KR20140110929A

KR20140110929A - 터널 킬른 및 이것을 사용한 소성체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140110929A
Application number: KR1020147019017A
Authority: KR
Inventors: 게이이치로 스즈키; 데루오 고모리
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-09-17
Also published as: EP2803928A1; US20140327191A1; JP2013142526A; EP2803928A4; JP5977948B2; MX2014008508A; EP2803928B1; WO2013105578A1; PL2803928T3

Abstract

본 발명에 관련된 터널 킬른은, 유기 성분을 함유하는 피소성체의 탈지 및 소결이 각각 실시되는 탈지존 및 소결존을 갖고, 내벽이 노재에 의해 구성된 터널 킬른 본체와, 터널 킬른 본체의 입구측으로부터 출구측을 향하여 피소성체를 반송하는 반송 수단과, 터널 킬른 본체의 내벽 중, 적어도 탈지존의 내벽을 덮도록 형성된 라이닝을 구비한다.

Description

터널 킬른 및 이것을 사용한 소성체의 제조 방법{TUNNEL KILN AND METHOD FOR PRODUCING FIRED BODY USING SAME}

본 발명은, 소성체의 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 성분을 함유하는 그린체로부터 소성체를 제조하는 기술에 관한 것이다.

종래부터, 다수의 관통공을 갖는 허니콤 필터 구조체가, 디젤 입자 필터 (Diesel particulate filter) 용 등으로서 널리 알려져 있다. 이 허니콤 필터 구조체는, 압출기에 의해 제조되는 그린체의 일부 관통공의 일단측을 봉구재로 봉함과 함께, 나머지 관통공의 타단측을 봉구재로 봉한 후, 이것을 소성함으로써 제조된다. 특허문헌 1, 2 에는 세라믹 허니콤 구조체를 소성하기 위한 터널 킬른이 개시되어 있다.

일본 공표특허공보 2001-525531호 일본 공표특허공보 2001-527202호

그런데, 디젤 입자 필터용 허니콤 필터 구조체는 다공질의 격벽으로 이루어지는 셀 구조를 갖는다. 디젤 엔진의 배기 가스가 격벽을 통과함으로써 배기 가스에 함유되는 입자상 물질이 제거된다. 그린체는 유기 바인더나 조공 (造孔) 제 등의 유기 성분을 함유한다. 소성에 의해 조공제가 소실됨으로써 다공질의 격벽이 형성된다.

그린체를 소성할 때, 노 내의 산소 농도가 높으면 그린체에 함유되는 유기 성분이 급격하게 연소될 우려가 있다. 유기 성분의 급격한 연소는, 피소성체의 급격한 온도 상승을 초래한다. 그 결과, 얻어지는 소성체는 크랙이 생긴 것이 되기 쉽다. 이와 같은 문제를 해소하는 수단으로서, 탈지 공정 (피소성체를 가열하여 유기 성분을 제거하는 공정) 에 있어서 노 내의 산소 농도를 1 ∼ 5 체적％ 정도까지 저감시키는 것이 생각된다.

그러나, 노 내의 산소 농도를 저감시키면 상기 문제가 개선되는 반면, 그린체에 함유되는 유기 성분이 완전 연소되지 않아, 타르의 원인이 되는 하이드로카본 (HC) 이나 일산화탄소 (CO) 가 노 내에 발생한다. 배치식의 소성로인 경우, 만일 노 내에 타르가 발생하더라도, 그 후의 온도 상승에 의해 대부분의 타르는 연소되어 소실된다. 이에 반하여, 터널 킬른은 탈지 공정을 실시하는 온도대의 영역에 타르가 축적되기 쉽다는 문제점이 있다.

터널 킬른은 노 내의 온도 분포가 미리 설정되어 있고, 피소성체를 적재한 대차가 노 내에 있어서의 각 온도대를 순차적으로 통과함으로써 탈지나 소결 등의 프로세스가 진행된다. 탈지 공정이 실시되는 영역은 그에 적합한 온도 (예를 들어 100 ∼ 600 ℃) 로 유지되고, 통상적인 운전시에는 타르가 연소되어 소실될 정도로 온도가 상승하는 경우는 없다. 이 때문에, 당해 영역의 내벽을 구성하는 노재 (내화 벽돌, 세라믹 파이버 등의 단열 재료) 에 타르가 부착되어, 노재를 오염시킨다. 타르는 노재를 열화시킴과 함께, 고온 조건하에 있어서 산소 농도가 높은 가스 (예를 들어 공기) 와 접하면 발화될 위험성도 있다. 노재에 부착 또는 침입한 타르는 그 제거가 곤란하기 때문에, 노재를 정기적으로 교체할 필요가 있다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 피소성체에 함유되는 유기 성분의 탈지 공정에 있어서 노 내에 타르가 발생하더라도, 메인터넌스가 용이하고, 또한 노재의 장기 수명화를 도모할 수 있는 터널 킬른 및 이것을 사용한 소성체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 터널 킬른에 의하면, 탈지존의 내벽을 덮는 라이닝에 의해 타르가 노재에 부착 또는 침입하는 것을 충분히 방지할 수 있다. 라이닝은 치밀하게 차폐성을 갖는 재료 (예를 들어 스테인리스) 로 구성할 수 있다. 라이닝에 타르가 부착하더라도, 노재에 타르가 부착한 경우와 비교하여 용이하게 청소할 수 있다. 라이닝이 타르 등에 의해 열화된 경우에는 라이닝만을 새로운 것으로 교체하면 된다.

상기 터널 킬른은, 탈지존의 산소 농도를 저감시키는 산소 농도 조정 수단을 추가로 구비해도 된다. 탈지존의 산소 농도가 낮아짐에 따라 유기 성분이 완전 연소되기 어려워지기 때문에, 타르의 발생량이 많아진다. 따라서, 노 내의 산소 농도를 낮게 하여 운전하는 경우에는 라이닝의 설치가 특히 유용하다. 또, 피소성체의 유기 성분의 함유량이 비교적 많은 경우, 노 내의 산소 농도를 낮게 하여 탈지 및 소성을 실시함으로써, 소성체에 크랙이 발생하는 것을 고도로 억제할 수 있다는 이점이 있다.

터널 킬른 본체의 탈지존은, 피소성체에 함유되는 유기 성분이 가스화되는 영역과, 가스화된 유기 성분이 응축되는 영역을 가져도 된다. 예를 들어, 상기 라이닝은, 표면의 온도가 부분적으로 낮은 콜드 스폿을 가져도 된다. 라이닝에 콜드 스폿을 형성함으로써, 가스화된 유기 성분이 당해 스폿에서 냉각되어 응축되기 쉬워진다. 이로써, 타르가 라이닝의 넓은 범위에 부착되는 것을 억제할 수 있어 메인터넌스를 보다 한층 효율화할 수 있다.

터널 킬른 본체는, 소결존보다 출구측에 소성체의 냉각이 실시되는 냉각존을 추가로 가져도 된다. 터널 킬른 본체에 냉각존을 형성하고, 당해 존을 소성체가 이동하여 냉각되도록 하면, 소성 후에 터널 킬른 본체의 전체의 온도를 낮추지 않아도 소성체를 취출할 수 있다. 이로써, 상기 터널 킬른을 연속식의 소성로로서 사용할 수 있다.

본 발명은, 내벽의 일부를 덮는 라이닝을 갖는 터널 킬른을 사용한 소성체의 제조 방법을 제공한다. 즉, 이 방법은, (A) 내벽이 노재에 의해 구성된 터널 킬른의 입구측으로부터 출구측을 향하여, 유기 성분을 함유하는 피소성체를 반송하는 공정과, (B) 터널 킬른 내에 있어서 피소성체의 탈지를 실시하는 공정과, (C) 공정 (B) 에 있어서 가스화된 유기 성분을, 터널 킬른의 내벽의 일부를 덮도록 형성된 라이닝의 표면에 응축시키는 공정과, (D) 탈지 후의 피소성체의 소결을 실시하는 공정을 구비한다.

상기 소성체의 제조 방법에 의하면, 탈지존의 내벽을 덮는 라이닝에 의해 타르가 노재에 부착 또는 침입하는 것을 충분히 방지할 수 있다. 라이닝에 타르가 부착하더라도, 노재에 타르가 부착한 경우와 비교하여 용이하게 청소할 수 있다. 라이닝이 타르 등에 의해 열화된 경우에는 라이닝만을 새로운 것으로 교체하면 된다.

본 발명에 의하면, 피소성체에 함유되는 유기 성분의 탈지 공정에 있어서 노 내에 타르가 발생하더라도, 메인터넌스가 용이하고 또한 노재의 장기 수명화를 도모할 수 있는 터널 킬른 및 이것을 사용한 소성체의 제조 방법이 제공된다.

도 1 의 (a) 는 허니콤 구조체용 그린 성형체의 일례를 나타내는 사시도, 도 1 의 (b) 는 그린 성형체의 부분 확대도이다.
도 2 는 본 발명에 관련된 터널 킬른의 바람직한 실시형태를 나타내는 구성도이다.
도 3 은 콜드 스폿의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4 는 그린 성형체의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5 는 소성 조건 (온도 및 산소 농도) 의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6 은 탈지 공정에 있어서의 HC 농도 및 일산화탄소 농도의 측정값을 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 여기서는, 허니콤 필터 구조체를 제조하기 위한 그린 성형체를 예로 들어 설명한다. 이 그린 성형체는 비교적 많은 유기 성분을 함유하는 피소성체이다.

＜그린 성형체＞

도 1 에 나타내는 그린 성형체 (70) 는, 원료 조성물을 압출 성형함으로써 얻어진 것이다. 도 1 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 그린 성형체 (70) 는 다수의 관통공 (70a) 이 대략 평행하게 배치된 원기둥체이다. 관통공 (70a) 의 단면 형상은, 도 1 의 (b) 에 나타내는 바와 같이 정방형이다. 이들 복수의 관통공 (70a) 은, 그린 성형체 (70) 에 있어서, 단면측으로부터 봤을 때 정방형 배치, 즉, 관통공 (70a) 의 중심축이, 정방형의 정점에 각각 위치하도록 배치되어 있다. 관통공 (70a) 단면의 정방형의 사이즈는, 예를 들어, 한 변 0.8 ∼ 2.5 ㎜ 로 할 수 있다. 관통공 (70a) 의 일단을 적절히 봉공 (封孔) 한 후, 그린 성형체 (70) 를 후술하는 터널 킬른 (10) 을 사용하여 소성함으로써 허니콤 구조체가 제조된다.

그린 성형체 (70) 의 관통공 (70a) 이 연장되는 방향의 길이는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 40 ∼ 350 ㎜ 로 할 수 있다. 또, 그린 성형체 (70) 의 외경도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 100 ∼ 320 ㎜ 로 할 수 있다.

그린 성형체 (70) 를 이루는 원료 조성물은 특별히 한정되지 않지만, 디젤 입자 필터용 허니콤 구조체를 제조하는 경우에 있어서는, 세라믹스 원료인 무기 화합물원 분말 및 메틸셀룰로오스 등의 유기 바인더, 및 필요에 따라 첨가되는 첨가제를 함유한다. 허니콤 구조체의 고온 내성의 관점에서, 바람직한 세라믹스 재료로서 알루미나, 실리카, 멀라이트, 코디어라이트, 유리, 티탄산알루미늄 등의 산화물, 실리콘카바이드, 질화규소 등을 들 수 있다. 또한, 티탄산알루미늄은 추가로 마그네슘 및/또는 규소를 함유할 수 있다.

예를 들어, 티탄산알루미늄의 그린 성형체를 제조하는 경우, 무기 화합물원 분말은, α알루미나 가루 등의 알루미늄원 분말 및 아나타제형이나 루틸형의 티타니아 분말 등의 티타늄원 분말을 함유하고, 필요에 따라 추가로 마그네시아 분말이나 마그네시아 스피넬 분말 등의 마그네슘원 분말 및/또는 산화규소 분말이나 유리 프릿 등의 규소원 분말을 함유할 수 있다.

유기 바인더로는, 메틸셀룰로오스, 카르복실메틸셀룰로오스, 하이드록시알킬메틸셀룰로오스, 나트륨카르복실메틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스류；폴리비닐알코올 등의 알코올류；리그닌술폰산염을 예시할 수 있다.

첨가물로는, 예를 들어, 조공제, 윤활제 및 가소제, 분산제, 용매를 들 수 있다.

조공제로는, 그라파이트 등의 탄소재；폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메타크릴산메틸 등의 수지류；전분, 너트 껍질, 호두 껍질, 콘 등의 식물 재료；얼음；및 드라이아이스 등을 들 수 있다.

윤활제 및 가소제로는, 글리세린 등의 알코올류；카프릴산, 라우르산, 팔미트산, 아라키드산, 올레산, 스테아르산 등의 고급 지방산；스테아르산Al 등의 스테아르산 금속염；폴리옥시알킬렌알킬에테르 등을 들 수 있다.

분산제로는, 예를 들어, 질산, 염산, 황산 등의 무기산；옥살산, 시트르산, 아세트산, 말산, 락트산 등의 유기산；메탄올, 에탄올, 프로판올 등의 알코올류；폴리카르복실산암모늄 등의 계면 활성제 등을 들 수 있다.

용매로는, 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올 등의 알코올류；프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜 등의 글리콜류；및 물 등을 사용할 수 있다.

그린 성형체 (70) 에 함유되는 유기 성분의 합계량은, 그린 성형체 (70) 의 질량 100 질량부에 대해 10 ∼ 25 질량부인 것이 바람직하고, 15 ∼ 20 질량부인 것이 보다 바람직하다. 유기 성분의 양이 10 질량부 미만이면, 그린 성형체 (70) 의 성형성이 불충분해지거나 소성 후의 기공율이 작아지기 쉽다. 한편, 유기 성분의 양이 25 질량부를 초과하면, 탈지 공정에 있어서의 타르의 발생량이 증대되기 쉽고, 또 소성체에 크랙이 생기기 쉽다.

＜터널 킬른＞

도 2 를 참조하면서, 본 실시형태에 관련된 터널 킬른에 대해 설명한다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 터널 킬른 (10) 은, 내벽 (1a) 이 노재에 의해 구성된 터널 킬른 본체 (1) 와, 터널 킬른 본체 (1) 의 입구에 형성된 치환실 (R) 과, 터널 킬른 본체 (1) 의 입구측으로부터 출구측 (도 2 에서는 좌측으로부터 우측) 을 향하여, 복수의 그린 성형체 (70) 를 동시에 반송하는 대차 (반송 수단) (5) 를 구비한다.

치환실 (R) 은, 터널 킬른 본체 (1) 내로의 대차 (5) 의 반입에 수반하여 노 내의 산소 농도가 상승하지 않도록 하기 위한 것이다. 치환실 (R) 은, 입구측의 문 (D₁) 과, 출구측의 문 (D₂) 과, 치환실 (R) 내에 질소 가스를 공급하기 위한 질소원 (N₂) 및 배관 (L1) 과, 치환실 (R) 내의 산소 농도를 측정하는 센서 (3) 를 갖는다. 대차 (5) 를 치환실 (R) 에 넣을 때에는, 출구측의 문 (D₂) (터널 킬른 본체의 입구의 문) 을 닫은 상태에서 입구측의 문 (D₁) 을 연다. 대차 (5) 를 치환실 (R) 에 넣은 후, 문 (D₁) 을 닫는다. 그 후, 치환실 (R) 내에 질소 가스를 공급하여 치환실 (R) 내의 산소 농도를 저하시킨다. 치환실 (R) 내의 산소 농도를 충분히 저하시킨 후, 문 (D₂) 을 열어 대차 (5) 를 터널 킬른 본체 (1) 내에 넣는다. 또한, 산소 농도를 저하시키기 위한 가스로서, 비용면에서 질소 가스가 바람직하지만, 질소 가스 대신에 헬륨 가스, 아르곤 가스 또는 이들의 혼합 가스 등을 사용해도 된다.

치환실 (R) 로부터 터널 킬른 본체 (1) 에 대차 (5) 를 넣을 때에는, 치환실 (R) 내의 산소 농도를 터널 킬른 본체 (1) 의 산소 농도보다 낮게 한 상태로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 터널 킬른 본체 (1) (후술하는 탈지존 (Z1)) 내에 있어서 산소 농도 2 체적％ 이하에서 탈지 처리를 실시하는 경우, 치환실 (R) 의 산소 농도는 2 체적％ 미만 (보다 바람직하게는 1 체적％ 이하) 까지 저하시키는 것이 바람직하다. 산소 농도 1 체적％ 이하에서 탈지 처리를 실시하는 경우, 치환실 (R) 의 산소 농도는 1 체적％ 미만 (보다 바람직하게는 0.5 체적％ 이하) 으로까지 저하시키는 것이 바람직하다.

터널 킬른 본체 (1) 는, 대차 (5) 에 적재된 그린 성형체 (70) 가 입구측으로부터 출구측으로 이동함으로써 그린 성형체 (70) 의 소성체를 얻기 위한 것이다. 터널 킬른 본체 (1) 의 내벽 (1a) 은, 내화 벽돌, 세라믹 파이버, 유리 파이버 등의 단열 재료 (노재) 로 이루어진다. 터널 킬른 본체 (1) 의 내부는, 온도 조건에 따라 탈지존 (Z1), 소결존 (Z2) 및 냉각존 (Z3) 으로 나누어져 있다. 터널 킬른 본체 (1) 의 전체 길이는 100 m 나 이르는 경우도 있다. 전체 길이는 각 존의 온도 설정이나 그린 성형체 (70) 의 조성 등에 의존한다.

탈지존 (Z1) 은, 그린 성형체 (70) 를 가열하여 이것에 함유되는 유기 성분을 제거하는 공정 (탈지 공정) 을 실시하기 위한 존이다. 탈지존 (Z1) 의 범위는, 그린 성형체 (70) 에 함유되는 유기 성분이 가스화 또는 연소되는 온도 조건의 범위로 할 수 있다. 그린 성형체 (70) 에 함유되는 유기 성분에 따라 다르기도 하지만, 탈지존 (Z1) 의 입구측 온도 (하한 온도) 는 바람직하게는 120 ℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 100 ℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 80 ℃ 이하이다. 한편, 탈지존 (Z1) 의 출구측 온도 (상한 온도) 는 바람직하게는 600 ℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 700 ℃ 이상이고, 더욱 바람직하게는 800 ℃ 이상이다. 탈지존 (Z1) 의 입구측 온도가 120 ℃ 를 초과하면, 그린 성형체 (70) 가 탈지존 (Z1) 에 도달하기 전에 탈지가 시작될 우려가 있다. 탈지존 (Z1) 의 출구측 온도가 600 ℃ 미만이면, 탈지존 (Z1) 내에 있어서 그린 성형체 (70) 의 탈지 처리가 충분히 완료되지 않을 우려가 있다.

탈지존 (Z1) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 탈지존 (Z1) 에 질소 가스를 공급하기 위한 질소원 (N₂) 및 배관 (L2) 을 갖는 것이 바람직하다. 탈지존 (Z1) 에도 치환실 (R) 과 마찬가지로, 산소 농도를 측정하는 센서를 설치해도 된다. 탈지존 (Z1) 의 산소 농도는, 바람직하게는 5 체적％ 이하이고, 보다 바람직하게는 3 체적％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1 체적％ 이하이다. 탈지존 (Z1) 의 산소 농도가 5 체적％ 를 초과하면 소성체에 크랙이 생기기 쉬워진다. 탈지존 (Z1) 의 산소 농도의 하한값은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 0.1 체적％ 이고, 보다 바람직하게는 0.3 체적％ 이고, 더욱 바람직하게는 0.5 체적％ 이다. 탈지존 (Z1) 의 산소 농도를 0.1 체적％ 미만으로 유지하려면 탈지존 (Z1) 의 기밀성을 충분히 높일 필요가 있다. 탈지존 (Z1) 의 도중에 산소 농도를 상승시켜, 유기물의 연소를 발열하지 않을 정도로 조정해도 된다.

소결존 (Z1) 의 온도 및 산소 농도를 조정하려면, 예를 들어 연소실 (7) 로부터 연소 가스를 공급하면 된다 (도 2 참조). 연소실 (7) 에는 연료 및 공기를 공급하는 배관 (도시 생략) 이 접속되어 있어, 연소실 (7) 내에 있어서 연료를 연소시킴과 함께, 연소 가스의 온도 및 산소 농도를 조정할 수 있게 되어 있다.

터널 킬른 본체 (1) 의 내벽 (1a) 은 상기와 같은 단열 재료로 이루어지는데, 내벽 (1a) 의 전체 중 적어도 탈지존 (Z1) 의 내벽 (1a) 을 덮도록 메탈 케이스 (라이닝) (1b) 가 형성되어 있다. 메탈 케이스 (1b) 는, 탈지 처리에 의해 노 내에 발생한 타르가 내벽 (1a) 에 부착 또는 침입하는 것을 방지한다. 메탈 케이스 (1b) 는 적어도 탈지존 (Z1) 에 형성하면 되는데, 타르는 온도가 낮은 지점에 응축되기 때문에, 탈지존 (Z1) 의 입구측의 경계를 초과하여 연장되도록 설치해도 된다. 예를 들어, 치환실 (R) 의 문 (D₂) 의 직후부터 메탈 케이스 (1b) 로내벽 (1a) 을 덮어도 된다. 이 경우, 탈지존 (Z1) 은, 유기 성분이 가스화되는 영역과, 가스화된 유기 성분이 응축되는 영역을 갖는 것이 된다.

메탈 케이스 (1b) 의 재질은, 탈지 처리의 온도 및 분위기에 견딜 수 있는 금속이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 스테인리스강 등을 들 수 있다. 또한, 내벽 (1a) 을 덮는 라이닝은 메탈제인 것에 한정되지 않고, 예를 들어 세라믹스 재료 등으로 이루어지는 것이어도 된다. 단, 메인터넌스의 용이성의 관점에서 치밀성을 갖고, 또한 평탄한 내면을 갖는 메탈 케이스가 바람직하다. 또한, 공기를 포함하는 노재를 메탈 케이스 (1b) 로 덮음으로써, 탈지존 (Z1) 의 산소 농도를 저감시키기 쉽다는 이점도 있다.

메탈 케이스 (1b) 는, 표면의 온도가 부분적으로 낮은 콜드 스폿 (1c) 을 가져도 된다 (도 3 참조). 메탈 케이스 (1b) 의 내면에 콜드 스폿 (1c) 을 형성함으로써, 가스화된 유기 성분이 콜드 스폿 (1c) 에서 냉각되어 응축되기 쉬워진다. 이로써, 타르가 메탈 케이스 (1b) 의 넓은 범위에 부착되는 것을 억제할 수 있어 메인터넌스를 보다 한층 효율화할 수 있다. 콜드 스폿 (1c) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이 메탈 케이스 (1b) 의 일부를 이중관 (1d) 으로 하고, 그 중에 냉매 (예를 들어 물) (C) 를 흘림으로써 형성해도 되고, 메탈 케이스 (1b) 의 외측에 냉각용 재킷을 배치함으로써 형성해도 된다.

소결존 (Z2) 은, 탈지 후의 그린 성형체 (70) 의 소성을 실시하기 위한 존이다. 소결존 (Z2) 의 범위는, 그린 성형체 (70) 의 탈지 처리가 완료되는 온도에서부터 소성을 위한 유지 온도까지로 할 수 있다. 피소성체의 승온시에 크랙 등의 결함이 생기는 것을 방지하는 관점에서, 승온 레이트는 바람직하게는 100 ∼ 20 ℃/hr 이고, 보다 바람직하게는 80 ∼ 40 ℃/hr 이다. 승온 레이트는 소결존 (Z2) 의 온도 분포 또는 대차 (5) 의 속도를 조정함으로써 설정할 수 있다. 그린 성형체 (70) 의 조성 등에 따라 다르기도 하지만, 소성 온도 (소성을 위한 유지 온도) 는 바람직하게는 1400 ℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 1450 ℃ 이상이고, 더욱 바람직하게는 1500 ℃ 이상이다.

소결존 (Z2) 의 산소 농도는 특별히 제어할 필요는 없고, 연료의 연소량과 공기 사용량의 비에 의해 결정된다. 온도에 따라 상이한데, 통상적인 산소 농도는 5 ∼ 15 체적％ 정도이다.

냉각존 (Z3) 은, 소성체를 서서히 냉각시키기 위한 존이다. 냉각존 (Z3) 의 범위는, 소성을 위한 유지 온도에서부터, 소성체를 문 (D₃) 으로부터 외부로 취출할 수 있는 정도의 온도까지로 할 수 있다. 소성체의 냉각시에 크랙 등의 결함이 발생하는 것을 방지하는 관점에서, 강온 레이트는 바람직하게는 50 ∼ 150 ℃/hr 이고, 보다 바람직하게는 80 ∼ 100 ℃/hr 이다. 강온 레이트는 냉각존 (Z3) 의 온도 분포 또는 대차 (5) 의 속도를 조정함으로써 설정할 수 있다.

냉각존 (Z3) 의 산소 농도는 특별히 제한은 없고, 탈지존 (Z1) 과 같이 고도로 컨트롤할 필요는 없다. 또한, 소결존 (Z2) 에 있어서의 처리가 종료된 시점에서 소결존 (Z2) 의 온도를 낮추어 소성체를 취출하고자 하면, 냉각존 (Z3) 은 반드시 필요하지 않지만, 냉각존 (Z3) 을 형성함으로써, 이와 같은 강온 작업이 불필요해져, 터널 킬른 (10) 을 연속식의 소성로로서 사용할 수 있다.

터널 킬른 (10) 을 사용하여 그린 성형체 (70) 를 소성하여 허니콤 필터 구조체 (소성체) 를 얻는 공정을 구비하는 소성체의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관련된 방법은, 이하의 공정 (1) ∼ 공정 (9) 를 구비한다.

(1) 무기 화합물원 분말 (무기 화합물), 유기 바인더, 첨가제 및 용매를 함유하는 원료 조성물을 조제하는 공정.

(2) 원료 조성물을 성형하여 그린 성형체 (70) 를 얻는 공정.

(3) 하나 또는 복수의 그린 성형체 (70) 를 대차 (5) 에 적재하는 공정.

(4) 대차 (5) 를 치환실 (R) 내에 넣은 후, 치환실 (R) 내의 산소 농도를 저하시키는 공정.

(5) 치환실 (R) 로부터 터널 킬른 본체 (1) 에 대차 (5) 를 넣은 후, 터널 킬른 본체 (1) 의 입구측으로부터 출구측을 향하여 대차 (5) 를 반송하는 공정.

(6) 탈지존 (Z1) 에 있어서 그린 성형체 (70) 의 탈지를 실시하는 공정.

(7) 공정 (6) 에 있어서 가스화된 유기 성분을, 메탈 케이스 (1b) 의 표면에 응축시키는 공정.

(8) 소결존 (Z2) 에 있어서 탈지 후의 피소성체의 소결을 실시하는 공정.

(9) 냉각존 (Z3) 에 있어서 소성체를 냉각시키는 공정.

상기 소성체의 제조 방법에 의하면, 탈지존 (Z1) 에 있어서 타르가 발생하더라도 타르가 노재에 부착 또는 침입하는 것을 메탈 케이스 (1b) 가 방지한다. 메탈 케이스 (1b) 의 내면에 타르가 부착하더라도, 노재에 타르가 부착한 경우와 비교하여 용이하게 청소할 수 있다. 메탈 케이스 (1b) 가 타르 등에 의해 열화된 경우에는 메탈 케이스 (1b) 만을 새로운 것으로 교체하면 된다. 또, 도 3 에 나타내는 바와 같은 콜드 스폿 (1c) 을 메탈 케이스 (1b) 에 형성한 경우, 가스상의 유기 성분이 콜드 스폿 (1c) 에 접촉함으로써 당해 지점에 타르를 집중적으로 응축시킬 수 있다. 이로써, 타르가 메탈 케이스 (1b) 의 넓은 범위에 부착되는 것을 억제할 수 있어, 메인터넌스를 보다 한층 효율화할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 실시형태에 있어서는, 허니콤 필터 구조체를 제조하기 위한 그린 성형체 (70) 를 소성하는 경우를 예시했지만, 본 발명의 터널 킬른에서 소성 가능한 피소성체는 유기 성분을 함유하는 것이면 이것에 한정되지 않는다.

상기 실시형태에 있어서는, 터널 킬른 본체 (1) 내의 산소 농도를 저하시키는 경우를 예시했지만, 소결성이 우수한 재료로 이루어지는 그린체를 소성하는 경우에는, 반드시 터널 킬른 본체 (1) 내의 산소 농도를 저하시키지 않아도 된다. 이 경우, 치환실 (R) 도 반드시 필요하지 않다.

상기 실시형태에 있어서는, 원기둥체의 그린 성형체 (70) 를 예시했지만, 성형체의 형상이나 구조는 이것에 한정되지 않는다. 그린 성형체 (70) 의 외형 형상은, 예를 들어, 사각 기둥 등의 각기둥이나 타원 기둥이어도 된다. 또, 관통공 (70a) 의 배치도, 정방형 배치가 아니어도 되고, 예를 들어, 대략 삼각 배치, 대략 육각 배치 등이어도 상관없다. 또한, 관통공 (70a) 의 형상도 정방형이 아니어도 되고, 예를 들어, 대략 삼각형, 대략 육각형, 대략 팔각형, 대략 원형 및 이들의 조합이어도 된다. 복수의 형상의 조합으로는, 정육각형과 비대칭 육각형의 조합 (도 4 참조), 및 사각형과 팔각형의 조합 (옥토 스퀘어) 등을 들 수 있다.

도 4 에 나타내는 그린 성형체 (80) 는, 단면 형상이 상이한 복수의 관통공 (81a, 81b) 을 갖는다. 복수의 관통공 (81a, 81b) 은, 그린 성형체 (80) 의 중심축에 대략 평행하게 연장되는 격벽 (82) 에 의해 나누어져 있다. 관통공 (81a) 은 단면 형상이 정육각형이다. 한편, 관통공 (81b) 은 단면 형상이 편평한 육각형이며 하나의 관통공 (81a) 을 둘러싸도록 배치되어 있다.

＜탈지 공정에 있어서 가스화되는 유기 성분의 측정＞

도 1 에 나타내는 형상의 그린 성형체를 준비하고, 도 5 에 나타내는 온도 및 산소 농도의 조건에서 그린 성형체를 소성하였다. 표 1 에 본 시험에서 준비한 그린 성형체의 원료 조성을 나타낸다. 또한, 표 중의 POAAE 는 폴리옥시알킬렌알킬에테르로, 유니루브 (등록 상표, 니치유 주식회사 제조) 를 사용하였다. 그린 성형체의 탈지 공정에 있어서 노 내의 HC 농도 및 일산화탄소 농도를 측정하였다. 도 6 에 결과를 나타낸다. 또한, 노 내의 온도가 400 ℃ 에 도달한 시점 (승온 개시부터 약 28 시간 후) 에서 노 내의 산소 농도를 1 체적％ 내지 4 체적％ 로 하였다. HC 농도는 SIEMENS 사 제조의 FIDMAT6 (상품명) 을 사용하여 측정하였다. CO 농도는 SIEMENS 사 제조의 ULTRAMAT23 (상품명) 을 사용하여 측정하였다.

산업상 이용가능성

1 : 터널 킬른 본체
1a : 내벽
1b : 메탈 케이스
1c : 콜드 스폿
5 : 대차 (반송 수단)
10 : 터널 킬른
70, 80 : 그린 성형체 (피소성체)
L2 : 배관 (산소 농도 조정 수단)
N₂ : 질소원 (산소 농도 조정 수단)
Z1 : 탈지존
Z2 : 소결존
Z3 : 냉각존

Claims

유기 성분을 함유하는 피소성체의 탈지 및 소결이 각각 실시되는 탈지존 및 소결존을 갖고, 내벽이 노재에 의해 구성된 터널 킬른 본체와,
상기 터널 킬른 본체의 입구측으로부터 출구측을 향하여 상기 피소성체를 반송하는 반송 수단과,
상기 터널 킬른 본체의 상기 내벽 중, 적어도 상기 탈지존의 내벽을 덮도록 형성된 라이닝을 구비하는 터널 킬른.
제 1 항에 있어서,
상기 탈지존의 산소 농도를 저감시키는 산소 농도 조정 수단을 추가로 구비하는 터널 킬른.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 탈지존은, 상기 피소성체에 함유되는 상기 유기 성분이 가스화되는 영역과, 가스화된 유기 성분이 응축되는 영역을 갖는 터널 킬른.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라이닝은, 표면의 온도가 부분적으로 낮은 콜드 스폿을 갖는 터널 킬른.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 터널 킬른 본체는, 상기 소결존보다 출구측에 소성체의 냉각이 실시되는 냉각존을 추가로 갖는 터널 킬른.
(A) 내벽이 노재에 의해 구성된 터널 킬른의 입구측으로부터 출구측을 향하여, 유기 성분을 함유하는 피소성체를 반송하는 공정과,
(B) 상기 터널 킬른 내에 있어서 상기 피소성체의 탈지를 실시하는 공정과,
(C) 공정 (B) 에 있어서 가스화된 유기 성분을, 상기 터널 킬른의 상기 내벽의 일부를 덮도록 형성된 라이닝의 표면에 응축시키는 공정과,
(D) 탈지 후의 피소성체의 소결을 실시하는 공정을 구비하는 소성체의 제조 방법.