KR20070110935A - 수직 소성로 및 그것을 사용한 소성방법 - Google Patents

Abstract

피소성 재료를 소성 용기 등에 넣지 않아 피소성 재료의 오염의 우려가 매우 낮은 소성로를 제공하는 것. 장치의 구성이 간이하며, 소비전력이 적고, 균일한 소성이 가능한 소성로를 제공하는 것. 수직으로 설치된 튜브와, 그 튜브의 주위에 배치된 가열원과, 상기 튜브의 상방에 배치되어 피소성 재료를 상기 튜브내에 낙하시키는 피소성 재료 투입장치와, 상기 튜브의 상단부로부터 분위기 가스를 투입하는 분위기 가스 투입장치와, 상기 튜브의 하단부로부터 분위기 가스를 함유하는 배기 가스를 인출하여 냉각해서 배기하는 배기장치를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 소성로.

소성로

Description

수직 소성로 및 그것을 사용한 소성방법{VERTICAL FIRING FURNACE AND FIRING METHOD USING IT}

본 발명은 수직 소성로, 더욱 상세하게는 자기 콘덴서, 배리스터, 페라이트 등에 사용하는 각종 세라믹스 파우더 등을 약 1000℃에서 가소성하기 위해서 등에 사용하기 위한 수직 소성로에 관한 것이다.

각종 세라믹스의 소성기술로서는 터널형 소성로가 알려져 있다. 이것은 수평으로 형성된 터널형 로의 내측에 레일을 깔고, 내화재료로 형성해서 피소성 재료를 넣은 소성 용기를, 상기 레일을 이용해서 상기 터널형 로를 통과시켜서 피소성 재료를 가열하는 구조이다(예를 들면 특허문헌1 내지 4 참조). 터널형 로의 가열은 전기 히터에 의해 행한다.

다른 각종 세라믹스의 소성 기술로서는 노상(hearth), 대판(bedplate) 및 셋터를 구비하는 소성실을 갖는 소성로로서, 상기 노상은 상기 소성실을 상하로 구획해서 상실 및 하실을 형성하도록 배치되어 있고, 면내에 상기 상실 및 하실을 연통시키는 연통구멍을 갖고 있고, 상기 대판은 면내에 관통구멍을 갖고 있고, 상기 관통구멍이 상기 연통구멍에 겹치도록 상기 노상위에 배치되어 있고, 상기 셋터는 상기 세라믹 전자부품을 탑재하는 탑재부 및 상기 탑재부에 개구되는 통로를 갖고, 상기 통로가 상기 대판의 상기 관통구멍에 연결되도록 해서 상기 대판위에 배치되어 있고, 상기 하실내에 도입된 가스를 상기 연통구멍, 관통구멍 및 통로를 통해 상기 셋터의 상기 탑재부에 안내하는 것을 특징으로 하는 소성로가 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌5 참조).

다른 소성기술로서는 결정질 규산질 원료를 수직로내에서 고주파 유도 열플라즈마내를 통과시켜서 용융시킴으로써 입경 0.03mm∼2.0mm의 범위의 구상 실리카 입자를 생성시키는 것을 특징으로 하는 구상 실리카 입자의 제조방법이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌6 참조).

특허문헌1:일본 특허공개 평4-103990호 공보

특허문헌2:일본 특허공개 평6-94374호 공보

특허문헌3:일본국 실용신안 공고 평7-20558호 공보

특허문헌4:일본 특허공개 평8-42975호 공보

특허문헌5:일본 특허 제2996710호 공보

특허문헌6:일본 특허 제3350139호 공보

상술한 특허문헌1∼4에 개시된 터널형 소성로는 소성 용기에 피소성 재료를 넣기 때문에 피소성 재료의 오염의 우려가 높다. 이 소성 용기는 소성 온도까지 가열되지 않으면 안되어 소비전력도 큰 것이다. 이들 소성로는 또한 피소성 재료가 기물에 의해 유지되어 있음으로써, 피소성 재료 전체를 전기적으로 균일하게 가열하는 것이 실질상 곤란한 것에 추가해서 열효율이 낮은 문제가 있었다. 이들 소성로는 또한 소성에 시 단위의 긴 시간을 요하는 문제도 있었다. 이들 소성로는 또한 설치면적이 매우 커지는 문제도 있었다.

특허문헌5에 기재된 소성로에 있어서는 전기를 열원으로 한 가열이며, 분위기 가스가 피소성 재료 사이를 이동하는 것을 가능하게 하기 위해서 가스 통로나 가스 연통구멍이 형성되어, 열효율이나 균일가열에 관해 어느 정도의 개량이 이루어져 있다. 그러나 상술한 것과 마찬가지로 피소성물을 넣는 소성 용기를 따뜻하게 할 필요가 있어 소성 시간이 시간 단위로 긴 문제가 있었다.

특허문헌6에 기재된 구상 실리카 입자의 제조방법에 있어서는, 피소성 재료를 넣는 소성 용기가 없어 규산질은 열플라즈마 프레임내를 통과하는 동안에 모서리부가 용융되면서 낙하해 가고, 플라즈마 프레임의 온도역범위를 이탈한 후에는 냉각되면서 낙하함으로써 형상은 구상으로 된다. 플라즈마 가스 프레임을 형성하는 고주파 유도 열플라즈마 장치는 구조가 복잡하며 매우 많은 비용을 갖는 것이며, 그 관리도 번잡하다.

(발명의 목적)

본 발명은 종래의 소성로의 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 피소성 재료를 소성 용기 등에 넣지 않아 피소성 재료의 오염의 우려가 매우 낮은 소성로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 장치의 구성이 간이하며, 소비전력이 적고, 균일한 소성이 가능한 소성로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 소성 시간이 짧고, 또한 소성 온도, 소성 시간의 관리가 용이한 소성로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 로내의 고온화에 의한 굴뚝효과에 의해 피소성 재료가 로내에 체류하거나 상승하는 것을 유효하게 방지할 수 있는 소성로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제 1 발명은 수직으로 설치된 튜브와, 상기 튜브의 주위에 배치된 가열원과, 상기 튜브의 상방에 배치되어 피소성 재료를 상기 튜브내에 낙하시키는 피소성 재료 투입장치와, 상기 튜브의 상단부로부터 분위기 가스를 투입하는 분위기 가스 투입장치와, 상기 튜브의 하단부로부터 분위기 가스를 함유하는 배기 가스를 인출하여 냉각해서 배기하는 배기장치를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 소성로이다.

제 1 발명의 실시형태는 이하와 같다.

상기 분위기 가스가 공기, 산소, 질소, 아르곤, 탄산 가스, 수소, 할로겐 가스 중 어느 하나 또는 이들의 혼합 가스인 것을 특징으로 한다. 이러한 분위기 가스를 사용함으로써, 소성물에 필요한 가스 분위기를 제공함과 아울러, 소성물을 안정된 유속으로 낙하시킬 수 있다.

상기 튜브가 복수의 단체(單體) 튜브를 접속해서 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이렇게 구성함으로써 높이 즉 수직 소성로의 길이가 다른 것을 싼 비용으로 신속하게 제조할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

상기 전기 히터가 복수의 단체 전기 히터를 접속해서 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이렇게 구성함으로써 높이 즉 수직 소성로의 길이가 다른 것을 싼 비용으로 신속하게 제조할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

제 2 발명은 수직으로 설치된 튜브와, 상기 튜브의 주위에 배치된 가열원과, 상기 튜브의 상방에 배치되어 피소성 재료를 상기 튜브내에 낙하시키는 피소성 재료 투입장치와, 상기 튜브의 상단부로부터 분위기 가스를 투입하는 분위기 가스 투입장치와, 상기 튜브의 하단부로부터 분위기 가스를 함유하는 배기 가스를 인출하여 냉각해서 배기하는 배기장치를 갖는 수직 소성로를 사용하고, 분위기 가스로서 공기를 사용하고, 950 내지 1050℃의 온도에서 티탄산 바륨을 소성하는 것을 특징으로 하는 소성방법이다.

950℃보다 낮은 경우에는 실용적인 수직 소성로의 높이에서는 가열부족으로 충분한 소성을 행할 수 없는 문제가 있다. 1050℃보다 높은 경우, 소성로의 내구성이 낮아짐과 아울러 피소성 재료의 가열에 의한 과소성으로 되기 쉬운 문제가 있다.

(발명의 효과)

본 발명의 수직 소성로 및 소성방법에 의하면, 피소성 재료를 소성 용기 등에 넣지 않아 피소성 재료의 오염의 우려를 매우 낮게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 수직 소성로 및 소성방법에 의하면 또한 소성 시간이 짧고, 또한 소성 온도, 소성 시간의 관리가 용이한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 수직 소성로에 의하면 또한 장치의 구성이 간이하며, 소비전력이 적고, 균일한 소성이 가능한 소성로를 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 수직 소성로 및 소성방법에 의하면 또한 로내의 고온화에 의한 굴뚝효과에 의해 피소성 재료가 로내에 체류하거나 상승하는 것을 유효하게 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 수직 소성로의 일부를 잘라낸 설명도이다.

도 2는 본 발명의 실시형태의 튜브의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시형태의 전기 히터의 분해 사시도이다.

(부호의 설명)

10:수직 소성로 12:가열로부

14:피소성 재료 투입장치 16:피소성 재료 회수장치

18:재료 투입구 20:낙하량 조정 밸브

22:분위기 가스 투입 파이프 30:회수 밸브

32:회수 탱크 34:배기 가스 냉각기

35:배기 밸브 40:배기장치

50:튜브 52:접속 튜브

54:전기 히터 56:가열체

본 발명의 실시형태의 수직 소성로를 도면에 기초하여 설명한다.

본 발명의 형태의 수직 소성로(10)는 도 1에 나타내듯이 수직으로 설치된 가열로부(12)를 갖는다. 가열로부(12)의 상방에는 피소성 재료 투입장치(14)가 배치되고, 하방에는 피소성 재료 회수장치(16)가 배치된다.

피소성 재료 투입장치(14)는 재료 투입구(18) 및 낙하량 조정 밸브(20)를 갖는다. 피소성 재료 투입장치(14)는 분위기 가스 투입 파이프(22)가 연통되어 분위기 가스를 피소성 재료 투입장치(14)를 통해 가열로부(12)에 도입하도록 구성되어 있다. 분위기 가스는 공기, 산소, 질소, 아르곤 등이다.

피소성 재료 회수장치(16)는 하방에서 회수 밸브(30)를 통해 회수 탱크(32)에 접속되어 있다. 피소성 재료 회수장치(16)는 측방에서 배기 가스 냉각기(34) 및 배기 밸브(35)를 통해 배기장치(40)에 접속되어 있다. 배기 가스 냉각기(34)는 냉각수에 의해 가열로부(12)로부터 배출되는 분위기 가스를 함유하는 배기 가스를 간접적으로 수냉해서 배기장치(40)를 고열로부터 보호한다.

가열로부(12)는 도 2에 나타내듯이 복수의 세라믹제의 튜브(50)를 수직으로 적층하고, 그 이음매를 접속 튜브(52)에 의해 고정함으로써 구성되어 있다. 로의 높이 즉 접속한 튜브의 합계는 피소성 재료를 균일하게 가열하는 시간을 확보하기 위해서 로 내경의 20배이상인 것이 바람직하다.

실시형태의 튜브(50)의 내경은 52mm, 외경은 60mm, 길이는 1000mm이다. 따라서, 가열로부(12)의 높이는 접속되는 튜브(50)의 수에 따라 결정된다. 튜브(50)는 소모품이다. 튜브(50)의 주위에는 도 3에 나타내듯이 단열성 재료에 의해 형성되어 복수의 전기 히터(54)를 지지하는 가열체(56)가 배치되어 있다.

(작동)

상술한 실시형태의 단관식(단일 가열로부)의 수직 소성로(10)를 입경 0.1∼0.2미크론 정도의 티탄산 바륨을 소성했다. 소성 온도는 1000℃였다. 소비전력은 5 키로와트, 가열로부(12)의 높이는 3m, 가열로부(12)의 내경은 60mm이며, 가열로내 용적은 0.009㎥였다. 분위기 가스는 공기이며, 분위기 가스의 가열로부(12)의 유속은 위에서부터 아래로 2.3cm/초이도록 조절했다. 본 장치의 설치에 약 5㎡를 요했다.

소성 속도는 1g/sec이며, 티탄산 바륨의 가열로부(12)내의 통과에 요하는 시간은 0.8초였다.

(비교예)

특허문헌1∼4 등에 개시된 터널형 가소성로에 있어서는, 일반적으로 소비전력은 50키로와트, 가열로부의 높이는 300mm, 폭은 400mm, 길이는 12m, 가열로내 용적은 1.5㎥정도였다. 본 장치의 설치에 약 80㎡를 요했다. 설비비용은 상술한 본 발명의 실시형태의 약 5배였다.

소성 속도는 2.8g/sec이며, 티탄산 바륨의 가열로부(12)내의 통과에 요하는 시간은 12시간이었다.

본 발명의 수직 소성로는 세라믹 콘덴서 원료 분말의 가소성, 페라이트 원료 분말의 가소성, 2차전지 원료 분말의 합성 등에 유효하게 사용할 수 있다.

또, 본 발명에서 사용하는 수직 소성로는 피소성 재료의 입자의 크기나 중량에 의해 분위기 가스를 흐르게 하지 않고 가소성을 행할 수 있다. 또한 분위기 가스의 유속을 바꾸는 것이나, 분위기 가스를 밑에서부터 위로 흐르게 함으로써 피소성 재료의 로내의 체류시간을 조정해서 원하는 가소성을 행하는 것도 가능하다.

한편, 동일한 가소성 가열을 행하는 경우, 1개의 튜브의 수직 소성로를 사용하는 것보다 총단면적이 동일한 복수의 소경 튜브를 묶은 수직 소성로의 쪽이 온도관리가 용이하며, 균일한 가소성을 행하는 점에서도 바람직하다.

Claims (7)

1. 수직으로 설치된 튜브와, 상기 튜브의 주위에 배치된 가열원과, 상기 튜브의 상방에 배치되어 피소성 재료를 상기 튜브내에 낙하시키는 피소성 재료 투입장치와, 상기 튜브의 상단부로부터 분위기 가스를 투입하는 분위기 가스 투입장치와, 상기 튜브의 하단부로부터 분위기 가스를 함유하는 배기 가스를 인출하여 냉각해서 배기하는 배기장치를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 소성로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가열원이 전기 히터, 가스 연소 히터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수직 소성로.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 분위기 가스가 공기, 산소, 질소, 아르곤, 탄산 가스, 수소, 할로겐 가스 중 어느 하나 또는 이들의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 수직 소성로.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브가 복수의 단체 튜브를 접속해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 소성로.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 가열원이 복수의 전기 히터 유닛 또는 가스 연소 히터 유닛을 접속해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 소성로.
6. 제 1 항에 기재된 수직 소성로를 사용하고, 분위기 가스로서 공기를 사용하고, 950℃~1050℃의 온도에서 티탄산 바륨을 가소성하는 것을 특징으로 하는 소성방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 분위기 가스의 유량조정에 의해 소성 시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 소성방법.

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