JP2000272973A - マイクロ波加熱炉及び有機バインダーを含有する耐火物の焼成方法 - Google Patents
マイクロ波加熱炉及び有機バインダーを含有する耐火物の焼成方法Info
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- JP2000272973A JP2000272973A JP11083211A JP8321199A JP2000272973A JP 2000272973 A JP2000272973 A JP 2000272973A JP 11083211 A JP11083211 A JP 11083211A JP 8321199 A JP8321199 A JP 8321199A JP 2000272973 A JP2000272973 A JP 2000272973A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/60—Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐火物に含有する有機バインダーを、マイク
ロ波加熱で分解して、炭化させ、優れた耐火物品質を確
保するとともに、高い熱効率により焼成時間の短縮をは
かる。 【解決手段】 マイクロ波を導入するマイクロ波導入手
段と、加熱炉本体内部に配置された断熱材からなる囲い
と、囲いの内部と加熱炉本体外部を連通する排気手段
と、加熱炉本体内部に窒素ガス又は不活性ガスを導入す
る不活性ガス流入手段を有するマイクロ波加熱炉。ま
た、この加熱炉を用い、耐火物重量１kg単位重量当たり
０．２〜２kWのマイクロ波を照射して、耐火物表面を６
５０〜１５００℃に加熱することで、耐火物に含有され
た有機バインダーを分解し、炭化させ、カーボンボンド
を形成させる焼成方法。
ロ波加熱で分解して、炭化させ、優れた耐火物品質を確
保するとともに、高い熱効率により焼成時間の短縮をは
かる。 【解決手段】 マイクロ波を導入するマイクロ波導入手
段と、加熱炉本体内部に配置された断熱材からなる囲い
と、囲いの内部と加熱炉本体外部を連通する排気手段
と、加熱炉本体内部に窒素ガス又は不活性ガスを導入す
る不活性ガス流入手段を有するマイクロ波加熱炉。ま
た、この加熱炉を用い、耐火物重量１kg単位重量当たり
０．２〜２kWのマイクロ波を照射して、耐火物表面を６
５０〜１５００℃に加熱することで、耐火物に含有され
た有機バインダーを分解し、炭化させ、カーボンボンド
を形成させる焼成方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機バインダーを
含む耐火物の焼成するための加熱炉と該加熱炉を用いて
行う耐火物の焼成方法に関するものである。
含む耐火物の焼成するための加熱炉と該加熱炉を用いて
行う耐火物の焼成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】有機バインダーを含有する耐火物は、通
常、次のように製造される。まず、アルミナ、スピネ
ル、マグネシア、ジルコニア、シリカなどの耐火原料及
び鱗状黒鉛、カーボンブラックなどの粉末炭素原料に有
機バインダーを加え混練する。有機バインダーとして
は、フェノール樹脂やピッチなどが使用される。この
後、混練物は加圧成形される。加圧成形には、主に一軸
プレスが使用されるが、ＣＩＰを用いた等方加圧成形に
よることもある。製造された素地は、１００〜３５０℃
で乾燥された後、さらに高い温度で焼成され製品化され
る。
常、次のように製造される。まず、アルミナ、スピネ
ル、マグネシア、ジルコニア、シリカなどの耐火原料及
び鱗状黒鉛、カーボンブラックなどの粉末炭素原料に有
機バインダーを加え混練する。有機バインダーとして
は、フェノール樹脂やピッチなどが使用される。この
後、混練物は加圧成形される。加圧成形には、主に一軸
プレスが使用されるが、ＣＩＰを用いた等方加圧成形に
よることもある。製造された素地は、１００〜３５０℃
で乾燥された後、さらに高い温度で焼成され製品化され
る。
【０００３】従来、乾燥後に行う焼成方法としては、電
気加熱、燃焼加熱といった外部加熱によるものである。
この方法では、耐火物外部より熱を供給し、熱伝導によ
り表層から徐々に内部まで加熱している。しかし、この
ような外部加熱方法では、昇降温中の耐火物外部と内部
の温度差が大きくなり、耐火物に亀裂が生じることがあ
る。特に、大型のものや複雑な形状のものは亀裂の生じ
る割合が大きくなってしまう。
気加熱、燃焼加熱といった外部加熱によるものである。
この方法では、耐火物外部より熱を供給し、熱伝導によ
り表層から徐々に内部まで加熱している。しかし、この
ような外部加熱方法では、昇降温中の耐火物外部と内部
の温度差が大きくなり、耐火物に亀裂が生じることがあ
る。特に、大型のものや複雑な形状のものは亀裂の生じ
る割合が大きくなってしまう。
【０００４】一方、外部加熱方法に対して、マイクロ波
加熱を利用した焼成方法が知られている。特開平７−１
０１７７９号公報では、少なくとも１０重量％以上の炭
素を含有する耐火物に、５０Ｗ〜１００kWのエネルギー
のマイクロ波を照射し、少なくとも５００℃以上に加熱
して含有樹脂分を炭化させ、カーボンボンドを生成して
いる。このマイクロ波加熱を利用した焼成方法により、
耐火物に亀裂が生じないように均一に加熱することがで
きる。
加熱を利用した焼成方法が知られている。特開平７−１
０１７７９号公報では、少なくとも１０重量％以上の炭
素を含有する耐火物に、５０Ｗ〜１００kWのエネルギー
のマイクロ波を照射し、少なくとも５００℃以上に加熱
して含有樹脂分を炭化させ、カーボンボンドを生成して
いる。このマイクロ波加熱を利用した焼成方法により、
耐火物に亀裂が生じないように均一に加熱することがで
きる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−１０１７７９号公報のように、単純にマイクロ波加
熱を利用した焼成方法では、目標温度で焼成すること又
は目標の品質を得ることは困難である。その理由は、対
象となる耐火物に、大きなマイクロ波のエネルギーを照
射しても、耐火物表面からの抜熱が大きく、目標温度で
焼成することは難しい。例え、耐火物表面温度が目標温
度に達したとしても、耐火物内部の温度勾配は非常に大
きくなっており、大型のものや複雑な形状のものでは亀
裂が入りやすい。
７−１０１７７９号公報のように、単純にマイクロ波加
熱を利用した焼成方法では、目標温度で焼成すること又
は目標の品質を得ることは困難である。その理由は、対
象となる耐火物に、大きなマイクロ波のエネルギーを照
射しても、耐火物表面からの抜熱が大きく、目標温度で
焼成することは難しい。例え、耐火物表面温度が目標温
度に達したとしても、耐火物内部の温度勾配は非常に大
きくなっており、大型のものや複雑な形状のものでは亀
裂が入りやすい。
【０００６】マイクロ波吸収性に乏しいアルミナなどの
耐火原料からなるファイバー質の断熱材を対象の耐火物
表面に貼り付け、大気中で焼成すると、抜熱が抑制さ
れ、目標温度まで達する。しかしながら、耐火物に含ま
れる有機バインダーが炭化すると同時に酸化劣化が生じ
てしまい、狙い通りの品質を確保することはできない。
耐火原料からなるファイバー質の断熱材を対象の耐火物
表面に貼り付け、大気中で焼成すると、抜熱が抑制さ
れ、目標温度まで達する。しかしながら、耐火物に含ま
れる有機バインダーが炭化すると同時に酸化劣化が生じ
てしまい、狙い通りの品質を確保することはできない。
【０００７】また、断熱材を対象の耐火物表面に貼り付
けると同時に、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを加熱
炉内に供給しながらマイクロ波照射すると、抜熱の抑制
とともに、有機バインダーが炭化して形成したカーボン
ボンドの酸化劣化を防止できる。しかし、一般に有機バ
インダーは約１８０℃から分解が始まり、カーボン源を
含む黒色の分解ガスを排出する。マイクロ波加熱は耐火
物自身を高温に晒すが、加熱炉の雰囲気部は室温に近い
低い温度である。そのため、この分解ガスが耐火物の周
囲に貼り合わせた断熱材の内部にて、再度沈着する現象
が生じる。そのため、断熱材が真っ黒になり、マイクロ
波の電磁エネルギーが、この断熱材にて吸収され、対象
の耐火物自身に届かなくなり、目標温度に達する前に、
マイクロ波出力を幾ら上昇しても耐火物温度が一定にな
ってしまう。このように現状の技術では、マイクロ波加
熱により目標温度で焼成して、耐火物品質を確保するこ
とは難かしい。
けると同時に、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを加熱
炉内に供給しながらマイクロ波照射すると、抜熱の抑制
とともに、有機バインダーが炭化して形成したカーボン
ボンドの酸化劣化を防止できる。しかし、一般に有機バ
インダーは約１８０℃から分解が始まり、カーボン源を
含む黒色の分解ガスを排出する。マイクロ波加熱は耐火
物自身を高温に晒すが、加熱炉の雰囲気部は室温に近い
低い温度である。そのため、この分解ガスが耐火物の周
囲に貼り合わせた断熱材の内部にて、再度沈着する現象
が生じる。そのため、断熱材が真っ黒になり、マイクロ
波の電磁エネルギーが、この断熱材にて吸収され、対象
の耐火物自身に届かなくなり、目標温度に達する前に、
マイクロ波出力を幾ら上昇しても耐火物温度が一定にな
ってしまう。このように現状の技術では、マイクロ波加
熱により目標温度で焼成して、耐火物品質を確保するこ
とは難かしい。
【０００８】本発明は、マイクロ波加熱により目標温度
で焼成して、耐火物品質を確保するものであり、更に熱
効率を高くして焼成時間の短縮をはかることが可能な有
機バインダーを含有する耐火物のマイクロ波加熱炉とそ
れを使用する焼成方法を提供することを目的とする。
で焼成して、耐火物品質を確保するものであり、更に熱
効率を高くして焼成時間の短縮をはかることが可能な有
機バインダーを含有する耐火物のマイクロ波加熱炉とそ
れを使用する焼成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の主旨は、（１）
加熱炉本体と、加熱炉本体にマイクロ波を導入するマイ
クロ波導入手段と、加熱炉本体内部に配置された断熱材
からなる囲いと、囲いの内部と加熱炉本体外部を連通す
る排気手段と、加熱炉本体内部に窒素ガス又は不活性ガ
スを導入する不活性ガス流入手段を有することを特徴と
するマイクロ波加熱炉、（２）断熱材がシリカ、アルミ
ナ、ムライトの何れかであることを特徴とする（１）記
載のマイクロ波加熱炉、（３）（１）又は（２）記載の
加熱炉を用いて耐火物に含有された有機バインダーを分
解し、炭化させ、カーボンボンドを形成する方法であっ
て、前記囲いの内部に空間を設けて耐火物を設置し、窒
素又は不活性ガスを加熱炉内に供給しながらマイクロ波
を加熱炉内に照射し、前記有機バインダーの分解ガスを
加熱炉外に排出しながら耐火物表面を６５０〜１５００
℃に加熱することを特徴とする有機バインダーを含有す
る耐火物の焼成方法、（４）耐火物重量１kg単位重量当
たり０．２〜２kWのマイクロ波を照射することを特徴と
する（３）記載の有機バインダーを含有する耐火物の焼
成方法、である。
加熱炉本体と、加熱炉本体にマイクロ波を導入するマイ
クロ波導入手段と、加熱炉本体内部に配置された断熱材
からなる囲いと、囲いの内部と加熱炉本体外部を連通す
る排気手段と、加熱炉本体内部に窒素ガス又は不活性ガ
スを導入する不活性ガス流入手段を有することを特徴と
するマイクロ波加熱炉、（２）断熱材がシリカ、アルミ
ナ、ムライトの何れかであることを特徴とする（１）記
載のマイクロ波加熱炉、（３）（１）又は（２）記載の
加熱炉を用いて耐火物に含有された有機バインダーを分
解し、炭化させ、カーボンボンドを形成する方法であっ
て、前記囲いの内部に空間を設けて耐火物を設置し、窒
素又は不活性ガスを加熱炉内に供給しながらマイクロ波
を加熱炉内に照射し、前記有機バインダーの分解ガスを
加熱炉外に排出しながら耐火物表面を６５０〜１５００
℃に加熱することを特徴とする有機バインダーを含有す
る耐火物の焼成方法、（４）耐火物重量１kg単位重量当
たり０．２〜２kWのマイクロ波を照射することを特徴と
する（３）記載の有機バインダーを含有する耐火物の焼
成方法、である。
【００１０】ここで、有機バインダーとは、たとえばフ
ェノール樹脂、ピッチなどを意味し、有機バインダーを
含有する耐火物としては、製鋼工程の混銑車に使用され
るＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＣ−Ｃ煉瓦、転炉に使用されるＭｇ
Ｏ−Ｃ煉瓦、連続鋳造の浸漬ノズルに使用されるＡｌ2
Ｏ3 −Ｃ煉瓦などが挙げられる。
ェノール樹脂、ピッチなどを意味し、有機バインダーを
含有する耐火物としては、製鋼工程の混銑車に使用され
るＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＣ−Ｃ煉瓦、転炉に使用されるＭｇ
Ｏ−Ｃ煉瓦、連続鋳造の浸漬ノズルに使用されるＡｌ2
Ｏ3 −Ｃ煉瓦などが挙げられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。前記請求項１に係わる発明では、金網、鎖などで
マイクロ波の漏洩を防止したバッチ式加熱炉、またはロ
ーラコンベア式連続加熱炉に、金属Ａｌ製または金属Ｃ
ｕ製の導波管を通じて、マイクロ波発振装置よりマイク
ロ波の電磁エネルギーが供給される。マイクロ波の周波
数としては、２．４５GHz 、６GHz 、８GHz 、２８GHz
などが代表であるが、いずれの周波帯でも構わない。
する。前記請求項１に係わる発明では、金網、鎖などで
マイクロ波の漏洩を防止したバッチ式加熱炉、またはロ
ーラコンベア式連続加熱炉に、金属Ａｌ製または金属Ｃ
ｕ製の導波管を通じて、マイクロ波発振装置よりマイク
ロ波の電磁エネルギーが供給される。マイクロ波の周波
数としては、２．４５GHz 、６GHz 、８GHz 、２８GHz
などが代表であるが、いずれの周波帯でも構わない。
【００１２】加熱炉本体内に設置した断熱材からなる囲
いの内部に、有機バインダーを含有する耐火物を設置
し、マイクロ波を照射すると、一般にアルミナ、マグネ
シア、スピネルなどの酸化物系はマイクロ波吸収能性が
乏しいのに対して、フェノール樹脂、ピッチなどの有機
バインダーはいずれもマイクロ波吸収能が高いため、耐
火物中に含まれる有機バインダーが選択的にマイクロ波
を吸収し、加熱される。一方、従来の熱伝導を利用した
外部加熱方法では、一般に８００℃で完了するといわれ
る有機バインダーを炭化させるには、耐火物素地も同温
度に加熱することによって炭化する。したがって、マイ
クロ波を利用した加熱方法は、有機バインダーの選択加
熱により、耐火物素地の温度がより低温でも、有機バイ
ンダーの炭化を完了させることができ、しかも内部加熱
により外部加熱方法に比べ、遥かに熱効率を向上させる
ことができる。また、内部加熱により厚み方向の焼成ム
ラがなくなり、製造歩留まり、品質の安定度合いも向上
する。
いの内部に、有機バインダーを含有する耐火物を設置
し、マイクロ波を照射すると、一般にアルミナ、マグネ
シア、スピネルなどの酸化物系はマイクロ波吸収能性が
乏しいのに対して、フェノール樹脂、ピッチなどの有機
バインダーはいずれもマイクロ波吸収能が高いため、耐
火物中に含まれる有機バインダーが選択的にマイクロ波
を吸収し、加熱される。一方、従来の熱伝導を利用した
外部加熱方法では、一般に８００℃で完了するといわれ
る有機バインダーを炭化させるには、耐火物素地も同温
度に加熱することによって炭化する。したがって、マイ
クロ波を利用した加熱方法は、有機バインダーの選択加
熱により、耐火物素地の温度がより低温でも、有機バイ
ンダーの炭化を完了させることができ、しかも内部加熱
により外部加熱方法に比べ、遥かに熱効率を向上させる
ことができる。また、内部加熱により厚み方向の焼成ム
ラがなくなり、製造歩留まり、品質の安定度合いも向上
する。
【００１３】但し、マイクロ波照射による内部加熱で、
耐火物素地を所定温度に加熱するには、耐火物表面から
の抜熱を防止する必要があり、そのために耐火物素地の
周囲に断熱材を配置しなければならない。また、耐火物
中の有機バインダーがマイクロ波を選択吸収して分解ガ
スを排出するが、その分解ガスが周囲の断熱材内部で再
沈着して、マイクロ波の透過の妨げとならないように、
断熱材からなる囲いと、囲いの内部と加熱炉の外部を連
通する排気手段を設け、分解ガスを強制排気させる。排
気装置としては、囲い内部に入れた金属製パイプをつな
げたポンプ、送風機などの構成により、加熱炉系外に分
解ガスを排出させる。更に、高温に晒し、有機バインダ
ーが炭化した後、酸化劣化が生じないように、加熱炉内
に窒素またはアルゴンなどの不活性ガスを流入させる必
要があり、加熱炉にガス流入弁を設けてガスを送り込
み、囲いの内部と加熱炉の外部を連通する排気手段から
ガスを系外に排出させる構造とする。なお、ガス流入弁
の入口、排気ダクトの出口にはマイクロ波が漏れないよ
うに、金網を設置することが好ましい。
耐火物素地を所定温度に加熱するには、耐火物表面から
の抜熱を防止する必要があり、そのために耐火物素地の
周囲に断熱材を配置しなければならない。また、耐火物
中の有機バインダーがマイクロ波を選択吸収して分解ガ
スを排出するが、その分解ガスが周囲の断熱材内部で再
沈着して、マイクロ波の透過の妨げとならないように、
断熱材からなる囲いと、囲いの内部と加熱炉の外部を連
通する排気手段を設け、分解ガスを強制排気させる。排
気装置としては、囲い内部に入れた金属製パイプをつな
げたポンプ、送風機などの構成により、加熱炉系外に分
解ガスを排出させる。更に、高温に晒し、有機バインダ
ーが炭化した後、酸化劣化が生じないように、加熱炉内
に窒素またはアルゴンなどの不活性ガスを流入させる必
要があり、加熱炉にガス流入弁を設けてガスを送り込
み、囲いの内部と加熱炉の外部を連通する排気手段から
ガスを系外に排出させる構造とする。なお、ガス流入弁
の入口、排気ダクトの出口にはマイクロ波が漏れないよ
うに、金網を設置することが好ましい。
【００１４】前記請求項２に係わる発明として、耐火物
素地の周囲を囲む断熱材としては、高温に加熱するた
め、シリカ、アルミナ、ムライトのいずれかからなる耐
火性を有するブランケット状、ボード状のものが望まし
い。また、使用する断熱材の物性としては、密度が７０
〜１００kg/m3 の範囲のものが、熱伝導率がＪＩＳ Ａ
１４１２又は１４１３による室温の測定値で０．１kcal
/m・hr・℃以下のものが望ましい。また、断熱材による
囲いの厚みは、目標温度によって必要厚みが変わるが、
２５〜１００mm程度であることが好ましい。
素地の周囲を囲む断熱材としては、高温に加熱するた
め、シリカ、アルミナ、ムライトのいずれかからなる耐
火性を有するブランケット状、ボード状のものが望まし
い。また、使用する断熱材の物性としては、密度が７０
〜１００kg/m3 の範囲のものが、熱伝導率がＪＩＳ Ａ
１４１２又は１４１３による室温の測定値で０．１kcal
/m・hr・℃以下のものが望ましい。また、断熱材による
囲いの厚みは、目標温度によって必要厚みが変わるが、
２５〜１００mm程度であることが好ましい。
【００１５】また、前記請求項３に係わる発明として、
前記囲いの内部に空間を設けて耐火物素地を設置し、請
求項１又は２記載の加熱炉を用いて、マイクロ波照射し
ながら、窒素又はアルゴンなどの不活性ガスを加熱炉に
流入、排出しながら耐火物表面を６５０〜１５００℃に
加熱して、耐火物中の有機バインダーを分解し、炭化さ
せてカーボンボンドを形成することを特徴とする。耐火
物素地と囲いの空間距離は分解ガスの排出速度により多
少異なるが、５０〜１５０mmが好ましい。５０mm未満だ
と、分解ガスを排気手段で強制排気しても、囲いの断熱
材内にて再沈着する現象を皆無にすることはできない。
一方、１５０mm超の場合、囲いが断熱としても機能が小
さくなり、耐火物表面からの抜熱が大きく、所定温度ま
で加熱することができなくなる。マイクロ波照射によ
り、６５０〜１５００℃に耐火物を加熱するのは、有機
バインダーの選択加熱でも６５０℃未満では炭化が完了
しないため、１５００℃超では耐火物の焼結収縮が大き
くなり、マイクロ波加熱でも製造歩留まりが極端に低下
してしまうからである。
前記囲いの内部に空間を設けて耐火物素地を設置し、請
求項１又は２記載の加熱炉を用いて、マイクロ波照射し
ながら、窒素又はアルゴンなどの不活性ガスを加熱炉に
流入、排出しながら耐火物表面を６５０〜１５００℃に
加熱して、耐火物中の有機バインダーを分解し、炭化さ
せてカーボンボンドを形成することを特徴とする。耐火
物素地と囲いの空間距離は分解ガスの排出速度により多
少異なるが、５０〜１５０mmが好ましい。５０mm未満だ
と、分解ガスを排気手段で強制排気しても、囲いの断熱
材内にて再沈着する現象を皆無にすることはできない。
一方、１５０mm超の場合、囲いが断熱としても機能が小
さくなり、耐火物表面からの抜熱が大きく、所定温度ま
で加熱することができなくなる。マイクロ波照射によ
り、６５０〜１５００℃に耐火物を加熱するのは、有機
バインダーの選択加熱でも６５０℃未満では炭化が完了
しないため、１５００℃超では耐火物の焼結収縮が大き
くなり、マイクロ波加熱でも製造歩留まりが極端に低下
してしまうからである。
【００１６】さらに、前記請求項４に係わる発明とし
て、前記請求項３記載のマイクロ波加熱において、投入
マイクロ波を規定したものであり、耐火物１kg単位重量
当たり０．２〜２kWのマイクロ波を照射することを特徴
とする。耐火物１kg単位重量当たり０．２kW未満のマイ
クロ波照射では、断熱材の囲いをしても、耐火物素地を
有機バインダーが分解し、炭化する温度まで昇温させる
ことはできない。また、耐火物１kg単位重量当たり２kW
超のマイクロ波照射では、耐火物の昇温速度を制御する
ことができなくなり、耐火物が局部的にマイクロ波を吸
収してしまうホットスポットが発生して、その部位が溶
融してしまい、製品として使えなくなる割合が極端に増
大するためである。
て、前記請求項３記載のマイクロ波加熱において、投入
マイクロ波を規定したものであり、耐火物１kg単位重量
当たり０．２〜２kWのマイクロ波を照射することを特徴
とする。耐火物１kg単位重量当たり０．２kW未満のマイ
クロ波照射では、断熱材の囲いをしても、耐火物素地を
有機バインダーが分解し、炭化する温度まで昇温させる
ことはできない。また、耐火物１kg単位重量当たり２kW
超のマイクロ波照射では、耐火物の昇温速度を制御する
ことができなくなり、耐火物が局部的にマイクロ波を吸
収してしまうホットスポットが発生して、その部位が溶
融してしまい、製品として使えなくなる割合が極端に増
大するためである。
【００１７】
【実施例】以下に本発明と比較例を示し、本発明の特徴
とすることを一層明確にする。焼成に用いた耐火物は、
連続鋳造に用いる単重３０kg、中空の円筒形状の浸漬ノ
ズル材質である。この材料は、フェノール樹脂３wt％を
内掛け添加したＡｌ2 Ｏ3−Ｃ質であり、カーボン源と
しては、フェノール樹脂が炭化した分の他に、等方性黒
鉛であり、計２５wt％である。マイクロ波発振装置は、
クライストロン管を使用した加熱装置であり、周波数は
２．４５GHz 、公称出力１２０kWである。
とすることを一層明確にする。焼成に用いた耐火物は、
連続鋳造に用いる単重３０kg、中空の円筒形状の浸漬ノ
ズル材質である。この材料は、フェノール樹脂３wt％を
内掛け添加したＡｌ2 Ｏ3−Ｃ質であり、カーボン源と
しては、フェノール樹脂が炭化した分の他に、等方性黒
鉛であり、計２５wt％である。マイクロ波発振装置は、
クライストロン管を使用した加熱装置であり、周波数は
２．４５GHz 、公称出力１２０kWである。
【００１８】図１は、本発明によるマイクロ波加熱を利
用した耐火物の焼成装置を模した断面図であり、本発明
の特徴を表した図である。０．８ｍ×１．０ｍ×１．２
ｍのアルミ製のバッチ式加熱炉本体１に、導波管２を通
じて、マイクロ波発振機３から電磁波を入射させる。加
熱炉本体１内の電界分布を均等にするために、入射した
電磁波をスターラーファン４にて、攪拌させる構造とな
っている。加熱炉本体１内には、対象耐火物５をセット
し、その周囲には対象耐火物５の下面を除き、１００mm
間隔の空間を設けて、厚さ７５mm、耐火温度１４００℃
のムライト質ファイバーからなるボード状の断熱材６で
覆っている。この空間に、内径１５mm、鉄製の金属ホー
ス７を３本連通させて、それぞれに能力２０Nm3 ／hrの
排風機８につなげている。
用した耐火物の焼成装置を模した断面図であり、本発明
の特徴を表した図である。０．８ｍ×１．０ｍ×１．２
ｍのアルミ製のバッチ式加熱炉本体１に、導波管２を通
じて、マイクロ波発振機３から電磁波を入射させる。加
熱炉本体１内の電界分布を均等にするために、入射した
電磁波をスターラーファン４にて、攪拌させる構造とな
っている。加熱炉本体１内には、対象耐火物５をセット
し、その周囲には対象耐火物５の下面を除き、１００mm
間隔の空間を設けて、厚さ７５mm、耐火温度１４００℃
のムライト質ファイバーからなるボード状の断熱材６で
覆っている。この空間に、内径１５mm、鉄製の金属ホー
ス７を３本連通させて、それぞれに能力２０Nm3 ／hrの
排風機８につなげている。
【００１９】対象耐火物５に対して、単位重量当たり１
kW／kg−耐火物、トータル３０kWのマイクロ波を投入し
て、到達温度１０００℃、保定温度２hrを目標に、対象
耐火物５を加熱し始めた。対象耐火物５の温度は、対象
耐火物の外面１箇所に１３００℃まで測温できる熱電対
を貼りつけ、連続的に測定した。また、加熱炉本体１内
には流入弁を通じて、５Nm3 ／hrの工業窒素ガスを連続
的に流し、連通させた金属製ホース７につなげた３台の
排風機８により、フェノール樹脂の分解ガスとともに系
外に排気された。なお、排風機８と排出ダクト９をゴム
ホースで連結させて系外に強制排気させた。
kW／kg−耐火物、トータル３０kWのマイクロ波を投入し
て、到達温度１０００℃、保定温度２hrを目標に、対象
耐火物５を加熱し始めた。対象耐火物５の温度は、対象
耐火物の外面１箇所に１３００℃まで測温できる熱電対
を貼りつけ、連続的に測定した。また、加熱炉本体１内
には流入弁を通じて、５Nm3 ／hrの工業窒素ガスを連続
的に流し、連通させた金属製ホース７につなげた３台の
排風機８により、フェノール樹脂の分解ガスとともに系
外に排気された。なお、排風機８と排出ダクト９をゴム
ホースで連結させて系外に強制排気させた。
【００２０】加熱状況は、時間とともに直線的に対象耐
火物５の温度は上昇し、２．５hr後には目標温度の１０
００℃に到達させることができた。更に到達後、マイク
ロ波の投入出力を微調整して、１０００℃で２hr保定し
た。保定した後、マイクロ波の投入を中止し、窒素ガス
を流しながら、室温まで自然冷却した。
火物５の温度は上昇し、２．５hr後には目標温度の１０
００℃に到達させることができた。更に到達後、マイク
ロ波の投入出力を微調整して、１０００℃で２hr保定し
た。保定した後、マイクロ波の投入を中止し、窒素ガス
を流しながら、室温まで自然冷却した。
【００２１】冷却した対象耐火物５を加熱炉本体１から
取り出し、ＪＩＳのＲ２２０５−７４とＲ２２１３−７
８に基づき、見掛け気孔率と曲げ強度を測定し、外部加
熱方法で焼成した通常品と比較した。その結果、本発明
のマイクロ波加熱で焼成した対象耐火物は、見掛け気孔
率が通常品の２０％から１８％に小さくなり、曲げ強度
が３MPa から５MPa に上昇した。この効果は、内部均一
加熱による組織の緻密化によるものである。また、一般
の焼成方法である伝導加熱による外部加熱に比べ、製造
歩留まりが９２％から９９％まで上昇するとともに、品
質が安定して、例えば連続鋳造に使用する浸漬ノズルの
寿命は従来平均６チャージから７チャージに向上した。
取り出し、ＪＩＳのＲ２２０５−７４とＲ２２１３−７
８に基づき、見掛け気孔率と曲げ強度を測定し、外部加
熱方法で焼成した通常品と比較した。その結果、本発明
のマイクロ波加熱で焼成した対象耐火物は、見掛け気孔
率が通常品の２０％から１８％に小さくなり、曲げ強度
が３MPa から５MPa に上昇した。この効果は、内部均一
加熱による組織の緻密化によるものである。また、一般
の焼成方法である伝導加熱による外部加熱に比べ、製造
歩留まりが９２％から９９％まで上昇するとともに、品
質が安定して、例えば連続鋳造に使用する浸漬ノズルの
寿命は従来平均６チャージから７チャージに向上した。
【００２２】一方、図２は、従来のマイクロ波加熱を利
用した耐火物の焼成装置、及び焼成方法を模した断面図
である。図１と同形状の加熱炉本体１に、導波管２を通
じて、マイクロ波発振機３から電磁波を入射させる。加
熱炉本体１内の電界分布を均等にするために、入射した
電磁波をスターラーファン４にて、攪拌させる構造であ
る。加熱炉本体１内には、対象耐火物５をセットし、そ
の周囲には隙を設けずに密着させて、厚さ７５mm、耐火
温度１４００℃のムライト質ファイバーからなるボード
状の断熱材６で覆っている。
用した耐火物の焼成装置、及び焼成方法を模した断面図
である。図１と同形状の加熱炉本体１に、導波管２を通
じて、マイクロ波発振機３から電磁波を入射させる。加
熱炉本体１内の電界分布を均等にするために、入射した
電磁波をスターラーファン４にて、攪拌させる構造であ
る。加熱炉本体１内には、対象耐火物５をセットし、そ
の周囲には隙を設けずに密着させて、厚さ７５mm、耐火
温度１４００℃のムライト質ファイバーからなるボード
状の断熱材６で覆っている。
【００２３】加熱炉本体１内に流入弁を通じて、５Nm3
／hrの工業窒素ガスを連続的に流しながら、対象耐火物
５に対して、単位重量当たり１kW／kg−耐火物、トータ
ル３０kWのマイクロ波を投入して、到達温度１０００
℃、保定温度２hrを目標に、対象耐火物５を加熱し始め
た。なお、流入した窒素ガスは加熱炉内部に連通した排
気ダクト１０を通じて、系外に排気している。また、対
象耐火物５の温度は、図１の説明と同様に熱電対で連続
的に測定した。
／hrの工業窒素ガスを連続的に流しながら、対象耐火物
５に対して、単位重量当たり１kW／kg−耐火物、トータ
ル３０kWのマイクロ波を投入して、到達温度１０００
℃、保定温度２hrを目標に、対象耐火物５を加熱し始め
た。なお、流入した窒素ガスは加熱炉内部に連通した排
気ダクト１０を通じて、系外に排気している。また、対
象耐火物５の温度は、図１の説明と同様に熱電対で連続
的に測定した。
【００２４】図２による加熱状況は、４００℃までは時
間とともに直線的に対象耐火物５の温度は上昇したが、
その後はマイクロ波出力を上昇しても対象耐火物５の温
度は上昇させることはできなかった。そこで、マイクロ
波の投入出力を中止し、窒素ガスを流しながら、室温ま
で自然冷却した後、加熱炉本体１内を観察した。セット
時、白色だった周囲の断熱材６が真っ黒になっていた。
これは、対象耐火物５に含まれるフェノール樹脂の分解
ガスが断熱材６内で再度沈着したものであり、これによ
り、電磁波の透過を遮断してしまい、目標通りの焼成を
させることができなかった。
間とともに直線的に対象耐火物５の温度は上昇したが、
その後はマイクロ波出力を上昇しても対象耐火物５の温
度は上昇させることはできなかった。そこで、マイクロ
波の投入出力を中止し、窒素ガスを流しながら、室温ま
で自然冷却した後、加熱炉本体１内を観察した。セット
時、白色だった周囲の断熱材６が真っ黒になっていた。
これは、対象耐火物５に含まれるフェノール樹脂の分解
ガスが断熱材６内で再度沈着したものであり、これによ
り、電磁波の透過を遮断してしまい、目標通りの焼成を
させることができなかった。
【００２５】尚、本発明例に用いたマイクロ波の周波数
と出力、断熱材の材質・厚み、断熱材と対象耐火物の空
間距離、不活性ガスの種類と流量、金属ホースの内径、
排風機の能力は、本実施例に限らず、対象耐火物の種類
・重量、目標到達温度、保定時間、加熱炉の形式・形状
などによって、適宜選択される。
と出力、断熱材の材質・厚み、断熱材と対象耐火物の空
間距離、不活性ガスの種類と流量、金属ホースの内径、
排風機の能力は、本実施例に限らず、対象耐火物の種類
・重量、目標到達温度、保定時間、加熱炉の形式・形状
などによって、適宜選択される。
【００２６】
【発明の効果】本発明により、耐火物中に含まれる有機
バインダーを、マイクロ波照射により、短時間で酸化劣
化させることなく、炭化させてカーボンボンドを形成さ
せることができる。従って、従来のマイクロ波加熱方法
では困難であった加熱効率の向上と品質の確保を両立す
ることができるようになった。また、内部加熱の効果に
より、製造歩留まりが上昇し、焼成した耐火物の寿命も
向上した。
バインダーを、マイクロ波照射により、短時間で酸化劣
化させることなく、炭化させてカーボンボンドを形成さ
せることができる。従って、従来のマイクロ波加熱方法
では困難であった加熱効率の向上と品質の確保を両立す
ることができるようになった。また、内部加熱の効果に
より、製造歩留まりが上昇し、焼成した耐火物の寿命も
向上した。
【図１】本発明の実施態様であるマイクロ波加熱を実施
する装置、及び焼成方法の断面図。
する装置、及び焼成方法の断面図。
【図２】従来のマイクロ波加熱を利用した耐火物焼成装
置の断面図。
置の断面図。
１ 加熱炉本体 ２ 導波管 ３ マイクロ波発振機 ４ スターラーファン ５ 対象耐火物 ６ 断熱材 ７ 金属製ホース ８ 排風機 ９ 排出ダクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２７Ｂ 9/36 Ｆ２７Ｂ 9/40 9/40 Ｆ２７Ｄ 7/06 Ｚ Ｆ２７Ｄ 7/06 11/00 11/00 Ｃ０４Ｂ 35/64 ３０１
Claims (4)
- 【請求項１】 加熱炉本体と、加熱炉本体にマイクロ波
を導入するマイクロ波導入手段と、加熱炉本体内部に配
置された断熱材からなる囲いと、囲いの内部と加熱炉本
体外部を連通する排気手段と、加熱炉本体内部に窒素ガ
ス又は不活性ガスを導入する不活性ガス流入手段を有す
ることを特徴とするマイクロ波加熱炉。 - 【請求項２】 断熱材がシリカ、アルミナ、ムライトの
何れかであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ
波加熱炉。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の加熱炉を用いて耐
火物に含有された有機バインダーを分解し、炭化させ、
カーボンボンドを形成する方法であって、前記囲いの内
部に空間を設けて耐火物を設置し、窒素又は不活性ガス
を加熱炉内に供給しながらマイクロ波を加熱炉内に照射
し、前記有機バインダーの分解ガスを加熱炉外に排出し
ながら耐火物表面を６５０〜１５００℃に加熱すること
を特徴とする有機バインダーを含有する耐火物の焼成方
法。 - 【請求項４】 耐火物重量１kg単位重量当たり０．２〜
２kWのマイクロ波を照射することを特徴とする請求項３
記載の有機バインダーを含有する耐火物の焼成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11083211A JP2000272973A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | マイクロ波加熱炉及び有機バインダーを含有する耐火物の焼成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11083211A JP2000272973A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | マイクロ波加熱炉及び有機バインダーを含有する耐火物の焼成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000272973A true JP2000272973A (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=13795999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11083211A Pending JP2000272973A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | マイクロ波加熱炉及び有機バインダーを含有する耐火物の焼成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000272973A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075077A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-12 | Natl Inst For Fusion Science | マイクロ波焼成炉およびマイクロ波焼成方法 |
| JP2005509832A (ja) * | 2001-11-12 | 2005-04-14 | ビーダブリューエックスティー・ワイ−１２・エルエルシー | 金属を溶融させる方法及び装置 |
| JP2006147553A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-06-08 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 炭素材料焼成炉および炭素材料の焼成方法 |
| JP2006143573A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-06-08 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 黒鉛材料高純度化処理炉および黒鉛材料の高純度化処理方法 |
| JP2006199571A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-08-03 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 炭素材料焼成炉および炭素材料の焼成方法 |
| JP2006306698A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-11-09 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 黒鉛材料耐酸化処理炉および黒鉛材料の耐酸化処理方法 |
| JP2007178007A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-12 | Kyocera Corp | マイクロ波焼成方法 |
| KR100738835B1 (ko) * | 2003-01-30 | 2007-07-12 | 이충근 | 탄착 벽돌의 제조 방법 및 그의 소성로 |
| JP2008266097A (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Nippon Steel Corp | 炭素含有耐火物の熱処理方法および炭素含有耐火物用の熱処理炉 |
| JP2009137768A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Nippon Steel Corp | Ａｌまたは／及びＡｌ−Ｍｇ合金添加ＭｇＯ―Ｃれんがのマイクロ波熱処理方法、及びＡｌまたは／及びＡｌ−Ｍｇ合金添加ＭｇＯ―Ｃれんが |
| JP2012041254A (ja) * | 2010-08-23 | 2012-03-01 | Tohoku Univ | 窒化アルミニウムワイヤー、窒化アルミニウムワイヤーの製造方法、及び窒化アルミニウムワイヤーの製造装置 |
| JP2012041253A (ja) * | 2010-08-23 | 2012-03-01 | Tohoku Univ | 窒化アルミニウム系粒子、窒化アルミニウム系粒子の製造方法、及び窒化アルミニウム系粒子の製造装置 |
| JP2012041255A (ja) * | 2010-08-23 | 2012-03-01 | Tohoku Univ | 窒化アルミニウム粒子、窒化アルミニウム粒子の製造方法、及び窒化アルミニウム粒子の製造装置 |
| JP2012246165A (ja) * | 2011-05-26 | 2012-12-13 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 炭化ケイ素微粉末の製造方法及びその製造装置 |
| KR101266458B1 (ko) | 2011-03-31 | 2013-05-22 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 침적관 건조장치 |
| CN110332544A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-10-15 | 山东理工职业学院 | 一种流化床微波热解农村生活垃圾装置及方法 |
-
1999
- 1999-03-26 JP JP11083211A patent/JP2000272973A/ja active Pending
Cited By (17)
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| JP4740715B2 (ja) * | 2004-10-21 | 2011-08-03 | 新日鐵化学株式会社 | 炭素材料焼成炉および炭素材料の焼成方法 |
| JP2006147553A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-06-08 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 炭素材料焼成炉および炭素材料の焼成方法 |
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| JP2012041254A (ja) * | 2010-08-23 | 2012-03-01 | Tohoku Univ | 窒化アルミニウムワイヤー、窒化アルミニウムワイヤーの製造方法、及び窒化アルミニウムワイヤーの製造装置 |
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| CN110332544A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-10-15 | 山东理工职业学院 | 一种流化床微波热解农村生活垃圾装置及方法 |
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