JPH07101779A - 炭素含有耐火物の焼成方法 - Google Patents
炭素含有耐火物の焼成方法Info
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- JPH07101779A JPH07101779A JP5249287A JP24928793A JPH07101779A JP H07101779 A JPH07101779 A JP H07101779A JP 5249287 A JP5249287 A JP 5249287A JP 24928793 A JP24928793 A JP 24928793A JP H07101779 A JPH07101779 A JP H07101779A
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- JP
- Japan
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- carbon
- refractory
- microwave
- heating
- firing
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- Pending
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐火物を均一加熱し、焼成時間の短縮を図
る。 【構成】 少なくとも１０重量％以上炭素を含有する耐
火物の焼成方法であって、耐火物に５０ｗ〜１００ｋｗ
のエネルギのマイクロ波を照射し、少なくとも５００℃
以上に加熱して含有樹脂分を炭化させ、カーボンボンド
を生成することを特徴とする。
る。 【構成】 少なくとも１０重量％以上炭素を含有する耐
火物の焼成方法であって、耐火物に５０ｗ〜１００ｋｗ
のエネルギのマイクロ波を照射し、少なくとも５００℃
以上に加熱して含有樹脂分を炭化させ、カーボンボンド
を生成することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素含有耐火物の焼成
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素含有耐火物は、通常、次のように製
造される。アルミナ、スピネル、マグネシア、ジルコニ
ア、シリカなどの耐火原料と炭素原料にバインダーを加
え混練する。バインダーとしてはフェノール樹脂やピッ
チ等の有機バインダーが使用される。場合によっては混
練と同時に又は混練後、耐火物組織の偏向性を解消する
ために造粒が行われる。この後、混練や造粒物は加圧成
形される。加圧成形には、一軸プレスが最もよく使用さ
れるが、減圧下でプレスすることもある。また、冷間等
方加圧成形（ＣＩＰ）することもある。このようにして
製造された素地は、１００〜３５０℃の温度で乾燥され
る。この段階で製品化されるものが不焼成煉瓦と呼ば
れ、この後工程でさらに高い温度で焼成され製品化され
るものが焼成煉瓦である。
造される。アルミナ、スピネル、マグネシア、ジルコニ
ア、シリカなどの耐火原料と炭素原料にバインダーを加
え混練する。バインダーとしてはフェノール樹脂やピッ
チ等の有機バインダーが使用される。場合によっては混
練と同時に又は混練後、耐火物組織の偏向性を解消する
ために造粒が行われる。この後、混練や造粒物は加圧成
形される。加圧成形には、一軸プレスが最もよく使用さ
れるが、減圧下でプレスすることもある。また、冷間等
方加圧成形（ＣＩＰ）することもある。このようにして
製造された素地は、１００〜３５０℃の温度で乾燥され
る。この段階で製品化されるものが不焼成煉瓦と呼ば
れ、この後工程でさらに高い温度で焼成され製品化され
るものが焼成煉瓦である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、焼成煉瓦を得る
ための焼成工程に使用される焼成炉における加熱方法
は、電気加熱、燃焼加熱といった外部加熱によってお
り、この方法では焼成物外部より熱を供給し、熱伝導に
より表層から徐々に内部まで加熱している。しかし、こ
のような外部加熱方法では、昇降温中の焼成物外部と内
部の温度差が大きくなり、耐火物に亀裂が生じることが
ある。特に、大型のものや複雑な形状のものでは亀裂の
生じる割合は多くなってしまう。
ための焼成工程に使用される焼成炉における加熱方法
は、電気加熱、燃焼加熱といった外部加熱によってお
り、この方法では焼成物外部より熱を供給し、熱伝導に
より表層から徐々に内部まで加熱している。しかし、こ
のような外部加熱方法では、昇降温中の焼成物外部と内
部の温度差が大きくなり、耐火物に亀裂が生じることが
ある。特に、大型のものや複雑な形状のものでは亀裂の
生じる割合は多くなってしまう。
【０００４】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、耐火物に亀裂が生じないように均一に加熱すること
ができ、熱効率を高くして焼成時間の短縮を図ることが
可能な炭素含有耐火物の焼成方法を提供することを目的
とする。
で、耐火物に亀裂が生じないように均一に加熱すること
ができ、熱効率を高くして焼成時間の短縮を図ることが
可能な炭素含有耐火物の焼成方法を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の課
題の解決を図るべく各種の焼成方法を検討した結果、マ
イクロ波加熱を利用した焼成方法が効果的であることを
見いだした。本発明は、少なくとも１０重量％以上炭素
を含有する耐火物の焼成方法であって、耐火物に５０ｗ
〜１００ｋｗのエネルギのマイクロ波を照射し、少なく
とも５００℃以上に加熱して含有樹脂分を炭化させ、カ
ーボンボンドを生成することを特徴とする。本発明は、
マイクロ波加熱を利用することにより、亀裂を生じさせ
ない均一加熱が可能となり、また熱効率が高いため焼成
時間の短縮を図ることができ、経済的であるという利点
も得られる。
題の解決を図るべく各種の焼成方法を検討した結果、マ
イクロ波加熱を利用した焼成方法が効果的であることを
見いだした。本発明は、少なくとも１０重量％以上炭素
を含有する耐火物の焼成方法であって、耐火物に５０ｗ
〜１００ｋｗのエネルギのマイクロ波を照射し、少なく
とも５００℃以上に加熱して含有樹脂分を炭化させ、カ
ーボンボンドを生成することを特徴とする。本発明は、
マイクロ波加熱を利用することにより、亀裂を生じさせ
ない均一加熱が可能となり、また熱効率が高いため焼成
時間の短縮を図ることができ、経済的であるという利点
も得られる。
【０００６】
【作用】以下、本発明の焼成方法について説明する。熱
風等を利用し、物質の熱伝導により表面から加熱する外
部加熱に対して、電磁波加熱は、導体の場合電磁誘導で
生じる渦電流により、また誘電体の場合誘電損失により
物質自体が発熱する。導体の場合、数百ＫＨｚ以下の周
波数が、誘電体の場合数ＭＨｚ以上の周波数が使用され
る。誘電体に電磁波を当てると誘電体を構成する双極子
が分極振動を始める。このときの分子間の摩擦により発
熱が生じるが、一般に、電界強度や周波数が高いほど発
熱量が大きい。従って、周波数が極めて高いマイクロ波
は特に加熱に有効である。マイクロ波は波長１ｍ以下の
電磁波で、遠赤外部に接する波長１ｍｍ以下のサブミリ
波まで含む。しかし、サブミリ波の発生は、水蒸気等に
よる吸収のため困難であり、現在のところあまり実用的
ではない。
風等を利用し、物質の熱伝導により表面から加熱する外
部加熱に対して、電磁波加熱は、導体の場合電磁誘導で
生じる渦電流により、また誘電体の場合誘電損失により
物質自体が発熱する。導体の場合、数百ＫＨｚ以下の周
波数が、誘電体の場合数ＭＨｚ以上の周波数が使用され
る。誘電体に電磁波を当てると誘電体を構成する双極子
が分極振動を始める。このときの分子間の摩擦により発
熱が生じるが、一般に、電界強度や周波数が高いほど発
熱量が大きい。従って、周波数が極めて高いマイクロ波
は特に加熱に有効である。マイクロ波は波長１ｍ以下の
電磁波で、遠赤外部に接する波長１ｍｍ以下のサブミリ
波まで含む。しかし、サブミリ波の発生は、水蒸気等に
よる吸収のため困難であり、現在のところあまり実用的
ではない。
【０００７】電磁波加熱では、発熱は物質の内部から生
じるが、電磁波エネルギー自体は外部から供給され、物
質中を減衰しながら内部へ浸透する。電磁波エネルギー
密度の半減距離Ｄは次式で与えられる。 Ｄ≒３．３２×１０7 ／（ｆ・（εｒ）1/2 ・ tanδ） ｆ ：周波数（Ｈｚ） εｒ：物質の比誘電率 tanδ：物質の誘電損失角 マイクロ波のように周波数が高ければ発熱量は高いが、
反対に浸透度は低くなる。半減距離Ｄを工業的に一般に
使用される周波数２４５０ＭＨｚを基に計算すると、ア
ルミナが約５ｍ、シリカでは１０ｍ以上となる。従っ
て、マイクロ波を照射してもアルミナやシリカは電磁波
はほとんど透過してしまい発熱しない。しかしながら、
炭素は良好な発熱体として作用する。炭化物も炭素ほど
ではないが発熱体として作用する。炭素含有耐火物で
は、通常フェノール樹脂等をバインダーとして使用して
おり、本発明はマイクロ波照射により耐火物素地を発熱
させて直接加熱し、均一にバインダー樹脂を分解し、均
一なカーボンボンドを生成するものである。
じるが、電磁波エネルギー自体は外部から供給され、物
質中を減衰しながら内部へ浸透する。電磁波エネルギー
密度の半減距離Ｄは次式で与えられる。 Ｄ≒３．３２×１０7 ／（ｆ・（εｒ）1/2 ・ tanδ） ｆ ：周波数（Ｈｚ） εｒ：物質の比誘電率 tanδ：物質の誘電損失角 マイクロ波のように周波数が高ければ発熱量は高いが、
反対に浸透度は低くなる。半減距離Ｄを工業的に一般に
使用される周波数２４５０ＭＨｚを基に計算すると、ア
ルミナが約５ｍ、シリカでは１０ｍ以上となる。従っ
て、マイクロ波を照射してもアルミナやシリカは電磁波
はほとんど透過してしまい発熱しない。しかしながら、
炭素は良好な発熱体として作用する。炭化物も炭素ほど
ではないが発熱体として作用する。炭素含有耐火物で
は、通常フェノール樹脂等をバインダーとして使用して
おり、本発明はマイクロ波照射により耐火物素地を発熱
させて直接加熱し、均一にバインダー樹脂を分解し、均
一なカーボンボンドを生成するものである。
【０００８】耐火物に含まれる炭素としては、鱗状黒
鉛、土状黒鉛等の各種黒鉛類、メソフェーズピッチ等の
各種ピッチ類、カーボンブラック等の各種無定形炭素等
が含まれる。また、炭化物としては、炭化珪素、炭化ホ
ウ素、炭化ジルコニウム、炭化クロム、炭化チタン等が
含まれる。炭素含有量は、炭化物中の炭素重量分を炭素
の重量に加え、最低でも１０ｗｔ％を必要とする。これ
より少ない場合には、必要とする焼成温度が得られるな
くなるし、得られたとしても昇温速度が極端に遅くな
る。成形した素地は、外部加熱により乾燥した後、マイ
クロ波による焼成を行ってもよいし、乾燥と焼成をマイ
クロ波加熱炉により同時に行っても良い。外部加熱との
併用も可能である。
鉛、土状黒鉛等の各種黒鉛類、メソフェーズピッチ等の
各種ピッチ類、カーボンブラック等の各種無定形炭素等
が含まれる。また、炭化物としては、炭化珪素、炭化ホ
ウ素、炭化ジルコニウム、炭化クロム、炭化チタン等が
含まれる。炭素含有量は、炭化物中の炭素重量分を炭素
の重量に加え、最低でも１０ｗｔ％を必要とする。これ
より少ない場合には、必要とする焼成温度が得られるな
くなるし、得られたとしても昇温速度が極端に遅くな
る。成形した素地は、外部加熱により乾燥した後、マイ
クロ波による焼成を行ってもよいし、乾燥と焼成をマイ
クロ波加熱炉により同時に行っても良い。外部加熱との
併用も可能である。
【０００９】乾燥工程で除去される主要な揮発成分は、
バインダーの溶剤である。例えば水とエチルアルコール
の半減距離Ｄを周波数２４５０ＭＨｚをもとに計算する
と、各々約１ｃｍ、２ｃｍである。水等は均一に分布し
ているので、Ｄの数倍まで均一乾燥が可能である。従っ
て、マイクロ波を利用することで素地乾燥を均一に行う
ことができる。大気雰囲気中で５００℃以上に焼成する
場合、耐火物中に含まれる炭素が酸化する。これを防止
するため、耐火物素地への酸化防止材の塗布や焼成雰囲
気の不活性ガスへの置換等の方法が有効である。
バインダーの溶剤である。例えば水とエチルアルコール
の半減距離Ｄを周波数２４５０ＭＨｚをもとに計算する
と、各々約１ｃｍ、２ｃｍである。水等は均一に分布し
ているので、Ｄの数倍まで均一乾燥が可能である。従っ
て、マイクロ波を利用することで素地乾燥を均一に行う
ことができる。大気雰囲気中で５００℃以上に焼成する
場合、耐火物中に含まれる炭素が酸化する。これを防止
するため、耐火物素地への酸化防止材の塗布や焼成雰囲
気の不活性ガスへの置換等の方法が有効である。
【００１０】マイクロ波加熱装置は、図１に示すよう
に、基本的にはマイクロ波を発生する発信機１と加熱処
理するオーブン２とからなり、それらが導波管３により
連結される。マイクロ波の出力は被焼成物の量や工程に
よって変化する。昇温速度の上から最低５０ｗは必要で
ある。またマイクロ波出力を大きくすれば乾燥時間はよ
り短縮できるが、温度制御が困難となるので出力は１０
０ｋｗ以下がよい。マイクロ波が金属に当たると反射す
る性質を利用しオーブンは金属により構成される。オー
ブン内に照射されたマイクロ波は金属容器にあたり反射
を繰り返すが、均等に被焼成物に照射するため金属回転
子により乱反射させるのがよい。また、導波管を適宜分
岐させ、複数方向からマイクロ波を照射するものも有効
である。
に、基本的にはマイクロ波を発生する発信機１と加熱処
理するオーブン２とからなり、それらが導波管３により
連結される。マイクロ波の出力は被焼成物の量や工程に
よって変化する。昇温速度の上から最低５０ｗは必要で
ある。またマイクロ波出力を大きくすれば乾燥時間はよ
り短縮できるが、温度制御が困難となるので出力は１０
０ｋｗ以下がよい。マイクロ波が金属に当たると反射す
る性質を利用しオーブンは金属により構成される。オー
ブン内に照射されたマイクロ波は金属容器にあたり反射
を繰り返すが、均等に被焼成物に照射するため金属回転
子により乱反射させるのがよい。また、導波管を適宜分
岐させ、複数方向からマイクロ波を照射するものも有効
である。
【００１１】オーブンはバッチ式でも連続式でもよい。
バッチ式では、連続式と比べると焼成効率は下がるが、
圧力や雰囲気の調整が簡単な利点がある。連続式は、被
乾燥物の搬入口からのマイクロ波の漏洩を防ぐ必要があ
るが、高効率である。オーブン内で発生したガスは、吐
出用ファンにより除去される。さらに、温風ファン等を
用いた外部加熱による補助手段も場合によっては、経済
上有効な方法である。
バッチ式では、連続式と比べると焼成効率は下がるが、
圧力や雰囲気の調整が簡単な利点がある。連続式は、被
乾燥物の搬入口からのマイクロ波の漏洩を防ぐ必要があ
るが、高効率である。オーブン内で発生したガスは、吐
出用ファンにより除去される。さらに、温風ファン等を
用いた外部加熱による補助手段も場合によっては、経済
上有効な方法である。
【００１２】
〔実施例１〕マイクロ波により耐火物を加熱、焼成する
ために必要な炭素量を確認するため、表１に示す４試料
を準備、試験した。各組成の配合物に、バインダーとし
てフェノール樹脂を１０ｗｔ％加え、混練、３０ｍｍφ
×１０ｍｍｈの形状に成形した。この後乾燥し、焼成試
験に供した。試験は、２４５０ＭＨｚの電波を用い、ア
ルゴン雰囲気中で同一条件で行った。試料が約１０００
℃まで昇温する時間を測定し評価した。 炭素量が１０
ｗｔ％まで少なくなると、昇温時間は急激に長くなっ
た。 〔実施例２〕アルミナ７０ｗｔ％、黒鉛３０ｗｔ％のア
ルミナ−黒鉛質の配合物に、バインダーとしてフェノー
ル樹脂を１０ｗｔ％加え、混練、外径３０ｍｍφ、内径
２０ｍｍφ、高さ１０ｍｍｈの形状に成形した。この後
乾燥し、焼成試験に供した。電気炉加熱とマイクロ波加
熱とを用い、各々１０試料ずつ１０００℃まで昇温、１
時間保持し、亀裂の生じた試料の数で評価した。マイク
ロ波加熱は２４５０ＭＨｚの電波を用い、アルゴン雰囲
気中で行った。結果は表２に示す通りであった。マイク
ロ波加熱は電気炉加熱と比べ、昇温に要した時間も短
く、亀裂の発生頻度も小さかった。
ために必要な炭素量を確認するため、表１に示す４試料
を準備、試験した。各組成の配合物に、バインダーとし
てフェノール樹脂を１０ｗｔ％加え、混練、３０ｍｍφ
×１０ｍｍｈの形状に成形した。この後乾燥し、焼成試
験に供した。試験は、２４５０ＭＨｚの電波を用い、ア
ルゴン雰囲気中で同一条件で行った。試料が約１０００
℃まで昇温する時間を測定し評価した。 炭素量が１０
ｗｔ％まで少なくなると、昇温時間は急激に長くなっ
た。 〔実施例２〕アルミナ７０ｗｔ％、黒鉛３０ｗｔ％のア
ルミナ−黒鉛質の配合物に、バインダーとしてフェノー
ル樹脂を１０ｗｔ％加え、混練、外径３０ｍｍφ、内径
２０ｍｍφ、高さ１０ｍｍｈの形状に成形した。この後
乾燥し、焼成試験に供した。電気炉加熱とマイクロ波加
熱とを用い、各々１０試料ずつ１０００℃まで昇温、１
時間保持し、亀裂の生じた試料の数で評価した。マイク
ロ波加熱は２４５０ＭＨｚの電波を用い、アルゴン雰囲
気中で行った。結果は表２に示す通りであった。マイク
ロ波加熱は電気炉加熱と比べ、昇温に要した時間も短
く、亀裂の発生頻度も小さかった。
【００１３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、マイクロ
波加熱を利用することにより、亀裂を生じさせない均一
加熱が可能となり、また熱効率が高いため焼成時間の短
縮を図ることができ、経済的であるという利点も得られ
る。
波加熱を利用することにより、亀裂を生じさせない均一
加熱が可能となり、また熱効率が高いため焼成時間の短
縮を図ることができ、経済的であるという利点も得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のマイクロ波加熱装置を示す図であ
る。
る。
１…マイクロ波発信機、２…オーブン、３…導波管。
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくとも１０重量％以上炭素を含有す
る耐火物の焼成方法であって、耐火物に５０ｗ〜１００
ｋｗのエネルギのマイクロ波を照射し、少なくとも５０
０℃以上に加熱して含有樹脂分を炭化させ、カーボンボ
ンドを生成することを特徴とする炭素含有耐火物の焼成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5249287A JPH07101779A (ja) | 1993-10-05 | 1993-10-05 | 炭素含有耐火物の焼成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5249287A JPH07101779A (ja) | 1993-10-05 | 1993-10-05 | 炭素含有耐火物の焼成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07101779A true JPH07101779A (ja) | 1995-04-18 |
Family
ID=17190730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5249287A Pending JPH07101779A (ja) | 1993-10-05 | 1993-10-05 | 炭素含有耐火物の焼成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07101779A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006199571A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-08-03 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 炭素材料焼成炉および炭素材料の焼成方法 |
-
1993
- 1993-10-05 JP JP5249287A patent/JPH07101779A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006199571A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-08-03 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 炭素材料焼成炉および炭素材料の焼成方法 |
| JP4740715B2 (ja) * | 2004-10-21 | 2011-08-03 | 新日鐵化学株式会社 | 炭素材料焼成炉および炭素材料の焼成方法 |
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