JP5134376B2 - 連続炉の排気方法および排気構造 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックス、耐火物などを焼成する連続炉の排気方法および排気構造に関する。

本出願人は、耐火物を焼成するための雰囲気連続炉を提案している。その一例を特許文献１に示す。これに例示されるように、この種の連続炉（図５を参照）は、炉内天井１１、炉内側壁１２、炉内床１３によって囲まれる被焼成物通路１４が形成され、その被焼成物通路１４には、入口から出口に向かって中低温域、高温域、冷却域が設けられ、被焼成物はこの順に移動しながら焼成され、また雰囲気ガスは出口側から入口側に向かって流れるよう構成されており、炉内ガスは、入口側に近い中低温域に設けられた排気ダクト（図示せず）から排気されるよう設計されているのが通例である。

特開２００３−２０７２７４号公報：特許請求の範囲、図１

このように構成された連続炉において、被焼成物がＮａ、Ｋなどのアルカリ成分を含む場合には、アルカリ成分が高温域で揮発するが、このアルカリ成分を含んだ炉内ガスは、炉内を構成する耐火物(１１、１２、１３)を劣化させ、炉の寿命が短くなるという問題が生じていた。

また、金属Ｓｉ成分を含有する被焼成物や、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４を主体とした高耐火性の被焼成物の場合には、低酸素雰囲気ガス環境でこれらが酸化されて生成したＳｉＯが揮発し一部がＳｉＯ₂に変化し、炉内天井面、側壁面に付着する。そして、これら成分は、前記アルカリ成分が存在すると強固なガラス状の固体となり、炉内天井面、側壁面に堆積して被焼成物の運行に支障を来たしたり、排気性能が大幅に低下するという問題があった。また、ＳｉＯ自体は、強い酸化反応性があって排気ダクト内に付着したＳｉＯが酸化して発熱するなどの危険性もあった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、特に、金属Ｓｉ成分を含む被焼成物、高耐火性のＳｉＣ含有セラミックス、同じくＳｉ_３Ｎ_４含有セラミックスの場合、揮発したＳｉＯを炉内天井、壁などに付着させることなく、安全かつ容易に排気することを可能とする連続炉の排気方法および排気構造を提供する。

上記の問題は、第１発明である、金属Ｓｉ成分を含有する被焼成物、または高耐火性のＳｉＣ、もしくは同じくＳｉ_３Ｎ_４を連続焼成する連続炉の排気方法であって、低酸素雰囲気ガス環境でこれらが酸化されて生成し揮発したＳｉＯの凝縮温度より高温度の領域において、前記ＳｉＯを含む炉内ガスを炉内の雰囲気のプラス圧によって炉外に排気し、かつＳｉＯを炉外において酸化して無害化することを特徴とする本発明の連続炉の排気方法によって、解決することができる。

また、上記の問題は、第２発明である、金属Ｓｉ成分を含有する被焼成物、または高耐火性のＳｉＣ、もしくは同じくＳｉ_３Ｎ_４を、プラス圧の炉内圧下で連続焼成する連続炉の排気構造であって、強制排気手段を有さず、低酸素雰囲気ガス環境でこれらが酸化されて生成し揮発したＳｉＯの凝縮温度より高温度の領域の炉内側壁上部に、角度５〜２０度下方に向けて排気管を配設し、その排気管の炉外出口側には、上下方向に配置した直管からなる排気筒を接続するとともに、その排気筒には、ＳｉＯを酸化するための酸素供給手段を設けて、排気管から取り出した前記ＳｉＯを酸化するようにしたことを特徴とする本発明の連続炉の排気構造によって解決することができる。

また、被焼成物からＳｉ成分は揮発しないがアルカリ成分が揮発する場合には、第３の発明である、焼成時に揮発し、降温時に凝縮するアルカリ成分を含有する被焼成物を連続焼成する連続炉の排気方法であって、焼成時に揮発したアルカリ成分の凝縮温度より高温度の領域において、前記アルカリ成分を炉内の雰囲気のプラス圧によって炉外に排気することを特徴とする本発明の連続炉の排気方法によって解決できる。

また、同じく、第４の発明である、焼成時に揮発し、降温時に凝縮するアルカリ成分を含有する被焼成物を、プラス圧の炉内圧下で連続焼成する連続炉の排気構造であって、強制排気手段を有さず、焼成時に揮発したアルカリ成分の凝縮温度より高温度の領域の炉内側壁上部に、角度５〜２０度下方に向けて排気管を配設し、その排気管の炉外出口側には、上下方向に配置した直管からなる排気筒を接続したことを特徴とする本発明の連続炉の排気構造によって解決される。

本発明の連続炉の排気方法および排気構造によれば、炉内ガスに含まれる揮発凝縮成分をファンなどの排風装置を用いることなく炉外に取り出せるうえ、酸化性のＳｉＯを凝縮させることなく炉外に取り出して、炉外において酸化して無害化できるので、炉体を構成する耐火物を劣化させることがなく、また炉壁に堆積することも防止できるという優れた効果がある。

本発明の連続炉排気構造の装置の要部側面／部分切り欠き断面図。 同じく排気構造の他の装置の要部側面／部分切り欠き断面図。 連続炉全長（横軸）における焼成温度（縦軸）曲線の概念を示すグラフ（Ｂ）と炉の略図（Ａ）。 連続炉における温度曲線と揮発成分のガス濃度の１例を示すグラフ。 連続炉の焼成通路を横切る縦断面略図。

符号の説明

１１：炉内天井、１２：炉内側壁、１３：炉内床、１４：被焼成物通路
２：排気管
３：排気筒、３１ａ、３１ｂ：酸素供給孔、３２、３３：掃除用開閉蓋部材
４：第２排気筒
５：第３排気筒、５１：排気口
ａ：取付け角度

次に、本発明の連続炉の排気方法および排気構造に係る実施形態について説明するが、ここでは、説明の都合上、本発明の連続炉の排気構造（第２発明）を図１、５と、参考図３、４を参照して説明し、次いで、この排気構造を用いて、本発明の連続炉の排気方法（第１発明）について説明する。

（第２発明）
本発明では、金属Ｓｉ成分を含有する被焼成物、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４を主体として含む被焼成物（アルカリ成分を含有する場合を含む）を、プラス圧の炉内圧下で連続焼成する連続炉の排気構造を対象としている。炉体構成としては、先の図５に示す場合と同様であり、炉内天井１１、炉内側壁１２、炉内床１３によって囲まれる被焼成物通路１４が形成され、その被焼成物通路１４には、入口から出口に向かって中低温域、高温域、冷却域が設けられ、被焼成物はこの順に移動しながら焼成される連続炉である。

図３に、連続炉の焼成温度曲線の１例を示すが、入口（左端部分）から出口（右端部分）に向かって、１３００℃付近までの中低温域、１５００℃を最高温度とした高温域、最高温度域以降の右側部分の冷却域が形成されている。なお、本発明では、プラス圧の炉内圧下で連続運転される雰囲気炉であり、炉外の大気が炉内に侵入しないよう炉内圧制御されている。この場合、炉内圧は、２０〜２００（単位パスカル）のプラス圧に維持され、外気が炉内に侵入しないよう配慮されて、炉内雰囲気が保持されている。

さらに、本発明における被焼成物として、金属Ｓｉ成分を含有する被焼成物、またはＳｉＣ、もしくはＳｉ_３Ｎ_４を主体としたセラミックス組成物の成形体を対象とする。このような組成物では、低酸素雰囲気ガス環境でこれらが酸化されて生成するＳｉＯ成分が高温状態において揮発し、炉内ガスに含まれるようになる。なお、本発明では、低酸素雰囲気とは、酸素濃度が２０００ｐｐｍ以下の状態をいうものである。

このような揮発凝縮成分の炉内の濃度分布と炉内温度との関係について、本出願の発明者らは図４に例示するような知見を得た。これによれば、炉内ガスに含まれるＳｉＯは、１３００℃以上で揮発が活発となり、１４００℃で揮発がほぼ上限に到達することが判る。なお、アルカリ成分について補足すると、アルカリ成分のＫの場合は、１０００℃で揮発が活発化し、１３５０℃で上限に達することが理解される。

本発明の排気構造の要点は、次の４項目の構成からなるものである（図１参照）。
１）炉内ガスを取り出すためのセラミック製または耐熱鋼製の排気管２を、焼成時に揮発したアルカリ成分またはＳｉＯの凝縮温度より高温度領域の炉内壁１２の上部に配置する。本発明では、凝縮温度より高温度領域とは、凝縮より揮発が活発になる温度域という意味であり、具体的には、図４の濃度曲線の屈曲点ｔ以上の温度であり、ＳｉＯの場合は１３００℃以上であり、アルカリ成分のＫの場合は１０００℃以上の温度である。

また、揮発成分は主に炉内上部に高濃度に滞留するので、排気管２の入口は、その温度域の炉内側壁１２の上部に設けるのが重要である。さらに、本発明の連続炉が、高温度領域において出口側から入口側に向けて炉内ガスが流れるように炉圧制御されている場合には、前記排気管２は炉内ガスの下流側に設けるのがよい。

２）この排気管２は、５〜２０度下方に向けた取付け角度ａをもって取り付けられる。この取付け角度は経験的に知得したもので、炉内圧がプラス圧で運転されている本発明の連続炉では、外気が炉内に不用意に逆流し侵入するのを厳重に防止する必要があるが、このような取付け角度ａを採用することにより、外気の流入を防止しながら、排気ポンプなどを用いることなく炉内ガスを安定して流出させることができることが判った。

３）その排気管２の炉外出口側には、上下方向に配置した耐熱金属製の直管からなる排気筒３を接続している。この排気筒３内で後記のように流出させた炉内ガス中のＳｉＯを酸化させるのであるが、低温になるに従い酸化反応が遅くなるので、６５０℃以上に保温するのが特に好ましく、このため適宜に保温材を用いるのがよい。

なお、このように保温処理してもある時間毎に筒内の清掃を行う必要があるので、排気筒３はストレートな直管とし、上下には掃除用開閉蓋部材３２、３３を設けて、メンテナンスが容易になるよう構成するのが好ましい。

４）その排気筒３のガス流路には、ＳｉＯを酸化するための酸素供給孔３１ａ、３１ｂが設けられ、酸素ボンベあるいは(加熱)空気(図示せず）を供給源とした供給配管（図示せず）が接続されている。そして、排気管２から取り出した前記ＳｉＯに酸素を供給、混合して、排気筒３内で酸化し無害化するよう構成されている。

この実施形態によれば、プラスの炉内圧において排気ポンプを要せず、揮発したアルカリ成分またはＳｉＯを効率よく流出させることができ、外気が流入するおそれが少ない。さらに、発熱しやすいＳｉＯを安全に酸化し、ＳｉＯ_２として無害化でき、排気筒などが汚損した場合でも清掃などメンテナンスが容易な、連続炉の排気構造を提供できる。また無害化してあるため、その後の排ガス処理においてバグフィルタなどの清掃などが容易になる利点も得られる。

なお、図１では、排気筒３の上部に第２排気筒４を斜め上方に向けて接続し、さらにこの第２排気筒４には、上方に向けた第３排気筒５を取り付けていて、この第３排気筒５の先端の排気口５１から炉内ガスを排ガス処理装置へ導くように構成している。このように構成することにより、前記したＳｉＯの酸化反応が完了するための時間とスペースが得られる。また、第２排気筒４、第３排気筒５も開閉蓋を設けたストレートな直管で構成しており、運転中に排気を継続したままで清掃などメンテナンスが容易になる利点がある。

（第１発明）
次に、本発明の連続炉の排気方法である第１発明について、前記した排気構造を参照して説明する。本発明は、焼成時に揮発し、降温時に凝縮するアルカリ成分またはＳｉ成分を含有する被焼成物を連続焼成する連続炉の排気方法であって、その要点は次のステップからなる。

１）焼成時に揮発したアルカリ成分またはＳｉＯを含む炉内ガスを炉外に排気する。
この排気には、図１に示すような排気管２を利用する。この排気管２は、前述の通り、焼成時に揮発したＳｉＯの凝縮温度より高温度領域（１３００℃以上）の炉内壁１２の上部に配置する。かくして、炉内上部に高濃度に滞留するＳｉＯを効果的に排気することができる。

２）排気したＳｉＯを炉外において酸化して無害化する。
前記排気管２によって排気された炉内ガスを、排気管２の炉外出口側に接続した、直立させた排気筒３に導く。この排気筒３には、酸素供給孔３１が設けられ、適宜な酸素供給源から供給される酸素を排気筒３内に送り込むことによって、排気筒３に導かれたＳｉＯは酸素と反応し、無害化することができる。この場合、ＳｉＯの反応性が低下しないよう６５０℃以上の温度に保持するのが特に好ましい。かくして、ＳｉＯは、無害なＳｉＯ_２として系外に排出することができる。

（第３、４発明）
図２に例示する排気構造は、炉内ガスに含まれるアルカリ成分を取り出すための本発明の第３および第４発明に関するものであり、排気管２の取付け位置がアルカリの揮発が活発になる温度１０００℃以上の領域である点、排気筒３には酸素供給手段が設けられていない点などに相違点があるものの、基本的には図１のＳｉＯ対応の排気構造と同じである。本発明においては、このようなアルカリ対応およびＳｉＯ対応の排気構造を別個に設置するが好ましい。

また、第３の発明において、１）焼成時に揮発したアルカリ成分プラス圧を利用して、前述の通り、焼成時に揮発したアルカリ成分の凝縮温度より高温度領域（１０００℃以上）の炉内壁１２の上部に配置した排気管を通じて、アルカリ成分を炉外に排気する。かくして、炉内上部に高濃度に滞留するアルカリ成分を排気装置を要せず効果的に排気することができる。

以上説明したように、本発明は、従来の問題点を解消した連続炉の排気方法および排気構造として、工業的価値はきわめて大なるものがある。

Claims (4)

1. 金属Ｓｉ成分を含有する被焼成物、または高耐火性のＳｉＣもしくは同じくＳｉ_３Ｎ_４を連続焼成する連続炉の排気方法であって、
   低酸素雰囲気ガス環境でこれらが酸化されて生成し揮発したＳｉＯの凝縮温度より高温度の領域において、前記ＳｉＯを含む炉内ガスを炉内の雰囲気のプラス圧によって炉外に排気し、かつＳｉＯを炉外において酸化して無害化することを特徴とする連続炉の排気方法。
2. 金属Ｓｉ成分を含有する被焼成物、または高耐火性のＳｉＣもしくは同じくＳｉ_３Ｎ_４を、プラス圧の炉内圧下で連続焼成する連続炉の排気構造であって、
   強制排気手段を有さず、
   低酸素雰囲気ガス環境でこれらが酸化されて生成し揮発したＳｉＯの凝縮温度より高温度の領域の炉内側壁上部に、角度５〜２０度下方に向けて排気管を配設し、
   その排気管の炉外出口側には、上下方向に配置した直管からなる排気筒を接続するとともに、その排気筒には、ＳｉＯを酸化するための酸素供給手段を設けて、排気管から取り出した前記ＳｉＯを酸化するようにしたことを特徴とする連続炉の排気構造。
3. 焼成時に揮発し、降温時に凝縮するアルカリ成分を含有する被焼成物を連続焼成する連続炉の排気方法であって、
   焼成時に揮発したアルカリ成分の凝縮温度より高温度の領域において、前記アルカリ成分を炉内の雰囲気のプラス圧によって炉外に排気することを特徴とする連続炉の排気方法。
4. 焼成時に揮発し、降温時に凝縮するアルカリ成分を含有する被焼成物を、プラス圧の炉内圧下で連続焼成する連続炉の排気構造であって、
   強制排気手段を有さず、
   焼成時に揮発したアルカリ成分の凝縮温度より高温度の領域の炉内側壁上部に、角度５〜２０度下方に向けて排気管を配設し、
   その排気管の炉外出口側には、上下方向に配置した直管からなる排気筒を接続したことを特徴とする連続炉の排気構造。

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