JP2008045815A - 焼成炉炉体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ金属類を多量に含む製品を焼成しても炉材が浸食されることがない、フラット天井式の焼成炉炉体構造を提供する。
【解決手段】天井壁を側壁２間に横架されたＳｉ含浸ＳｉＣ製の剛性部材６で保持したフラット天井式の焼成炉炉体構造であり、前記剛性部材６をアルカリ金属に対して耐腐食性を有するアルミナ磁器製の保護部材７の内部に収納する。なお、保護部材６は複数に分割されていることが好ましい。また、隣接する保護部材６の分割部内部の剛性部材６を、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックファイバーで覆うことが好ましく、あるいは、隣接する保護部材７が互いに嵌合する構造とすることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱時にアルカリ金属の蒸気を発生する製品を高温で仮焼したり焼成したりするために使用される焼成炉炉体構造に関するものである。

一般的な焼成炉の天井は、耐火レンガでアーチを形成したアーチ天井である。しかしながら、このアーチ天井は専門の築炉職人しか施工することができず、施工性が悪いという問題がある。また耐火レンガ製であるために熱容量が大きく、炉の停止や立ち上げに長い時間を要するという問題がある。このため、例えば特許文献１に示すように、炉幅方向に多数の剛性ビームを横架し、これらの剛性ビームにより天井部材を保持したフラット天井が開発されている。

このフラット天井式の炉は、アーチ天井の炉に比較して施工性が良く、築炉し易い利点がある。また、レンガ天井に比べて熱容量を大幅に減らすことが出来るため、省エネ効果も期待出来るうえ、炉停止、炉の立ち上げも短時間に行うことが出来るなどの利点がある。なお特許文献１ではキャスタブル耐火物からなる天井壁を剛性ビームから吊下げているが、剛性ビームを高温強度に優れたＳｉ含浸ＳｉＣ製やＳｉ_３Ｎ_４製とし、その上にセラミックファイバー製の天井壁を支持した構造も広く普及している。

しかしながら、近年、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属類を多量に含む製品を焼成する場合があり、これらの製品を加熱するとアルカリ金属の蒸気を発生する。この蒸気は特定温度域（例えば１０５０℃）に達すると炉材中のＳｉと反応して溶融させ、炉材の融解、剥離、強度低下、耐火断熱性の低下を起こすという問題があった。特に、Ｓｉ含浸ＳｉＣ製の炉材を用いた炉においてＬｉを含有する製品を１０５０℃以上の温度域で焼成する場合には、Ｓｉ含浸ＳｉＣ製のビーム材は酸化により表面部がＳｉＯ_２となり、気化したＬｉと反応して液化溶融を起こすという問題があった。同様に、Ｓｉ_３Ｎ_４製のビーム材もまた、気化したＬｉと反応して液化溶融を起こすという問題があった。

そこでこのような場合には、天井アーチ煉瓦にアルミナ純度を上げた耐火煉瓦、耐火熱煉瓦を使用した炉を用いて焼成することが考えられる。しかし、天井アーチ煉瓦のアルミナ純度を上げると煉瓦重量が増し、天井アーチが自重で垂れやすくなる。また、炉体重量が増加し、炉上げ、停止に時間がかかると共に、放熱量が多くなるという従来通りの問題が生じてしまう。

また、Ｓｉ含浸ＳｉＣ製やＳｉ_３Ｎ_４製のビーム材の表面に耐食性コート材を吹き付けてＬｉ蒸気との接触を防止することも考えられる。しかし気化したＬｉはコート層を通過し、コート材中のシリカと反応して溶融腐食が進行するため、定期的に炉を停止してコート材の再吹付けが必要となり、実用性に乏しいことが確認された。
特開平８−１３６１５４号公報

本発明は上記した従来の問題を解決し、アルカリ金属類を多量に含む製品を焼成しても炉材が浸食されることがない、フラット天井式の焼成炉炉体構造を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、天井壁を側壁間に横架された剛性部材で保持したフラット天井式の焼成炉炉体構造において、前記剛性部材をＳｉＣ製またはＳｉ_３Ｎ_４製とし、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックス製の保護部材の内部に収納したことを特徴とするものである。

剛性部材をＳｉ含浸ＳｉＣ製とすることが好ましい。

剛性部材はパイプとすることができ、保護部材はアルミナ磁器製のパイプとすることができる。また保護部材は炉幅方向に複数に分割されていることが好ましく、その場合には保護部材の分割部内部の剛性部材を、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックファイバーで覆うことが好ましい。あるいは、隣接する保護部材が互いに嵌合する構造とし、接合部からのアルカリ金属の侵入を防止することもできる。

本発明のフラット天井式の焼成炉炉体構造は、天井壁を支持する剛性部材をＳｉＣ製またはＳｉ_３Ｎ_４製とし、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックス製の保護部材の内部に収納した構造であるので、施工が容易で省エネルギー効果に優れるうえに、剛性部材が焼成する製品より発生するアルカリ金属を含む腐食ガスに直接曝されることがなく、溶融腐食されることを防止することができる。

なお、剛性部材をＳｉ含浸ＳｉＣ製にすると、剛性部材の強度と剛性を向上させることが可能となる。

特に保護部材をアルミナ磁器にすれば、Ｌｉ蒸気により浸食されることがなく、内部の剛性部材を確実に保護することができる。また、保護部材は熱衝撃による破損を避けるために炉幅方向に複数に分割しておくことが好ましいが、隣接する保護部材の分割部内部の剛性部材を、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックファイバーで覆うと、分割部からのアルカリ金属ガスの浸入を防止することが可能となる。隣接する保護部材が互いに嵌合する構造としても同様の効果を得ることができる。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は本発明の焼成炉の断面図であり、図２は長手方向の断面図である。図１は図２のＡ−Ａ断面図、図３はＢ−Ｂ断面図である。この実施形態の焼成炉は、被焼成物である製品を移動中に焼成するローラハースキルンである。

１は炉の底部であり、耐火レンガや耐火断熱レンガで構成されている。この底部１の両端には、側壁２が立設されている。この側壁２も耐火レンガや耐火断熱レンガで構成されている。側壁２の外側は、セラミックファイバーを押し固めたセラミックボード製の外壁３で覆われている。

４は炉内長手方向に一定ピッチで配置された製品搬送用のセラミックス製のローラであり、側壁２及び外壁３を貫通して回転可能に取り付けられている。これらのローラ４は、被焼成物の進行方向に沿って並列して取り付けられ、炉外に設けられた駆動装置（図示せず）により回転され、被焼成物を搬送する。

ローラ４の上下には、管状のセラミックヒータ５が側壁２及び外壁３を貫通するように取り付けられている。このセラミックヒータ５により、炉内は所定温度に加熱されている。しかし加熱源はこれに限定されるものではなく、任意の加熱手段を採用できることはいうまでもない。

左右の側壁２、２間にはＳｉＣ製の剛性部材６が横架されている。この実施形態では剛性部材６はＳｉ含浸ＳｉＣ製のパイプである。Ｓｉ含浸ＳｉＣはＳｉＣの粒子間に金属Ｓｉを含浸させて通気性をなくした材料であり、空気と接触する表面が酸化するだけで内部に空気が浸入しないため、１４００℃以下であれば十分な強度と剛性を有する材料である。なお、剛性部材６は、Ｓｉ_３Ｎ_４製であっても差し支えない。

この剛性部材６は、円管形状の保護部材７の内部に収納されている。保護部材７はＬｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックス製であり、好ましくはＬｉと反応しないアルミナ磁器製である。この保護部材７により、剛性部材６が焼成する製品より発生するＬｉ等のアルカリ金属を含む腐食ガスに直接曝されることを防止して、溶融腐食されることを防止している。アルミナ磁器は成形し易いパイプであることが好ましく、この実施形態ではアルミナパイプ中にパイプ状の剛性部材６を収納している。

アルミナ磁器は、アルミナ純度が高いほど、Ｌｉ等のアルカリ金属との反応に対して強い耐腐食性を有するが、アルミナ磁器のアルミナ純度が高いほど、熱衝撃に弱く、割れ易い。また、アルミナ磁器は、長さが長いほど熱衝撃に弱く、割れやすい。そこで、保護部材７を一定の長さで複数分割することにより、保護部材７の長さを短くすることにより、アルカリ金属に対する耐腐食性を確保しつつ、熱衝撃に対する耐性を持たせている。

しかし保護部材７を複数に分割することにより、隣接する保護部材７の分割部７ａには隙間が生じてしまう。そこで、隣接する保護部材７の分割部７ａ内部の剛性部材６を、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックファイバーで覆い、剛性部材６が直接アルカリ金属を含む腐食ガスに直接曝されるのを防止して、剛性部材６が溶融腐食するのを防止している。なお、剛性部材６が腐食ガスに直接曝されるのをより確実に防止すために、保護部材７の分割部７ａより保護部材７の内側に位置する部分まで、前記セラミックファイバーで剛性部材６を覆うことが好ましい。

また、図４に示すように、保護部材７の一端の外径を小さくし、他端の内径を大きくして、隣接する保護部材７が互いに嵌合する構造として、剛性部材６が直接アルカリ金属を含む腐食ガスに直接曝されるのを防止する構造としてもよい。なお、隣接する保護部材７が互いに嵌合する構造であっても、隣接する保護部材７の分割部７ａ内部の剛性部材６を、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックファイバーで覆い、より剛性部材６を腐食ガスと遮断するような構造としても差し支えない。

なお、側壁２の剛性部材６及び保護部材７が横架されている部分は、凹陥した形状となっていて、剛性部材６が直接アルカリ金属を含む腐食ガスに直接曝されるのを防止している。

保護部材７上には、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するアルミナ板８が載せられている。このアルミナ板８は、熱衝撃による割れを防止するため、図２に示すように進行方向に向かって複数に分割され、隣接するアルミナ板８が、互い違いに重ね合わされて構成されている。アルミナ板８上には、セラミックボード９が載せられている。このセラミックボード９は、断熱性を有し、炉内から炉外への熱伝導を抑制している。さらにセラミックボード９上には、セラミックブランケット１０が載せられている。このブランケット１０もまた、断熱性を有し、炉内から炉外への熱伝導を抑制している。

このように、本発明の焼成炉の天井は、アルミナ板８、セラミックボード９、ブランケット１０から構成される天井壁を、側壁２間に横架された高温強度性を有するＳｉ含浸ＳｉＣ製の剛性部材６で保持したフラット天井構造となっている。このため天井部の熱容量は小さく、炉の停止や立ち上げを短時間に行うことができ、また築炉も容易である。

なお、連続焼成炉には炉内の温度分布を適正に保つために、天井壁から垂下された耐火性の仕切壁１１が設けられているのが普通である。図２に示すように、本実施形態の仕切壁１１は、天井壁を構成するアルミナ板８で上部を挟まれ、天井壁から垂下されて配設されている。実施形態の仕切壁１１は、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するアルミナ板であり、熱衝撃による割れを防止するために、炉幅方向に複数に分割されている。

この仕切壁１１の下端は、側壁２に横架されたＳｉ含浸ＳｉＣ製の剛性部材６上に載せられていて、仕切壁１１の下部は、側壁２に横架されたＳｉ含浸ＳｉＣ製の剛性部材６で挟まれ、仕切壁１１の進行方向の揺動を抑止している。このようにして、仕切壁１１を側壁２間に横架された高温強度性を有するＳｉ含浸ＳｉＣ製の剛性部材６で保持している。

この仕切壁１１を保持している剛性部材６もまた、管状でアルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックス製の保護部材７の内部に収納され、剛性部材６がアルカリ金属を含む腐食ガスに直接曝されるのを防止している。なおこの保護部材７もまた、複数に分割され、隣接する保護部材７の分割部７ａ内部の剛性部材６を、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックファイバーで覆い、あるいは隣接する保護部材７が互いに嵌合する構造として、剛性部材６が直接アルカリ金属を含む腐食ガスに直接曝されるのを防止している。

なお、実施例の焼成炉はセラミックヒータを使用した電気加熱方式の焼成炉であるが、本発明をガス燃焼加熱方式の焼成炉に適用できることはいうまでもない。また、実施例の焼成炉は連続式の焼成炉であるが、本発明をバッチ式の焼成炉に適用できることはいうまでもない。また、実施例の剛性部材６は、円管形状であるが、角管形状であっても、中実の円柱形状や角柱形状等であっても差し支えない。同様に、保護部材７もまた、円管形状に限定されず、角管形状であっても差し支えない。また、実施例の剛性部材６は、Ｓｉ含浸ＳｉＣ製であるが、ＳｉＣ類として再結晶ＳｉＣ、反応焼結ＳｉＣであっても差し支えない。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う焼成炉炉体構造もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

実施形態を示す断面図であり、図２のＢ−Ｂ断面図に相当する。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 別の実施形態の保護部材を示す断面図である。

符号の説明

１ 底部
２ 側壁
３ 外壁
４ ローラ
５ セラミックヒータ
６ 剛性部材
７ 保護部材
７ａ 保護部材の分割部
８ アルミナ板
９ セラミックボード
１０ ブランケット
１１ 仕切壁

Claims (7)

1. 天井壁を側壁間に横架された剛性部材で保持したフラット天井式の焼成炉炉体構造において、前記剛性部材をＳｉＣ製またはＳｉ_３Ｎ_４製とし、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックス製の保護部材の内部に収納したことを特徴とする焼成炉炉体構造。
2. 剛性部材をＳｉ含浸ＳｉＣとしたことを特徴とする請求項１に記載の焼成炉炉体構造。
3. 剛性部材はパイプであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の焼成炉炉体構造。
4. 保護部材はアルミナ磁器製のパイプであることを特徴とする請求項３に記載の焼成炉炉体構造。
5. 保護部材は炉幅方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の焼成炉炉体構造。
6. 保護部材の分割部内部の剛性部材を、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックファイバーで覆ったことを特徴とする請求項５に記載の焼成炉炉体構造。
7. 隣接する保護部材が互いに嵌合する構造としたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の焼成炉炉体構造。

Images