JPS6117359Y2

JPS6117359Y2 -

Info

Publication number: JPS6117359Y2
Application number: JP17212777U
Authority: JP
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1986-05-27
Also published as: JPS5496749U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は陶磁器などを焼く窯業用焼成炉（窯
業炉）の焼成工程における炉内温度および雰囲気
を自動制御する自動制御装置に関するものであ
る。

一般にガスを燃料とする窯業用バツチ炉の運転
はLPガス、灯油または重油を燃料とし、点火後
たとえば900℃位まで約５時間酸化雰囲気で昇温
（焙り工程という）したのち、燃焼用空気を少な
くし更に５時間位還元状態で1200℃位まで昇温
（攻めの工程という）し、つぎに中性（弱酸化ま
たは弱還元）の雰囲気にして1300℃附近まで昇温
し、約１〜２時間保持したのち消火するという焼
成工程であるが、この工程中もつとも重要でかつ
むづかしいのが上記還元焼成であり、その工程中
でも特に陶磁器の釉薬が溶けはじめる時点すなわ
ち上記の900℃附近で炉内雰囲気を還元雰囲気に
切換え、かつ昇温率を併せ切換えるタイミングで
ある。これは陶磁器の釉薬としてもつとも多く用
いられているFe₂O₃が溶けはじめるのが920〜930
℃であり、この溶けはじめる時点に素早く炉内に
COおよびH₂を発生させ還元条件にすることが赤
色ないし茶褐色のFe₂O₃を完全還元して白色また
は青白色のFeOにする肝要点であり、この還元焼
成に移行させる温度が高いと製品に色が残るし、
また低すぎても同じである。従来これら陶磁器な
どの還元焼成を含む窯業炉の前述の温度上昇をプ
ログラム方式により自動昇温し、かつ雰囲気は炉
内ガスをサンプリングして分析することによつて
自動的に濃度を制御するとともに酸化、還元、中
性、消火の焼成サイクルの切換えを希望の温度で
自動的に行つていたが、炉内温度を計測し、それ
によつて温度制御するのが１点である場合には酸
化焼成から還元焼成に切換える前記のもつとも重
要な焼成品個々の温度が窯詰の状況や焼成品の種
別など種々の条件でバラツキが生じたまま行われ
ており、そのバラツキは往々にして70〜100℃に
もなり、製品の均質化を阻害し、留留り向上が困
難であつた。またその点を改善するため炉内温度
の計測点を複数（ただし制御用計測点は１点）に
して、それらにより炉内温度のバラツキを監視し
ながらそのうちの最高温度が還元に切換えるべき
温度に達したとき、手動制御で昇温を抑えて、上
記複数の炉内温度がほぼ同じになるまで保温状態
にして後還元焼成に入れるという操作を行つてい
た。しかしながらこの間の温度制御は上記のよう
に手動であるので、円滑には制御しにくく、その
待時間は炉の容量その他の条件によるが、可成り
長時間かかり、その間の燃料のムダ使いと、焼成
総時間の延長によつて製品のコストを高くする欠
点があつた。

この考案は以上のような欠点を解消し、焼成品
の品質の均一化を第一の目的とし併せて焼成時間
の短縮と、燃料の節約を図ることを目的とし、重
油などの燃料を燃焼せしめ陶磁器を焼成する炉の
内部の温度を検出するために炉内の２ケ所以上に
配設された温度検出器と、これらの温度検出器の
うち最高温度を示す検出器の温度を監視してその
温度検出器が、炉内を酸化雰囲気から還元雰囲気
に切換えるべき温度に近接し、もしくは到達した
ことを検知した時点で信号を出力する最高温度監
視器と、この最高温度監視器からの出力信号を受
けて焼成炉の燃料調節弁の開度を小さくして燃料
供給量を一旦減少させるとともに、焼成炉の炉気
制御用ダンパーの開度を大きくして炉内で炉気が
少なくとも部分的に乱流を起こさせるようにする
各調節器とを備えてなる陶磁器焼成炉の自動制御
装置にかかるものである。

以下図面によつて詳説する。第１図はこの考案
の一実施例装置の構成を示すブロツク図で、１，
２，３は炉内に装着した３個の温度検出部、４は
同じく炉内COの濃度検出部で、一点鎖線の上部
のL₁は炉内、下部L₂は炉のある現場を指し、そ
の中間Ｒは制御室を示す。５は焼成炉燃料調節
弁、６は焼成炉煙道ダンパ操作部である。最高お
よび最低温度選択器７，８はアンプとダイオード
との組合せによつて、複数（この場合は３個）の
入力信号t₁，t₂，t₃のうちの最高または最低値ｔ
_H，ｔ_Lのみを出力信号とするもの。温度差制限器
９は任意の設定温度差（△t₂）に対応する設定電
圧を内蔵して、入力信号である上記ｔ_H，ｔ_Lの差
の信号（ｔ_H−ｔ_L）が（△t₂）以下になれば出力
信号S₁を出すもの。９′は最高温度監視器で、常
に最高温度選択器７の信号ｔ_Hを入力し、設定し
た温度に到達すれば信号S₁′を雰囲気切換器に出
力するもの。雰囲気切換器１０は任意の設定電圧
を内蔵して入力信号がそれに達すれば出力信号を
出すもので、入力信号としては上記のS₁とS₁′と
今一つのプログラムキープタイマ１１（これはこ
の考案の装置に不可欠のものではないが、後述す
るように通常は付加する）の信号S₂′とであり、
出力信号は上記タイマ１１への信号S₂と温度プロ
グラム発信器１２への信号S₃と、CO濃度プログ
ラム発信器１３への信号S₄と、ダンパプログラム
発信器１４への信号S₅とであり、それだけユニツ
トを有している。温度・CO濃度・ダンパのそれ
ぞれのプログラム発信器１２，１３，１４は上記
出力信号S₃，S₄，S₅によつて作動するタイマで、
設定時間中任意のパルス信号をそれぞれの調節器
１５，１６のパルスモータへ送りその調節設定値
を変化させる。以上がこの装置の構成の概要であ
り、つぎにその動作についての説明を第２図の焼
成運転記録例（環元焼成の途中までを示し、それ
以後の中性焼成および消火の記録はその考案に関
係がないので省略）によつて行う。H₀の時点で
点火し、燃料弁開度をV₁からV₂まで大きくし、
かつ煙道ダンパは全閉し、ドラフトを高め酸化を
促進させつつ点線で示す温度プログラムの信号
Spに追随して炉内温度t₁，t₂，t₃を上昇させる。
その３点の最高温度ｔ_Hと最低温度ｔ_Lが図のよう
に上昇し、最高温度ｔ_Hのキープを開始するため
予め９′の最高温度監視器に設定してあるT₁（T₁
は還元に切換える温度でもよく、その若干低い温
度でもよい）に到達した時点H₁において信号
S₁′が雰囲気切換器１０に発せられ、温度プログ
ラム発信器１２に温度プログラムをSp′のように
キープし、同時にダンパプログラム発信器１４に
信号S₅を送り、煙道ダンパの開度をθの変化率で
開度D₁まで開くようにする。なおプログラムキ
ープタイマ１１が付加されている場合は、これに
も信号S₂を送り、タイマをスタートさせる。以上
の動作によつて第１図の炉内温度調節器１５が燃
料弁開度をV₂からV₃まで閉じるが、焼成炉の熱
容量が大きくなお緩漫ながら第２図のように昇温
をつづせることにより、炉内温度の偏差は減ずる
が、それだけでなく上記煙道ダンパをある開度
（炉内雰囲気を酸化条件に保つ最大開度）開くこ
とによつて炉内のドラフトが弱めら、炉内の高温
ガスの流速が低下し、炉内温度の分布の均一化が
促進され短時間に偏差が減少するのである。（こ
れは一般的な現象と逆のように見えるが、この種
燃料焼成式窯炉における特殊な現象で、高温ガス
の粘性に関係のある“境界層の剥離”と呼ばれる
もので、丁度河川の流れで稜や角の背後に流れの
澱みや渦が出来るようにガス流体の主流の流速が
増すと、流体は流路の形状にしたがわなくなり、
流れの死所または澱み場所が形成され、これが炉
内の温度分布を不均一にする。故に炉内のガス流
速を低下させる方が炉内温度分布を均一にするの
である。）なおこのH₁の時点で第２図のV′のよう
に燃料弁を徐々に閉じず、急速にたとえばV″の
ように閉じてもよいが、全閉せずV₃の開度は制
限することは必要であり、そのような弁開度制限
機能を１５の調節器に付加している。その理由は
かかるガス炉において焼成工程中に消火、点火を
行なうとその都度空気と燃料との比が大きく狂
い、ススが発生し、製品を汚すだけでなく、点火
作業は爆発を警戒する危険作業でもあるからであ
る。また前記したダンパ開度D₁はそれ以上開く
と炉内が還元雰囲気となる最大開度であるので、
これもこれ以上開かないよう制限機能がCO濃度
調節器１６に附与してある。このようにして炉内
温度偏差（△t₁）が急速に減少し、第１図に示し
た温度差制限器９に予め設定した、例えば焼成品
並級で20〜30℃、高級で10〜20℃という僅かな温
度偏差（△t₂）以内になつた時点すなわちH₂の時
点において、上記温度差制限器９が出力信号S₁を
発し、それによつて雰囲気切換器１０にまず温度
プログラム発信器１２のプログラムをSp″のよう
に（△Ts）だけ一挙に上昇させる。（△Ts）は
第２図で示すように炉内温度差設定値（△t₂）に
最高温度ｔ_Hが到着した温度Ｔ_Rと、キープ開始時
のその温度T₁との差（Ｔ_R−T₁）（この装置では
大体10℃〜15℃となる）より（α℃）だけ大きく
設定されている。このこともこの考案の特徴の一
つであり、この設定によつてH₂の時点で雰囲気
切換器１０はダンパプログラム発信器１４に信号
S₅を送り、かつCO濃度プログラム発信器１３に
も信号S₄を送り、CO濃度調節器１６を経て、ダ
ンパ６をD₂まで開度させ、炉内のCO濃度を還元
焼成に必要な濃度Coにする。かつ、同時に炉内
温度調節器１５は燃料弁５をV₄まで急速に開度
し、温度上昇率を還元条件にするが、この昇温率
（プログラム信号Spに対応する率）は、前記酸
化昇温率Spのそれに比し低いので、燃料弁５の
開度はV₄以上にする必要はなく、燃料を最小限
に制限して目的を達するよう構成されている。

以上が酸化から還元に移行する作動であるが、
時点H₁からH₂までの所要時間はこの考案の装置
では前記設定値（△t₂）の値にもよるが、大体15
〜30分であり、従来の１時間を遥かに短縮し得る
ことが実証されている。ここでキープタイマ１１
の働きであるが、上記のように（H₂−H₁）＝（Ｔ
_H）より若干余裕時間（αmin）をもつてタイマ
にＴ_H′を設定するならば、雰囲気切換器１０は温
度差制限器９の信号S₁によらず、タイマ１１の出
力信号S₂′によつて上記各信号S₃，S₄，S₅を発信
しても、温度偏差（△t₂）は設定値以下に抑えら
れるので効果は（αmin）時間が延びるが、温度
の均一化の点ではよりよい結果が得られるもので
ある。

以上がこの考案の一実施例の還元焼成自動切換
の作動であるが、この考案の範囲に含まれる別の
実施例装置を第３図にて説明する。

Ｈ，Ｌは炉内温度検出器で、焼成炉内の最高温
度および最低温度が計測できると予測される個所
に装着することによつて第１図の最高温度選択器
７および最低温度選択器８を省略することができ
る。以下の作動は第１図、第２図と同一であり、
またキープタイマ１１は前述のように省略しても
十分同一の効果が得られるので省略しているの
で、第１図の装置に比して簡素で、廉価に製作し
うる装置となる。

第１図、第３図の煙道ダンパ６の操作は第２図
のH₁以前の時点から開始してもよい。なおダン
パ６の操作は第２図のθのように一定変化率に従
う連続作動に限らず数ステツプに分割した階段的
変化でもよく、また１ステツプでD₁の開度まで
作動させても同様の効果が得られるものである。
また第２図の（Ｔ_R）（△t₂）（Ｔ_H）などの還元焼
成切換条件の各要素をアンド回路や、オア回路で
処理することも可能であり、この考案の範囲であ
ることはいうまでもない。

この考案は以上のように構成されているので、
陶磁器などの焼成炉における酸化焼成から還元焼
成に移行時の炉内温度のバラツキを少なくし、そ
の少なくする速度を速め、その切換えが確実、円
滑に行えるので焼成製品の均質化が得られ、歩留
りが向上する効果だけでなく、炉内温度のキープ
時間が短縮でき、燃料の節約、作業の能率化によ
つて製品のコスト低減に寄与する効果を奏するも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

第１，２，３図はこの考案の構成ならびに作動
を説明する図である。１，２，３……炉内温度検出部（熱電対な
ど）、４……炉内CO濃度検出部、５……焼成炉燃
料調節弁、６……焼成炉煙道ダンパ操作部、H₀
……着火時、H₁……炉内温度キープ開始時点、
H₂……還元切換時点、Sp，Sp′，Sp″，Sp……
炉内温度プログラム、ｔ_H……炉内最高温度の上
昇曲線、ｔ_L……炉内最低温度の上昇曲線、T₁…
…ｔ_Sが到達すればキープを開始する設定温度、
△t₂……還元に切換え得る炉内温度の設定温度差
（ｔ_H−ｔ_L）（焼成品種により任意に設定）、Ｔ_R…
…上記△t₂に達したときH₂の炉内最高温度ｔ_H、
△Ts……炉内温度プログラムのキープ時から還
元切換時の昇温温度（△Ts＞（Ｔ_R−T₁））、V₁，
V₂，V₃……燃料弁開度、D₁，D₂……煙道ダンパ
開度、Co……炉内CO濃度。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

重油などの燃料を燃焼せしめ陶磁器を焼成する
炉の内部の温度を検出するために炉内の２ケ所以
上に配置された温度検出器と、これらの温度検出
器のうち最高温度を示す検出器の温度を監視して
その温度検出器が、炉内を酸化雰囲気から還元雰
囲気に切換えるべき温度に近接し、もしくは到達
したことを検知した時点で信号を出力する最高温
度監視器と、この最高温度監視器からの出力信号
を受けて焼成炉の燃料調節弁の開度を小さくして
燃料供給量を一旦減少させるとともに、焼成炉の
炉気制御用ダンパーの開度を大きくして炉内で炉
気が少なくとも部分的に乱流を起こさせるように
する各調節器とを備えてなる陶磁器焼成炉の自動
制御装置。