JPH10259996A

JPH10259996A - ローラハースキルンおよびその運転方法

Info

Publication number: JPH10259996A
Application number: JP6640697A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamada; 浩治山田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: JP3865859B2

Abstract

(57)【要約】【課題】焼成温度１４００°Ｃ以上の焼成帯を有する
ローラハースキルンおよびその運転方法であって、特に
焼成帯等の高温域で用いられるローラの強度劣化および
折損を防止し安定稼働が可能なローラハースキルンおよ
びその運転方法を提供する。【解決手段】１４００°Ｃ以上の焼成帯Ｒ２を有する
ローラハースキルンであって、焼成帯Ｒ２におけるロー
ラ３が酸化物セラミックスからなり、かつ焼成帯Ｒ２の
焼成雰囲気中の酸素濃度を少なくとも２％以上に保持す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１４００°Ｃ以
上の高温焼成帯を有するローラハースキルンおよびその
運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来高温での加熱処理や焼成を行うた
めの工業用焼成炉としては、トンネルキルンやシャトル
キルンさらにはローラハースキルンが知られている。最
近では、ローラハースキルンがその設備効率がよい点か
ら衛生陶器から電子部品用セラミックスやフェライト等
の機能部品の焼成に至まで広く活用されている。

【０００３】これらの製品を通常の１０００〜１３０
０°Ｃ付近の温度領域で焼成する場合には、製品を搬送
するローラは耐熱性と曲げ強度を適宜選択すれば問題が
なかった。しかし、製品を高温で焼成する要求が生じて
来るに従い用いられるローラの材質にも改良が加えら
れ、その１つとして１６００°Ｃの耐火性を有する再結
晶ＳｉＣが用いられたが、使用中に酸化を受けＳｉＣの
中にＳｉＯ₂が生成し膨張によるクラックの発生や大き
な反りを招き寿命が短いという欠点を有していた。

【０００４】また、アルミナやムライトなどの酸化物
のローラを用いる場合もあったが、高温で焼成に耐える
目的のため不純物を極力除い高純度化されたローラが用
いられてきた。このため、ローラの製品価格が高く実用
化が困難であるだけでなく、やはり使用中に原因不明の
ローラの破損が頻繁に発生するという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従
来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、焼成温度１４００°Ｃ以上の焼成帯を有する
ローラハースキルンおよびその運転方法であって、特に
焼成帯等の高温域で用いられるローラの強度劣化および
折損を防止し安定稼働が可能なローラハースキルンおよ
びその運転方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち本発明によれば、
１４００°Ｃ以上の焼成帯を有するローラハースキルン
およびその運転方法であって、該焼成帯におけるローラ
が酸化物セラミックスからなり、かつ該焼成帯の焼成雰
囲気中の酸素濃度を少なくとも２％以上に保持すること
を特徴とするローラハースキルンおよびその運転方法が
提供される。

【０００７】なお、ローラハースキルンのローラは酸
化物セラミックスからなり、特にアルミナ質、ムライト
質の単独のものまたは、アルミナとムライトを混合した
系のセラミックスからなることが好ましい。また、酸化
物セラミックスの粒成長倍率が、３．５倍以下であるこ
とが好ましい。

【０００８】更に、ローラハースキルンの焼成帯の焼
成雰囲気中の酸素濃度を少なくとも２％以上に保持する
ための手段として、焼成帯に下記の機構または構造を有
することが好ましい。焼成帯に酸素富化燃焼空気の導入機構を有する。焼成帯に予熱空気の導入機構を有する。焼成帯に蓄熱体式バーナーを有する。焼成帯に電気加熱ヒータを有する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のローラハースキルンお
よびその運転方法は、１４００°Ｃ以上の焼成帯を有す
るローラハースキルンであって、該焼成帯におけるロー
ラが酸化物セラミックスからなり、かつ該焼成帯の焼成
雰囲気中の酸素濃度を少なくとも２％以上、より好まし
くは５％以上に保持することが主な特徴である。

【００１０】１４００°Ｃ以上の高温の焼成雰囲気中
の酸素濃度が２％未満の場合、特に０％に近づくにした
がって、ローラを構成するセラミックス焼結体のアルミ
ナやムライトの粒子径が急速に粒成長を起こし大きくな
り、これが焼結体の強度低下の一因となり、稼働中のロ
ーラの破損や折損の原因となる。

【００１１】ところが、１４００°Ｃ以上の高温の焼
成雰囲気中の酸素濃度が２％以上、好ましくは５％以上
に保持した場合には、ローラを構成するアルミナやムラ
イトの粒子径が抑制され強度低下が起こらず、稼働中の
ローラの破損や折損が低減し安定したローラハースキル
ンの操業ができる。

【００１２】以下、本発明の目的を達成する構成を有
するローラハースキルンの構造について、図面に基づい
て説明する。図１〜４は、それぞれ本発明の構成を有す
るローラハースキルンの具体例であり、（ａ）は、概略
縦断正面図であり、（ｂ）は、概略縦断側面図である。

【００１３】ローラハースキルンの一般的な構造とし
ては、図５に示すように、両側の入口１と出口２の間に
ローラ３を所定の間隔で配設し、その上に被焼成体Ｗが
入口１から出口２に向け移動する間に焼成される搬送路
４が形成されている。また、入口１から出口２に向かっ
て一般に予熱帯Ｒ１、焼成帯Ｒ２、冷却帯Ｒ３、の順
に、大きく３つの領域に区画総称されている。

【００１４】各領域に、どの様な加熱手段をどの様な
配置で設けるかは、そのローラハースキルンで何を焼成
するかによってその構成が異なるが、例えば搬送路４を
挟んでその両側壁にかつローラの上下にガスバーナ等の
燃焼バーナを千鳥配置に設けたり、電気抵抗発熱体等の
電気式ヒータ１０がそれぞれ配設され、被焼成体Ｗは予
熱帯Ｒ１で徐々に加熱されバインダー等が除去される、
次いで、焼成帯Ｒ２に移動し例えば１４００°Ｃで焼成
され、冷却帯Ｒ３に移って被焼成体Ｗが冷却される。

【００１５】また、その間被焼成体Ｗによっては、例
えば、焼成帯Ｒ２から冷却帯Ｒ３に移る部分で窒素ガス
を炉内に導入し焼成雰囲気を調整したりするなど被焼成
体Ｗに合わせ、最適な温度および雰囲気が設定される。
本発明のローラハースキルンでは、焼成帯Ｒ２の酸素濃
度を少なくとも２％以上、より好ましくは５％以上に保
持する機能が必要である。

【００１６】その一例として、図１に示すようなもの
が挙げられる。このローラハースキルンは、焼成帯Ｒ２
におけるガスバーナ５の燃焼熱が被焼成体Ｗの燃焼に使
われた後、予熱帯Ｒ１方向に移動し被焼成体Ｗの乾燥、
予熱に使われ、その後の燃焼ガスは、入口側排気ダクト
８を経て入口側ファン９により外部に排出される。

【００１７】焼成帯Ｒ２の搬送路４を挟んだ炉壁に
は、複数個のガスバーナ５が設けられ、図示しないガス
パイプから供給されるガスを炉内で燃焼させる構造とな
っている。なお、焼成帯Ｒ２の炉内で燃焼した後の燃焼
ガスは、予熱帯Ｒ１及び入口側排気ダクト８を通じてフ
ァン９により吸引され予熱帯Ｒ１方向に移動し炉外に順
次排出される。

【００１８】冷却帯Ｒ３の炉内壁面には、複数個の冷
却空気吹込用の吹込口１４が設けられている。したがっ
て、冷却帯Ｒ３の炉内においては、これらの吹込口１４
から吹込まれる冷却空気によって急速に被焼成体Ｗが冷
却される。なお、冷却帯Ｒ３の炉内に吹出された冷却空
気は被焼成体Ｗの冷却後、出口側のファン１１により、
出口側排気ダクト１３を通じ外部に排出される。

【００１９】図１に示す本願の一例を示すローラハー
スキルンの特徴は、焼成帯Ｒ２に設けられたガスバーナ
５に燃焼空気を供給する燃焼空気供給ダクト１５の経路
に直接、または、ガスバーナ５とは別に酸素富化した空
気を供給する経路をを設け、これらに酸素富化膜を通し
大気中の酸素を富化させる酸素富化装置２０が組み込ま
れていることにある。酸素富化装置２０は、焼成帯Ｒ２
の酸素分圧を酸素濃度測定装置２２（酸素センサ）によ
って測定した測定値から予め定められている酸素濃度以
上になるように、生成酸素濃度および酸素供給量を制御
するものである。これにより、焼成帯Ｒ２の酸素濃度を
２％以上好ましくは５％以上の状態に保持することがで
きる。

【００２０】図２は、本願の他の例を示したものであ
り、ローラハースキルンでは、予熱帯Ｒ１で、焼成帯Ｒ
２におけるガスバーナ５の燃焼熱が被焼成体Ｗの燃焼に
使われた後予熱帯Ｒ１方向に移動した燃焼ガスにより被
焼成体Ｗの乾燥、予熱に使われ、その後の燃焼ガスは、
入口側排気ダクト８を経て入口側ファン９により外部に
排出される。

【００２１】焼成帯Ｒ２の搬送路４を挟んだ炉壁に
は、複数個のガスバーナ５が設けられ、図示しないガス
パイプから供給されるガスを炉内で燃焼させる構造とな
っている。なお、焼成帯Ｒ２の炉内で燃焼した後の燃焼
ガスは、予熱帯Ｒ１及び焼成側排気ダクト６を通じて焼
成側ファン７により吸引され炉外に順次排出される。

【００２２】ただし、この排気ダクト６を通じて排出
されるガスは、後で詳しく説明する熱交換器３０におい
て、前記焼成帯Ｒ２に送り込まれる予熱空気との間で熱
交換器が行われるようになっている。

【００２３】なお、冷却帯Ｒ３の炉内壁面には、複数
個の冷却空気吹込用の吹出口１４が設けられている。従
って、これらの吹出口１４から吹込まれる冷却空気によ
って、被焼成体Ｗの冷却が促進される。なお、冷却帯Ｒ
３の炉内に吹き出された冷却空気は被焼成体Ｗの冷却に
利用された後、出口側ファン１１により、出口側排気ダ
クト１３を通って外部に排出される。

【００２４】この装置の主な特徴は、焼成帯Ｒ２の炉
内壁面に複数個の予熱空気用吹込口１７が形成されてい
ることである。これらの各吹込口１７にはファン１８に
よって、予熱空気供給ダクト１９を通じて普通の酸素を
含んだ大気が予熱空気として炉内に送られるようになっ
ている。

【００２５】また、このダクト１９は前記の熱交換器
３０において、焼成帯Ｒ２の焼成側ファン７によって、
焼成側排気ダクト６を通じて排気される酸素含有量の低
下した排気ガスとの熱交換によって新たに加熱された空
気を取り込むようになっている。

【００２６】更に別の例として、図３に示す形式の炉
が挙げられる。このローラハースキルンは、焼成帯Ｒ２
における蓄熱体バーナ４０の燃焼ガスが被焼成体Ｗの焼
成に利用された後、入口側ダクト８を経て、入口側排気
ファン９を通って外部に排出される。

【００２７】この装置の主な特徴は、燃焼排ガスと燃
焼空気が交互に通過する一対の蓄熱体４２、４２が燃焼
バーナに組み込まれ、一方の蓄熱体４２に燃焼排ガスを
通して蓄熱し、他方の蓄熱体４２に燃焼空気を通して予
熱する工程を繰り返す蓄熱体バーナ４０が、焼成帯Ｒ２
の炉内壁面に、この場合にはローラが間に上下に配置さ
れている。

【００２８】この蓄熱体４２、４２は、バーナの中に
組み込んでも、バーナとは別体に燃焼用空気の配管に接
続する形で組み込んでもよい。さらに、バーナとバーナ
のの配置は図３（ｂ）に示すように同一断面内でローラ
を間に上下に配置しても、ローラ上部で同一平面内で互
いに対向する形や隣合う形で配置しても、同様な効果が
えられる。

【００２９】この装置の構造は、各空気流路４４、４
４が空気切替え装置４８に接続されている。この空気切
替え装置４８は、図３（ｂ）の状態ではファン４９から
供給される燃焼用空気を下部の空気流路４４へ供給する
とともに、上部の空気流路４４からの燃焼排ガスを排気
し、また逆にファン４９から供給される燃焼用空気を上
部の空気流路４４へ供給するとともに、下部の空気流路
４４からの燃焼排ガスを排気するように切替え動作を行
うものである。この切替え動作は、通常２０〜３０秒程
度の短いサイクルで繰り返される。

【００３０】これらの空気流路４４、４４と蓄熱体バ
ーナ４０との接続部には、それぞれ燃料注入ノズル４
５、４５が設けられており、これらの燃料注入ノズル４
５、４５は空気切替え装置４８と連動する燃料切替え装
置４６に接続されている。このため、図３（ｂ）のよう
に燃料用空気が供給されている側の空気流路４４のらの
燃料注入ノズル４５から燃料を注入するようになってい
る。これにより、高温の予熱空気燃焼が可能となり、燃
焼時の酸素必要量が低減されるので、本発明の高温高酸
素濃度雰囲気の焼成条件を実現するローラハースキルン
が得られる。

【００３１】なお、焼成後の冷却帯Ｒ３においては、
冷却空気が多数の吹出口１０から供給され、この冷却空
気は出口側ファン１１により、出口側排気ダクト１３を
通って外部に排出される。

【００３２】さらに別の例として、図４に示すものが
挙げられる。このローラハースキルンは、焼成帯Ｒ２か
ら予熱帯Ｒ１に移動してきた燃焼ガスは、ダンパ１０
７、排気ダクト１０８を経て、ファン１０９により外部
に排出される。また、冷却帯Ｒ３においては、冷却空気
が吹出口１１４から供給され、この冷却空気はファン１
０９により、ダンパ１１２、排気ダクト１０８を経て外
部に排出される。また、一部はダンパ１２０、排気ダク
ト１１３を経て、熱風発生器１１８に導入される。そし
て、熱風発生器１１８より発生した熱風を熱風供給ダク
ト１１９、バルブ１２１を経て、熱風吹出口１１７より
予熱帯Ｒ１および焼成帯Ｒ２に導入する。

【００３３】焼成帯Ｒ２には、複数の抵抗発熱対から
なる電気ヒータ１０６が通常の燃焼バーナに代わって設
けられ、炉内を加熱させる構造となっている。なお、焼
成帯Ｒ２の炉内を加熱した後の排気ガスは、予熱帯Ｒ１
及び入口側排気ダクト１０８を通じてファン１０９によ
り、炉の外部に順次排出される。

【００３４】このように、電気ヒータ１０６を用いた
場合、ガスバーナのように酸素を必要とせずに燃焼がで
きるため、燃焼による焼成雰囲気中の酸素濃度の低下を
防止することができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に
説明する。

【００３６】（実施例１〜８、比較例１〜４）：焼成
雰囲気ガスによるローラハースキルン用ローラの粒成長
の評価試験回転荷重試験炉にローラハースキルン用ローラを取り付
け、ローラを回転させつつ１６００°Ｃの状態に保ち、
雰囲気条件および材質条件の異なる４種のセラミックロ
ーラを組合せ稼働させ、１週間後にローラを取り出し、
次いでローラの中央部分から評価サンプルを切り出し研
磨して、ＳＥＭ観察と物性測定を行った。

【００３７】評価に用いたローラのサンプルとして
は、粒成長の比較的早い高アルミナ質（アルミナ９５％
以上、強度：６９．６ＭＰａ、平均粒径：６μｍ）、ム
ライト質（ムライト９５％以上、強度：３８．２ＭＰ
ａ、平均粒径：４μｍ）及びアルミナ−ムライト系の混
合組成のアルミナ：ムライト＝６：４（強度：４６．１
ＭＰａ、平均粒径：４μｍ）と４：６（強度：３６．３
ＭＰａ、平均粒径：４μｍ）の外径３８mmΦ、内径２６
mmΦのローラを用いた。また、試験雰囲気の打込ガスの
条件は表１に示す値で行った。

【００３８】

【表１】

【００３９】評価試験により得られたそれぞれの条件
下でのローラハースキルン用ローラの試験後の粒子径及
びローラの曲げ強度の測定結果を表２に示す。なお、曲
げ強度は、ローラの中央部からＪＩＳＲ１６０１に基
づく４点曲げ用サンプルを各５本切り出し測定を行い、
その平均値を求めた。

【００４０】

【表２】

【００４１】次に、先と同じ装置に、高アルミナ質
（アルミナ９５％以上）ローラを各２本セットし、酸素
濃度０の状態で試験温度を表３のように変えて一週間の
連続稼働試験を行い、先と同様の特性を評価し結果を表
３に併せ示す。

【００４２】

【表３】

【００４３】（考察）表２の結果より、いずれのロー
ラハースキルン用ローラも新品のものと比較すると、粒
成長が生じていることが判明した。また、焼成雰囲気中
の酸素濃度が０％の場合には特に粒成長が著しく加速さ
れ、未使用のローラの粒子系の約３．７〜６．７倍にま
で粒が成長していた。しかし、焼成雰囲気中の酸素濃度
が２％以上になると、粒成長は徐々に抑制され、特に酸
素濃度が５％以上になると粒成長は殆ど起こらないこと
が明らかとなった。

【００４４】また、ローラの材質面では、アルミナは
ムライトに比べ粒成長がやや早いことが明らかになった
が、元の粒子径の５倍程度までの粒成長であれば、実用
上問題が無かった。一方、ムライトはアルミナに比べ粒
成長が遅く、より好ましく、また、アルミナとムライト
の混合体のロールでも同様の効果が認められた。

【００４５】さらに、アルミナで使用温度の影響を調
べた結果では、酸素濃度が０の状態では、温度が低くて
も高速な粒成長が起こることが明らかとなり、酸素濃度
を２％以上にするとよい効果が得られることが認められ
た。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のローラ
ハースキルンは焼成温度１４００°Ｃ以上の焼成帯を有
する酸化物セラミックスからなるロールを用いたローラ
ハースキルンであって、高温で長期間使用してもローラ
の使用時の強度劣化を防止して、ローラの折損事故防止
等に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に適用したローラハースキルンの一例
であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）は、
概略縦断側面図である。

【図２】本発明に適用したローラハースキルンの他の
例であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）
は、概略縦断側面図である。

【図３】本発明に適用したローラハースキルンの更に
他の例であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、
（ｂ）は、概略縦断側面図である。

【図４】本発明に適用したローラハースキルンの別の
例であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）
は、概略縦断側面図である。

【図５】従来のローラハースキルンの一例であり、
（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）は、概略縦断
側面図である。

【符号の説明】

１…入口、２…出口、３…ローラ、４…搬送路、５…ガ
スバーナ、６…焼成側排気ダクト、７…焼成側ファン、
８…入口側排気ダクト、９…入口側ファン、１０…電気
式ヒータ、１１…出口側ファン、１３…出口側排気ダク
ト、１４…冷却空気用吹込口、１５…燃焼空気用供給ダ
クト、１７…予熱空気用吹込口、１８…予熱空気用ファ
ン、１９…予熱空気用供給ダクト、２０…酸素富化装
置、２２…酸素濃度測定装置（酸素センサ）、２４…燃
料ガス用コントロールバルブ、３０…熱交換器、４０…
蓄熱体バーナ、４２…蓄熱体、４４…空気流路、４５…
燃料注入ノズル、４６…燃料切替え装置、４８…空気切
替え装置、４９…ファン、１０１…入口、１０２…出
口、１０４…搬送路、１０６…電気ヒータ、１０７…ダ
ンパ、１０８…排気ダクト、１０９…ファン、１１２…
ダンパ、１１３…排気ダクト、１１４…冷却空気用吹出
口、１１５…冷却空気用ファン、１１７…熱風吹出口、
１１８…熱風発生器、１１９…熱風供給ダクト、１２０
…ダンパ、１２１…熱風供給用バルブ、Ｒ１…予熱帯、
Ｒ２…焼成帯、Ｒ３…冷却帯。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１４００°Ｃ以上の焼成帯を有するロー
ラハースキルンであって、該焼成帯におけるローラが酸化物セラミックスからな
り、かつ該焼成帯の焼成雰囲気中の酸素濃度を少なくと
も２％以上に保持することを特徴とするローラハースキ
ルン。
【請求項２】酸化物セラミックスが、アルミナ質、ム
ライト質または、アルミナ−ムライト質系のセラミック
スからなる請求項１に記載のローラハースキルン。
【請求項３】酸化物セラミックスの粒成長倍率が、
３．５倍以下である請求項１又は２に記載のローラハー
スキルン。
【請求項４】焼成帯での酸素濃度保持手段として、酸
素富化燃焼空気の導入機構を有する請求項１〜３のいず
れかに記載のローラハースキルン。
【請求項５】焼成帯での酸素濃度保持手段として、予
熱空気の導入機構を有する請求項１〜３のいずれかに記
載のローラハースキルン。
【請求項６】焼成帯での酸素濃度保持手段として、焼
成帯に蓄熱体式バーナーを有する請求項１〜３のいずれ
かに記載のローラハースキルン。
【請求項７】焼成帯での酸素濃度保持手段として、焼
成帯に電気加熱ヒータを有する請求項１〜３のいずれか
に記載のローラハースキルン。
【請求項８】１４００°Ｃ以上の焼成帯を有するロー
ラハースキルンの運転方法であって、該焼成帯におけるローラが酸化物セラミックスからな
り、かつ該焼成帯の焼成雰囲気中の酸素濃度を少なくと
も２％以上に保持することを特徴とするローラハースキ
ルンの運転方法。
【請求項９】酸化物セラミックスがアルミナ質、ムラ
イト質または、アルミナ−ムライト質系のセラミックス
からなる請求項８に記載のローラハースキルンの運転方
法。
【請求項１０】酸化物セラミックスの粒成長倍率が、
３．５倍以下である請求項８又は９に記載のローラハー
スキルンの運転方法。
【請求項１１】焼成帯での酸素濃度保持手段として、
酸素富化燃焼空気の導入機構を有する請求項８〜１０の
いずれかに記載のローラハースキルンの運転方法。
【請求項１２】焼成帯での酸素濃度保持手段として、
予熱空気の導入機構を有する請求項８〜１０のいずれか
に記載のローラハースキルンの運転方法。
【請求項１３】焼成帯での酸素濃度保持手段として、
焼成帯に蓄熱体式バーナーを有する請求項８〜１０のい
ずれかに記載のローラハースキルンの運転方法。
【請求項１４】焼成帯での酸素濃度保持手段として、
焼成帯に電気加熱ヒータを有する請求項８〜１０のいず
れかに記載のローラハースキルンの運転方法。