JP2532210B2

JP2532210B2 - ラジアントチユ−ブ形式の加熱装置

Info

Publication number: JP2532210B2
Application number: JP61084384A
Authority: JP
Inventors: 和教目黒; 俊明伊藤; 茂安部
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1986-04-14
Filing date: 1986-04-14
Publication date: 1996-09-11
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JPS62242717A

Description

【発明の詳細な説明】発明の属する技術分野この発明は鋼材の熱処理炉や一般の焼成炉のような加
熱炉に用いるためのラジアントチューブ形式の加熱装置
に関するものである。

従来の技術従来は、鋼材の熱処理炉や一般の焼成炉に用いる加熱
源は、重油やガス、あるいは電熱による直接加熱形式の
ものが一般的であった。

しかし、このような加熱形式のものは炉内の雰囲気温
度を一定にし難いため、近年は、ラジアントチューブ形
式の加熱装置を用いて、炉内の雰囲気を一定に保つ傾向
が強まってきた。

そのようなラジアントチューブ形式の加熱装置にあっ
ては、外側チューブだけを設けたものと、外側チューブ
と内側チューブとを組合せて設けたものが提案され、実
際にも使用されている。

通常、内側チューブも外側チューブも、耐熱鋼や、実
開昭58-119020号公報に記載されているように炭化珪素
質耐火物で形成されているのが一般的である。たとえ
ば、Ni−Cr鋼を主体とした耐熱鋼や、Si₃N₄ Bonded Si
Cや、Clay Bonded Si Cなどが使用されている。

発明が解決しようとする課題従来のラジアントチューブ形式の加熱装置にあって
は、特に温度の変化が激しい部分に使用する際に、耐熱
衝撃性に多くの問題があった。耐熱鋼の場合には特に内
側チューブの酸化が激しく、スケールが発生し、穴詰り
や変形が生じ易く、通例、耐用寿命は３ケ月〜６ケ月に
すぎなかった。

また、Si₃N₄またはClay Bonded Si Cの場合には、ラ
ジアントチューブが酸化し易く、酸化により生成したSi
O₂相やそれ自体に含まれるガラス相が原因となってクリ
ープ変形や割れ等が発生し、耐用寿命はせいぜい約６ケ
月〜１年にすぎなかった。

この発明は前述のような従来技術の諸欠点を解消し
て、耐用寿命を長くすることの出来るラジアントチュー
ブ形式の加熱装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段前述の目的を達成するために、この発明は加熱炉に用
いるラジアントチューブ形式の加熱装置において、外側
チューブと内側チューブの少なくとも一方の全体が、炭
化珪素にアルミ（Al）系の焼結助剤を加えて形成したSi
O₂の介在しない結合組織、または、炭化珪素にホウ素
（Ｂ）系の焼結助剤を加えて形成したSiO₂の介在しない
結合組織になってから、炭化珪素が85〜97重量％で、焼
結助剤が３〜15重量％であり、内側チューブに小さな穴
を数多く形成し、内側チューブの中で発生した熱を外側
チューブに伝達し易くしたことを特徴とするラジアント
チューブ形式の加熱装置を要旨としている。

発明の実施の形態この発明は、外側チューブだけを設けたラジアントチ
ューブ形式の加熱装置と、外側チューブと内側チューブ
とを組合わせたラジアントチューブ形式の加熱装置との
両方を対象としており、いずれにおいても、外側チュー
ブまたは内側チューブの少なくとも一方の全体が炭化珪
素にアルミ（Al）系またはホウ素（Ｂ）系の焼結助剤を
加えて形成したSiO₂の介在しない結合組織になってい
る。

炭化珪素は85〜97重量％で、焼結助剤は３〜15重量％
である。

炭化珪素および焼結助剤による結合組織による理由に
ついて説明すると、以下のとおりである。

すなわち、従来技術の問題点は、要するに酸化により
生成したガラス相（SiO₂）またはそれ自体に含まれるガ
ラス相（SiO₂）によりクリープ変形が発生したり、それ
が原因で割れ現象が生じたりしていたところにある。

炭化珪素結合体の気孔をSiで閉塞し、炭化珪素自体の
酸化を防止することも考えられるが、Siを含浸するため
に使用温度は約1400℃が限度である。

また、Ni-Cr鋼の場合は金属であるため、耐熱に対し
て限度がある。

ところが、この発明のように炭化珪素およびアルミ系
またはホウ素系の焼結助剤による結合組織を設けると、
ガラス相（SiO₂）の介在しない緻密な結合組織が得られ
る。そのためクリープ変形が防止出来るばかりでなく、
割れ現象も発生しなくなるのである。

さらに、炭化珪素およびアルミ系またはホウ素系の焼
結助剤による自焼結とすることにより、緻密で熱伝導率
の高いものが得られる。たとえば、この発明によれば、
熱伝導率は40〜70W/m゜Kであり、炭化珪素自体の酸化を
効果的に防止出来るとともに、均一加熱が容易に出来る
のである。ちなみに従来の再結晶室SiCのラジアントチ
ューブ形式の加熱装置にあっては、酸化が激しくて、も
ろく、また従来Si₃N₄結合のSiCのラジアントチューブ形
式の加熱装置にあっては、熱伝導率が15〜20W/m゜Kであ
った。このことからも、この発明によるラジアントチュ
ーブ形式の加熱装置がいかに優れた熱伝導率を有するか
は明らかである。有効熱は実に60〜70％で、経済的効果
は抜群である。

さらに、この発明にあっては、内側チューブに小さな
穴を数多く形成する。そのように小さな穴を数多く形成
すると、内側チューブの中で発生した熱を効果的に外側
チューブに伝達出来るのである。

この発明にあっては、炭化珪素が85〜97重量％で、前
述の焼結助剤が３〜15重量％であるが、その理由は、焼
結助剤を３〜15重量％にしたとき良好な耐用効果が得ら
れるからである。

以下、本発明の実施例を説明する。

実施例１ SiC粉末96重量％と、焼結助剤としてB₄C1重量％と、
バインダーとしてフェノール樹脂６重量％（残炭率50
％）とを湿式混合し、さらに乾燥させてから成形用造粒
粉を得た。その造粒粉をCIP（すなわち常温ラバープレ
ス）によって内側ラジアントチューブの形状に成形し、
その後不活性雰囲気（たとえばアルゴンガス）の中で22
80℃で焼結し、内側ラジアントチューブの焼結体を得
た。この焼結体の物性を検査したところ、BST（すなわ
ち常温曲げ強さ）は4060Kg/cで、開気孔率は0.1％であ
った。

前述の内側ラジアントチューブを実際の加熱炉にセッ
トして使用したところ、875日で内側ラジアントチュー
ブの中央部に割れが発生した。

これにより、従来のNi-Cr耐熱鋼および気孔率の大き
な再結晶室SiCの内側ラジアントチューブに比較して、
この発明によれば、大幅な耐用寿命の向上が実現できる
ことが確認されたのである。

実施例２特願昭60-131949号明細書に記載されているAlNとAl₂O
₃を焼結助剤とした自焼結SiCによって、実施例１と同様
の条件で内側ラジアントチューブと外側ラジアントチュ
ーブとを製造した。そして、そのような自焼結SiCから
成る外側ラジアントチューブと内側ラジアントチューブ
を実際の加熱炉に使用したところ、使用後605日目に外
側ラジアントチューブに割れが発生した。

そこで、その外側ラジアントチューブを分析した結
果、この割れは高温時の強度に問題があることが判明し
た。そこで、そのような高温時の強度を改善するため
に、焼結助剤の添加量を可能な限り少量とした。たとえ
ば焼結助剤の添加量を３〜15重量％にした時、顕著な効
果が現れた。特に焼結助剤の添加量が約５％である時、
最大の効果を奏した。たとえば、そのような添加量のラ
ジアントチューブの内外管を実際の加熱炉に使用したと
ころ、890日間を使用しても、割れなどの現象が全く生
じなかった。ただ、約1.5mm程度のクリープ変形がみと
められたにすぎない。

さらに、焼結助剤としてホウ素を使用し、それとカー
ボン源との組合わせにした場合には、ラジアントチュー
ブの内外管は1016日間も使用したにもかかわらず、割れ
やクリープ変形等が全く発生しなかった。

発明の効果本発明装置におけるラジアントチューブ外側と内側チ
ューブの少なくとも一方の全体は、SiO₂の介在しない結
合組織になっているためクリープ変形が発生し難く、そ
れが原因の割れ現象も防止できる。また、本発明装置に
おけるラジアントチューブは緻密で熱伝導性も大きく、
耐熱性及び耐熱衝撃性に優れている。従って、本発明装
置は、熱効率が良く耐用寿命が十分に長い。

この発明のように炭化珪素およびアルミ系またはホウ
素系の焼結助剤による結合組織を設けると、ガラス相
（SiO₂）の介在しない緻密な結合組織が得られるため、
クリープ変形が防止出来るばかりでなく、割れ現象も発
生しなくなる。

さらに、炭化珪素およびアルミ系またはホウ素系の焼
結助剤による自焼結とすることにより、緻密で熱伝導率
の高いものが得られる。たとえば、この発明によれば、
熱伝導率は40〜70W/m゜Kであり、炭化珪素自体の酸化を
効果的に防止出来るとともに、均一加熱が容易に出来る
のである。その結果、この発明によるラジアントチュー
ブ形式の加熱装置は、有効熱が60〜70％で、経済的効果
は抜群である。

さらに、この発明にあっては、内側チューブに小さな
穴を数多く形成するので、内側チューブの発生した熱を
効果的に外側チューブに伝達出来るのである。

また、この発明にあっては、炭化珪素が85〜97重量％
で、前述の焼結助剤が３〜15重量％であるので、良好な
耐用効果が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−251217（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−215591（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−91928（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱炉に用いるラジアントチューブ形式の
加熱装置において、外側チューブと内側チューブの少な
くとも一方の全体が、炭化珪素にアルミ（Al）系の焼結
助剤を加えて形成したSiO₂の介在しない結合組織、また
は、炭化珪素にホウ素（Ｂ）系の焼結助剤を加えて形成
したSiO₂の介在しない結合組織になっており、炭化珪素
が85〜97重量％で、焼結助剤が３〜15重量％であり、内
側チューブに小さな穴を数多く形成し、内側チューブの
中で発生した熱を外側チューブに伝達し易くしたことを
特徴とするラジアントチューブ形式の加熱装置。