JPH0416700B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、垂直配置の炉心管を、複数のランタ
ンクロマイト系発熱体を熱源として加熱する形式
の縦型電気炉に関する。

従来の技術及びその問題点 従来、電気炉（電気抵抗加熱炉）用の発熱体と
しては、炭化珪素系、珪化モリブデン系、炭化珪
素−珪化モリブデン系等の発熱体が使用されてき
た。しかしながら、これらの発熱体は、最高使用
可能温度が比較的低く、上記発熱体のうち、高温
耐久性に最も優れた炭化珪素−珪化モリブデン系
発熱体でも1750℃が上限とされている。一方、近
年の技術進歩に伴い、1750℃以上の高温度での使
用に耐え得る発熱体が求められており、その一つ
としてランタンクロマイト系発熱体が注目されて
いる。

このランタンクロマイト系発熱体は、室温での
電気抵抗が10Ωcm以下の高導電性を示し、抵抗の
温度係数も小さく、極めて高い融点（約2490℃）
を有するなど、種々の優れた性質を有している。
従つて、上記ランタンクロマイトの焼結物を電気
炉の発熱体として使用する場合には、以下に示す
優れた効果を得ることができる。

(1) 大気中及び酸化雰囲気中において、高温まで
安定している。

(2) 低温から高温までの広い温度範囲において、
電気抵抗の温度係数が極めて小さく、且つ長期
使用による電気抵抗の変化も僅かなので、自動
温度制御を容易に行い得る。

(3) 表面負荷密度を高く設定し得る。

(4) 黒色であるので、表面輻射率が高く、熱効率
が非常によい。

(5) 熱衝撃抵抗が大きいので、短時間内に高温ま
で急速に昇温し得る。

(6) 使用可能温度が極めて高く、しかも非常に長
寿命である。例えば、発熱体温度約1900℃、表
面負荷密度11.3W／cm²で400時間以上の寿命が
あり、また発熱体温度約1800℃、表面負荷密度
6.7W／cm²では10000時間以上の寿命がある。

(7) 室温からの直接通電が可能である。

本発明者は、ランタンクロマイト系発熱体を使
用する高温電気炉の開発研究を行つた結果、垂直
配置の炉心管と垂直配置の発熱体とを用いる縦型
炉、及び水平配置の炉心管と垂直又は水平配置の
発熱体とを使用する横型炉については既に実用化
に成功し、 (a) 高融点材料の単結晶育成、 (b) フアインセラミツクスの焼成、 (c) 高温物性の測定、 (d) 金属、スラグの溶解、 (e) 高融点ガラスの溶解、 (f) 高温の熱処理 などの用途に広く採用されるに至つている。

しかしながら近年において、フアインセラミツ
クス材料は、更に高純度化のものが使用される傾
向にある。従つて、上記フアインセラミツクス材
料の焼結性に、更に高精度の調節管理が要求さ
れ、特に特殊な長尺形状品を焼成する場合や、垂
直方向での連続焼成方式をより合理化する場合な
どには、現状の電気炉では満足され得ない。

他方、最近のビデオ、オーデイオ等の急速な需
要の伸びに伴い、これらに採用されているヘツド
材料としてのフエライト単結晶の育成技術開発及
び研究が強く要望されるに至つている。しかしな
がら、フエライト単結晶等への不純物の混入防
止、及びフエライト等の結晶性向上などを達成す
るには、現状の電気炉に比しており、より精度の
高い調節を可能とする電気炉が望まれている。

上記した高純度のフアインセラミツクスの焼
成、及びフエライト単結晶の育成を満足するに
は、垂直方向での等高温帯を幅広く保持できると
共に、温度分布を任意に調節し得る、ランタンク
ロマイト系発熱体を用いた縦型高温電気炉の確立
が必要である。

本発明は、上記要望に応えるべくなされたもの
であり、高温下での等高温帯を幅広く確保できる
と共に、垂直方向における温度分布を任意に調節
し得る縦型電気炉を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明の上記目的は、炉本体に垂直に配置され
た炉心管を、複数のランタンクロマイト系発熱体
を熱源として加熱する縦型電気炉において、前記
ランタンクロマイト系発熱体が、前記炉心管の外
周部に水平且つ上下多段的に配置されていること
を特徴とする縦型電気炉により達成される。

前記ランタンクロマイト系発熱体は、各段にお
いて前記炉心管を挾むように、２本平行に配置さ
れていてもよく、この場合、一段置きに90゜向き
を変え、平面井桁状に配置されてもよい。

前記複数のランタンクロマイト系発熱体の通電
回路は、分離して温度制御し得る構成とされてい
るのが好ましい。

また、前記炉本体に、前記炉心管が挿脱自在に
配置され、該炉本体が、縦方向に重ねられた複数
個の炉体から構成されていてもよい。

実施例 以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照し
つつ説明する。

第１図及び第２図は、本発明の１実施例にかか
る縦型電気炉１を示す。該電気炉１は、垂直に配
置された円筒形状のアルミナ質炉心管２と、空間
３を隔てて炉心管２を囲繞する炉本体４と、該炉
本体４を横方向に貫通して空間３内に水平に配置
された複数のランタンクロマイト系発熱体５とを
備え、該発熱体５を熱源とするものである。

炉心管２は、炉本体４に対し挿脱自在に配置さ
れ、該炉本体４は、縦方向に重ねられた３つの炉
体４１〜４３からなつている。各炉体４１〜４３
は、内張耐火物４１ａ〜４３ａ、耐火物４１ｂ〜
４３ｂ及び外枠４１ｃ〜４３ｃを備え、上記した
空間３を隔てて炉心管２を囲繞している。各内張
耐火物４１ａ〜４３ａは、その上下端で炉心管２
を支持し、空間３内に突出するアルミナ質支持体
６で発熱体５を支持している。また、炉体４１〜
４３の各々には、アルミナ質保護管８内にセツト
された熱電対７が挿設され、該保護管８で囲まれ
た熱電対７の先端部が、空間３内に突出してい
る。

ランタンクロマイト系発熱体５の各々は同一方
向に延び、一対の発熱体５が、間隔をおいて炉心
管２を水平方向に平行に挾むように多段的に配置
されている。本実施例においては、上端及び中間
の炉体４１，４２には、上記した発熱体５の配置
が３段に設けられ、従つて各炉体４１，４２には
各々６本の発熱体５が挿設されており、下端の炉
体４３には、上記配置が４段、８本の発熱体５が
挿設されている。また、炉心管２内において予め
設定された温度分布が得られるように、各炉体４
１〜４３における発熱体５の配置間隔は、水平及
び垂直方向において予め調節されている。更にま
た、炉体４１〜４３の各々に挿設された発熱体５
の通電回路は、各炉体４１〜４３単位で分離さ
れ、各々の通電回路は独立して温度制御されるよ
う構成されている。即ち、上端及び中間の炉体４
１，４２では、結線2p3sの通電回路とされ、下端
の炉体４３においては結線が2p4sの通電回路とさ
れている。

上記のように構成された本実施例縦型電気炉１
の炉心管２内中心部の最高温度を1750℃に設定
し、該最高温度に達してから約１時間の間、該最
高温度を保持した後、中心部温度を測定した。比
較例として、垂直に配置された炉心管に対し平行
となるように垂直に配置されたランタンクロマイ
ト系発熱体を使用する従来の縦型電気炉の炉心管
内中心部最高温度を1750℃に設定し、上記と同様
に該最高温度を約１時間保持後に中心部の温度を
測定した。第５図に、本実施例電気炉の温度測定
値（実線Ａ）、及び従来電気炉の温度測定値（破
線Ｃ）を示す。

なお、本実施例電気炉１においては、ランタン
クロマイト系発熱体５として、全長が450mm、そ
の発熱部が直径14mm、長さ120mmのものを用い、
最高温度保持時間の間、上記分離通電回路の調節
を行つた。また、従来電気炉においては、ランタ
ンクロマイト系発熱体として、全長が900mm、そ
の発熱部が直径18mm、長さ500mmのものを10本用
い、炉心管の周部を環状に囲むように配置し、温
度測定を行つた。

第５図から明らかなように、従来電気炉によれ
ば、600mmの炉内長さに対し、±10℃の範囲で約
200mmしか得ることができず、更に頂点ｔを有す
る高温帯曲線を示し、従つて従来電気炉には、被
焼成物に与える温度の不均一性という欠点が存す
ることが判る。これに対し、本発明にかかる縦型
電気炉によれば、600mmの炉内長さに対し、±10℃
の範囲で約450mm、±１℃で約320mmの広い等温帯
幅を得ることができ、上記のように頂点ｔをもた
ない平滑な高温帯曲線を示すことが判つた。従つ
て、本実施例電気炉を用いることにより、被焼成
物に均一な温度を付与することができ、分離回路
の調節を行い得るため、或いはランタンクロマイ
ト系発熱体５の配設本数を予め他の炉体に置換し
て種々変更することにより所定の炉心管内温度を
得ることができるため、垂直方向における温度分
布を任意に調節することができ、高精度の調節管
理を達成し得ることが判つた。

また、本実施例電気炉１においては、各炉体４
１〜４３の置換及び取替えが可能であるため、炉
本体４が一部破損しても、補修作業を容易に行い
得るという利点も存する。

第３図及び第４図は、本発明の他の実施例にか
かる縦型電気炉１１を示す。該電気炉１１は、昇
降式設計に基づく下部耐火物２１の上端に垂直に
取り付けられる円筒形状のアルミナ質炉心管１２
と、空間１３を隔てて炉心管１２の全体を囲繞す
る炉本体１４と、該炉本体１４を横方向に貫通し
て空間１３内に水平に配置された複数のランタン
クロマイト系発熱体５とを備えている。

炉本体１４は、縦方向に重ねられた３つの炉体
５１〜５３を有し、上端炉体５１の上部開口が、
蓋状耐火物２３の嵌入により閉じられ、下端炉体
５３の炉心管１２挿入用下部開口が、下部耐火物
２１の頚部２２の嵌入に基づき閉じられている。
各炉体５１〜５３は、耐火物５１ａ〜５３ａ及び
外枠５１ｂ〜５３ｂを備え、上記した空間１３を
隔てて炉心管１２を囲繞している。また、各耐火
物５１ａ〜５３ａは、空間１３内に突出するアル
ミナ質支持体６で発熱体５を支持している。各炉
体５１〜５３の各々には、アルミナ質保護管８内
に挿通されて該保護管８に保護された熱電対７が
挿設されており、該熱電対７の先端部が空間１３
内に突出している。

ランタンクロマイト系発熱体５は、上記縦型電
気炉１と同様に、その一対が間〓をおいて炉心管
１２を水平方向に平行に挾むように多段的に配置
されていると共に、これら対の発熱体５が一段置
きに90゜の角度で向きを変えて配置されており、
平面井桁状にされている。本実施例においては、
上端の炉体５１には、上記した対の発熱体５の配
置が６段設けられ、従つて12本の発熱体５が挿設
されている。また、中間の炉体５２には、上記対
の発熱体５の配置が４段に設けられており、８本
の発熱体５が挿設され、下端の炉体５３には、上
記配置が８段に設けられ、16本の発熱体５が挿設
されている。炉体５１〜５３の各々に挿設された
発熱体５の通電回路は、上記縦型電気炉１と同様
に、各炉体４１〜４３単位で分離され、各々の通
電回路は独立して温度制御されるよう構成されて
いる。本実施例においては、上端の炉体５１では
結線を6p2s、中間の炉体５２では4p2sの結線、下
端の炉体５３では結線8p2sとした。発熱体５の各
炉体５１〜５３における配置間隔は、水平及び垂
直方向において予め調節されており、炉心管１２
内において予め設定された温度分布が得られるよ
うになつている。

このように構成された本発明にかかる縦型電気
炉１１の炉心管１２内中心部の最高温度を1800℃
に設定し、該最高温度を約３時間保持した後、炉
心管１２の中心部温度を測定した。第６図に、本
実施例電気炉の温度測定値（実線Ｂ）を示す。

なお、本実施例電気炉においては、ランタンク
ロマイト系発熱体５として、全長が550mm、その
発熱部が直径16mm、長さ180mmのものを用いた。
また、上記の最高温度保持時間の間、分離通電回
路の調節を行い、各炉体５１〜５３の温度制御を
行つた。

その結果、本実施例縦型電気炉１１によれば、
炉内長さ1000mmに対し、±10℃の範囲で800mm等温
帯幅を得ることができ、±２℃の範囲で600mmの等
温帯幅を得ることができた。また、上記従来縦型
電気炉のような頂点ｔをもたない平滑な高温帯曲
線を示すことが判つた。従つて、本実施例電気炉
を用いることにより、被焼成物に均一な温度を幅
広く付与することができ、また上記の縦型電気炉
１と同様に、分離通電回路の独立した調節に基づ
き、更に炉体５１〜５３を他の炉体に種々変更し
てランタンクロマイト系発熱体５の配設本数を変
えることにより炉心管１２内の温度調節を行い得
るため、垂直方向における温度分布を任意に調節
することができ、高精度の調節管理を行い得るこ
とが判つた。

更にまた、本実施例電気炉１１は、上記電気炉
１と同様に、各炉体５１〜５３の置換及び取替え
により、炉本体１４の破損補修作業が容易である
という利点も有する。

発明の効果 以上から明らかなように、本発明縦型電気炉に
おいては、炉体と炉心管との間にランタンクロマ
イト系発熱体を水平且つ多段的に配置したので、
高温下での等高温帯を幅広く確保でき、この種縦
型電気炉の性能を一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例にかかる縦型電気炉
を示す縦断側面図、第２図は第１図の−線に
沿う断面図、第３図は本発明の他の実施例にかか
る縦型電気炉を示す縦断側面図、第４図は第３図
の−線に沿う断面図、第５図は第１図及び第
２図に示す電気炉と従来電気炉との炉心管中心部
測定温度を示すグラフ、第６図は第３図及び第４
図に示す電気炉の炉心管中心部測定温度を示すグ
ラフである。 １，１１……縦型電気炉、２，１２……円筒状
アルミナ質炉心管、３，１３……空間、４，１４
……炉本体、５……ランタンクロマイト系発熱
体、４１，４２，４３，５１，５２，５３……炉
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉本体に垂直に配置された炉心管を、複数の
   ランタンクロマイト系発熱体を熱源として加熱す
   る縦型電気炉において、前記ランタンクロマイト
   系発熱体が、前記炉心管の外周部に水平且つ上下
   多段的に配置されていることを特徴とする縦型電
   気炉。 ２ 前記ランタンクロマイト系発熱体が、各段に
   おいて前記炉心管を挾むように２本平行に配置さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の縦型電
   気炉。 ３ 前記ランタンクロマイト系発熱体が、一段置
   きに90゜向きを変え、平面井桁状に配置されてい
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の縦型電
   気炉。 ４ 前記複数のランタンクロマイト系発熱体の通
   電回路が、分離して温度制御し得る構成とされて
   いることを特徴とする請求項１から３のいずれか
   に記載の縦型電気炉。 ５ 前記炉本体に、前記炉心管が挿脱自在に配置
   され、該炉本体が、縦方向に重ねられた複数個の
   炉体から構成されていることを特徴とする請求項
   １から４のいずれかに記載の縦型電気炉。