JP2013155980A

JP2013155980A - 処理炉および処理方法

Info

Publication number: JP2013155980A
Application number: JP2012018400A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Fukuda; 康雄福田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-15

Abstract

【課題】ガスカーテン用の不活性ガスが、脱バインダー処理を行う空間または生成形体を焼成する空間内に混入されることを低減された処理炉を提供する。
【解決手段】連続する第１の処理空間11および第２の処理空間12と、対向する炉内壁に設けられており、第１の処理空間11および第２の処理空間12の間に形成されるガスカーテンの第１噴出口14および第１吸入口15とを有しており、第１吸入口15が、第１噴出口14に対向する位置よりも、第２の処理空間12における雰囲気ガスの流れ方向にずれている処理炉である。第１の処理空間にガスカーテン用の不活性ガスが混入する可能性を低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼成炉等の処理炉および処理炉を用いた処理方法に関するものである。

例えば焼成炉等の処理炉内において、連続する第１および第２の処理空間を分けるためにガスカーテンが用いられている（例えば、特許文献１を参照。）。連続する第１および第２の処理空間の例としては、セラミック製品用の生成形体における脱バインダー処理を行う空間と、生成形体を焼成する空間とがある。ガスカーテンは、例えば、炉内壁に設けられた噴出口から不活性ガスを噴出するとともに噴出口に対向する位置に設けられた吸入口において不活性ガスを吸入して、不活性ガスの流れを生じさせることによって形成される。

特開平11−281259号公報

例えば連続焼成炉内の焼成処理を行う空間には、焼成処理用の雰囲気ガスの噴出口および吸入口があって、噴出口から吸入口に向かって雰囲気用のガスの流れが生じている。このような雰囲気用のガスの流れは、一般に連続焼成炉内の生成形体の搬送方向とは逆方向である。従来、ガスカーテン用の噴出口および吸入口は互いに対向する位置に設けられているため、ガスカーテン用の不活性ガスが雰囲気ガスの流れによって流された場合、不活性ガスを吸入しきれないことがあり、ガスカーテン用の不活性ガスまたは焼成処理用の雰囲気ガスが、焼成処理を行う空間から脱バインダー処理を行う空間に混入する可能性があった。

本発明の一つの態様による処理炉は、連続する第１および第２の処理空間と、対向する炉内壁に設けられており、第１および第２の処理空間の間に形成されるガスカーテンの噴出口および吸入口とを有しており、吸入口が、噴出口に対向する位置よりも、第２の処理空間における雰囲気ガスの流れ方向にずれている。本発明の他の態様による処理方法は、第１の処理空間における第１の処理工程と、対向する炉内壁に設けられた噴出口と吸入口との間に形成されるガスカーテンによって第１の処理空間から遮断された第２の処理空間内における第２の処理工程とを有している。吸入口が噴出口に対向する位置よりも第２の処理空間における雰囲気ガスの流れ方向にずれており、噴出口から噴出されたガスを噴出口に対向する位置よりも雰囲気ガスの流れ方向にずれた位置で吸入することによって、ガスカーテンが形成される。

ガスカーテンの吸入口が、ガスカーテンの噴出口に対向する位置よりも、第２の処理空間における雰囲気ガスの流れ方向にずれているので、ガスカーテン用の不活性ガスが雰囲気ガスの流れによって流されても、不活性ガスをガスカーテンの吸入口から十分に吸入できるので、例えば第１の処理空間にガスカーテン用の不活性ガスまたは第２の処理空間用の雰囲気ガスが混入する可能性を低減できる。

本発明の第１の実施形態における処理炉の部分断面図である。（ａ）は図１の上部内壁の平面図であり、（ｂ）は図１の下部内壁の平面図である。本発明の第１の実施形態における処理方法のフローの概観を示す。本発明の第２の実施形態における処理炉の下部内壁の平面図である。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照して本発明の第１の実施形態における処理炉について説明する。本実施形態における処理炉は、トンネル状の炉本体１と、炉本体１の内部において連続する第１の処理空間11および第２の処理空間12を含む処理空間10と、対向する炉内壁13に設けられており、第１の処理空間11および第２の処理空間12の間に形成されるガスカーテン用の噴出口である第１噴出口14およびガスカーテン用の吸入口である第１吸入口15と、炉本体１の処理空間10に設けられた搬送装置16とを有している。炉内壁13とは、炉本体１の処理空間10を囲む壁を示し、上部内壁、下部内壁および側壁のことをいう。また、対向する炉内壁13とは、例えば、上部内壁および下部内壁、または対向する側壁のことを示す。なお、図１において第１の雰囲気ガスの流れＡ₁₁、第２の雰囲気ガスの流れＡ₁₂およびガスカーテンの流れＢを破線で示し、図２において生成形体２および搬送装置16を破線で示す。また、本実施形態における上部とは仮想のｚ軸の正方向のことである。

本実施形態において処理炉は、例えばセラミックスを材料とする生成形体２を搬送しつつ、生成形体２への加熱処理および焼成を連続して行なうための連続焼成炉である。第１の処理空間11および第２の処理空間12にはそれぞれ、生成形体２を加熱するための加熱装置17が設けられている。加熱装置17は、例えばマイクロ波またはヒーターの輻射加熱によって生成形体２を加熱するためのものである。

このような連続焼成炉の炉本体１は、例えばアルミナおよびＳＵＳを材料とする耐火物等によって構成されている。

第１の処理空間11は、例えば脱バインダ処理を行なうための空間であり、生成形体２を加熱することによって生成形体２に含まれている有機バインダを蒸発させるとともに、蒸発した有機バインダを分解するための空間である。例えば、有機バインダとしてアクリル系，ポリビニルブチラール系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体を含む生成形体２を加熱する場合であれば、200℃〜1000℃の温度で加熱する。

第１の処理空間11が、例えば窒素雰囲気または窒素と水素との混合雰囲気等の非酸化性雰囲気である場合には、雰囲気ガスには濃度が５〜95体積％の水蒸気が含まれている。水蒸気は、有機バインダを熱分解するために用いられており、水蒸気と有機バインダとが加熱された状態で化学反応することによって有機バインダが分解される。

第１の処理空間11における第１の雰囲気ガスは、第１の処理空間11における炉内壁13のうち上部内壁に設けられた雰囲気ガス用の第２噴出口10ａから噴出されて、炉内壁13のうち下部内壁に設けられた雰囲気ガス用の第２吸入口10ｂから吸入される。このような第１の雰囲気ガスの噴出および吸入によって、第２噴出口10ａから第２吸入口10ｂに向かって第１の雰囲気ガスの流れＡ₁₁が生じる。

第２の処理空間12は、第１の処理空間11における処理を行なった後、例えば焼成を行な
うための空間であり、セラミックスを材料とする生成形体２を加熱することによって焼結させる。例えば、セラミックスとしてアルミナ，シリカ，カルシアまたはマグネシア等を含む生成形体２を焼成する場合であれば、1000℃〜1600℃の温度で焼成する。

第２の処理空間12における第２の雰囲気ガスは、例えば窒素雰囲気または窒素と水素との混合雰囲気等の非酸化性雰囲気である場合には、第２の雰囲気ガスには濃度が１〜４体積％の水蒸気が含まれている。

第２の処理空間12における第２の雰囲気ガスは、第２の処理空間12における炉内壁13の上部内壁に設けられた第２噴出口10ａから噴出されて、炉内壁13の下部内壁に設けられた第２吸入口10ｂから吸入される。第２の処理空間12においても、第１の処理空間11と同様に雰囲気ガスの流れＡ₁₂が生じる。

第１の処理空間11と第２の処理空間12はガスカーテンによって遮断されている。ガスカーテン用のガスの第１噴出口14と第１吸入口15は炉内壁13に設けられており、例えば第１噴出口14は上部内壁に設けられており、第１吸入口15は下部内壁に設けられている。第１吸入口15は、第１噴出口14に対向する位置よりも第２の処理空間12における雰囲気ガスの流れ方向にずれて設けられている。本実施形態において、第２の処理空間12の雰囲気ガスの流れ方向とは、第２の処理空間12において、第２噴出口10ａから第２吸入口10ｂに向かう方向であり、図２に示された例のｘ軸の負方向である。

ガスカーテンは第１の処理空間11における第１の雰囲気と第２の処理空間12における第２の雰囲気とを分けるためのものである。ガスカーテン用のガスは、化学反応を起こしにくい気体である窒素，ヘリウム，ネオン，アルゴン等の不活性ガスである。

第１噴出口14から不活性ガスを噴出し、第１吸入口15から不活性ガスを吸入することによって、ガスカーテンが形成される。第１の雰囲気ガスの流れＡ₁₁および第２の雰囲気ガスの流れＡ₁₂によって、ガスカーテンの流れＢが生じるが、第１吸入口15が第１噴出口14に対向する位置よりも第２の処理空間12における雰囲気ガスの流れ方向にずれて設けられているので、不活性ガスを第１吸入口15で十分に吸入できる。

本実施形態において、ガスカーテンは第２の雰囲気に含まれる水蒸気が、第１の処理空間11へと移動して、第１の処理空間11の第１の雰囲気における水蒸気の濃度が低下することを低減する。

第１噴出口14および第１吸入口15は、図２に示された例のように、平面視において炉内壁13の幅の全体に設けられていると、ガスカーテンと炉内壁13の側壁との間から第２の雰囲気ガスが第１の処理空間11に入って、第１の雰囲気と第２の雰囲気とが混ざることを低減できる。したがって、第１の処理空間11と第２の処理空間12とを遮断するのに有効である。

第１吸入口15は、平面透視において第１噴出口14と第２噴出口10ａとの間に設けられており、第１噴出口14と第２噴出口10ａとの間の中央に設けられていることが好ましい。第１の雰囲気ガスが第１吸入口15から吸入されることを低減するのに有効である。

第１の処理空間11の前には、例えば脱有機溶剤処理を行なうための第３の処理空間18が設けられている。第３の処理空間18は、生成形体２を加熱することによって、生成形体２に含まれている有機溶剤を蒸発させるための空間である。第３の処理空間18においても第１の処理空間11および第２の処理空間12と同様に加熱装置17が設けられている。

第１の処理空間11と第３の処理空間18との間にもガスカーテンが設けられている。第１の処理空間11の雰囲気ガスが第３の処理空間18へと漏れて、第３の処理空間18の雰囲気ガスに含まれる水蒸気の濃度が上昇することを低減する。

また、第２の処理空間12の後には、生成形体２を焼成して作製した基板等の焼結体を冷却するための第４の処理空間が設けられている。

搬送装置16は、上述した処理空間10の全体にわたって設けられており、例えばローラー、プッシャーまたはメッシュベルト等を用いたコンベアによって、生成形体２を処理空間10内の各処理空間に順次搬送するためのものである。本実施形態においては、メッシュベルトを用いて生成形体２を搬送している。本実施形態の処理炉は、連続する第１の処理空間11および第２の処理空間12と、対向する炉内壁13に設けられており、第１の処理空間11および第２の処理空間12の間に形成されるガスカーテンの第１噴出口14および第１吸入口15とを有している。また、第１吸入口15が、第１噴出口14に対向する位置よりも、第２の処理空間12における雰囲気ガスの流れ方向にずれている。上述の構成であることから、本実施形態の処理炉において、第１噴出口14から噴出されたガスを第１噴出口14に対向する位置よりも雰囲気ガスの流れ方向にずれた位置で吸入することによって、ガスカーテンが形成される。ガスカーテンの第１吸入口15が、ガスカーテンの第１噴出口14に対向する位置よりも、第２の処理空間12における雰囲気ガスの流れ方向にずれていることから、ガスカーテン用の不活性ガスが雰囲気ガスの流れによって流されても、不活性ガスをガスカーテンの第１吸入口15から十分に吸入できるので、第１の処理空間11にガスカーテン用の不活性ガスまたは第２の処理空間12用の雰囲気ガスが混入する可能性を低減できる。

また、以下において本実施形態の処理炉を用いた処理方法について図３を参照しつつ説明する。本実施形態における処理炉を用いた処理方法は、例えばセラミックスの生成形体２の焼成方法である。

本実施形態における焼成方法は、図３に示されたフローのように、第１の処理空間11における生成形体２の脱バインダ工程と、炉内壁13のうち上部内壁に設けられた第１噴出口14と下部内壁に設けられた第１吸入口15との間に形成されるガスカーテンによって第１の処理空間11から遮断された第２の処理空間12内における生成形体２の焼成工程とを有している。第１吸入口15が第１噴出口14に対向する位置よりも第２の処理空間12における雰囲気ガスの流れ方向にずれており、第１噴出口14から噴出された不活性ガスを第１噴出口14に対向する位置よりも雰囲気ガスの流れ方向にずれた位置で吸入することによって、ガスカーテンが形成される。脱バインダ工程を行なう第１の処理空間11と焼成工程を行なう第２の処理空間12はこのようなガスカーテンによって遮断されている。なお、本実施形態においては、上述したように脱バインダ工程の前には生成形体の脱溶剤工程を有しており、焼成工程の後には焼結体の冷却工程を有している。すなわち、本実施形態の焼成方法は、脱溶剤工程、脱バインダ工程、焼成工程、冷却工程の順に熱処理を行うことによって焼結体を作製する処理方法である。

本実施形態における処理方法は、第１の処理空間11における第１の処理工程と、対向する炉内壁13に設けられた第１噴出口14と第１吸入口15との間に形成されるガスカーテンによって第１の処理空間11から遮断された第２の処理空間12内における第２の処理工程とを有している。第１吸入口15が第１噴出口14に対向する位置よりも第２の処理空間12における雰囲気ガスの流れ方向にずれており、第１噴出口14から噴出された不活性ガスを第１噴出口14に対向する位置よりも雰囲気ガスの流れ方向にずれた位置で吸入することによって、ガスカーテンが形成される。第１の処理工程を行なう第１の処理空間11と第２の処理工程を行なう第２の処理空間12はこのようなガスカーテンによって遮断されている。このような本実施形態の処理方法を用いることによって、第１の処理空間11へガスカーテン用の
不活性ガスまたは第２の処理空間12用の雰囲気ガスが混入することを低減できるので、第１の処理空間11における処理効率を向上できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による処理炉について、図４を参照しつつ説明する。

本発明の第２の実施形態における処理炉において、上記した第１の実施形態の処理炉と異なる点は、図４に示された例のように、第１吸入口15の開口面積が、下部内壁の幅方向の中央部において、下部内壁の幅方向の端部よりも大きい点である。処理空間10の炉内壁13の幅方向の中央部においてはガスの流れが早くなる傾向にあり、炉内壁13の幅方向の中央部を通るガスカーテン用の不活性ガスの量も多い。このような炉内壁13の幅方向の中央部において、第１吸入口15の開口面積を大きくしているので、炉内壁13の幅方向の中央部を通る不活性ガスを第１吸入口15からより多く吸入できる。したがって、ガスカーテン用の不活性ガスが第１の処理空間11に混入することをさらに低減できる。

なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変更は可能である。例えば、複数の生成形体２が、段状に配置された複数の棚板の間に配置されて搬送されつつ焼成される場合には、ガスカーテンの第１噴出口14および第１吸入口15は、炉内壁13のうち対向する側壁にそれぞれ設けられていることが好ましい。このような構成であることによって、ガスカーテンが複数の棚板の間を通るので、棚板によってガスカーテンが遮られることを低減できる。

また、第２噴出口10ａは側壁に設けられていてもよく、第２吸入口10ｂは上部内壁または側壁に設けられていてもよい。

１・・・・炉本体
11・・・・第１の処理空間
12・・・・第２の処理空間
13・・・・炉内壁
14・・・・第１噴出口
15・・・・第１吸入口
16・・・・搬送装置
17・・・・加熱装置
10ａ・・・第２噴出口
10ｂ・・・第２吸入口
18・・・・第３の処理空間
２・・・・生成形体

Claims

連続する第１および第２の処理空間と、
対向する炉内壁に設けられており、前記第１および第２の処理空間の間に形成されるガスカーテンの噴出口および吸入口とを備えており、
該吸入口が、前記噴出口に対向する位置よりも、前記第２の処理空間における雰囲気ガスの流れ方向にずれていることを特徴とする処理炉。
第１の処理空間における第１の処理工程と、
対向する炉内壁に設けられた噴出口と吸入口との間に形成されるガスカーテンによって前記第１の処理空間から遮断された第２の処理空間内における第２の処理工程とを有しており、
前記吸入口が前記噴出口に対向する位置よりも前記第２の処理空間における雰囲気ガスの流れ方向にずれており、前記噴出口から噴出されたガスを前記噴出口に対向する位置よりも前記雰囲気ガスの流れ方向にずれた位置で吸入することによって、前記ガスカーテンが形成されることを特徴とする処理方法。