JP2007119267A - 石灰類焼成体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被焼成体をより短時間で効率良く焼成することができるとともに、被焼成体を均一に焼成することができる石灰類焼成体の製造方法を提供する。
【解決手段】石灰類の焼成体は、焼成炉１０内で石灰類よりなる被焼成体１８をマイクロ波により焼成して製造される。焼成炉１０内に被焼成体１８としてカーボン類を含む石灰類が配置されるとともに、焼成炉１０の周壁にマイクロ波吸収板１４が配設される。そして、被焼成体１８及びマイクロ波吸収板１４にマイクロ波を照射することにより、石灰類が内部及び表面から焼成される。カーボン類としては、活性炭、コークス、廃トナー又は木炭が用いられる。カーボン類の含有量は、石灰類とカーボン類の合計量中に０．１〜５質量％であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば石灰石等の石灰類にマイクロ波を照射して焼成し、生石灰等の焼成体を製造するための石灰類焼成体の製造方法に関するものである。

従来から陶磁器類等の製品は、焼成炉を用いその焼成炉内に被焼成体を並べて配置し、高温に長時間加熱して行われていた。このように焼成炉を必要とし、時間も要することから、陶磁器類の焼成を手軽に行うことができなかった。一方、調理物用の発熱装置として電子レンジによるマイクロ加熱が利用されている。このマイクロ波加熱は調理物に含まれる水分中の分子の振動摩擦によって発熱するため、陶磁器類のようなマイクロ波吸収性の少ない物体の加熱用として使用することができなかった。

そこで、陶磁器等の製品をマイクロ波加熱する方法が提案されている。例えば、陶磁器等の製品を収納する収納部の内周壁部には、製品に対向してマイクロ波吸収材又は金属粒体を主体とする発熱体を配置せしめ、係る発熱体にマイクロ波を照射して焼成を行う発熱方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この場合、製品は発熱体よって発せられる輻射熱により間接的に加熱されて焼成される。
特開昭６２−２００６７６号公報（第１頁及び第２頁）

前記従来の特許文献１に記載されている発熱方法では、製品（被焼成体）はその外部から加熱されて焼成されることから、製品の表面が加熱されやすく、内部が加熱されにくい。このため、被焼成体を短時間で効率良く焼成することができない上に、被焼成体を均一に焼成することが難しいという問題があった。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、被焼成体をより短時間で効率良く焼成することができるとともに、被焼成体を均一に焼成することができる石灰類焼成体の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明の石灰類焼成体の製造方法は、石灰類よりなる被焼成体をマイクロ波により焼成して石灰類の焼成体を製造する方法であって、マイクロ波焼成炉内に被焼成体としてカーボン類を含む石灰類を配置するとともに、マイクロ波焼成炉の周壁にマイクロ波吸収材を配設し、前記被焼成体及びマイクロ波吸収材にマイクロ波を照射して石灰類を焼成することを特徴とするものである。

請求項２に係る発明の石灰類焼成体の製造方法は、請求項１に係る発明において、前記カーボン類は、活性炭、コークス、廃トナー又は木炭であることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明の石灰類焼成体の製造方法は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記カーボン類の含有量は、石灰類とカーボン類の合計量中に０．１〜５質量％であることを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に係る発明の石灰類焼成体の製造方法では、マイクロ波焼成炉内に被焼成体としてカーボン類を含む石灰類を配置するとともに、マイクロ波焼成炉の周壁にマイクロ波吸収材を配設し、被焼成体及びマイクロ波吸収材にマイクロ波を照射して石灰類を焼成する。被焼成体にマイクロ波が照射されると被焼成体中のカーボン類が発熱して被焼成体の内部から加熱される。その一方、マイクロ波焼成炉周壁のマイクロ波吸収材にマイクロ波は照射されると、その輻射熱によって被焼成体が表面から加熱される。従って、被焼成体をより短時間で効率良く焼成することができるとともに、被焼成体を均一に焼成することができる。

請求項２に係る発明の石灰類焼成体の製造方法では、カーボン類は、活性炭、コークス、廃トナー又は木炭であることから、マイクロ波の吸収性が良く、請求項１に係る発明の効果を向上させることができる。

請求項３に係る発明の石灰類焼成体の製造方法では、カーボン類の含有量は、石灰類とカーボン類の合計量中に０．１〜５質量％であることから、請求項１又は請求項２に係る発明の効果を十分に発揮させることができる。

以下、本発明の最良と思われる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はマイクロ波焼成炉（以下、単に焼成炉ともいう）の内部を示す概略断面図であり、同図に示すように、焼成炉１０の内周壁には四角箱状の第１断熱壁１１が設けられ、その内部に収容空間１２が形成されている。該収容空間１２には四角箱状の第２断熱壁１３が収容され、その内側には同じく四角箱状をなすマイクロ波吸収材としてのマイクロ波吸収板１４が配置されている。係るマイクロ波吸収板１４の内側空間１５の中央には、逆円錐台状をなす磁性るつぼ１６がマイクロ波吸収板１４の底板部１４ａに支持台１７を介して支持されている。磁性るつぼ１６内には、被焼成体１８としてカーボン類を含む石灰類が充填されるようになっている。ここで、マイクロ波とは、電磁波のうち、普通電波と呼ばれる部分で、波長の短い部分を指し、波長１００ｃｍから１ｍｍ程度（周波数３００ＭＨｚから３００ＧＨｚ程度）の部分をいう。

被焼成体１８としての石灰類は、焼成体としての生石灰や焼成ドロマイトを得るための原料であり、例えば石灰石、ドロマイト、消石灰〔水酸化カルシウム、Ｃａ（ＯＨ）_２〕等が用いられる。石灰石は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）からなる鉱石である。ドロマイトは、炭酸塩鉱物〔ＣａＭｇ（ＣＯ_３）_２〕である。消石灰は、水に難溶の白色粉末である。

係る石灰類には、マイクロ波を吸収して発熱し、被焼成体１８の内部から温度上昇を図るためのカーボン類が含まれている。カーボン類としては、マイクロ波の吸収性が良く、発熱作用に優れた活性炭、コークス、廃トナー、木炭等の粉末が用いられる。このカーボン類は、焼成後には二酸化炭素（ＣＯ_２）等となって揮散し、焼成体中にはほとんど残存しない。カーボン類の含有量は、石灰類とカーボン類の合計量中に０．１〜５質量％であることが好ましい。この含有量が０．１質量％未満の場合には、マイクロ波によるカーボン類の発熱量が少なく、被焼成体１８を内部から十分に発熱させることができなくなる。一方、５質量％を越える場合には、焼成体中にカーボンが残留しやすく、焼成体が灰黒色を帯びてくるため好ましくない。

前記マイクロ波吸収板１４は、マイクロ波を吸収して発熱し、その輻射熱によって被焼成体１８を表面から加熱するためのものである。マイクロ波吸収板１４としては、マイクロ波の吸収性が良く、熱伝導率に優れ、誘電損率の温度依存率の小さい材料が適している。このマイクロ波吸収板１４は、炭化珪素（ＳｉＣ）、ムライト（アルミノ珪酸塩、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）等を主成分とする材料によって形成されている。特に、炭化珪素又はムライトが８０．０〜９９．９質量％含まれる材料が好ましく、９０．０〜９９．９質量％含まれる材料がより好ましい。

前記第１断熱壁１１及び第２断熱壁１３は、収容空間１２及び内側空間１５を保温するためのもので、マイクロ波吸収が少なく、多孔質に形成された材料で形成されている。そのような材料としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）等が挙げられる。具体的には、アルミナファイバーボード等が好適に用いられる。

図２は、図１に示した磁性るつぼ１６を用いることなく、被焼成体１８として例えば所定量のカーボン類を含む石灰石（天然石）を用いた場合の焼成炉１０の内部を示す概略断面図であり、マイクロ波吸収板１４の内側空間１５には粒状をなす多数の被焼成体１８がそのまま充填されている。従って、被焼成体１８としては、石灰類にカーボン類を配合した粉末状をなす材料又はカーボン類が含まれている石灰類の塊状をなす材料のいずれも使用することができる。

そして、焼成炉１０においてマイクロ波を被焼成体１８及びマイクロ波吸収板１４に照射することにより、被焼成体１８中のカーボン類が発熱して被焼成体１８の内部から被焼成体１８を加熱すると同時に、マイクロ波吸収板１４が発熱してその輻射熱により被焼成体１８の表面から被焼成体１８を加熱する。この場合、被焼成体１８は７００〜１３００℃に加熱されることが好ましい。焼成温度が７００℃未満の場合には、焼成温度が低く、石灰類を十分に焼成することができない。一方、１３００℃を越える場合には、焼成温度が高くなり過ぎて得られる焼成体が黒くなる傾向を示し、好ましくない。

このようにして、石灰類焼成体が製造される。例えば、被焼成体１８としての石灰石（ＣａＣＯ_３）から下記の反応式（１）に示すように、石灰類焼成体として生石灰（ＣａＯ）が得られる。

ＣａＣＯ_３ → ＣａＯ ＋ ＣＯ_２・・・（１）
また、被焼成体１８としての消石灰〔Ｃａ（ＯＨ）_２〕から下記の反応式（２）に示すように、石灰類焼成体として生石灰（ＣａＯ）が得られる。

Ｃａ（ＯＨ）_２ → ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ・・・（２）
さらに、被焼成体１８としてのドロマイト〔ＣａＭｇ（ＣＯ_３）_２〕から下記の反応式（３）に示すように、石灰類焼成体として焼成ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）が得られる。

ＣａＭｇ（ＣＯ_３）_２ → ＣａＯ・ＭｇＯ ＋ ２ＣＯ_２・・・（３）
さて、本実施形態の作用について説明すると、石灰類焼成体は、焼成炉１０内に石灰類よりなる被焼成体１８を配置し、被焼成体１８にマイクロ波を照射して石灰類を焼成することにより製造される。このとき、被焼成体１８である石灰類にはカーボンが分散されており、そのカーボンがマイクロ波の照射を受けて吸収、発熱し、石灰類をその内部から加熱する。同時に、焼成炉１０の周壁に被焼成体１８を取り囲むようにマイクロ波吸収板１４が配設され、マイクロ波吸収板１４がマイクロ波の照射を受けて吸収、発熱し、その輻射熱によって被焼成体１８を表面から加熱する。このため、被焼成体１８がその内部と表面との双方から同時に加熱されて焼成され、均一に焼成された焼成体が速やかに得られる。

以上詳述した本実施形態により発揮される効果について、以下にまとめて記載する。
・ 本実施形態における石灰類焼成体の製造方法では、焼成炉１０内に被焼成体１８としてカーボン類を含む石灰類を配置するとともに、焼成炉１０の周壁にマイクロ波吸収板１４を配設し、被焼成体１８及びマイクロ波吸収板１４にマイクロ波を照射して石灰類を焼成する。被焼成体１８にマイクロ波が照射されて被焼成体１８中のカーボン類が発熱し、被焼成体１８が内部から加熱されると同時に、マイクロ波吸収板１４にマイクロ波が照射されて発熱し、被焼成体１８が表面から加熱される。従って、被焼成体１８をより短時間で効率良く焼成することができるとともに、被焼成体１８を均一に焼成することができる。

・ 前記カーボン類は、活性炭、コークス、廃トナー又は木炭であることにより、マイクロ波の吸収性が良く、上記の効果を向上させることができる。
・ また、カーボン類の含有量を、石灰類とカーボン類の合計量中に０．１〜５質量％に設定することにより、前記の効果を十分に発揮させることができる。

・ さらに、従来の石灰石焼成炉では重油等の燃料からの不純分の混入があるが、本実施形態のマイクロ波を用いる方法ではそのような不純分の混入がなく、高純度の焼成石灰類を製造することができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１〜８及び比較例１〜４）
被焼成体１８である石灰類として、石灰石、消石灰及びドロマイトを用意した。これらの石灰類にカーボンとして活性炭を表１に示す割合で配合した。石灰石のカーボン含有量は、０．０１質量％以下であった。得られた各被焼成体１８を磁性るつぼ１６にほぼ一杯になるように入れた。一方、マイクロ波吸収板１４として炭化珪素板又はムライト板を焼成炉１０の周壁に配設した。マイクロ波吸収板１４として、実施例１、２及び比較例１では炭化珪素板、それ以外の実施例及び比較例では全てムライト板を用いた。

そして、図１に示すマイクロ波焼成炉１０において、被焼成体１８及びマイクロ波吸収板１４にマイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ、電力１．４ｋＷ）を照射して被焼成体１８を焼成した。焼成体の温度が１１５０℃に到達した時点で加熱を止め、そのまま１５分間放置して焼成体を取り出した。その途中、表１に示すマイクロ波加熱時間（分）で焼成体の温度（℃）を測定した。得られた焼成体について、炭酸ガス（ＣＯ_２）量（％）及び焼成状態を測定し、それらの結果を表１に示した。

なお、炭酸ガス量は、ＪＩＳ Ｒ ９０１１に準拠して測定した。炭酸ガス量は少ない方が良いが、２．０％以下であれば問題がない。また、焼成状態は、焼成体の色を目視によって観察した。

表１に示したように、石灰石に活性炭を配合した実施例１及び２では、短時間で焼成を完了することができるとともに、焼成体の全体がほぼ白色で十分な焼成ができ、また比較例１に比べて若干の温度上昇を示した。実施例３及び実施例４では、短時間で焼成することができるとともに、焼成体の全体がほぼ白色で十分な焼成ができ、さらに実施例３では比較例２に比べて７９℃の温度上昇を示し、実施例４では活性炭の配合量を増加させたため実施例３に比べてさらに８８℃の温度上昇を示した。消石灰に活性炭を配合した実施例５及び実施例６では、短時間で焼成できるとともに、焼成体の全体がほぼ白色で十分な焼成ができ、さらに実施例５では比較例３に比べて１２４℃の温度上昇を示し、実施例６では活性炭の配合量を増加させたため実施例５に比べてさらに１０℃の温度上昇を示した。ドロマイトに活性炭を配合した実施例７及び実施例８では、短時間で焼成できるとともに、焼成体の全体がほぼ白色で十分な焼成ができ、さらに実施例７では比較例４に比べて１４１℃の温度上昇を示し、実施例８では活性炭の配合量を増加させたため実施例７に比べてさらに６１℃の温度上昇を示した。
（実施例９、１０及び比較例５）
実施例９及び１０では、カーボンとして廃トナー粉を用いた以外は、それぞれ実施例３及び４と同様にして実施した。また、比較例５では、同じくカーボンとして廃トナー粉を用いた以外は、比較例２と同様にして実施した。焼成により得られた焼成体について、マイクロ波加熱時間（分）、焼成体の温度（℃）、炭酸ガス（ＣＯ_２）量（％）及び焼成状態を測定し、それらの結果を表２に示した。

表２に示したように、実施例９及び実施例１０では、短時間で焼成することができるとともに、焼成体の全体がほぼ白色で十分な焼成ができた。従って、カーボンとして廃トナー粉を用いた場合でも、活性炭と同様に焼成することができた。さらに、実施例９では比較例５に比べて９９℃の温度上昇を示し、実施例１０では廃トナー粉の配合量を増加させたため実施例９に比べてさらに９８℃の温度上昇を示した。カーボンとして廃トナー粉を用いた場合には、活性炭を用いた場合に比べて温度上昇が若干高められた。
（実施例１１及び１２）
図２に示すように、マイクロ波焼成炉１０内に、カーボンを含有する石灰石（天然石、カーボン含有量０．１３質量％）の塊を多数配置し（１５０ｇ）、４５分間マイクロ波を照射して加熱を行った。石灰石の粒度は、実施例１１では５〜１０ｍｍ、実施例１２では１０〜２０ｍｍとした。マイクロ波吸収板１４としては、炭化珪素板を用いた。その後、そのまま１５分間放置してから取り出した。焼成により得られた焼成体（生石灰）について、マイクロ波加熱時間（分）、焼成体の温度（℃）、炭酸ガス（ＣＯ_２）量（％）及び焼成状態を測定し、それらの結果を表３に示した。

表３に示したように、実施例１１及び実施例１２では、４５分間のマイクロ波加熱にて焼成体が１０００℃以上まで温度上昇し、焼成体の全体が白色で十分な焼成を行うことができた。

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記磁性るつぼ１６に、マイクロ波により発熱するカーボン類を配合して被焼成体１８の表面からの加熱を促進するように構成することもできる。

・ 焼成炉１０内を複数に区画し、各区画室で被焼成体１８を同時に焼成することも可能である。
・ 磁性るつぼ１６の形状を有底円筒状、有底四角筒状、その他異形形状に形成し、焼成体の形状を所望の形状にすることもできる。

次に、前記実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記マイクロ波吸収材はムライト又は炭化珪素であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の石灰類焼成体の製造方法。この製造方法によれば、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加えて、マイクロ波吸収材のマイクロ波吸収性を高め、被焼成体の表面からの加熱を促進することができる。

・ 前記被焼成体は粉末状又は塊状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の石灰類焼成体の製造方法。この製造方法によれば、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加えて、被焼成体が粉末状又は塊状のいずれであっても効率良く焼成を行うことができる。

実施形態におけるマイクロ波を用いた石灰類焼成体の焼成炉を示す概略断面図。 実施形態におけるマイクロ波を用いた石灰類焼成体の別の焼成炉を示す概略断面図。

符号の説明

１０…マイクロ波焼成炉、１４…マイクロ波吸収材としてのマイクロ波吸収板、１８…被焼成体。

Claims (3)

1. 石灰類よりなる被焼成体をマイクロ波により焼成して石灰類の焼成体を製造する方法であって、
   マイクロ波焼成炉内に被焼成体としてカーボン類を含む石灰類を配置するとともに、マイクロ波焼成炉の周壁にマイクロ波吸収材を配設し、前記被焼成体及びマイクロ波吸収材にマイクロ波を照射して石灰類を焼成することを特徴とする石灰類焼成体の製造方法。
2. 前記カーボン類は、活性炭、コークス、廃トナー又は木炭であることを特徴とする請求項１に記載の石灰類焼成体の製造方法。
3. 前記カーボン類の含有量は、石灰類とカーボン類の合計量中に０．１〜５質量％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の石灰類焼成体の製造方法。

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