JPS58140987A - 高温加熱炉用炭素質発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温加熱炉用発熱体に関する。

従来、炭素材料、セラミックス系材刺など各種工業用材
料の製造に用いられる高温加熱装置としては抵抗炉、肪
勇炉、アーク炉、プラズマ炉など数多くの装ト４がある
が、抵抗炉特にタンマン炉型式（以下タンマン式という
）の加熱炉は比較的単純な加熱手段によるため広く用い
られている。

タンマン式加熱炉を用い２０００〜３０００℃付近の高
温加熱を行なうには、管状又は筒状の抵抗発熱体（以下
発熱体という）に電流を通じ、ジュール熱によりこれを
加熱して被加熱処理物を管内に静置または連続的に通週
させ焼成するが、通常は窒素やアルゴン等の不活性ガス
中あるいは減圧（真空）中でおこなわれ、発熱体として
は一般に炭素（黒鉛）材が用いられる。

この炭素材からなる発熱体は、金属材料やセラミックス
系制料の発熱体では実用に供し得ない２０００℃〜３０
００℃の高温領域においても、溶融７分解などを起こさ
ず発熱体として十分その機能を発揮し、かつ比較的安価
な材料であるが、前述の高温下で長時間使用すると徐々
に減耗し継糺使用が困℃となる。

このような炭素質発熱体の高温下での減耗には多くの要
因が関与しているが基本的な要因の１つとして高湿度に
おける炭素質発熱体表面からの炭素の蒸発を挙げること
ができる。すなわち炭素そのものの蒸気圧は２０００６
Ｋ（１７２７℃）で３．３４　Ｘ　Ｉ　Ｑ気圧、　　２
５００’Ｋ　（２２２７℃）で１、７９　Ｘ　Ｉ　Ｏ気
圧、　　３０００”Ｋ　（２７２７℃）で５゜４３　Ｘ
　ｌ　５’気圧（Ｄ　値ヲ示シ、マタ２５００’Ｋ　（
２２２７℃）では１．１６　Ｘ　Ｉ　Ｏｇ　／　ａｌｌ
’ｈｒの炭素が蒸発すると言われている。したがって２
０００℃以上の高温度に長時間係たれる高温加熱炉内の
発熱体として炭素質発熱体を使用するときは、炭素の蒸
発に伴う炭素質発熱体の減耗は避けられず、特に連続処
理用高温加熱炉の発熱体としては大きな問題である。

さらに、上記高温加熱炉用炭素質発熱体においては、発
熱量に温度ムラが発生すると、低温剤にくらべて高温部
の減耗が甚だしくなりついにはこの高温部が発熱体の破
損点となるに到る。

したがって、このような異常な高温部すなわち、過熱点
が生じないように、炭素質発熱体に温度分布の発生を防
ぐことが重要である。

本発明者らは、上記炭素質発熱体の高温下での減耗を防
止し、かつ温度分布が均一で過熱点の発生し難い炭素質
発熱体について鋭意検討を行い、先に該発熱体として炭
素Ｊｊｊｉ発熱体に炭素繊維を巻回した発熱体を用いた
高温加熱炉を提案したがさらに検討を進めて本発明を見
出すに到ったものである。

すなわち、本発明は炭素質発熱体を構成する炭素形ｌと
して見掛は比重の差が少くとも０．１である少くとも２
種の炭素材からなる高温加熱炉用命熱体である。すなわ
ち、本発明の炭素質発熱体は見掛は比重を異にする少く
とも２種の炭素材か多重に複合されるが、該発熱体の放
熱面は見掛は比重が小さい炭素材により柑ｆ戊される必
要がある。すなわち、発熱体の放熱面を構成する炭素材
の見掛は比重がその内層部を構成する炭素材の見掛は比
重よりも小さいことにより、外層部が一種の一断熱層と
して働き発熱体の温度分布の均一化に有効に作バ１する
。

この発熱体の放熱面を構成する炭濾゛材の見掛は比重と
しては少くとも１．４以下好ましくは０７〜１．４の範
囲がよいが綽合発熱付としての形状が保持出来る範囲で
小さくすることが好ましい。他方、１．４よりも大きく
なると、内層の主たる発熱部分である炭素材（通常、比
重１．５以上の高密度黒鉛相が好ましい）との差が実質
的になくなり、本発明の目的が十分達成されなくなるの
で好ましくない。

このように発熱体の放熱面を該発熱体構成炭素材の中で
、見掛は比重が最も小さい炭素材を以って構成すると、
該放熱面を形成する炭素材の電気抵抗が最も大きくなり
、かつ熱伝導率は最も小さくなる。したがって、このよ
うな構成の発熱体に電気を直接通じると放熱面を構成す
る炭素材はその内層部の炭素材にくらべて、電気抵抗が
大きいから電気が流れ針くなり発熱量が少く、シかも反
対に熱伝導率は小さいから内部の炭素相に対しては断熱
層としての機能を奏し、発熱体としての温度分布ムラが
減少し、前述した過熱点の形成が妨げられるのである。

本発明の発熱体を構成する炭素材としては、公知の炭素
もしくは黒鉛粒子に各種のバインダーを配合し、所望の
形状に成形したのち、少くとも２０００℃の不活性雰囲
気中で加熱することにより得られるか、見掛は比重に差
を与えるために、特に外層部を形成する見掛は比重の低
い炭素材料はフィラーコークスや黒鉛粒子の粒径を選定
し充填間隔を制御して成形するか、もしくは炭素化収率
の低い有機質粒子を適当に混合して成形したものを焼成
することによって得られる。または炭素繊維の布帛、フ
ェルト状などの繊維構造物に樹脂含浸を行い焼成して得
られるいわゆる炭素−炭素複合材を用いることもできる
が、いずれも見掛は比重が１．４以下好ましくは１．　
Ｏ以下となるように空隙部をもたせたるとその部分の電
気抵抗が高くなり、発熱密度の変化にともなう炉内の温
度分布の変化をきたすため、焼成した製品の品質安定に
たいする阻害要因となり、このため発熱体を新規なもの
と交換する必要がある。発熱体の交換作業は安全上、炉
を冷却した後に行なう必要があり特に大型の加熱炉にお
いては、冷却−解体一組立一再加熱といった一連の作業
に多大の時間、労力を要するため発熱体交換周期が短い
と単に発熱体の材料費のみでなく、生産性を著しく阻害
しかすなわち、本発明＃廿≠は高温処理における該発熱
体の寿命を延長して、生産性を高めなミー　　　　　　
　　、安定品質の製品を裸光ついて説明する。

第１図、第２図は従来一般に用いられているタンマン式
加熱炉の側断面図、第３図は本発明になる複合炭素質発
熱体の１例を示す斜視図であり第４図は該複合炭素質発
熱体を装着した加熱炉の一例を示す断面図である。図に
おいて１：抵抗発熱体　　　５：外殻 ２：断熱材層　　　　６：抵抗発熱体の保護管３：電極
　　　　　　７：本発明の断熱外層部４：出入ロ部シー
ル部 を示す。

第４図に示すように、本発明は■の断熱材層に■の断熱
外層部を２重に使用する方式となっている。■のみでは
本発明のような効果が達成されない理由は次のとおりで
ある。

第１に、■の断熱材は発熱体■にランダムに充填される
。したがって、■のｍｌ熱材充填の方法によっては［Ｆ
］の表面にきわめて不均一な断熱ｊジオが形成されるこ
とになる。このような不均一な断熱層け■の発熱体表面
に過熱点を形成させる最大の因子である。たとえば、第
１図■の発熱体下部に充填される■の−〔熱材密度は■
の発熱体上部の断熱材充填密度よりも小さくなることは
容易にぜ像できる。事実、従来の第１図のような加熱炉
では■の下部の減耗が著しいことを確かめることができ
た。

本発明では■の断熱層によって■の発熱体はより均一な
温度分布を示すようになり、所定温度以上の高湿度に加
熱されることが抑制される。

したがって、本発明によれば発熱体の減耗を抑えてその
寿命を延長し、生産性を高めると共に焼成した製品の品
質安定をはかることができる。

なお、本発明の複合発熱体に先に提案した炭素繊維をさ
らに捲回積層させることによって断熱効果をより向上さ
せることができることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のタンマン式加熱炉の側面お
よび断面図、第３図および第４図は本発明の発熱体の１
例を示す斜視図および該発熱体を装備した加熱炉の１例
を示す断面図である０ 特許出願大東し株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）　　見掛は比重の差が少くとも０．１である２種
   以上の炭素材を多重に複合してなる複合炭素質発熱体。 （２、特許請求の範囲第１項において、該発熱体の放熱
   面を構成する炭素材の見掛は比重が該 １、４以下であり、かつ放熱面の内層を構成す八 る炭素材よりも見掛は比重が小である複合炭素質発熱体
   。