JP2007024355A - High-temperature heat treatment furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電対などの熱処理等の高温熱処理プロセスに用いられる高温熱処理炉に関し、特に、均熱性に優れた高温熱処理炉に関するものである。 The present invention relates to a high-temperature heat treatment furnace used in a high-temperature heat treatment process such as heat treatment of a thermocouple, and more particularly to a high-temperature heat treatment furnace having excellent soaking properties.
高温熱処理炉において、アルミナをはじめとするセラミックスや耐熱金属等の材質で作られた炉芯管(熱処理等の高温熱処理プロセスに用いられる管状のものであって、内部に熱処理される部材を収容するものであり、炉殻あるいはプロセスチューブと呼ばれることもあるが、本明細書においては「炉芯管」と呼ぶ。)は高温では軟化するため、従来の高温熱処理炉では炉芯管両端での支持の他に炉芯管中央部付近に数ヶ所、支持台または支持棒を設けて炉芯管が曲がるのを防いでいる。例えば、特開平6−241658号公報には、熱処理作業中の高温により炉殻の天井がクリープ変形して垂れ下がることを防止するため、炉殻の天井部を吊り上げ、天井部を適切な位置に保持する機能を有する独立した複数の機構を具備してなる横型雰囲気熱処理炉が記載されている。
また、特開2000−58467号公報には、プロセスチユ−ブの両側部を、耐熱性材料からなる左右一対の挟持体により挟持して、プロセスチユ−ブの半径方向外方への変形を拘束することにより、プロセスチユ−ブの熱による変形を防止する熱処理炉が記載されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-58467 discloses that both sides of a process tube are held by a pair of left and right holding members made of a heat-resistant material to restrain deformation of the process tube in the radially outward direction. Describes a heat treatment furnace that prevents deformation of the process tube due to heat.
従来の高温熱処理炉では、炉芯管中央付近に支持台または支持棒を数ヶ所設けているため、この炉芯管支持部分より局所的に熱の逃げが発生し、その結果、温度分布の均熱性が悪くなる。すなわち、従来の炉芯管中央付近を支持台または支持棒により数ヶ所支持する機構においては、全体としての熱効率の面では良いものの、支持部付近において熱が逃げることから、炉芯管の軸方向における温度の均一性が悪くなるという問題点を有していた。また、この炉芯管中央付近に支持台または支持棒を数ヶ所設けるものでは、支持部の間において高温の炉芯管が重力によりたれさがり変形するという問題点も有していた。 In conventional high-temperature heat treatment furnaces, several support bases or support rods are provided near the center of the furnace core tube, so heat escapes locally from the furnace core tube support part, resulting in uniform temperature distribution. The heat becomes worse. In other words, in the conventional mechanism that supports the vicinity of the center of the furnace core tube by the support base or the support rod, although the heat efficiency as a whole is good, the heat escapes in the vicinity of the support portion, so the axial direction of the furnace core tube There was a problem that the uniformity of temperature in the case deteriorated. Further, in the case where several support bases or support rods are provided near the center of the furnace core tube, there is a problem in that the high temperature furnace core tube sags due to gravity between the support portions.
本発明は、従来技術の問題点を解消するためになされたものであり、炉芯管の温度均一性を良好にすると同時に、高温における炉芯管の変形も防止するようにした高温熱処理炉を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and provides a high-temperature heat treatment furnace that improves the temperature uniformity of the furnace core tube and at the same time prevents deformation of the furnace core tube at high temperatures. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため本発明の高温熱処理炉は、略水平に配置され、耐熱性の材質からなる直円筒状の炉芯管と、この炉芯管を収容して加熱する加熱手段とを備え、炉体内壁を断熱材で断熱された高温熱処理炉において、炉芯管の熱処理炉内部に位置する領域を断熱性の炉芯管支持台で連続的に支持することを特徴とする。
また、本発明の高温熱処理炉は、炉芯管と炉芯管支持台との間に炉芯管支持用の炉芯管支持部材を配置することを特徴とする。
また、本発明の高温熱処理炉は、炉芯管支持部材の長手方向において、中央部を熱伝導率の高い材質で形成するとともに両端部を熱伝導率の低い材質で形成することを特徴とする。
また、本発明の高温熱処理炉は、炉体上部内壁に板状の上部断熱材を炉芯管の長手方向に複数枚並べて配置し、各々の板状の上部断熱材にU字型ヒータを装着することを特徴とする。
また、本発明の高温熱処理炉は、炉芯管両端部を支持する炉芯管端断熱材を炉体内壁の断熱材と切り離すとともに該炉芯管端断熱材の上下に空間を設けることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a high-temperature heat treatment furnace of the present invention comprises a straight cylindrical furnace core tube made of a heat-resistant material, and a heating means that accommodates and heats the furnace core tube. In the high-temperature heat treatment furnace in which the furnace body wall is thermally insulated with a heat insulating material, a region located inside the heat treatment furnace of the furnace core tube is continuously supported by a heat insulating furnace core tube support.
The high temperature heat treatment furnace of the present invention is characterized in that a furnace core tube support member for supporting the furnace core tube is disposed between the furnace core tube and the furnace core tube support base.
The high-temperature heat treatment furnace of the present invention is characterized in that, in the longitudinal direction of the furnace core tube support member, the central part is formed of a material having high thermal conductivity and both ends are formed of a material having low thermal conductivity. .
In the high temperature heat treatment furnace of the present invention, a plurality of plate-like upper heat insulating materials are arranged in the longitudinal direction of the furnace core tube on the upper inner wall of the furnace body, and a U-shaped heater is attached to each plate-like upper heat insulating material. It is characterized by doing.
Further, the high temperature heat treatment furnace of the present invention is characterized in that the furnace core tube end heat insulating material supporting both ends of the furnace core tube is separated from the heat insulating material on the wall of the furnace body and spaces are provided above and below the furnace core tube end heat insulating material. And
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
(1)炉芯管の熱処理炉内部に位置する領域を断熱性の炉芯管支持台で連続的に支持することにより、高温熱処理炉の炉内の温度均一性を従来のものに比較して少なくとも6倍向上させることができる。特に、本発明の装置を用いて作製された熱電対は、従来達成し得なかった高い均質性を有するものであった。熱電対の精度を決定する要因において、均質性は最も重要な要素であり、本発明の装置の出現より、初めて高精度の熱電対を作成することが可能となった。
(2)本発明の装置を、1600℃で100時間使用しても、炉芯管の歪みは全く生じることがなかった。
(3)炉芯管と炉芯管支持台との間に炉芯管支持用の炉芯管支持部材を配置することにより、高温状態においても炉芯管と炉芯管支持台との反応を防止することができる。
(4)炉芯管支持部材の長手方向において、中央部を熱伝導率の高い材質で形成するとともに両端部を熱伝導率の低い材質で形成することにより、炉芯管両端部からの熱の逃げを防止して炉芯管の均熱部分を長くできるとともに、炉芯管中央部分の均熱性のさらなる向上を図ることができる。
(5)炉体上部内壁に板状の上部断熱材を炉芯管の長手方向に複数枚並べて配置し、各々の板状の上部断熱材にU字型ヒータを装着することにより、ヒータ故障時に当該ヒータを支持する上部断熱材のみを取り出してヒータ取り換え作業を行うことができる。
(6)炉芯管両端部を支持する炉芯管端断熱材を炉体内壁の断熱材と切り離すとともに該炉芯管端断熱材の上下に空間を設けることにより、炉芯管支持台の熱膨張あるいは圧縮による高さの変化に伴う炉芯管への応力を防ぐことができる。
The present invention has the following excellent effects.
(1) The temperature uniformity in the furnace of the high-temperature heat treatment furnace is compared with the conventional one by continuously supporting the region located inside the heat treatment furnace of the furnace core tube with a heat-insulating furnace core tube support. It can be improved by at least 6 times. In particular, a thermocouple manufactured using the apparatus of the present invention has high homogeneity that could not be achieved in the past. Homogeneity is the most important factor in determining the accuracy of thermocouples. With the advent of the device of the present invention, it has become possible for the first time to produce highly accurate thermocouples.
(2) Even when the apparatus of the present invention was used at 1600 ° C. for 100 hours, no distortion of the furnace core tube occurred.
(3) By placing a furnace core tube support member for supporting the furnace core tube between the furnace core tube and the furnace core tube support base, the reaction between the furnace core pipe and the furnace core tube support base can be achieved even in a high temperature state. Can be prevented.
(4) In the longitudinal direction of the furnace core tube support member, the central portion is formed of a material having high thermal conductivity and both ends are formed of a material having low thermal conductivity, so that heat from both ends of the furnace core tube is reduced. It is possible to prevent escape and lengthen the soaking part of the furnace core tube, and further improve the soaking property of the center part of the furnace core tube.
(5) A plurality of plate-like upper heat insulating materials are arranged in the longitudinal direction of the furnace core tube on the upper inner wall of the furnace body, and a U-shaped heater is attached to each plate-like upper heat insulating material, so that when a heater fails Only the upper heat insulating material supporting the heater can be taken out and the heater replacement operation can be performed.
(6) By separating the furnace core tube end heat insulating material supporting both ends of the furnace core tube from the heat insulating material on the wall of the furnace body and providing spaces above and below the furnace core tube end heat insulating material, It is possible to prevent stress on the furnace core tube due to a change in height due to expansion or compression.
本発明に係る高温熱処理炉を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下に説明する。 The best mode for carrying out the high-temperature heat treatment furnace according to the present invention will be described below with reference to the drawings based on the embodiments.
図1は、本発明の高温熱処理炉を概略的に示す側面断面図であり、また、図2は、図1のα−α線断面図である。
高温熱処理炉は、主に、ヒータ1、制御用温度計2、炉芯管3、炉芯管支持用の炉芯管支持部材4、炉芯管支持台5、断熱材6、上部断熱材7、炉芯管端断熱材8及び筐体9から構成されている。
筐体9の内側の底壁及び側壁部分には、断熱材6が、また、天井部分には上部断熱材7が設けられ、炉体内壁を形成する。断熱材としては1600℃まで耐えられる材質から選ばれるものであり、例えば、セラミックファイバが適している。
FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a high temperature heat treatment furnace of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line α-α in FIG.
The high-temperature heat treatment furnace mainly includes a
A
ヒータ1は、図1に示すようにU字型の形状のものを、図2に示すように炉芯管3の両側に設けられるものであり、材料としては例えばMoSi2が用いられる。
制御用温度計2は、炉芯管3の真上にその長手方向に適宜の間隔をもって複数設けられており、例えば、JIS記号「B」タイプの熱電対が使用される。
The
A plurality of
断熱材6及び上部断熱材7で囲まれた高温熱処理炉内部には、アルミナで作られた炉芯管3が配置されている。本実施の形態においては、炉芯管3はアルミナ製としているがこれに限らずセラミックス又は耐熱金属等で形成してもよいことはいうまでもない。
アルミナ製の炉芯管3は、アルミナ製の炉芯管支持部材4を介して炉芯管支持台5により支持されている。炉芯管支持部材4は、第一に、炉芯管3の交換に備え、高温状態において炉芯管3と炉芯管支持台5とが反応するのを防止する役割を果たすものであり、高温雰囲気において雰囲気ガスと反応しにくい材質であればよく、アルミナ製に限定されることはない。
また、炉芯管支持部材4は、第二に、その長手方向において、中央部を熱伝導率の高い材質で形成するとともに両端部を熱伝導率の低い材質で形成することにより、炉芯管両端部からの熱の逃げを防止して炉芯管両端の均熱部分を長くできるとともに、炉芯管中央部分の長手方向における均熱性のさらなる向上を図ることができる。
この場合、炉芯管支持部材4中央部の熱伝導率の高い材質としては、例えば、炭化珪素(SiC)又は窒化アルミニウム(AlN)が、また、両端部の熱伝導率の低い材質としてはチタン酸アルミニウム(Al2O3・TiO2)が望ましいが、特段これらに限定されるものでもない。
また、炉芯管支持部材4の断面形状は図2に示す半円形状の他、円形状あるいは角形状でもよい。断面が円形状の炉芯管支持部材4を用いた場合、炉芯管の周囲に均一な高温域が形成されることから、一層の炉芯管の均熱性の向上を図ることができる。
A
The
Second, the furnace core
In this case, for example, silicon carbide (SiC) or aluminum nitride (AlN) is used as the material having a high thermal conductivity at the center of the furnace core
Moreover, the cross-sectional shape of the furnace core
炉芯管支持台5は、断熱性が良く、高温域で変形し難い材質で形成される。図2中のaは炉芯管支持台5の下部の断熱材6からの高さを、bは炉芯管支持台5の厚さを示している。aをbに対して十分大きくすることにより、炉芯管3の垂直方向の温度分布を向上させることができる。
本実施の形態において炉芯管支持台5は、その上端が炉芯管支持部材4の外面に沿った半円形状をしており、また、その下側部分は下部の断熱材6の凹溝に嵌合している。
The furnace
In the present embodiment, the furnace
炉芯管支持台5の熱膨張、圧縮による炉芯管支持台5の高さaの変化に対応するため、炉芯管3の両端部を支持する炉芯管端断熱材8は、炉体側面の断熱材6と切り離す。図1に示すように、炉芯管端断熱材8の上下に空間を設けることにより、炉芯管支持台5の高さaの変化に伴う炉芯管3への応力を防ぐことができる。
In order to cope with changes in the height a of the furnace
炉壁上部には、図1に示すように、板状の上部断熱材7を横一列に複数枚並べて、炉壁の天井を形成する。各板状の上部断熱材7は、図2に示すように、側面を階段状に加工しており、また、板状の上部断熱材7の1個につきU字型ヒータ1を炉芯管3を両側から挟むようにして2個支持している。ヒータ1の故障時は、故障したヒータ1を支持する板状の上部断熱材7のみを取り出すことができ、ヒータ取り換え作業を効率化することができる。
As shown in FIG. 1, a plurality of plate-like upper
図1、2に示す装置を作製し、1600℃までの温度で動作を行った。また、温度均一性を示すデータの例として、1100℃における炉内の温度分布を測定した。
図3は、本発明の高温熱処理炉と従来型の熱処理炉との炉芯管内温度分布を比較した図であり、点線Aは従来の熱処理炉の温度分布を、また、実線Bは本発明の高温熱処理炉温度分布を示している。局所的な支持台を有する従来の高温熱処理炉では、1100℃での温度均一性は炉芯管中央±50cmの範囲で±6℃であるが、本発明を用いて作製した高温熱処理炉では1100℃での温度均一性は炉芯管中央±50cmの範囲で±1℃以下となった。
また、1600℃で100時間使用した結果、炉芯管に歪みが全く生じていない。
The apparatus shown in FIGS. 1 and 2 was fabricated and operated at temperatures up to 1600 ° C. Further, as an example of data indicating temperature uniformity, a temperature distribution in the furnace at 1100 ° C. was measured.
FIG. 3 is a diagram comparing the temperature distribution in the furnace core tube between the high-temperature heat treatment furnace of the present invention and a conventional heat treatment furnace. A dotted line A represents the temperature distribution of the conventional heat treatment furnace, and a solid line B represents the present invention. The high-temperature heat treatment furnace temperature distribution is shown. In a conventional high-temperature heat treatment furnace having a local support, the temperature uniformity at 1100 ° C. is ± 6 ° C. in the range of the center of the furnace core tube ± 50 cm, but in a high-temperature heat treatment furnace produced using the present invention, 1100 The temperature uniformity at ° C. became ± 1 ° C. or less in the range of the center of the furnace core tube ± 50 cm.
Further, as a result of use at 1600 ° C. for 100 hours, no distortion occurred in the furnace core tube.
本発明の高温熱処理炉を用いて作製した熱電対は、従来達成し得なかった高い均質性を有するものであった。熱電対の精度を決定する要因において、均質性は最も重要な要素であり、本発明の装置の出現により、初めて、高精度の熱電対を作製することが可能となった。 The thermocouple produced using the high-temperature heat treatment furnace of the present invention has high homogeneity that could not be achieved conventionally. Homogeneity is the most important factor in determining the accuracy of thermocouples, and with the advent of the device of the present invention, it has become possible to produce thermocouples with high accuracy for the first time.
1 ヒータ
2 制御用温度計
3 炉芯管
4 炉芯管支持用の炉芯管支持部材
5 炉芯管支持台
6 断熱材
7 上部断熱材
8 炉芯管端断熱材
9 筐体
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The furnace core tube end heat insulating material that supports both ends of the furnace core tube is separated from the heat insulating material on the wall of the furnace body, and spaces are provided above and below the furnace core tube end heat insulating material. The high-temperature heat treatment furnace according to any one of the above.
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- 2005-07-13 JP JP2005204551A patent/JP4415110B2/en active Active
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