JP2017145996A - カーボンヒーター構成体接続型超高温炉 - Google Patents

カーボンヒーター構成体接続型超高温炉 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、円筒状カーボンヒーターを長く形成することにより被加熱処理物を連続して大量に効率よく加熱、焼成できるカーボンヒーター構成体接続型超高温炉を提供する。
【解決手段】カーボンヒーター構成体接続型超高温炉10のチャンバー12の内部には円筒状カーボンヒーター20が配設されている。この円筒状カーボンヒーター20はカーボンヒーター構成体22を複数個接続して形成されている。これらカーボンヒーター構成体22は接続リング24によって接続されている。円筒状カーボンヒーター20にはカーボンレール30が配設されている。前記接続リング24の下部にはヒーターサポート体34が配設されて接続リング24を介して円筒状カーボンヒーター20を支持している。
【選択図】図1

Description

本発明は、熱処理に使われる高温炉に関し、より詳しくは複数のカーボンヒーター構成体を接続してカーボンヒーターを構成して成るカーボンヒーター構成体接続型超高温炉に関する。
従来よりカーボンを円筒形状に形成して抵抗発熱体として用いたタンマン式加熱炉が提案されている(例えば特許文献1)
このタンマン式加熱炉は、加熱手段が比較的シンプルであるため工業用素材の熱処理炉として広く使用されている。
このタンマン式加熱炉を使用して加熱する場合は、カーボンで円筒形状に形成された抵抗発熱体に電気を流し、発生したジュール熱で前記抵抗発熱体の内部に収容された被加熱処理物を加熱、焼成している。
特許第3287029号公報
しかし、カーボン粉末は、固形化し難い材料であるためカーボンで長い円筒形状の抵抗発熱体を製造し難い。
このため、従来のタンマン式加熱炉では長いヒートゾーンを確保し難く被加熱処理物を連続して加熱、焼成することができないので、大量に効率よく非加熱処理物を加熱、焼成することができないという不具合がある。
本発明の目的は、カーボンで形成された抵抗発熱体を長く形成することができることにより被加熱処理物を連続して大量に効率よく加熱、焼成することができる連続式超高温炉を提供することである。
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであり、請求項1の発明は、チャンバーと、このチャンバーの内部に配設される円筒状カーボンヒーターと、を備えて成る熱処理炉において、
円筒状カーボンヒーター構成体を複数接続することにより前記円筒状カーボンヒーターを形成したことを特徴としている。
請求項2の発明は、チャンバーと、このチャンバーの内部に配設される円筒状カーボンヒーターと、を備えて成る熱処理炉において、
円筒状カーボンヒーター構成体を接続リングを介して複数接続することにより前記円筒状カーボンヒーターを形成したことを特徴としている。
請求項3の発明は、前記カーボンヒーター構成体の端部外周面に第1ネジを形成し、前記接続リングの内周面に第2ネジを形成したことを特徴としている。
請求項4の発明は、前記接続リングをヒーターサポート体で支持したことを特徴としている。
請求項5の発明は、前記円筒状カーボンヒーターの内周面にカーボンレールを配設したことを特徴としている。
本発明は、カーボンヒーター構成体を複数接続することにより円筒状カーボンヒーターを長くして長いヒートゾーンを形成したので、被加熱処理物を連続して大量に加熱、焼成処理することができるという優れた効果を有する。
本発明は、カーボンヒーター構成体を複数接続して円筒状カーボンヒーターを形成するので、円筒状カーボンヒーターを構成するカーボンヒーター構成体の長さ寸法や肉厚寸法を変えることにより炉内の温度勾配や温度環境を変えることができるという優れた効果を有する。
請求項4の本発明は、上記優れた効果の他に円筒状カーボンヒーターを確実に支持することができるという優れた効果を有する。
請求項5の本発明は、上記優れた効果の他に円筒状カーボンヒーターの摩耗を防止して耐久性を向上させると共に炉内温度を2,800℃位の高温にまで高めることができるという優れた効果を有する。
実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の概略断面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の概略平面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の一部拡大断面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の円筒状カーボンヒーターの一部側面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の円筒状カーボンヒーターの一部概略拡大断面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の一部拡大概略断面図である。
図1〜図6には本発明に係るカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の一実施例が示されている。
図1及び図2に示されるように、カーボンヒーター構成体接続型超高温炉10のチャンバー12はスチールで横長の円筒状に形成されている。
図3に示されるように、前記チャンバー12の内部にはチャンバー12と同心状に断熱材収容円筒ケース14が配設されている。この断熱材収容円筒ケース14の外周部14Aと内周部14Bとの間には公知の断熱材16が収容されている。
また、前記チャンバー12の内周部12A下部と断熱材収容円筒ケース14の外周部14A下部の間には位置決具18が設けられている。これにより、チャンバー12と断熱材収容円筒ケース14を同心状に位置決めすると共にチャンバー12と断熱材収容円筒ケース14との間に空隙を設けるように位置決めしている。
前記断熱材収容円筒ケース14の内部には断熱材収容円筒ケース14と同心状に抵抗発熱体としての円筒状カーボンヒーター20が配設されている。
図4に示されるように、この円筒状カーボンヒーター20はカーボン(炭素)で円筒形状に形成されたカーボンヒーター構成体22を複数個接続することにより形成されている。これらカーボンヒーター構成体22はカーボン製の接続リング24によって接続されている。
なお、前記円筒状カーボンヒーター20はカーボンヒーター構成体22を複数接続して形成するため長くできるが、通常、長さ寸法は6m〜10mで、直径寸法は20cm〜30cmである。
図5に示されるように、前記カーボンヒーター構成体22の両端部の外周面には第1ネジとしての雄ネジ26が形成されている。
前記接続リング24の内周面には第2ネジとしての雌ネジ28が形成され、前記カーボンヒーター構成体22の雄ネジ26を螺入できるようになっている。
従って、図4に示されるように前記接続リング24を介して複数のカーボンヒーター構成体22を接続することにより円筒状カーボンヒーター20を形成している。
また、円筒状カーボンヒーター20はカーボンヒーター構成体22を複数接続して構成されているので、長さ寸法L(図4参照)と肉厚寸法T(図5参照)の異なるカーボンヒーター構成体22を取り付けることができる。電気抵抗はカーボンヒーター構成体22の長さ寸法と反比例し、カーボンヒーター構成体22の断面積と比例するので、長さ寸法Lや肉厚寸法Tの異なるカーボンヒーター構成体22を接続することにより円筒状カーボンヒーター20の温度勾配を容易に作ることができる。
図3に示されるように、円筒状カーボンヒーター20の底面には縦断面円弧状のカーボンレール30が配設されている。このカーボンレール30はカーボンで形成され、カーボンレール30には被加熱処理物(図示せず)を収容したカーボンで茶筒状に形成されたカーボンコンテナ32が載置されるようになっている。
前記円筒状カーボンヒーター20の内周面にカーボンレール30を載置することにより前記カーボンコンテナ32をスライドさせてもスライドするカーボンコンテナ32と円筒状カーボンヒーター20は当接しないので、カーボンコンテナ32のスライドにより円筒状カーボンヒーター20が摩耗することを防止できる。
なお、作図上図3においてはカーボンレール30の底面と円筒状のカーボンヒーター構成体22の内周面は面接触しているように見えるが、カーボンレール30とカーボンヒーター構成体22は共に多少の歪みがあるのでカーボンレール30の底面と円筒状のカーボンヒーター構成体22の内周面は点接触状態になっている。
このため、カーボンレール30とカーボンヒーター構成体22の接触面積は小さくなっている。
図4及び図5に示されるように、前記接続リング24の下部には丸棒状のカーボンで形成されたヒーターサポート体34が配設されている。このヒーターサポート体34の上面は前記接続リング24と当接して接続リング24を支持している。
図3に示されるように、前記ヒーターサポート体34は前記チャンバー12に適宜部材で固定されたアルミナ製のヒーターサポート体保持具36に支持固定されている。
従って、複数のカーボンヒーター構成体22を複数接続して円筒状カーボンヒーター20の長さ寸法が長くなると共に円筒状カーボンヒーター20の重量が増加しても円筒状カーボンヒーター20が中折れしたり落下したりしないようになっている。
なお、ヒーターサポート体34をアルミナ製のヒーターサポート体保持具36で支持することにより電気的に絶縁している。
図6に示されるように、円筒状カーボンヒーター20の一端部である入口部と他端部である出口部にはそれぞれガスカーテン40が設けられている(なお、図6には出口側のガスカーテン40のみを示す)。これにより、円筒状カーボンヒーター20、カーボンレール30等を酸化させる原因となる空気が内部に入るのを阻止できる構造になっている。
図1及び図2に示されるように、前記チャンバー12の一端側には円筒状の入口側円筒体42が接続され、他端側には円筒状の出口側円筒体44が接続されている。
前記入口側円筒体42の入口部と前記円筒状の出口側円筒体44の出口部にはそれぞれ開閉式ドア46が設けられている。
なお、前記チャンバー12は、基台50に保持されている。
前記チャンバー12の近くには電源コントロールボックス56とヒータートランス58が設置されている。
図2に示されるように、前記電源コントロールボックス56には第1リード線60の一端部と第2リード線62の一端部が接続されている。前記第1リード線60の他端部は前記円筒状カーボンヒーター20の一端部と接続され、前記第2リード線62の他端部は前記円筒状カーボンヒーター20の他端部と接続されている。
図1に示されるように、前記カーボンヒーター構成体接続型超高温炉10の入口側近傍にはプッシャー型挿入装置70が設置されている。このプッシャー型挿入装置70にはプッシャー72がスライド可能に設けられている。このプッシャー72は被熱処理物が収容された前記カーボンコンテナ32を連続して入口側円筒体46から円筒状カーボンヒーター20に挿入できるようになっている。
また、前記カーボンヒーター構成体接続型超高温炉10の出口側近傍には取出装置74が設置されている。この取出装置74は円筒状カーボンヒーター20で熱処理された被熱処理物が収容されたカーボンコンテナ32を取り出すことができるようになっている。
図2に示されるように、前記チャンバー12の近くには真空ロータリーポンプ76が設置されている。この真空ロータリーポンプ76は前記円筒状カーボンヒーター20内を真空状態にするための装置である。
以下に実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉10の作用について説明する。
最初にカーボンヒーター構成体接続型超高温炉10の始動前準備として真空ロータリーポンプ76を使用して円筒状カーボンヒーター20の内部を真空状態にする。
次に、カーボンヒーター構成体接続型超高温炉10の開閉式ドア46,46を閉じてカーボンヒーター構成体接続型超高温炉10を始動させ、円筒状カーボンヒーター20内の温度を上昇させる。
円筒状カーボンヒーター20内の昇温作業が終わったら適宜のガス流量を調節して開閉式ドア46を開けてプッシャー型挿入装置70のプッシャー72で被加熱処理物が収容されたカーボンコンテナ32を連続して入口側円筒体46から円筒状カーボンヒーター20に挿入する。
円筒状カーボンヒーター20に挿入された被加熱処理物を収容したカーボンコンテナ32はカーボンレース30上をスライドして前記チャンバー12の出口側にスライドし前記取出装置74によって取り出される。
従って、カーボンコンテナ32に収容された被熱処理物は長いヒートゾーンで加熱、焼成処理されると共に大量に加熱、焼成処理されるので、加熱、焼成処理の作業効率を一段と向上させることができる。
また、前記円筒状カーボンヒーター20は前記ヒーターサポート体34に確実に支持されているので円筒状カーボンヒーター20の長さ寸法が長くなると共に重量が増加しても円筒状カーボンヒーター20が中折れしたり落下したりすることを防止できる。
なお、円筒状カーボンヒーター20のカーボンヒーター構成体22は交換可能であるため長さ寸法Lや肉厚寸法Tの異なるカーボンヒーター構成体22に交換することにより炉内の温度環境を作業者の意図する温度環境に変えることができ、被加熱処理物の性質や使用用途に対応した加熱、焼成処理を行うことができる。
さらに、円筒状カーボンヒーター20の内部にはカーボンレール30が配設されているのでスライドする前記カーボンコンテナ32は直接カーボンヒーター20に当接しないので円筒状カーボンヒーター20が摩耗するのを防止できると共にこれにより円筒状カーボンヒーター20の耐久性を向上させることができる。
また、円筒状カーボンヒーター20とカーボンレール30は直接接触するため円筒状カーボンヒーター20に流れる電流とカーボンレール30及びカーボンコンテナ32に流れる電流に分割されるが、円筒状カーボンヒーター20とカーボンレール30は点接触であるので接触面積が小さく、また、円筒状カーボンヒーター20の抵抗値とカーボンレール30の抵抗値の比を大きくとる(円筒状カーボンヒーター20の抵抗値を小さくする)ことにより大きな影響が無いようにしている。これにより、高温での連続加熱、焼成処理が可能になる。
なお、実施例では前記カーボンヒーター構成体22の端部の外周面には第1ネジとしての雄ネジ26が形成し、前記接続リング24の内周面に第2ネジとしての雌ネジ28が形成したが、前記カーボンヒーター構成体22の端部の内周面に雌ネジ28を形成し、前記接続リング24の外周面に雄ネジ26を形成して接続リング24を介して複数のカーボンヒーター構成体22を接続するようにしてもよい。
なお、従来においてはヒーターとコンテナが直接接触しないように高温用絶縁材料としてボロンナイトライド(BN)等が使用されていたため窒素ガス雰囲気にて最高2,200℃位であったがカーボンレール30を使用することにより2,800℃位の超高温においても使用することができる。
また、本発明のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉10は上述した構成であるので、前記円筒状カーボンヒーター20の内部温度は不活性ガスであるアルゴンガスでは2,900℃位まで使用可能である。
10 カーボンヒーター構成体接続型超高温炉
12 チャンバー
14 断熱材収容円筒ケース
16 断熱材
18 位置決具
20 円筒状カーボンヒーター
22 カーボンヒーター構成体
24 接続リング
26 雄ネジ
28 雌ネジ
30 カーボンレール
32 カーボンコンテナ
34 ヒーターサポート体
36 ヒーターサポート体保持具
40 ガスカーテン
42 入口側円筒体
44 出口側円筒体
46 開閉式ドア
50 基台
56 電源コントロールボックス
58 ヒータートランス
60 第1リード線
62 第2リード線
70 プッシャー型挿入装置
72 プッシャー
74 取出装置
76 真空ロータリーポンプ

Claims (5)

  1. チャンバーと、このチャンバーの内部に配設される円筒状カーボンヒーターと、を備えて成る熱処理炉において、
    円筒状カーボンヒーター構成体を複数接続することにより前記円筒状カーボンヒーターを形成したことを特徴とするカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。
  2. チャンバーと、このチャンバーの内部に配設される円筒状カーボンヒーターと、を備えて成る熱処理炉において、
    円筒状カーボンヒーター構成体を接続リングを介して複数接続することにより前記円筒状カーボンヒーターを形成したことを特徴とするカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。
  3. 前記カーボンヒーター構成体の端部外周面に第1ネジを形成し、前記接続リングの内周面に第2ネジを形成したことを特徴とする請求項2記載のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。
  4. 前記接続リングをヒーターサポート体で支持したことを特徴とする請求項2、請求項3のいずれか1項に記載したカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。
  5. 前記円筒状カーボンヒーターの内周面にカーボンレールを配設したことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4のいずれか1項に記載したカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。
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