车进行烧成。在各个窑车20的底面形成有气体流路2。此外，窑车底部，在与气体流路2相对应的位置设置有含有气体吸出口3的气体吸出路径4。如前所述，梭式窑中，必须具备窑车20的行走机构，因此难以将炉体底部进行完全密封，但通过设置气体吸出路径4，如箭头所示，即使侵入一定量的外部气体，也可与炉内气体一同被吸出气体吸出路径4，从而防止外部空气侵入炉内。其中，根据炉的结构，上述气体的吸出可能从炉体1的顶部和后壁进行，并不限于从窑车底部吸出气体。

气体吸出路径4中设置有补燃器5和吸风机6。在升温初期的脱粘合剂工序中，由于陶瓷多孔体含有的有机粘合剂蒸发，气体吸出路径4中吸出的炉内气体中也含有有机粘合剂。这些有机粘合剂蒸气通过补燃器5完全燃烧后，排放到大气中。

本发明的梭式窑除气体吸出路径4之外，还设置有循环路径7。这个循环路径7通过炉体1的侧壁形成的循环用吸出口13，将炉内气体吸出到炉外，燃烧有机粘合剂，再将气体通过循环返回口14吸入到炉内。如此，通过设置气体吸出路径4以外的循环路径7，相比于例如，仅设置有气体吸出路径4，将含有机粘合剂气体的炉内气体全部通过气体吸出路径4吸出，在补燃器器中完全燃烧，此时生成的燃烧气体再返回到炉内的方法，通过设置循环路径7减轻了补燃器的负荷，可以实现补燃器的小型化。

循环用吸出口13和循环返回口14优选设置在不会扰乱炉内气体流动的位置。在本实施方式中，循环风机8通过设置在炉体1的侧壁底部多个位置形成的循环吸出口13吸出炉内气体，通过顶部多个位置形成的循环用返回口14返回炉内。一般从炉内温度分布和热效率的观点来看，气体在炉内优选形成向下流动的气流，因此，在本实施方式中，从侧壁底部吸出，从侧壁顶部返回。但是并不限定如此配置，根据具体情况可以从侧壁顶部和顶部吸出，从侧壁底部返回。

循环路径7中设置有燃烧吸出的炉内气体的有机粘合剂气体的燃烧装置9。燃烧装置9的作用为燃烧炉内气体中的有机粘合剂气体，通过燃烧消耗炉内气体中的氧气，从而降低氧气浓度，该燃烧装置优选为催化反应器。催化反应器可以是载持有铂或钯等贵金属氧化催化剂的陶瓷蜂窝构造体，即使在有机粘合剂气体浓度低或者氧气浓度低的条件下也可以进行催化燃烧。但是催化反应器的种类并不限于此。

由于催化反应器的催化活性受温度的影响，故在催化反应器的前段设置加热装置10，将吸出的炉内气体的温度提高到例如300℃左右。此外，由于催化燃烧时炉内气体的温度会上升，在这个温度下返回炉体1内会扰乱炉内温度。因此，优选在催化反应器的后段设置将通过催化反应器后的气体温度降低到炉内预定温度附近的冷却装置11。加热装置10为气体燃烧器或者电加热器，冷却装置11为热交换器。这个循环路径7在升温初期的脱粘合剂工序中使用，在进行更高温的烧成的烧成工序中停止使用。

此外，当炉内气体的有机粘合剂气体的浓度低，在炉内仅使有机粘合剂气体的燃烧并不能充分消耗氧气从而使氧气浓度降低时，如图3所示，在催化反应器的前段配置燃料气体供给管15，通过在催化反应器燃烧燃料气体供给管15供给的燃料气体，消耗炉内气体中的氧气从而降低氧气浓度。

图3所示的实施方式中采用的是以下构成：在催化反应器的前段设置加热装置10，将吸出的炉内气体的温度提高到催化活性温度，在相对催化活性得到提高的条件下可以燃烧，如图4所示，即使是省略加热装置10，仅在催化反应器的前段配置燃料气体供给管15的简单构成，在炉内气体中的有机粘合剂气体的浓度低，仅燃烧有机粘合剂气体消耗氧气不能充分降低氧气浓度时，通过燃烧燃料气体消耗炉内气体中的氧气也能得到降低氧气浓度的效果。

由此构成本发明的梭式窑为使用于与现有技术同样的含有机粘合剂的未烧成陶瓷多孔体，例如陶瓷蜂窝构造体的烧成。在升温初期的脱粘合剂工序中，炉内气体以及从炉体1底部侵入的外部空气被吸出气体吸出路径4中，含有的有机粘合剂气体在通过补燃器5燃烧·除臭的同时，在循环路径7中，通过炉体1的侧壁形成的循环用吸出口13吸出炉内气体。循环路径7吸出的炉内气体，通过加热装置10升温，将其温度提高到氧化催化的活性温度范围内后通过催化反应器。这时，由于含有的有机粘合剂气体催化燃烧，故通过催化反应器的气体中，不仅有机粘合剂气体的浓度降低，氧气的浓度也随之降低，通过冷却装置11冷却至炉内预定温度后通过循环用返回口14返回炉体1的内部。

通过反复重复该循环，消耗炉内的氧气，并防止气体从炉体底部侵入炉内，使炉内的氧气浓度达到目标8%以下，并可进一步降低到最理想的5%以下。此外，可将陶瓷多孔体中产生的有机粘合剂气体通过催化燃烧除去，使其浓度维持在爆炸极限值的1/4左右的较低水平。此外，在升温初期的脱粘合剂工序中，如图2所示，需要缓慢提高炉内温度，但对炉体1中设置的多个燃烧炉12进行燃烧控制并不容易。但是，本发明中，在炉体1中设置的多个燃烧炉12在脱粘合剂工序不燃烧，仅通过控制循环路径7中设置的加热装置10可以容易且精确地控制通过控制炉内温度。

另外，在本发明的梭式窑中，可以自由控制循环路径7中的气体循环速度（气体循环量），而不受炉内温度的影响。在已有的未设置循环路径7的梭式窑中，若想将氧气浓度控制在8%以下，更进一步控制在最理想的5%以下，则打入炉内的空气量会受到制约，产生炉内搅拌不充分，或有机粘合剂气体的浓度变高的问题，根据本发明，由于可自由增加循环路径7中的气体循环速度（气体循环量），循环使其催化燃烧，故炉内可进行充分搅拌，并对有机粘合剂的浓度进行自由控制。

如上所述，历来为了防止脱粘合剂工序中的破损，脱粘合剂需要花费很长的时间。这种情况通过图2的虚线表示。与此相对，通过使用本发明的梭式窑，由于可对氧气浓度和有机粘合剂气体的浓度进行自由的控制，如图2中的实线所示，从而可大幅缩短脱粘合剂的时间，降到了之前的1/5左右，而且还可以防止破损的产生。此外，在脱粘合剂工序结束之后停止循环路径7的运作，通过炉体1中设置的多个燃烧器12进行高温烧成。

如上所述，本发明中，通过降低氧气浓度抑制有机粘合剂的快速燃烧，可防止陶瓷多孔体的破损的同时使脱粘合剂工序高效进行，全部烧成时间缩短为现有技术的2/3。因此，对于同一容量的炉子，可将生产率提高约1.5倍。除此之外，可以将炉内的有机粘合剂气体的浓度远远控制在爆炸极限以下的水平，安全性良好。

Claims (7)

1.一种陶瓷多孔体烧成用梭式窑，其是含有机粘合剂的陶瓷多孔体烧成用的梭式窑，其特征在于，设置有气体吸出路径和循环路径，所述气体吸出路径用来将侵入炉内的外部空气与炉内气体一同从设置在炉体底部的气体吸出口吸出，并介由补燃器进行排气，所述循环路径用来将炉内气体从相对于所述气体吸出口另外设置的循环用吸出口吸出到炉外，燃烧有机粘合剂，然后再使气体返回炉内，

循环路径具有在脱粘合剂时运行，将炉内的氧气浓度维持在8％以下的功能。

2.根据权利要求1所述的陶瓷多孔体烧成用梭式窑，所述梭式窑是将陶瓷多孔体通过窑车装载搬入到炉内烧成的梭式窑，其特征在于，所述气体吸出路径是从窑车的底部吸出炉内气体。

3.根据权利要求1所述的陶瓷多孔体烧成用梭式窑，其特征在于，从炉体的侧壁将炉内气体吸出到循环路径。

4.根据权利要求1或3所述的陶瓷多孔体烧成用梭式窑，其特征在于，循环路径中设置有使吸出的炉内气体催化燃烧的催化反应器。

5.根据权利要求4所述的陶瓷多孔体烧成用梭式窑，其特征在于，在催化反应器的前段设置有供给燃料气体的燃料气体供给管。

6.根据权利要求4所述的陶瓷多孔体烧成用梭式窑，其特征在于，在循环路径中，催化反应器的前段设置有吸出的炉内气体的加热装置，催化反应器的后段设置有将通过催化反应器后的气体温度降低到预定温度的冷却装置。

7.根据权利要求1所述的陶瓷多孔体烧成用梭式窑，其特征在于，含有机粘合剂的陶瓷多孔体为陶瓷蜂窝构造体。