JP2649295B2 - 超高温電気抵抗炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規な超高温電気抵抗
炉、特に酸化雰囲気下で超高温に加熱することができる
電気抵抗炉に関する。

【０００２】

【従来の技術と解決すべき課題】酸化雰囲気下での加熱
を行なえる電気抵抗炉としては、従来から炭化珪素発熱
体、ジルコニア発熱体、或いは二珪化モリブデン、ラン
タンクロマイト発熱体等を備えた炉が知られている。炭
化珪素発熱体の場合は１５００℃まで、二珪化モリブデ
ン、ランタンクロマイト発熱体の場合は１７００℃ま
で、ジルコニア発熱体の場合は１７００℃〜２２００℃
の高温乃至超高温に加熱することができる。

【０００３】このような発熱体を用いた高温抵抗炉とし
て、たとえば特開平２−２３００８５号公報に記載のも
のが提案されている。ここでは炭化珪素発熱体の如き高
温抵抗発熱体を有する一次発熱室とジルコニア発熱体の
如き超高温抵抗発熱体を備え、該一次加熱室内に設置さ
れた二次加熱室とを具備してなる電気抵抗炉が提案され
ており、まず前記高温抵抗発熱体の加熱により予熱した
あと前記超高温抵抗発熱体を加熱すれば大きな昇温速度
で昇温させることができる。

【０００４】この場合加熱部の温度を均一にするために
はジルコニア質発熱体を一本使用するのみでは不可能で
あり、複数本たとえば４本使用することが必要となるが
そうすると炉構造をコンパクトにすることができないば
かりか温度分布の均一性が不十分である。さらには熱効
率（電気使用量）に問題あり、改善が必要となる。〔 発明の目的及び構成〕かくて、本発明は炉構造がコンパ
クトで加熱部の温度分布の均一性が良好であり熱効率も
よく電気使用量を低減することができる高温乃至超高温
電気抵抗炉を提供することを目的とするものである。

【０００５】かくて、本発明は、被処理物を内部で加熱
することができる発熱部とその両端の端子部を備えた中
空円筒型抵抗発熱体の上下に該発熱体と同じ内径を有す
るパイプ状耐火物を、該発熱体とパイプ状耐火物の内部
に上下に貫通する空間を形成するように積層し、その外
側に順に円筒状耐火物、前記発熱体を予熱する装置と外
殻部とを設けてなり、前記中空円筒型抵抗発熱体の発熱
部の断面積が端子部の断面積よりも小である超高温電気
抵抗炉を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の実施例を示す図
面について本発明を詳細に説明すれば、まず図１におい
て、１が本発明で用いられる中空円筒型抵抗発熱体であ
り、通常ジルコニア質の発熱体が用いられる。これは中
央部に細い径即ち小さな断面積の発熱部２とその両端に
それより太い径即ち大きな断面積を有する一定長さの端
子部３，３を備えている。この端子部３，３には白金線
又は白金‐ロジウム合金線の如き通電用リード線４，４
が取付けられている。発熱部２と端子部３は内部に被処
理物を出し入れし内部で発熱するに必要な大きさの内径
を有している。この発熱体については後で詳しく説明す
る。

【０００７】この発熱体１を直立支持するために発熱体
１の上下にパイプ状耐火物５，５を備える。この耐火物
５としては、アルミナ又はマグネシア等電気絶縁性に優
れたものが用いられ、リード線４が内部に埋設されてい
る。この耐火物５の内径は前記発熱体１の内径と同じで
ある。かくして発熱体１とその上下のパイプ状耐火物
５，５の内部に上下に貫通する空間１３が形成される。
なおこの耐火物５としてランタンクロマイト、ランタン
マンガナイト、ランタンコバルタイト等を使用する場合
は前記の通電用リード線４は不要となる。

【０００８】これらの外側には順に円筒状耐火物、前記
発熱体の予熱装置と外殻部が配置される。まず発熱体１
を囲んで周囲に順にジルコニア質円筒状耐火物６、アル
ミナ質円筒状耐火物７が配置される。耐火物６にかかる
熱負荷を軽減するため、且つ発熱体１からの漏電を防ぐ
ために発熱体１と耐火物６との間に若干の空間８が設け
られる。アルミナ質耐火物７の表面には発熱体１を予熱
するために予熱ヒーター９が備えられており、アルミナ
質耐火物７は予熱ヒーター９の漏電を防ぎ予熱ヒーター
９を発熱体１の高温時の影響から保護することができ
る。前記予熱ヒーター９はアルミナ質耐火物の外側に巻
付けて施工される。そのスペーサー及び接着剤としてア
ルミナ質モルタルが使用される。

【０００９】予熱ヒーター９としては炭化珪素質、二珪
化モリブデン等の非金属発熱体、Ｆｅ‐Ｃｒ‐Ａｌ系や
白金等の金属発熱体が用いられる。熱効率の点からは金
属発熱体を耐火物７に巻付けて使用するのが好ましい。
その際、耐火物にジルコニアを使用するときに耐火物へ
の漏電現象がおこるため、アルミナ耐火物を介在させる
ことが必要である。

【００１０】アルミナ質耐火物７の外側にはセラミック
質断熱材１０と外殻鉄皮１１が設けられる。前記断熱材
１０としてはアルミナシリカ系ファイバーブロック又は
バルクを施工する。これにより鉄皮１１が保護断熱され
る。又鉄皮１１は炉体全体寸法に制約がある場合には鉄
皮を二重構造として内部に水又は空気を流して水冷又は
空冷を図ることができる。

【００１１】前述のように、前記中空円筒型抵抗発熱体
１とパイプ状耐火物５の内部に上下に貫通する空間１３
が形成され、その空間１３に被処理物を上方又は下方か
ら挿入して発熱体１の発熱部２付近の超高温加熱空間１
２に配置することができる。その空間１２に被処理物を
載置又は懸垂させる手段を設けることができ、目的によ
っては前記空間の上部又は下部を耐火材にてシールする
こともできる（図示せず）。

【００１２】なお、中空円筒型抵抗発熱体とこれを支持
するパイプ状耐火物の外周囲に配置される耐火物として
は該発熱体が高温になった際その熱に耐えられる材質で
あることが必要であり、上記のようにアルミナやジルコ
ニア質のものが用いられる。ジルコニア質耐火物が特に
好適であり、たとえばジルコニア中空球、ジルコニア粉
末とジルコニア繊維からなるものを用いることができる
（特願平２−２４２２４４号）。そのジルコニア繊維と
しては、純ジルコニアファイバーの外にライム、マグネ
シア、イツトリア等の安定化剤を添加して安定化された
ジルコニアファイバーも用いられる。この外、特開平３
−８３８５６号公報に記載されたような、ジルコニアフ
ァイバーと、ジルコニア粉末から構成され、嵩比重が
２．５〜５．０である表皮層を有し、内部が中空である
又は内部が全部又は一部ジルコニアのファイバー、中空
球、ファイバーボードからなる充填剤で充填されてい
る、耐火物を用いることもできる。

【００１３】本発明で用いるに好適な中空円筒型発熱体
１を図２（ａ）、（ｂ）について説明すれば、断面積乃
至外径が比較的小さな発熱部２の両端に端子部３，３が
設けられている。発熱部の断面積／端子部断面積の比の
好適な範囲は１／３〜１／１０である。比が１／３より
大きな場合は端子部の温度上昇が大であり、１／１０よ
りも小さな場合端子部と発熱部の温度差が大きくなり折
損し易くなっていずれも好ましくない。なお発熱部２に
外部からの観察用の孔１４を設けることができる。

【００１４】又、目的とする中空円筒型発熱体内部に必
要とされる温度分布に応じて端子部と発熱部との境界部
にテーパー１５を設けるなど形状を調整することができ
る。

【００１５】この発熱体を１７００℃以上の超高温に加
熱するときはたとえば特開平１−３０１５６１号公報に
記載された如きジルコニア質抵抗発熱体を用いることが
できる。ジルコニアファイバーのみのもの、又はジルコ
ニア粉末とジルコニアファイバーを配合させ、ジルコニ
アゾル等のバインダーで成形したものが好んで用いられ
る。ジルコニアファイバーとしては上述のように純ジル
コニアファイバーの外に各種安定化剤で安定化されたも
のを用いることができる。

【００１６】本発明の超高温電気抵抗炉はこのような構
成にかかるものであるから、上方又は下方から被処理物
を中空円筒型発熱体の発熱部の内部空間に挿入し予熱ヒ
ーターにより予熱した後上記発熱体に通電加熱すると高
温乃至超高温に加熱することができる。

【００１７】上記のように中空円筒型発熱体の内部で加
熱するようにしたので内部の温度分布の均一性が極めて
良好であり、しかもその発熱体一本で構成されているの
で複数本用いる必要がなく炉の構成、たとえば結線、電
流制御装置等が簡略化され、全体的にコンパクトに構成
できる。又、熱効率がよく、電気使用量を低減すること
もできて誠に有効である。また、発熱体の発熱部の断面
積が端子部の断面積よりも小であるよう構成されている
ので端子部の温度上昇をよく防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超高温電気抵抗炉の一実施例の断
面図。

【図２】本発明に用いる中空円筒型発熱体の各実施例の
正面図。

【符号の説明】

１ 中空円筒型抵抗発熱体 ２ 発熱部 ３ 端子部 ４ 通電用リード線 ５ パイプ状耐火物 ９ 予熱ヒーター

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理物を内部で加熱することができる発
   熱部と、その両端の端子部を備えた中空円筒型抵抗発熱
   体の上下に該発熱体と同じ内径を有するパイプ状耐火物
   を、該発熱体とパイプ状耐火物の内部に上下に貫通する
   空間を形成するように積層し、その外側に順に円筒状耐
   火物、前記発熱体を予熱する装置と外殻部とを設けてな
   り、前記中空円筒型抵抗発熱体の発熱部の断面積が端子
   部の断面積よりも小である超高温電気抵抗炉。
2. 【請求項２】前記中空円筒型抵抗発熱体はジルコニアフ
   ァイバーを含むジルコニア質抵抗発熱体である請求項１
   記載の超高温電気抵抗炉。
3. 【請求項３】発熱体を支持する前記パイプ状耐火物がア
   ルミナ質又はマグネシア質耐火物である請求項１記載の
   超高温電気抵抗炉。
4. 【請求項４】前記中空円筒型抵抗発熱体と前記パイプ状
   耐火物は内部に上下に貫通する空間を有し、被処理物を
   上方又は下方から挿入しうるようにした請求項１記載の
   超高温電気抵抗炉。