(57)【要約】【課題】アルカリ金属類を多量に含む製品を焼成しても炉材が浸食されることがない、フラット天井式の焼成炉炉体構造を提供する。【解決手段】天井壁を側壁２、２間に横架された剛性部材５で保持したフラット天井式の焼成炉である。本発明では剛性部材をＳｉ含浸ＳｉＣ製のビームとして天井壁の厚みの中間高さに位置させ、そのビームの下方にセラミックスピン９で断熱材を保持させる。これによりＳｉ含浸ＳｉＣ製の剛性部材６は断熱材の内部に埋設されることとなり、アルカリ金属蒸気を含む腐食性ガスと剛性部材６とが直接接触することがなくなる。また仮に腐食性ガスが浸入してきても、温度が低いので剛性部材６の溶融が防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井壁を側壁間に横架された剛性部材で保持したフラット天井式の焼成炉炉体構造において、前記剛性部材をＳｉＣ製またはＳｉ３Ｎ４製として天井壁の厚みの中間に位置させ、その下方にセラミックスピンで断熱材を保持させることにより、前記剛性部材を断熱材の内部に埋設したことを特徴とする焼成炉炉体構造。
【請求項２】
剛性部材をＳｉ含浸ＳｉＣとしたことを特徴とする請求項１に記載の焼成炉炉体構造。
【請求項３】
剛性部材を、アルカリ金属の蒸気を含む腐食性ガスと接しても溶融しない温度となる位置に設置したことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の焼成炉炉体構造。
【請求項４】
セラミックピンはアルミナピンであり、その下端にアルミナ板を取り付け、そのアルミナ板の上面で断熱材を保持させたことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の焼成炉炉体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱時にアルカリ金属の蒸気を発生する製品を高温で仮焼したり焼成したりするために使用される焼成炉炉体構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な焼成炉の天井は、耐火レンガでアーチを形成したアーチ天井である。しかしながら、このアーチ天井は専門の築炉職人しか施工することができず、施工性が悪いという問題がある。また耐火レンガ製であるために熱容量が大きく、炉の停止や立ち上げに長い時間を要するという問題がある。このため、例えば特許文献１に示すように、炉幅方向に多数の剛性ビームを横架し、これらの剛性ビームにより天井部材を保持したフラット天井が開発されている。
【０００３】
このフラット天井式の炉は、アーチ天井の炉に比較して施工性が良く、築炉し易い利点がある。また、レンガ天井に比べて熱容量を大幅に減らすことが出来るため、省エネ効果も期待出来るうえ、炉停止、炉の立ち上げも短時間に行うことが出来るなどの利点がある。なお特許文献１ではキャスタブル耐火物からなる天井壁を剛性ビームから吊下げているが、剛性ビームを高温強度に優れたたＳｉ含浸ＳｉＣ製やＳｉ３Ｎ４製とし、その上にセラミックファイバー製の天井壁を支持した構造も広く普及している。
【０００４】
しかしながら、近年、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属類を多量に含む製品を焼成する場合があり、これらの製品を加熱するとアルカリ金属の蒸気が発生する。この蒸気は特定温度域（例えば１０００℃）に達すると炉材中のＳｉと反応して溶融させ、炉材の融解、剥離、強度低下、耐火断熱性の低下を起こすという問題があった。特に、Ｓｉ含浸ＳｉＣ製の炉材を用いた炉においてＬｉを含有する製品を１０５０℃以上の温度域で焼成する場合には、Ｓｉ含浸ＳｉＣ製のビーム材は酸化により表面部がＳｉＯ２となり、気化したＬｉと反応して液化溶融を起こすという問題があった。同様に、Ｓｉ３Ｎ４製のビーム材もまた、気化したＬｉと反応して液化溶融を起こすという問題があった。
【０００５】
そこでこのような場合には、天井アーチ煉瓦にアルミナ純度を上げた耐火煉瓦、耐火熱煉瓦を使用した炉を用いて焼成することが考えられる。しかし、天井アーチ煉瓦のアルミナ純度を上げると煉瓦重量が増し、天井アーチが自重で垂れやすくなる。また、炉体重量が増加し、炉上げ、停止に時間がかかると共に、放熱量が多くなるという従来通りの問題が生じてしまう。
【０００６】
また、Ｓｉ含浸ＳｉＣ製やＳｉ３Ｎ４製のビーム材の表面に耐食性コート材を吹き付けてＬｉ蒸気との接触を防止することも考えられる。しかし気化したＬｉはコート層を通過し、コート材中のシリカと反応して溶融腐食が進行するため、定期的に炉を停止してコート材の再吹付けが必要となり、実用性に乏しいことが確認された。
【特許文献１】特開平８−１３６１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した従来の問題を解決し、アルカリ金属類を多量に含む製品を焼成しても炉材が浸食されることがない、フラット天井式の焼成炉炉体構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明は、天井壁を側壁間に横架された剛性部材で保持したフラット天井式の焼成炉炉体構造において、前記剛性部材をＳｉＣ製またはＳｉ３Ｎ４製として天井壁の厚みの中間に位置させ、その下方にセラミックスピンで断熱材を保持させることにより、前記剛性部材を断熱材の内部に埋設したことを特徴とすることを特徴とするものである。
【０００９】
剛性部材をＳｉ含浸ＳｉＣ製とすることが好ましい。
【００１０】
剛性部材は、アルカリ金属の蒸気を含む腐食性ガスと接しても溶融しない温度となる位置に設置することが好ましい。さらにセラミックピンはアルミナピンであり、その下端にアルミナ板を取り付け、アルミナ板の上面で断熱材を保持させた構造とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のフラット天井式の焼成炉炉体構造は、天井壁を支持する剛性部材をＳｉＣ製またはＳｉ３Ｎ４製として天井壁の厚みの中間に位置させ、その下方にセラミックスピンで断熱材を保持させることにより、前記剛性部材を断熱材の内部に埋設した構造であるので、施工が容易で省エネルギー効果に優れるうえに、焼成する製品より発生するアルカリ金属を含む腐食ガスに剛性部材が直接曝されることがなく、溶融腐食されることを防止することができる。
【００１２】
なお、剛性部材をＳｉ含浸ＳｉＣ製にすると、剛性部材の強度と剛性を向上させることが可能となる。
【００１３】
特に剛性部材の設置位置を、アルカリ金属の蒸気を含む腐食性ガスと接しても溶融しない温度となる位置としておけば、断熱材の隙間から腐食性ガスが浸入しても、溶融腐食を防止することができる。さらにセラミックピンをアルミナピンとして、その下端にアルミナ板を取り付け、アルミナ板の上面で断熱材を保持させた構造とすれば、Ｌｉ蒸気による浸食から剛性部材をより確実に保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は本発明の実施形態を示す断面図、図２は天井部分の詳細図である。この実施形態の焼成炉は、被焼成物である製品を移動中に焼成するローラハースキルンである。
【００１５】
１は炉の底部であり、耐火レンガや耐火断熱レンガで構成されている。この底部１の両端には、側壁２が立設されている。この側壁２も耐火レンガや耐火断熱レンガで構成されている。側壁２の外側は、セラミックファイバーを押し固めたセラミックボード製の外壁３で覆われている。
【００１６】
４は炉内長手方向に一定ピッチで配置された製品搬送用のセラミックス製のローラであり、側壁２及び外壁３を貫通して回転可能に取り付けられている。これらのローラ４は、被焼成物の進行方向に沿って並列して取り付けられ、炉外に設けられた駆動装置（図示せず）により一定方向に回転され、被焼成物を搬送する。
【００１７】
ローラ４の上下には、管状のセラミックヒータ５が側壁２及び外壁３を貫通するように取り付けられている。このセラミックヒータ５により、炉内は所定温度に加熱されている。しかし加熱源はこれに限定されるものではなく、任意の加熱手段を採用できることはいうまでもない。
【００１８】
６は左右の側壁２、２間に横架されたＳｉＣ製の剛性部材であり、この実施形態の剛性部材６は、図２に示すように断面が四角形の角管状のビームである。また、この実施形態では剛性部材６はＳｉ含浸ＳｉＣ製である。Ｓｉ含浸ＳｉＣはＳｉＣの粒子間に金属Ｓｉを含浸させて通気性をなくした材料であり、空気と接触する表面が酸化するだけで内部に空気が浸入しないため、１４００℃以下であれば十分な強度と剛性を有する材料である。なお、剛性部材６は、Ｓｉ３Ｎ４製であっても差し支えない。なお、側壁２の剛性部材６が横架されている部分は、凹陥した形状となっている。
【００１９】
本発明においては剛性部材６により天井壁を支持している。この実施形態では剛性部材６は天井壁の厚みの中間高さの位置にあり、その上にはセラミックボード７と、セラミックファイバー製のフェルト８が載せられている。このセラミックボード７とフェルト８とは断熱性を有し、炉内から炉外への熱伝導を抑制している。
【００２０】
また剛性部材６の下方には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属に対して耐腐食性を有するセラミックスピン９で断熱材を保持させることにより、前記剛性部材を断熱材の内部に埋設した構造となっている。この実施形態ではセラミックスピン９はアルミナピンであり、軸部９ａと軸部９ａの基端に設けられた頭部９ｂから構成され、軸部９ａの先端はネジ部９ｃとなっている。このピン９は剛性部材６の上部から下部に向かって、ある間隔をおいて複数貫通形成された貫通穴６ａに、頭部９ｂを上にして上方から挿入されている。貫通穴６ａの外径は、頭部９ｂより小さいので、頭部９ｂがピン９の剛性部材６からの脱落を防止している。
【００２１】
１０はセラミックスピン９の下端に取り付けられたアルミナ板である。このアルミナ板１０には、剛性部材６に吊り下げられたピン９の間隔と等しい間隔の取付穴１０ａが形成されている。この取付穴１０ａには、ピン９の軸部９ａが貫入され、セラミックワッシャー１１をピン９のネジ部９ｃに螺入することにより、アルミナ板１０をピン９で吊り下げている。なお図２に示されるように、アルミナ板１０とワッシャーの間に耐熱性のクッション材１２を配設することが好ましい。
【００２２】
このアルミナ板１０の上には、耐熱性のセラミックボード１３が載せられている。図２に示すように、この実施形態ではセラミックボード１３は２層構造となっている。また剛性部材６、６間にはセラミックファイバー製のブランケット１４が配設されている。
【００２３】
このように、剛性部材６とアルミナ板１０の間に断熱材であるセラミックボード１３を配設して剛性部材６を断熱材の内部に埋設した構造としたので、図２に示すように、炉内部の温度が１１００℃であっても、剛性部材６の設置位置の温度は８５０℃であり、溶融腐食が起こる１０５０℃を大きく下まわり、たとえ剛性部材６がアルカリ金属を含む腐食性ガスと接触しても、溶融腐食されることを防止することが可能となる。
【００２４】
しかもこの実施形態のように、剛性部材６下側に、アルカリ金属に対して耐腐食性を有するアルミナ磁器製のアルミナ板１０を配設した構造とすれば、焼成する原料より発生するアルカリ金属を含む腐食ガスが剛性部材６に到達する危険性はさらに低下する。
【００２５】
なお、アルミナ磁器はアルミナ純度が高いほど、Ｌｉ等のアルカリ金属との反応に対して強い耐腐食性を有するが、アルミナ純度が高いほど熱衝撃に弱く、割れ易い。また、アルミナ磁器は、長さが長いほど熱衝撃に弱く、割れやすい。そこで、アルミナ板１０を一定の長さで複数に分割することにより、アルカリ金属に対する耐腐食性を確保しつつ、熱衝撃に対する耐性を持たせている。
【００２６】
本発明の焼成炉はこのような天井構造を採用したことにより、アルカリ金属類を多量に含む製品を焼成しても剛性部材６が浸食されることがないうえ、天井部の熱容量は小さくなり、炉の停止や立ち上げを短時間に行うことができ、また築炉も容易である。
【００２７】
なお、連続焼成炉には炉内の温度分布を適正に保つために、天井壁から垂下された耐火性の仕切壁１５が設けられているのが普通である。本実施形態においては、図３に示すように、仕切壁１５の上部は、隣接する剛性部材６の間に配設され、剛性部材６を貫通するピン１６が、仕切壁１５の上部を貫通し、剛性部材６と仕切壁１５の間には耐熱製のクッション部材１８が配設されて、仕切壁１５が剛性部材６で挟持されている。ピン１６の先端にはワッシャー１７が螺入されていて、ピン１６の剛性部材６からの脱落を防止している。仕切壁１５も熱衝撃による割れを防止するために、炉幅方向に複数枚に分割されている。
【００２８】
以上に説明した実施形態の焼成炉は、セラミックヒータを使用した電気加熱方式の焼成炉であるが、本発明はガス燃焼加熱方式の焼成炉に適用できることはいうまでもない。また、連続焼成炉のみならずバッチ式の焼成炉に適用できることはいうまでもない。また、実施形態の剛性部材６は、角管形状であるが、円管状であっても、中実の円柱形状や角柱形状等であっても差し支えない。また、実施例の剛性部材６は、Ｓｉ含浸ＳｉＣ製であるが、ＳｉＣ類として再結晶ＳｉＣ、反応焼結ＳｉＣであっても差し支えない。
【００２９】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う焼成炉炉体構造もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の天井部分の詳細図である。
【図３】仕切壁の取付構造である。
【符号の説明】
【００３１】
１      底部
２      側壁
３      外壁
４      ローラ
５      セラミックヒータ
６      剛性部材
６ａ    貫通穴
７      セラミックボード
８      フェルト
９      ピン
９ａ    軸部
９ｂ    頭部
９ｃ    ネジ部
１０    アルミナ板
１０ａ  取付穴
１１    セラミックワッシャー
１２    クッション材
１３    セラミックボード
１４    ブランケット
１５    仕切壁
１６    ピン
１７    ワッシャー
１８    クッション材
【図１】
2008045816.tif 000003
【図２】
2008045816.tif 000004
【図３】
2008045816.tif 000005