JPWO2006135042A1 - 垂直焼成炉及びそれを使用した焼成方法 - Google Patents

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Abstract

被焼成材料を焼成容器等に入れることなく被焼成材料の汚染の恐れが極めて低い焼成炉を提供すること。装置の構成が簡易であり、消費電力が少なく、均一な焼成が可能な焼成炉を提供すること。垂直に設置されたチューブと、該チューブの周囲に配置された加熱源と、前記チューブの上方に配置されて被焼成材料を前記チューブ内に落下させる被焼成材料投入装置と、前記チューブの上端部から雰囲気ガスを投入する雰囲気ガス投入装置と、前記チューブの下端部から雰囲気ガスを含む排気ガスを引出し、冷却して排気する排気装置とを有することを特徴とする垂直焼成炉。

Description

本発明は、垂直焼成炉、さらに詳しくは、磁器コンデンサ、バリスタ、フェライト等に使用する各種セラミックス粉等を約１０００℃で仮焼成するため等に使用するための垂直焼成炉に関する。
各種セラミックスの焼成技術としては、トンネル型焼成炉が知られている。これは、水平に形成されたトンネル型炉の内側にレールを敷き、耐火材料で形成し被焼成材料を入れた焼成容器を、前記レールを利用して前記トンネル型炉を通過させて、被焼成材料を加熱する構造である（例えば、特許文献1ないし４参照）。トンネル型炉の加熱は、電気ヒータによって行う。
他の各種セラミックスの焼成技術としては、炉床、台板及びセッターを備える焼成室を有する焼成炉であって、前記炉床は、前記焼成室を上下に区画して上室及び下室を形成するように配置されていて、面内に前記上室及び下室を連通させる連通孔を有しており、前記台板は、面内に貫通孔を有していて、前記貫通孔が前記連通孔に重なるように、前記炉床上に配置されており、前記セッターは、前記セラミック電子部品を搭載する搭載部及び前記搭載部に開口する通路を有し、前記通路が前記台板の前記貫通孔に連なるようにして、前記台板上に配置されており、前記下室内に導入されたガスを、前記連通孔、貫通孔及び通路を通って前記セッターの前記搭載部に導くことを特徴とする焼成炉が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
他の焼成技術としては、結晶質珪酸質原料を垂直炉内において高周波熱誘導熱プラズマ中を通過させて溶融させることにより、粒径０．０３mmから２．０mmの範囲の球状シリカ粒子を生成させることを特徴とする球状シリカ粒子の製造方法が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
特開平４−１０３９９０号公報 特開平６−９４３７４号公報 実公平７−２０５５８号公報 特開平８−４２９７５号公報 特許第２９９６７１０号公報 特許第３３５０１３９号公報
上述した特許文献１〜４に開示されたトンネル型焼成炉は、焼成容器に被焼成材料を入れるために、被焼成材料の汚染の恐れが高い。この焼成容器は、焼成温度まで加熱されなければならず、消費電力も大きなものである。これらの焼成炉はまた、被焼成材料が器物によって保持されていることにより、被焼成材料全体を電気的に均一に加熱することが実質上困難であることに加えて、熱効率が低い問題があった。これらの焼成炉はさらに、焼成に時単位の長い時間を要する問題もあった。これらの焼成炉はまた、設置面積が非常に大きくなる問題もあった。
特許文献５に記載の焼成炉においては、電気を熱源とした加熱であり、雰囲気ガスが被焼成材料の間を移動することを可能にするために、ガス通路やガス連通孔が形成され、熱効率や均一加熱に関しある程度の改良がなされている。しかし上述したものと同様に、被焼成物を入れる焼成容器を暖める必要があり、焼成時間が、時間単位と長い問題があった。
特許文献６に記載された球状シリカ粒子の製造方法においては、被焼成材料を入れる焼成容器がなく、珪酸質は、熱プラズマフレーム中を通過する間に稜部が溶融しながら落下して行き、プラズマフレームの温度域範囲を離脱後は冷却されながら落下することによって、形状は球状になる。プラズマガスフレームを形成する高周波誘導熱プラズマ装置は、構造が複雑で非常に多くの費用を有するものであり、その管理も煩雑である。
（発明の目的）
本発明は、従来の焼成炉の上述した問題点に鑑みてなされたものであって、被焼成材料を焼成容器等に入れることなく被焼成材料の汚染の恐れが極めて低い焼成炉を提供することを目的とする。
本発明はまた、装置の構成が簡易であり、消費電力が少なく、均一な焼成が可能な焼成炉を提供することを目的とする。
本発明はさらに、焼成時間が短く、かつ焼成温度、焼成時間の管理が容易である焼成炉を提供することを目的とする。
本発明はさらに、炉内の高温化による煙突効果により被焼成材料が炉内に滞留したりそ上昇することを有効に防止できる焼成炉を提供することを目的とする。
第１発明は、垂直に設置されたチューブと、該チューブの周囲に配置された加熱源と、前記チューブの上方に配置されて被焼成材料を前記チューブ内に落下させる被焼成材料投入装置と、前記チューブの上端部から雰囲気ガスを投入する雰囲気ガス投入装置と、前記チューブの下端部から雰囲気ガスを含む排気ガスを引出し、冷却して排気する排気装置とを有することを特徴とする垂直焼成炉である。
第１発明の実施態様は、以下のとおりである。
前前記雰囲気ガスが、空気、酸素、窒素、アルゴン、炭酸ガス、水素、ハロゲンガスのいずれか又はこれらの混合ガスであることを特徴とする。このような雰囲気ガスを使用することによって、焼成物に必要なガス雰囲気を提供するとともに、焼成物を安定した流速で落下させることができる。
前記チューブが、複数の単体チューブを接続して構成されていることを特徴とする。このように構成することにより、高さすなわち垂直焼成炉の長さの異なるものを安いコストで迅速に製造できる利点を得ることができる。
前記電気ヒータが、複数の単体電気ヒータを接続して構成されていることを特徴とする。このように構成することにより、高さすなわち垂直焼成炉の長さの異なるものを安いコストで迅速に製造できる利点を得ることができる。
第２発明は、垂直に設置されたチューブと、該チューブの周囲に配置された加熱源と、前記チューブの上方に配置されて被焼成材料を前記チューブ内に落下させる被焼成材料投入装置と、前記チューブの上端部から雰囲気ガスを投入する雰囲気ガス投入装置と、前記チューブの下端部から雰囲気ガスを含む排気ガスを引出し、冷却して排気する排気装置とを有する垂直焼成炉を使用し、雰囲気ガスとして空気を使用し、９５０ないし１０５０℃の温度でチタン酸バリュウムを焼成することを特徴とする焼成方法である。
９５０℃より低い場合は、実用的な垂直焼成炉の高さにおいては加熱不足で十分な焼成を行うことができない問題がある。１０５０℃より高い場合、焼成炉の耐久性が低くなるとともに、被焼成材料の加熱による過焼成になり易い問題がある。
本発明の垂直焼成炉及び焼成方法によれば、被焼成材料を焼成容器等に入れることなく被焼成材料の汚染の恐れが極めて低くすることができる効果を得ることができる。
本発明の垂直焼成炉及び焼成方法によればさらに、焼成時間が短く、かつ焼成温度、焼成時間の管理が容易である効果を得ることができる。
本発明の垂直焼成炉によればまた、装置の構成が簡易であり、消費電力が少なく、均一な焼成が可能な焼成炉を構成できる効果を得ることができる。
本発明の垂直焼成炉及び焼成方法によればさらに、炉内の高温化による煙突効果により被焼成材料が炉内に滞留したりそ上昇することを有効に防止できる効果を得ることができる。
本発明の実施形態の垂直焼成炉を図に基づいて説明する。
本発明の形態の垂直焼成炉１０は、図１に示すように、垂直に設置された加熱炉部１２を有する。加熱炉部１２の上方には、被焼成材料投入装置１４が配置され、下方には被焼成材料回収装置１６が配置される。
被焼成材料投入装置１４は、材料投入口１８及び落下量調整バルブ２０を有する。被焼成材料投入装置１４は、雰囲気ガス投入パイプ２２が連通され、雰囲気ガスを被焼成材料投入装置１４を介して加熱炉部１２に導入するように構成されている。雰囲気ガスは、空気、酸素、窒素、アルゴン等である。
被焼成材料回収装置１６は、下方において、回収バルブ３０を介して回収タンク３２に接続されている。被焼成材料回収装置１６は、側方において、排気ガス冷却器３４及び排気バルブ３５を介して排気装置４０に接続されている。排気ガス冷却器３４は、冷却水によって加熱炉部１２から排出される雰囲気ガスを含む排気ガスを間接的に水冷し、排気装置４０を高熱から保護する。
加熱炉部１２は、図２に示すように、複数のセラミック製のチューブ５０を垂直に積み重ね、その継ぎ目を接続チューブ５２によって固定することによって構成されている。炉の高さすなわち接続したチューブの合計は、被焼成材料を均一に加熱する時間を確保するため、炉内径の２０倍以上であることが好ましい。
実施形態のチューブ５０の内径は５２ｍｍ、外径は６０ｍｍ、長さは１０００ｍｍである。従って、加熱炉部１２の高さは、接続されるチューブ５０の数によって決定される。チューブ５０は、消耗品である。チューブ５０の周囲には、図３に示すように、断熱性材料によって形成されて複数の電気ヒータ５４を支持する加熱体５６が配置されている。
（作動）
上述した実施形態の単管式（単一加熱炉部）の垂直焼成炉１０を、粒径０．１〜０．２ミクロン程度のチタン酸バリュウムを焼成した。焼成温度は１０００℃であった。消費電力は５キロワット、加熱炉部１２の高さは３ｍ、加熱炉部１２の内径が６０ｍｍであり、加熱炉内容積は０．００９ｍ3であった。雰囲気ガスは空気であり、雰囲気ガスの加熱炉部１２の流速は、上から下へ２．３ｃｍ／秒であるように調節した。本装置の設置に、約５ｍ2を要した。
焼成速度は、１ｇ／ｓｅｃであり、チタン酸バリュウムの加熱炉部１２内の通過に要する時間は、０．８秒であった。
（比較例）
特許文献１〜４等に開示されたトンネル型仮焼成炉においては、一般的に、消費電力は５０キロワット、加熱炉部の高さは３００mm、幅は４００mm、長さは１２ｍ、加熱炉内容積は１．５ｍ3で程度であった。本装置の設置に、約８０ｍ2を要した。設備費用は、上述した本発明の実施形態の約５倍であった。
焼成速度は、２．８ｇ／ｓｅｃであり、チタン酸バリュウムの加熱炉部１２内の通過に要する時間は、１２時間であった。
本発明の垂直焼成炉は、セラミックコンデンサ原料粉の仮焼き、フェライト原料粉の仮焼き、二次電池原料粉の合成等に有効に使用できる。
なお、本発明で使用する垂直焼成炉は、被焼成材料の粒子の大きさや重量によって、雰囲気ガスを流すことなく仮焼成を行うことができる。また、雰囲気ガスの流速を変えることや、雰囲気ガスを下から上に流すことによって、被焼成材料の炉内の滞留時間を調整して所望の仮焼成を行うことも可能である。
一方、同一の仮焼成加熱を行う場合、一本のチューブの垂直焼成炉を使用するより、総断面積が同一の複数の小径チューブを束ねた垂直焼成炉の方が、温度管理が容易であり、均一な仮焼成を行う点からも好ましい。
本発明の実施形態の垂直焼成炉の一部を切り欠いた説明図である。 本発明の実施形態のチューブの斜視図である。 本発明の実施形態に電気ヒータの分解斜視図図である。
符号の説明
１０ 垂直焼成炉
１２ 加熱炉部
１４ 被焼成材料投入装置
１６ 被焼成材料回収装置
１８ 材料投入口
２０ 落下量調整バルブ
２２ 雰囲気ガス投入パイプ
３０ 回収バルブ
３２ 回収タンク
３４ 排気ガス冷却器
３５ 排気バルブ
４０ 排気装置
５０ チューブ
５２ 接続チューブ
５４ 電気ヒータ
５６ 加熱体

Claims (7)

  1. 垂直に設置されたチューブと、該チューブの周囲に配置された加熱源と、前記チューブの上方に配置されて被焼成材料を前記チューブ内に落下させる被焼成材料投入装置と、前記チューブの上端部から雰囲気ガスを投入する雰囲気ガス投入装置と、前記チューブの下端部から雰囲気ガスを含む排気ガスを引出し、冷却して排気する排気装置とを有することを特徴とする垂直焼成炉。
  2. 前記加熱源が、電気ヒータ、ガス燃焼ヒータのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の垂直焼成炉。
  3. 前記雰囲気ガスが、空気、酸素、窒素、アルゴン、炭酸ガス、水素、ハロゲンガスのいずれか又はこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載の垂直焼成炉。
  4. 前記チューブが、複数の単体チューブを接続して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直焼成炉。
  5. 前記加熱源が、複数の電気ヒータユニット又はガス燃焼ヒータユニットを接続して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直焼成炉。
  6. 請求項１に記載の垂直焼成炉を使用し、雰囲気ガスとして空気を使用し、９５０ないし１０５０℃の温度でチタン酸バリュウムを仮焼成することを特徴とする焼成方法。
  7. 前記雰囲気ガスの流量調整によって焼成時間を調整することを特徴とする請求項６に記載の焼成方法。
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