JP4522368B2 - 炉内生成ガス排出機構 - Google Patents

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本発明は、焼成中に被焼成品から発生する有害な気体を速やかに除去するためのガス打ち込みノズルを備えた炉内生成ガス排出機構に関するものである。
電子部品や各種セラミック製品の焼成には、従来からトンネル炉や台板プッシャー炉のような連続焼成炉が広く使用されている。被焼成品は炉室の内部を移送されながら、所定のヒートカーブに従って加熱、焼成される。
ところが被焼成品の種類によっては、焼成中に有害な気体を発生するものがある。ある種のセラミックの焼成工程では１０００〜１１００℃の温度域において焼結反応に伴って酸素ガスが発生する。また多くのセラッミックの焼成では、３００℃程度の低温域においてバインダーガスを発生する。これらの気体はそのまま炉内に滞留させると焼成品質に悪影響を及ぼすので、できるだけ速やかに炉外に排出することが望まれる。
そこで多くのセラミック焼成炉では、炉室内部から循環ファンによりバインダーガスを吸引するとともに、同量の雰囲気ガスを打ち込んでバインダーガスを排出する構造が採用されている。しかしこのような循環ファンを用いる構造は低温域でしか採用できず、１０００℃以上の高温域では金属材料の使用が困難であるため、循環構造は採用できない。なお特許文献１には、５００℃前後のバインダーガスを含む炉内雰囲気を炉外で循環させるシステムが開示されているが、１０００℃以上の高温域では使用が困難である。
従って１０００℃以上の高温域において炉内から有害な気体を排出するためには、炉外に熱風炉を設け、熱風を炉内に打ち込んで炉内ガスと置換する方法を取らざるを得ない。ところがこの方法では炉外に熱風炉を設置し、ダクトで熱風を導かねばならないので、設備構成が複雑になり余分なスペースが必要となるという問題がある。しかも炉室内部に浮力により形成される温度差を解消するためには、かなりの高速で熱風を炉内に打ち込む必要があり、この方式では対応できない場合がある。
特開平６−９４３６９号公報
本発明は上記した従来の問題点を解決し、１０００℃以上の高温域においても被焼成品から発生する有害な気体を速やかに炉外に排出することができ、しかも炉外に多くのスペースや付帯設備を要しない炉内生成ガス排出機構を提供するためになされたものである。
上記の課題を解決するためになされた本発明の炉内生成ガス排出機構は、１０００℃以上の高温域において、焼成炉内に多段積み配置された被焼成品の間隙に熱風を打ち込み、該熱風と焼成工程で発生する炉内生成ガスとを置換して、炉内生成ガス排出する炉内生成ガス排出機構であって、
該熱風は、被焼成品が移送される炉室の内側壁に、複数段に配置された各段の被焼成品の中間高さの各位置にガスを打ち込めるように配置されたガス打ち込みノズルから打ち込まれ、該熱風と置換された炉内生成ガスは、焼成炉の天井下部に設けた排気口から炉外に排出され、
該熱風は、各ガス打ち込みノズルの外側の炉壁内部に各々埋設されたガス予熱室を通過しながら炉内温度まで予熱して得られ、
該ガス予熱室は、打ち込みガスの流路を構成する二重の磁器管と、内側磁器管の外周に配置されたコイル状の加熱ヒーターとからなり、
該加熱ヒーターは、コイルの中心に電極を配置した２本のコイルを、その炉外側の端部を接続した形状を有し、各コイルが、隣接する予熱室内に配置されることを特徴とするものである。なお、炉壁の外部に、各打ち込みガスの流路に均等にガスを配分するためのヘッダー管を設けた構造とすることが好ましい。
本発明の炉内生成ガス排出機構では、炉壁内部に打ち込みガスの流路に沿って加熱ヒーターを設けたガス予熱室を埋設し、予熱された打ち込みガスを炉室の内側壁に配置されたガス打ち込みノズルから炉室内に直接打込む。このため１０００℃以上の高温域においても、被焼成品から発生する有害な気体を速やかに炉外に排出することができる。またガス予熱室は炉壁内部に埋設してあるので、余分なスペースを必要とせず、ガス予熱室は各ガス打ち込みノズル毎に設けてあるので、ガス量を絞った場合にも各ガス打ち込みノズルから均等に打ち込みガスを打込むことができ、またガス温度も均一にすることができる。さらに打ち込みガスが炉壁を冷却する効果があり、炉壁内部で熱交換が行われるので、熱損失を小さくすることができる。
図１は、本発明を台板プッシャー炉に適用した実施形態を示す断面図である。１は炉室であり、被焼成品Ｗは台板２上に所定間隔で多段積みされた状態で、図示を略した周知の移送手段により、紙面と垂直方向に間欠的に移送されて行く。被焼成品Ｗから有害な気体が発生する温度域の左右の内側壁３には、多数のガス打ち込みノズル４が配置されている。この実施形態では被焼成品Ｗは電子部品であり、ガス打ち込みノズル４は１０００℃以上の高温域に配置されている。
図１には片側３本ずつのガス打ち込みノズル４が図示されている。しかしこの実施形態では被焼成品Ｗが９段に積まれているため、ガス打ち込みノズル４は各段の被焼成品Ｗの中間高さ位置にガスを打ち込めるよう、図２に示すように炉長方向にわずかに位置をずらせて片側８本ずつが配置されている。この実施形態では打ち込みガスは窒素ガスであるが、被焼成品Ｗの種類や炉内雰囲気によっては、空気その他の任意のガスを用いることもできる。
それぞれのガス打ち込みノズル４に対応して、ガス予熱室５が設けられている。各ガス予熱室５はガス打ち込みノズル４の外側の炉壁内部に埋設されたもので、ガス打ち込みノズル４とガス予熱室５とは連通させてある。ガス予熱室５は図３、図４に示すように、炉壁６の内部に形成された孔の内部に外側磁器管７と内側磁器管８とを二重に設けて打ち込みガスの流路を形成するとともに、内側磁器管８の外周を取り巻くようにコイル状の加熱ヒーター９を設けたものである。すなわちこの内側磁器管８は、コイル状の加熱ヒーター９の支持体としての機能を有するものである。
図１に示すように、炉壁６の外部には各打ち込みガスの流路に均等にガスを配分するためのヘッダー管１０が設けられており、打ち込みガスはガス予熱室５の内部に外側磁器管７と内側磁器管８とによって形成された流路を通過する間に加熱ヒーター９によって急速に予熱され、ガス打ち込みノズル４から炉室１の内部に打ち込まれる。予熱温度は炉内温度と同等の１０００℃以上とすることが好ましい。その速度は１〜１０ｍ／秒程度とすることが好ましく、打込みガス量はこの実施形態では４〜５ｍ３/ｈｒである。
なお、加熱ヒーター９は温度や経時変化によって抵抗値が変化せず、従って発熱量も変化しないものが好ましく、この実施形態ではFe-Cr-Alの金属ヒーターを使用した。ここで用いた加熱ヒーター９は、図５に示すように２本の並列なコイルを端部において接続した形状であり、各コイルの中心に電極１１が配置された構造である。そこで図２に示すように２本のガス打ち込みノズル４をペアとし、各コイルがそれぞれのガス打ち込みノズル４のガス予熱室５に配置されるようにした。
このように構成された連続焼成炉は、被焼成品Ｗを台板２上に多段積みし、炉室１の内部を間欠的に移送しながら所定の温度カーブに沿って加熱焼成を行うものである。被焼成品Ｗが反応温度（例えば１１００℃）に達して有害な気体が発生する位置には、左右の内側壁３に配置された多数のガス打ち込みノズル４から、予熱された窒素ガスが多段に段積みされた被焼成品Ｗの間隙に高速で吹き込まれ、発生した気体を天井下部の排気口１２から炉外に排出する。このため被焼成品Ｗから発生した気体による焼成品質の低下を防止することができる。
各ガス打ち込みノズル４から打ち込まれるガスは、炉壁内部に埋設されガス予熱室５により炉内温度とほぼ同温度まで加熱されたガスである。すなわち、炉壁６の外部に設けられたヘッダー管１０から分配されたガスは、ガス予熱室５の内部に二重に配置された外側磁器管７と内側磁器管８の内部の流路を通過する間に加熱ヒーター９により急速に予熱され、ガス打ち込みノズル４から炉室１の内部に打ち込まれる。このような構造としたため、１０００℃以上の高温域においても被焼成品から発生する有害な気体を速やかに炉外に排出することができる。
本発明においては、ガス予熱室５は炉壁内部に埋設してある。このため外部に余分なスペースや付帯機器を必要とせず、通常の炉体に要求される厚さの炉壁内部にガス予熱室５を収納することができる。また各ガス打ち込みノズル４毎にガス予熱室５を設けてあるので、ガス量を絞った場合にも各ガス打ち込みノズル４から均等にガスを打込むことができ、ガス温度も均一にすることができる。さらに打ち込みガスが熱交換により炉壁を冷却する効果があるので、炉壁の外側面の温度上昇が抑制され、熱損失を小さくすることができる。なお本発明は台板プッシャー炉に限定されるものではなく、各種形式の連続炉に適用できることはいうまでもない。
本発明の実施形態を示す断面図である。 ガス打ち込みノズルの配置を示す側面図である。 ガス予熱室の断面図である。 ガス予熱室の他方向の断面図である。 加熱ヒーターの形状を示す外観図である。
１ 炉室
２ 台板
３ 内側壁
４ ガス打ち込みノズル
５ ガス予熱室
６ 炉壁
７ 外側磁器管
８ 内側磁器管
９ 加熱ヒーター
１０ ヘッダー管
１１ 電極
１２ 排気口

Claims (2)

  1. １０００℃以上の高温域において、焼成炉内に多段積み配置された被焼成品の間隙に熱風を打ち込み、該熱風と焼成工程で発生する炉内生成ガスとを置換して、炉内生成ガス排出する炉内生成ガス排出機構であって、
    該熱風は、被焼成品が移送される炉室の内側壁に、複数段に配置された各段の被焼成品の中間高さの各位置にガスを打ち込めるように配置されたガス打ち込みノズルから打ち込まれ、該熱風と置換された炉内生成ガスは、焼成炉の天井下部に設けた排気口から炉外に排出され、
    該熱風は、各ガス打ち込みノズルの外側の炉壁内部に各々埋設されたガス予熱室を通過しながら炉内温度まで予熱して得られ、
    該ガス予熱室は、打ち込みガスの流路を構成する二重の磁器管と、内側磁器管の外周に配置されたコイル状の加熱ヒーターとからなり、
    該加熱ヒーターは、コイルの中心に電極を配置した２本のコイルを、その炉外側の端部を接続した形状を有し、各コイルが、隣接する予熱室内に配置される
    ことを特徴とする炉内生成ガス排出機構。
  2. 炉壁の外部に、各打ち込みガスの流路に均等にガスを配分するためのヘッダー管を設けたことを特徴とする請求項１記載の炉内生成ガス排出機構。
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