JP2002195754A - ベルト式焼結炉の炉心管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルト式焼結炉にあっては、焼結部に設けら
れる炉心管に充分な強度を確保でき、しかも、炉心管内
部の温度維持、炉心管底部近傍での雰囲気ガスの円滑な
流れの確保を実現できる技術の開発が求められていた。 【解決手段】 母材の肉厚と同等の厚さを以って上面に
隆起する複数の突起２１を点在させてなる底部２２と、
この底部２２の両側から延設され前記底部２２を覆う天
井部２３、２６とから管状体に構成され、前記底部２２
を、長手方向一端の入口部２４および長手方向他端の出
口部２５にまで延在させた炉心管２０を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メッシュベルト上
に被成形品を載せて移動させ、順次、脱ロウ、焼結、冷
却を連続的に行うベルト式焼結炉の炉心管に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のベルト式焼結炉は、図４に示すよ
うに、脱ロウ部１、焼結部２、および冷却部３が連通し
て構成されており、その中を無端状のメッシュベルト４
が走行するようになっている。この焼結炉においては脱
ロウ部１は直接燃料ガスを燃焼させて被成形品５を加熱
脱ロウできるようになっている。焼結部２は炉心管６が
設けられ、その中には雰囲気ガス（Ｎ₂、Ｈ₂、アンモニ
ア分解ガス、変成ガス等）が流されるとともに、該雰囲
気ガスの中で被成形品が炉心管６の外側の上下に配置さ
れた電気ヒータ７、７…によって加熱焼結されるように
なっている。冷却部３は、水冷ジャケットにより焼結品
を冷却できるようになっている。しかして被成形品５
は、メッシュベルト４上に乗せられて移動され、順次脱
ロウ、焼結、冷却されて焼結部品となる。なお、図中８
は、フレームカーテンであり、焼結炉の入口および出口
に配置され、外部のガスの炉内への進入を防止する。こ
のようにベルト式焼結炉は、炉内焼結の安定性、品物の
均熱性、省エネルギー等の必要性から炉心管を設けた形
式が主流となっている。焼結部２の具体的構造は、図５
に示すように、炉心管６の外側上下に電気ヒータ７、７
…を設け、その周囲を断熱材９、炉殻１０で囲繞された
構造になっている。

【０００３】ところで、炉心管６は通常使用時で１００
０〜１２００℃の高温となり、長手方向およびこれと直
交する幅方向で必ず温度偏差を生ずる。例えば、冷たい
被成形品がベルトにより搬送されてくることで炉心管の
中央部が両端に比べて低温となったり、炉心管の出入口
近傍が別室からのガスの進入等により中央部に比べて低
温になったりする。このように、炉心管は常に熱応力を
受けている状態であり、特に、炉の昇温、降温時に非常
に大きな熱応力を吸収するため、図６（ａ）、（ｂ）に
示すように、炉心管の底部を波形に形成したものが開発
された。すなわち、図６（ａ）に示す炉心管６ａは長手
方向に波形断面を有する底部を備え、図６（ｂ）に示す
炉心管６ｂは長手方向と直交する方向に波形断面を有す
る底部を備えている。これら炉心管６ａ、６ｂはいずれ
もそれぞれの底部を覆うように底部の両側から半円状に
延設された滑らかな天井部（天井部内面）を有する管状
体に形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような炉心管６ａ、６ｂは、底部にそれぞれａ方向（図
６（ａ）参照）、ｂ方向（図６（ｂ）参照）の熱応力が
負荷した場合は優れた吸収性能を発揮するものの、それ
以外の方向には熱応力による変形歪みを吸収するための
機能を何等発揮しない。また、天井部は、長手方向にか
なり長いにもかかわらず、自重による中弛み変形や熱応
力に対する補強加工が何等なされないため、変形により
比較的寿命が短いといった不満があった。また、雰囲気
ガスの炉心管内の流れを均一にすることは製品の品質面
において非常に重要であるが、上記炉心管６ａ、６ｂに
おいては波形の底部によって、雰囲気ガスの流れが妨害
される。即ち、炉心管６ａでは管の長手方向のガスの流
れが妨害され、炉心管６ｂでは幅方向のガスの流れが妨
害される。このため、メッシュベルト上に乗せられて搬
送される被成形品の特に底面は新鮮な雰囲気ガスが触れ
難くなり、製品の上下で物性が不均一になるケースが生
じる懸念があった。

【０００５】また、炉心管の出入口では、該炉心管が接
続されている別室からのガスの進入を完全に防止するこ
とは困難であるため、雰囲気ガス濃度の変動や、昇温、
降温による熱応力を繰り返し受けやすく、劣化しやすい
といった問題があった。図６（ａ）、（ｂ）に示される
底部を採用した炉心管では、メッシュベルトの下側では
雰囲気ガスの流れが悪く、出入口から流出する雰囲気ガ
ス気流が弱いことも、別室からのガスの出入口への流入
の原因になっており、このガスの流入により炉内が酸化
雰囲気となり、品質にばらつきが生じるといった問題も
ある。

【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、特に出入口近傍での雰囲気ガスの安定確保並びに
温度の安定確保を実現して劣化を防止でき、しかも、焼
結製品の品質を安定させることができるベルト式焼結炉
の炉心管を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、メッシュベル
ト上に被成形品を載せて移動させ、順次、脱ロウ、焼
結、冷却を連続的に行う焼結炉において、前記焼結に用
いる炉心管であって、母材の肉厚と同等の厚さを以って
上面に隆起する複数の突起を点在させた底部と、該底部
を覆うようにこの底部の両側から半円状に延設され、長
手方向に波形断面を有する天井部とからなる管状体とし
て構成された炉心管本体部を備え、この炉心管本体部の
長手方向一端において被成形品が搬入される入口部およ
び長手方向他端の出口部にも前記底部が延在されている
ことを特徴とするベルト式焼結炉の炉心管を前記課題の
解決手段とした。

【０００８】底部において、母材と肉厚と同等の厚さを
以って上面隆起する突起は、ベルト式焼結炉の炉心管
（以下「炉心管」と略称する場合がある）の長手方向お
よびそれと直交する方向の熱応力を効果的に吸収する。
しかも、底部上面に点在させた突起間の隙間を雰囲気ガ
スが流れることで、炉心管の長手方向、幅方向のいずれ
にも雰囲気ガスの流れが確保される。これによって、底
部上面に沿った雰囲気ガスの流れを確実に形成すること
ができる。前記突起は、炉心管の長手方向両端の出入口
にも設けられているため、炉心管の入口部並びに出口部
にも常時、雰囲気ガスが安定的に供給された状態が維持
されるとともに、突起間の隙間から高速で流出する雰囲
気ガスによって、別室のガス等の外部からのガスの進入
が防止される。また、天井部に設けた長手方向の波形
は、炉心管の長手方向のほぼ中央部が自重による中弛み
等の変形を生じることを防止する。ここで「別室」と
は、例えば図４に例示した脱ロウ部、冷却部等を指す。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載のベ
ルト式焼結炉の炉心管において、前記入口部および前記
出口部が、前記天井部よりも前記底部に接近した位置で
前記底部を覆うようにこの底部の両側から延設された接
近天井部によって、前記炉心管本体部よりも狭隘に形成
されていることを特徴とする。ところで、雰囲気ガス
は、例えば、図１に示すように、炉心管に形成された供
給口から供給されるようになっており、供給に伴い、順
次、炉心管の出入口から流出するようになっている。こ
の発明の炉心管の入口部および出口部は前記炉心管本体
部よりも狭隘になっているから、炉心管に供給されて前
記入口部や前記出口部から流出する雰囲気ガスは、前記
入口部や前記出口部を狭隘にしない場合に比べて、高速
で流出する（流量を増大させる必要は無い）。雰囲気ガ
スの流出速度の高速化によって、炉心管が接続された別
室からのガス（例えば別室の雰囲気ガス）の炉心管の出
入口から流入を抑えることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の１実施の形態のベル
ト式焼結炉の炉心管（以下「炉心管」と略称する場合が
ある）を、図面を参照して説明する。なお、図中、図４
から図６と同一の構成部分には同一の符号を付し、その
説明を簡略化する。

【００１１】図１に示すように、本発明に係る炉心管２
０は、上面に隆起する複数の突起２１を点在させた底部
２２と、該底部２２を覆うように底部２２の両側から半
円状に延設され、炉心管２０の長手方向に波形の断面を
形成する天井部２３とを備えてなる炉心管本体部２８を
主体として構成された横長の管状体である。また、炉心
管本体部２８の長手方向両端部には、前記天井部２３よ
りも底部２２に接近させて形成された接近天井部２６に
よって炉心管本体部２８よりも狭隘に形成された入口部
２４および出口部２５が設けられている。本発明に係る
炉心管は、少なくとも、炉心管本体部２８と、その長手
方向両端の入口部２４（入口側の狭隘部）および出口部
２５（出口側の狭隘部）によって構成され得るが、本実
施の形態の炉心管２０は、さらに、出口部２５に、冷却
部３との接続部を形成する鋳造管状体２０ｄを接続した
構成になっている。なお、図１中、符号４０は、この炉
心管２０を焼結炉２内に吊支する吊り輪である。

【００１２】図３は、図１のＢ−Ｂ線断面矢視図であ
る。図２（ａ）および図３に示すように、前記底部２２
の突起２１は、母材の肉厚と同等の厚さを以って上面に
隆起されている。例えば、鋳造品からなる底部２２の局
所的に肉盛りして形成した中実構造の突起では、炉心管
２０に作用する熱応力を吸収できないが、図２（ａ）お
よび図３に示すように、母材の肉厚と同等の厚さを以っ
て上面に隆起されている構成の突起２１であれば、炉心
管２０に作用する熱応力を効果的に吸収できる。

【００１３】天井部２４の波形断面２３、底部２２の突
起２１の形状、大きさ、設置数等は、熱応力に対する吸
収能や被成形品５と雰囲気ガスＧとの接触の程度等を経
験則により求めて決定されるが、突起２１についてはそ
の頂部がメッシュベルト４に引っ掛かからない寸法とす
る。

【００１４】本実施の形態では、炉心管２０は、耐熱性
合金の鋳造管状体２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを直
列に溶接して接続して構成されている。この炉心管２０
は、全長２５００ｍｍ程度の炉心管本体部２８の入口側
並びに出口側に、長手方向寸法が６００〜８００ｍｍ程
度の管状の入口部２４および出口部２５を備え、さら
に、出口部２５の出口側の端部に長手方向寸法が８００
ｍｍ程度の鋳造管状体２０ｄを接続した構成になってい
る。

【００１５】詳細には、炉心管２０は、複数本直列に接
続した鋳造管状体２０ａによって炉心管本体部２８の長
手方向両端部を除いた部分（以下「炉心管本体部ユニッ
ト」）が形成され、この炉心管本体部ユニットの入口側
に接続された鋳造管状体２０ｂによって前記炉心管本体
部２８の入口側の端部と入口部２４とが構成され、炉心
管本体部ユニットの出口側に接続された鋳造管状体２０
ｃによって前記炉心管本体部２８の出口側の端部と出口
部２５とが構成され、さらに、炉心管本体部ユニットの
出口側に接続された鋳造管状体２０ｃの出口部２５の出
口側端部に接続された鋳造管状体２０ｄによって冷却部
３との接続部が形成されている。なお、一本の鋳造管状
体２０ａの長さは７００ｍｍ程度に形成されており、適
宜本数を直接に接続することで、所望の長さの炉心管本
体部ユニットが構成される。この炉心管２０の長手方向
両端部、すなわち、入口部２４の入口側の端部（炉心管
２０の入口）と、冷却部３との接続部を形成する鋳造管
状体２０ｄの出口側の端部（炉心管２０の出口）とに
は、脱ロウ部１や冷却部３に対する接続用フランジ３
２、３３が設けられている。

【００１６】入口部２４および出口部２５を構成する鋳
造管状体２０ｂ、２０ｃは、炉心管本体部２８の端部を
構成する部分を炉心管本体部ユニットの端部に接続す
る。これら鋳造管状体２０ｂ、２０ｃの炉心管本体部ユ
ニットに対して接続される端部の形状は、炉心管本体部
ユニットの端部と同様になっているため、溶接等による
接続が容易である。なお、各鋳造管状体２０ａ〜２０ｄ
同士の接続は、本実施の形態では溶接であるが、これに
限定されず、例えば嵌合構造や係合構造を利用したもの
等、各種構成が採用可能である。但し、鋳造管状体２０
ａ〜２０ｄ同士の接続は、接続部に充分なシール性を確
保できるものを採用する。

【００１７】炉心管本体部２８は、厚さｔ１３ｍｍ、内
径Ｒ３５０ｍｍのほぼ半円形断面に形成されている。底
部２２および天井部２３は炉心管本体部２８の全長にわ
たって延在されている。底部２２に設けた突起２１は概
略カマボコ形であり、この底部２２の長手方向の断面
は、ピッチ間隔Ｐが１００ｍｍ（図２（ａ）参照。突起
２１の炉心管２０内側に突出された頂部の中央部間の距
離）程度で突設された前記突起２１により連続する波形
に形成されている。また、突起２１の頂部と、隣り合う
突起２１間の谷部２９の底部からの高さＨ（図２（ａ）
参照）は３５ｍｍ程度である。図３に示すように、突起
２１は、炉心管２０の幅方向には、谷部３０を介して複
数（図では３箇所）連設されている。各突起２１の炉心
管２０幅方向における寸法Ｗは１６０ｍｍ程度である。

【００１８】なお、突起２１の具体的形状は、前述のカ
マボコ形に限定されず、例えば椀形（炉心管２０内側か
ら見て椀を伏せた形状）等、各種形状が採用可能であ
る。但し、突起の形状としては、カマボコ形、椀形等、
炉心管２０内側からみて、雰囲気ガスＧの流れを妨害し
ない湾曲面を有するものを採用する。炉心管本体部２８
の天井部２３には、ピッチ間隔１００ｍｍ程度で炉心管
２０の長手方向に連続した波形が形成されている。底部
２２の長手方向断面の波形と、天井部２３の長手方向断
面の波形とは、山・谷が一致されており、これにより、
優れた強度が確保された管状体が構成されている。

【００１９】図２（ａ）、（ｂ）に示すように、入口部
２４および出口部２５は、前記炉心管本体部２８から連
続する底部２２と、この底部２２上を覆うように設けら
れた接近天井部３６とを備えて構成される。前記接近天
井部２６は、前記底部２２の両側から立ち上げられた側
壁部２６ａと、両側壁部２６ａ間にわたって前記底部２
２とほぼ並行させて平坦に延設された天板部２６ｂとを
備え、前記天板部２６ｂは、炉心管本体部２８の天井部
２３よりも前記底部２２に接近した位置で前記底部２２
を覆うようになっている。また、天井部２６には、炉心
管本体部２８の天井部２３のような波形の成形等は存在
せず、その内面は長手方向に平坦面を構成する。また、
炉心管本体部２８の端部に位置する天井部２３と、入口
部２４および出口部２５を構成する接近天井部２６との
間は、傾斜天井部３４によって、緩やかな傾斜を以って
接続されており、内部の雰囲気ガスＧの流れを妨害しな
いようになっている。

【００２０】図１に示すように、冷却部３との接続部を
構成する鋳造管状体２０ｄは、波形成形等の無い平坦な
プレート状の底部３５と、入口部２４および出口部２５
の接近天井部２６と同様に構成され接近天井部２６と連
続する天井部３６とによって構成されており、長手方向
に直交する方向の断面形状が入口部２４および出口部２
５とほぼ同じになっている。

【００２１】図１に示すように、この炉心管２０は、管
状の入口部２４および出口部２５が焼結部２の壁部３９
（図５の断熱材９、炉殻１０等で構成される）に支持さ
れ、これら入口部２４および出口部２５の間の領域（以
下「加熱領域３８」。入口部２４の一部および出口部２
５の一部が含まれていて良い）が、焼結部２内で加熱さ
れるようになっている。そして、出口側の狭隘部２７ｂ
の出口側端部に接続された供給口３７から炉心管２０内
部に雰囲気ガスＧ（Ｎ₂、Ｈ₂、アンモニア分解ガス、変
成ガス等）を送り込みつつメッシュベルト４を炉心管２
０の入口部２４から出口部２５に向けて移動すること
で、このメッシュベルト４上に乗せた被成形品５が焼結
される。

【００２２】この炉心管２０では、突起２１が突設され
て熱応力を効率良く吸収できる構成の底部２２が、炉心
管２０の入口部２４から出口部２５にわたって、焼結部
２内で加熱される加熱領域３８の両端まで延在されてい
るから、熱応力の影響を受けやすい加熱領域３８の全長
にわたって、熱応力に対する強度を向上できる。特に、
加熱領域３８の両端部の強度、すなわち入口部２４およ
び出口部２５の強度を向上できることから、熱応力の作
用によっても、入口部２４および出口部２５の劣化によ
る変形や亀裂発生等を防止でき、寿命を延長できる。入
口部２４、出口部２５の底部２２近傍では、複数点在さ
れている突起２１間の隙間から雰囲気ガスＧが高速で流
出することになり、別室からのガスの流入が有効に防止
されることで、温度の安定化を図ることができ、熱応力
の影響を緩和できることも、劣化による変形や亀裂発生
等の防止に寄与する。また、炉心管本体部２８では、長
手方向に沿って波形断面を有する天井部２３を採用した
ことにより、熱応力の吸収能を充分に得ることができる
ことから、中弛み変形や亀裂の発生等を防止でき、寿命
を延長できる。また、この炉心管２０では、突起２１同
士間の谷部２９、３０によって、雰囲気ガスＧの流れを
妨害しないから、特に、メッシュベルト４下側において
も、新鮮な雰囲気ガスＧを常時供給することができ、こ
れにより、焼結製品の上下の特性のばらつき等を無くす
ことができ、品質を向上できる。

【００２３】さらに、この炉心管２０では、入口部２４
並びに出口部２５の断面積（雰囲気ガスＧが流れる流路
部分の断面積）が炉心管本体部２８に比べて小さいた
め、入口部２４並びに出口部２５では、炉心管２０内に
供給された雰囲気ガスＧが、炉心管本体部２８内に比べ
て高速で流出することになり、これによって、特に、炉
心管２０の入口側に接続された脱ロウ部１から炉心管２
０への低温のガスの進入を防止できることから、炉心管
２０内部の雰囲気ガスＧ濃度や、温度を安定に維持する
ことができる。また、これにより、入口部２４の温度も
安定化させることができるから、入口部２４の劣化を防
止でき、寿命を延長できる。出口部２５、詳細には、加
熱領域３８の出口側端部についても、同様に、冷却部３
側からの低温ガスの進入が防止されることから、温度の
安定化を実現でき、劣化防止や寿命の延長が実現され
る。

【００２４】入口部２４および出口部２５では、接近天
井部２６の平坦な天板部２６ｂによって、炉心管２０の
幅方向で高さ寸法（断面内部空間の高さ寸法）が一定の
断面形状になっているため、炉心管２０の幅方向での雰
囲気ガスＧの流量の偏在が防止され、炉心管２０の幅方
向における焼結製品の特性のばらつきをも防止できると
いった利点がある。一方、炉心管本体部２８は、断面半
円状であるが、入口部２４および出口部２５に比べて断
面積が大きく、内部のガスＧの流れがゆっくりとしてお
り、しかも、メッシュベルト４は底部２２近傍を移動す
ることから、炉心管２０の幅方向での雰囲気ガスＧの流
量の偏在の影響は無視できる。

【００２５】なお、本発明は、前記実施の形態に限定さ
れず、各種変更が可能であることは言うまでも無い。例
えば、入口部や出口部の形状は、前述の実施の形態に例
示した構成に限定されず、例えば、炉心管本体部とは突
起形状等が異なる底部を備えた構成等も採用可能であ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る炉心
管によれば、母材の肉厚と同等の厚さを以って上面に隆
起する複数の突起を点在させた構成により熱応力を効果
的に吸収できる底部が、炉心管の入口部および出口部に
わたって延在されている構成であるから、熱応力の作用
によっても劣化による変形や亀裂発生等を防止でき、寿
命も延長できる。長手方向に沿って波形断面を有する天
井部も、熱応力に対する充分な強度を確保できることか
ら、寿命を延長できる。しかも、前記底部は、突起同士
間の谷部によって、雰囲気ガスの流れを妨害しないか
ら、特に、メッシュベルト下側においても、新鮮な雰囲
気ガスを常時供給することができ、これにより、焼結製
品の上下の特性のばらつき等を無くすことができ、品質
を向上できるといった優れた効果を奏する。特に熱応力
の影響を受けやすい入口部および出口部でも、前記構成
の底部の存在により、熱応力に対する充分な強度を確保
できる。また、入口部、出口部の底部近傍では、底部に
複数点在されている突起間の隙間から雰囲気ガスが高速
で流出することになり、炉心管に接続された別室のガス
等である炉心管外のガスの流入が有効に防止されて、雰
囲気ガスの供給の安定化、入口部、出口部の温度の安定
化を図ることができる。温度の安定化によって、熱応力
の影響を緩和できることも、劣化による変形や亀裂発生
等の防止に寄与する。

【００２７】請求項２記載の発明によれば、入口部並び
に出口部の断面積が炉心管本体部に比べて小さいため、
入口部並びに出口部では、炉心管内に供給された雰囲気
ガスが、入口部や出口部を狭隘にしない場合に比べて高
速で流出することになり、これによって、外部からの低
温のガスの進入を防止できることから、炉心管内部の温
度の安定維持、雰囲気ガス濃度の安定維持を実現でき
る。また、これにより、入口部および出口部の温度の安
定化により、熱応力による入口部および出口部の劣化を
防止でき、寿命を延長できる。雰囲気ガス濃度の安定化
により焼結製品の品質を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施の形態のベルト式焼結炉の炉
心管を示す部分断面図である。

【図２】 図１の炉心管の出口部（または入口部）を示
す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図で
ある。

【図３】 図１のＢ−Ｂ線断面矢視図であり、炉心管本
体部の横断面構造を示す。

【図４】 ベルト式焼結炉の概略構成を示す説明図であ
る。

【図５】 図４のＡ−Ａ線断面矢視図である。

【図６】 従来例のベルト式焼結炉に適用される炉心管
を示す断面斜視図であり、（ａ）は長手方向に波形断面
を有する底部を備える炉心管、（ｂ）は長手方向と直交
する方向に波形断面を有する底部を備えた炉心管を示
す。

【符号の説明】

４…メッシュベルト、５…被成形品、２０…ベルト式焼
結炉の炉心管、２１…突起、２２…底部、２３…天井
部、２４…入口部、２５…出口部、２６…接近天井部、
２６ａ…側壁部、２６ｂ…天板部、２８…炉心管本体
部、Ｇ…雰囲気ガス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メッシュベルト上に被成形品を載せて移
   動させ、順次、脱ロウ、焼結、冷却を連続的に行う焼結
   炉において、前記焼結に用いる炉心管であって、 母材の肉厚と同等の厚さを以って上面に隆起する複数の
   突起を点在させた底部と、該底部を覆うようにこの底部
   の両側から半円状に延設され、長手方向に波形断面を有
   する天井部とからなる管状体として構成された炉心管本
   体部を備え、この炉心管本体部の長手方向一端において
   被成形品が搬入される入口部および長手方向他端の出口
   部にも前記底部が延在されていることを特徴とするベル
   ト式焼結炉の炉心管。
2. 【請求項２】 前記入口部および前記出口部が、前記天
   井部よりも前記底部に接近した位置で前記底部を覆うよ
   うにこの底部の両側から延設された接近天井部によっ
   て、前記炉心管本体部よりも狭隘に形成されていること
   を特徴とする請求項１記載のベルト式焼結炉の炉心管。