JP3195009U

JP3195009U - 回転炉床式エレベーター炉

Info

Publication number: JP3195009U
Application number: JP2014004564U
Authority: JP
Inventors: 勝好小谷津; 龍布能
Original assignee: Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2014-12-25
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: CN204255076U

Abstract

【課題】低温の焼結温度で使用され、昇温速度の高速化を実現できるヒーターを備えた回転炉床式エレベーター炉を提供する。【解決手段】炉底に開口部を設けた炉本体２０と、昇降する炉床４０と、炉床を昇降させるエレベータ機構３０と、一定速度で回転する炉床回転機構６０と、炉床を上下に往復運動させる炉床上下機構７０とを具備する回転炉床式エレベーター炉において、炉本体に固有抵抗が大きい炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーター２２、２４、２６を具備する。炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターは、発熱部がＵ字形で、外径が１６ｍｍ〜３０ｍｍであり、発熱部の外径と接続端部の外径が同一であることが好ましい。【選択図】図１

Description

本考案は、セラミック材からなる電子部品、フェライト、機能性粉末、二次電池正極材などを焼成するための回転炉床式エレベーター炉に関する。

セラミック材からなる電子部品は、近時、小型化かつ高性能化している。また、セラミック材からなる電子部品の焼結条件は、焼結温度の低温化と昇温速度の高速化が進んでいる。
従来のバッチ焼成炉の構造としては、炉底に開口部を設けた炉本体と、昇降する炉床と、炉床を昇降させるエレベーター機構とを具備するエレベーター炉であって、一定速度で回転する炉床回転機構と、炉床を上下に往復運動させる炉床上下機構とを昇降する炉床に具備したバッチ焼成炉が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、積層セラミックコンデンサすなわちＭＬＣＣでは、従来の焼結温度が１，３８０℃程度であったが、現在では１，３００℃以下になっている。また、８００℃から焼結温度までの昇温速度は、従来の３００℃／ｈであったが、現在では８００℃／ｈ以上である。

一方、本考案で使用する炭化珪素発熱体の端部の製造方法として、ＳｉＣ発熱部とＳｉＣ−Ｓｉからなる端部を接合してなる炭化珪素発熱体の端部を製造する方法であって、炭化珪素と炭素を混合し、炭化珪素と炭素の合計量に対して１．２〜２４重量％の窒化珪素を添加し、得られた混合粉末の成形体を、珪素の存在下で、且つ圧力が１５０〜１５００Ｐａの減圧下で、１４５０〜１７００℃の温度に加熱して反応焼結し、固有抵抗値が０．００３Ωｃｍ未満の炭化珪素発熱体端部を得ることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３３３０１９２号公報特許第５１８７５７９号公報

従来の回転炉床式エレベーター炉で使用されるヒーターは、１，４００℃以上で安定して使用できるＭｏＳｉ２ヒーター、例えばサンドビック株式会社が販売しているカンタルスーパーヒーター（製品名）が使用されてきた。しかし、ＭｏＳｉ２ヒーターは、固有抵抗が０．０００３Ωｃｍ程度と非常に小さいため、低電圧大電流型のヒーターである。例えば、ＭｏＳｉ２ヒーターは、ヒーターの外径が、３ｍｍ〜１２ｍｍ程度である。
一般的に利用されるＭｏＳｉ２ヒーターの例として、発熱部がφ６mm、端部がφ１２mm、発熱部長が２５０mm、端部長が２８０mmの場合、ヒーターの定格は、１，９４０Ｗ、１１．７Ｖ、１１６Ａである。このときの表面負荷密度は、２２．５Ｗ/ｃｍ²である。

外径が１２ｍｍを超えるＭｏＳｉ２ヒーターは、定格電流が５００Ａを超えるため、工業的利用には不適である。

前記ＭｏＳｉ２ヒーターは、低電圧大電流型であるから、ヒーター結線は直列配線にならざるをえない。従って、前記ヒーターを２並列配線するには、電気系統すなわちＳＣＲ、変圧器、電線等を２５０Ａの容量にしなければならない。３並列配線以上の並列では、更に大きな容量が必要となる。

このような状況において、産業界の要望に応答して抵抗加熱炉を急速昇温するためには、昇温時に投入する電力を大きくする必要がある。その手段として、
（１）ヒーターにより多くの電力を供給する。
（２）ヒーター１本当たりの電力は変えず、本数を増やす。
（３）ヒーターの発熱部を長くする。
ことが考えられる。

しかし、（１）は、表面負荷密度を高くすることを意味し、表面負荷密度を高くしすぎるとヒーターの寿命が極端に短くなるか損傷してしまう。
（２）は、炉室の大きさによる制限がありそれほど本数を増やせない。
（３）は、Ｕ字型をＷ字型に変更することによって達成されるが、円筒形の炉室の曲面にあわせた複雑な形状のヒーターが必要なる。複雑な形状のヒーターは、製造コストが高く、産業的利用に適さない。

（考案の目的）
本考案は、回転炉床式エレベーター炉の特にヒーターに関する上述した問題点に鑑みてなされたものであって、従来技術に比較して低温の焼結温度で使用され、昇温速度の高速化を実現できるヒーターを備えた回転炉床式エレベーター炉を提供することを目的とする。

本案考案は、
炉底に開口部を設けた炉本体と、昇降する炉床と、炉床を昇降させるエレベーター機構と、一定速度で回転する炉床回転機構と、炉床を上下に往復運動させる炉床上下機構とを具備する回転炉床式エレベーター炉において、炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターを具備した回転炉床式エレベーター炉
である。

本考案の回転炉床式エレベーター炉によれば、従来技術に比較して、低温の焼結温度で使用され、昇温速度の高速化を実現できる回転炉床式エレベーター炉を構成することができる。

本考案の実施態様は、以下の通りである。
前記回転炉床式エレベーター炉において、前記炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターが、発熱部がＵ字形であることを特徴とする。
前記回転炉床式エレベーター炉において、前記炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターが、発熱部の外径が１６ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする。
前記回転炉床式エレベーター炉において、前記炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターが、発熱部の外径と接続端部の外径が同一であることを特徴とする。
前記回転炉床式エレベーター炉において、前記回転炉床式エレベーター炉は、セラミック材からなる電子部品、フェライト、機能性粉末、二次電池正極材のうちの一つを焼成するために使用することを特徴とする。

本考案の実施形態の回転炉床式エレベーター炉の断面説明図である。本考案の実施形態の回転炉床式エレベーター炉のヒーター配置を説明するための説明平面図である。本考案の実施形態の回転炉床式エレベーター炉の第１ヒーターの正面図（ａ）及び右側面図（ｂ）である。本考案の実施形態の回転炉床式エレベーター炉の第２ヒーターの正面図（ａ）及び右側面図（ｂ）である。本考案の実施形態の回転炉床式エレベーター炉の第３ヒーターの正面図（ａ）及び右側面図（ｂ）である。

以下に、本考案の実施形態を図に基づいて説明する。
実施形態の回転炉床式エレベーター炉１０は、図１に示すように、炉体２０の底部に、昇降装置３０によって昇降される炉床４０を有する。炉床４０と昇降装置３０の昇降台部５０との間に、炉床４０を回転させる炉床回転機構６０と、炉床４０を上下に０〜１００mmの範囲で上下に往復運動させる炉床上下機構７０とが設置されている。炉体２０の内部には、加熱焼成するための処理品８０が配置される。

炉体２０の作る炉内空間は、例えば、内径９００ｍｍであり、高さが６５０ｍｍである円筒形で、有効寸法、すなわち処理物を設置する均熱部分の寸法は、内径７００ｍｍ、高さ４００ｍｍである。炉体２０の作る炉内空間には、図１及び図２に示すように、三種類のヒーターすなわち１本の第１ヒーター２２，６本の第２ヒーター２４，１２本の第３ヒーター２６が配置されている。第１ヒーター２２及び第２ヒーター２４は、炉体２０の炉天上部２８によって支持されている。炉天上部２８の厚さは、例えば１５０ｍｍである。第３ヒーター２６は、炉体２０の炉側壁部２９によって支持されている。炉側壁部２９の厚さは、例えば、１５０ｍｍである。第１ヒーター２２，第２ヒーター２４，第３ヒーター２６は、炭化珪素（ＳｉＣ）によって作られている。
さらに、炉内温度を高精度に制御するため、複数の熱電対１００が、炉体２０の炉天上部２８及び炉側壁部２９に配置されている。炉体２０の炉天井部２８には、複数の排気筒１１０が設置され、排気筒１１０によって焼成による排出ガスを回転炉床式エレベーター炉１０から排出する。

第１ヒーター２２は、図３に示すように、Ｕ字形の第１発熱部２２ｈと、Ｕ字形の両端部に付着された第１端子部２２ｔとからなる。第１発熱部２２ｈは、例えば直径が３０ｍｍで、折り返し高さが４９０ｍｍである。第１端子部２２ｔは、例えば、直径が３０ｍｍ、長さ（高さ）が２８０ｍｍである。

第２ヒーター２４は、図４に示すように、Ｕ字形の第２発熱部２４ｈと、Ｕ字形の両端部に付着された第２端子部２４ｔとからなる。第２発熱部２４ｈは、例えば直径が３０ｍｍで、折り返し高さが２９０ｍｍである。第２端子部２４ｔは、例えば、直径が３０ｍｍ、長さ（高さ）が３１０ｍｍである。

第３ヒーター２６は、図５に示すように、Ｕ字形の第３発熱部２６ｈと、曲げられて水平に延びるＵ字形の両端部に付着された第３端子部２６ｔとからなる。第３発熱部２６ｈは、例えば直径が３０ｍｍで、折り返し高さが２５５ｍｍである。第３端子部２６ｔは、例えば、直径が３０ｍｍ、長さが２９５ｍｍである。

炭化珪素（ＳｉＣ）製の第１ヒーター２２，第２ヒーター２４，第３ヒーター２６は、発熱部の固有抵抗は０．０７〜０．１２Ω・ｃｍであり、端子部の固有抵抗は０．００１〜０．００５Ω・ｃｍである。発熱部の消費電力は９０％以上である。

ＭｏＳｉ２ヒーター２２の発熱部の固有抵抗は約０．０００３Ω・ｃｍが推定され、端子部の固有抵抗も約０．０００３Ω・ｃｍが推定される。従って、端子部が赤熱しないように端子部の直径を発熱部の直径の２倍とすることにより、端部の抵抗を発熱部の４分の１にしている。発熱部の消費電力は約７０％である。
発熱部と端子部の直径を等しくすると、機械的強度が増し、またヒーター交換が容易になる。炭化珪素（ＳｉＣ）製のヒーター２２は、発熱部と端子部の直径を等しくすることが可能である。

各種ヒーターの定格は、下表のものが例示される。
材質外径ｍｍ発熱部長さｍｍ端子部長さｍｍ電力ｗ電圧Ｖ電流Ａ
SiC 16 250 280 3840 101 38
SiC 20 250 280 4870 91 54
SiC 25 250 280 5790 81 72
SiC 30 250 280 6830 73 94
MoSi2 6/12 250 280 1940 11.7 116
ＳｉＣヒーターの外径は発熱部および端子部共通の値である。ＭｏＳｉ２ヒーターの外径６／１２は、発熱部の外径が６ｍｍ、端子部の外径が１２ｍｍであることを示す。この表から、ＳｉＣヒーターは、ＭｏＳｉ２ヒーターより発熱量が多く、回転炉床式エレベーター炉のより高い昇温速度を実現できることが理解できる。

［実施例］
比較例と同じ大きさの炉室に発熱部長、端部長が同じで外径が３０ｍｍのＳｉＣヒーターを装着した。８００℃から１，３００℃まで定格電力で昇温したところ、１，０００℃／ｈであった。

［比較例］
炉室の有効寸法が内径φ７００ｍｍ、高さ４００ｍｍの回転炉床式エレベータ炉に、［従来のヒーター］で示したＭｏＳｉ２ヒーターを装着した。８００℃から１，３００℃まで定格電力で昇温したところ、３００℃／ｈであった。

１０回転炉床式エレベーター炉
２０炉体
２２第１ヒーター
２４第２ヒーター
２６第３ヒーター
２８炉天上部
３０昇降装置
４０炉床
５０昇降台部
６０炉床回転機構
７０炉床上下機構
８０処理品

本案考案は、
炉底に開口部を設けた炉本体と、昇降する炉床と、炉床を昇降させるエレベーター機構と、一定速度で回転する炉床回転機構と、炉床を上下に往復運動させる炉床上下機構とを具備する回転炉床式エレベーター炉において、前記炉本体に炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターを具備した回転炉床式エレベーター炉
である。

Claims

炉底に開口部を設けた炉本体と、昇降する炉床と、炉床を昇降させるエレベータ機構と、一定速度で回転する炉床回転機構と、炉床を上下に往復運動させる炉床上下機構とを具備する回転炉床式エレベーター炉において、炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターを具備したことを特徴とする回転炉床式エレベーター炉。
前記炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターは、発熱部がＵ字形であることを特徴とする請求項１に記載の回転炉床式エレベーター炉。
前記炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターは、発熱部の外径が１６ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の回転炉床式エレベーター炉。
前記炭化珪素(ＳｉＣ)ヒーターは、発熱部の外径と接続端部の外径が同一であることを特徴とする請求項１に記載の回転炉床式エレベーター炉。
前記回転炉床式エレベーター炉は、セラミック材からなる電子部品、フェライト、機能性粉末、二次電池正極材のうちの一つを焼成するために使用することを特徴とする回転炉床式エレベーター炉。