(57)【要約】【課題】長尺のワークを、水素ガス雰囲気で連続的に還元処理ができ且つ、水素ガスを炉の入口及び出口で燃焼させなくても開放状態で安全にワークの挿入取り出しができる構造を有する還元炉を提供すること。【解決手段】高融点金属の長尺ワイヤー、巾が狭く薄い板材、及び箔状の材料からなる長尺状のワークの表面を酸化させることなく熱処理できる還元炉１０であって、当該還元炉１０の内部に中心部を除く両端が閉塞された二重構造の外内マッフル２、３と、還元炉１０の入口と出口のチューブ１７に設けられた複数の不活性ガスカーテン機構と、水素を燃焼させる複数の放炎口１８、１８とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高融点金属の長尺ワイヤー、巾が狭く薄い板材、及び箔状の材料からなる長尺状のワークの表面を酸化させることなく熱処理できる炉であって、当該炉の内部に中心部を除く両端が閉塞された二重構造のマッフルと、炉の入口と出口のチューブに設けられた複数の不活性ガスカーテン機構と、水素を燃焼させる複数の放炎口とを備えることを特徴とする還元炉。
【請求項２】
請求項１記載の還元炉において、前記二重構造のマッフルの外面側の炉内は、窒素ガスと断熱材とを用いた断熱方式であることを特徴とする還元炉。
【請求項３】
請求項１又は２記載の還元炉において、前記二重構造のマッフルの内側のマッフルの内外部は、水素ガスによる還元性雰囲気を備えていることを特徴とする還元炉。
【請求項４】
請求項１乃至３の内のいずれか一つに記載の還元炉において、前記二重構造のマッフルは、炉体の外から前記外側のマッフルを貫通し前記外側と内側のマッフルの空間部に水素ガスを供給する複数の保護管を備え、前記内側マッフルは該内部に前記水素ガスを供給する為の複数の貫通した通気孔を備えることを特徴とする還元炉。
【請求項５】
請求項１記載の還元炉において、前記不活性ガスカーテン機構は、前記チューブの下面に複数のカーテン用孔を備えることを特徴とする還元炉。
【請求項６】
請求項１乃至５の内のいずれか一つに記載の還元炉において、前記不活性ガスは、窒素であることを特徴とする還元炉。
【請求項７】
請求項１記載の還元炉において、前記放炎口は前記チューブの上面に複数備えることを特徴とする還元炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高融点金属の長尺ワイヤーや巾が狭く薄い板材や箔状の材料を熱処理する為の還元炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属の長尺ワイヤーや巾が狭く薄い板材や箔状の材料（以下、ワークと呼ぶ）の表面を還元処理する方法としては、炉温１０００℃程度、水素ガス雰囲気による熱処理方法が採用されている。また、炉の形式としは、バッチ炉が用いられている。
【０００３】
図６は従来技術によるバッチ式還元炉を模式的に示す図である。図６を参照すると、バッチ式還元炉１００においては、マッフル１０７の周囲に長い線状のＭｏ製のヒータ１０４が巻回されて設けられ、これらは炉体１０１内に収容されている。また、炉体１０１の上面には、炉内１０１の温度検出用の熱電対１０３が設けられ、細長い両端のワークの入口及び出口には、それぞれ扉１０８ａ、１０８ｂが設けられている。炉体１０１内には、Ｍｏ製のワーク１０２を還元する為に必要な雰囲気、及び当該還元温度におけるＭｏ製ヒ−タ１０４の酸化を防止するために、マッフル１０７の内外の雰囲気は全て水素ガス１１０である。したがって、扉１０８ａ、１０８ｂは、炉体１０１内の水素ガス１１０と空気が混合して爆発しない様にワーク１０２のための入口及び出口に設けられている。
【０００４】
また、反応後のガス放出のため、符号１０５で示すように、放炎する。矢印１１１で示すように、ワーク１０２の投入及び取出し時、扉１０８ａ、１０８ｂ開放の際に水素に点火するパイロット炎１０６が設置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のバッチ式還元炉において、還元炉１００の雰囲気１１０は水素ガスを使用するため、水素爆発の回避を目的としてワークの挿入・取出し時、即ち、扉１０８ａ、１０８ｂ開放の際に還元炉１００の入口又は出口において水素ガスを燃焼させることが必要となる。
【０００６】
しかし、ワーク１０２は、水素ガスを燃焼させた部位を通過する為、表面が酸化すると云う品質上の問題が発生する。
【０００７】
また、ワーク１０２は通常、ドラムなどに巻き取られた状態で熱処理工程に引渡しされるが、バッチ炉は炉内スペースに制限があるため、ワーク１０２が大きい場合、つまり、長尺のワーク１０２は炉１００内のスペースに合わせて切断する必要がある。即ち、バッチ式還元炉１００は長尺のワーク１０２をそのままの状態で熱処理できないと云う問題がある。
【０００８】
この為、ワーク１０２の分割が許されず長尺の製品を得たい場合は、大型のバッチ炉を製作しなければならないと云う問題があり、その結果、製造コスト面で不利になると云う問題が生じる。
【０００９】
また、一方、前述の温度条件においては、Ｍｏ製のヒ―タを使用するが、ヒータの酸化を防ぐ目的でマッフル１０７の内外全てを水素雰囲気にする必要がる。
【００１０】
一方、水素は空気に比べて断熱効果が低いため、多くの断熱材を用いなければならず、その結果、炉体寸法が大きくなり、また、築炉に要する費用も高価になると云う問題がある。
【００１１】
従って、本発明の一技術的課題は、長尺のワークを、水素ガス雰囲気で連続的に還元処理ができ且つ、水素ガスを炉の入口及び出口で燃焼させなくても開放状態で安全にワークの挿入取り出しができる構造を有する還元炉を提供することにある。
【００１２】
また、本発明のもう一つの技術的課題は、炉体寸法が小さく且つ、築炉費用の安価な炉体構造を備えた還元炉を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、高融点金属の長尺ワイヤーや巾が狭く薄い板材や箔状の材料の表面を酸化させることなく熱処理できる炉であって、炉の内部に中心部を除く両端が閉塞された二重構造のマッフルと炉の入口と出口のチューブに設けられた複数の不活性ガスカーテン機構と、水素を燃焼させる複数の放炎口とを備えることを特徴とする還元炉が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記還元炉において、前記二重構造のマッフルの外面側の炉内は、窒素ガスと断熱材とを用いた断熱方式であることを特徴とする還元炉が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記いずれかに記載の還元炉において、前記二重構造のマッフルの内側のマッフルの内外部は、水素ガスによる還元性雰囲気であることを特徴とする還元炉が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記いずれかの還元炉において、前記二重構造のマッフルは、炉体の外から前記外側のマッフルを貫通し前記外側と内側のマッフルの空間部に水素ガスを供給する複数の保護管を備え、前記内側マッフルは該内部に前記水素ガスを供給する為の複数の貫通した通気孔を備えることを特徴とする還元炉が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記還元炉において、前記窒素カーテン機構は前記チューブの下面に複数のカーテン用孔を備えることを特徴とする還元炉が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの還元炉において、前記不活性ガスは、窒素であることを特徴とする還元炉が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記還元炉において、前記放炎口は前記チューブの上面に複数備えることを特徴とする還元炉が得られる。
【００２０】
即ち、具体的に、本発明の還元炉では、ワークの挿入、取り出しを行う炉の入口及び出口で水素を燃焼させずに開放できる様にする為、炉の入口及び出口を窒素ガスによるカーテン構造にする。
【００２１】
また、炉内から炉の入口または出口に流れる雰囲気用の水素ガスは、別に燃焼口を設ける構成とする。
【００２２】
また、Ｍｏ製のヒータを用いることが出来て且つ、高い断熱効果を得る為に、炉内のマッフルを二重構造とする。この二重構造において、内側のマッフルの内外部（ワーク及びＭｏ製ヒータ）は水素雰囲気とし、外側のマッフルの外面と炉体の空間部には断熱材を充填し、前記断熱材充填部を窒素雰囲気とする構造としたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施の形態による還元炉の炉体の略中央部における上面から見た断面図、図２は図１の還元炉の側面から見た断面図である。
【００２５】
図１及び図２を参照すると、還元炉１０は、炉体１を備えている。炉体１の両端には、ワークの出入口６、７が設けられ、炉体１の側面には、ヒータ端子箱１１及び窒素ガス導入口１６が設けられている。
【００２６】
炉体１内部には、内マッフル３と外マッフル２の二重構造を備えたマッフルが収納されてあり、このマッフルは、炉体１の内部の底部に支え煉瓦２２を介して支持されている。炉体１内の外マッフル２の周囲には、断熱材１５が充填されている。
【００２７】
本発明の実施の形態において、マッフルは二重構造であり、高アルミナ質の外マッフル２の中に、ひとまわり小径で長い、高アルミナ質の内マッフル３が設けられている。外マッフル２の両端は高アルミナ質のモルタルで塞がれている。
【００２８】
外マッフル２には、ヒータ４の両端と熱電対１３が貫通出来る様に三個所穴が開いており、それぞれ保護管９、９、１４が差し込まれている。
【００２９】
炉体１の長さ方向中央にある熱電対１３用の保護管１４内には断熱材１２が詰められており、マッフル内とヒータ端子箱１１とを遮断している。
【００３０】
また、内マッフル３には、外面にヒータ４が巻き付けられている。そのヒータ４を避けた位置にマッフル内ヘガスを導入するための通気孔５が設けられている。
【００３１】
ワークの出入口６、７には、窒素ガス導入口及びチャンバー１９、カーテン用孔８、及び放炎口１８がそれぞれ設けられている。なお、それぞれの放炎口１８の先端に放炎量調整用弁を設けても良い。
【００３２】
ヒータ端子箱１１には、不活性ガスとしての窒素ガスを導入するための窒素ガス導入口２１が設けられている。
【００３３】
図３は図１及び図２の還元炉の炉体内部における水素ガスの流れの概略を示す図である。
【００３４】
図３を参照すると、炉体１内部において、水素ガスは、ヒータ端子箱１１より導入口９、９を介して導入されるが、熱電対１３の保護管１４には断熱材１２が詰められているため、ガスは通らない。
【００３５】
したがって、水素ガスは矢印３１で示すように、ヒータ４の保護管９のみを通って、矢印３２で示されるように高アルミナ質の外マッフル２と高アルミナ質の内マッフル３の間に入る。
【００３６】
内マッフル２中央部の通気孔５から、矢印３３に示すように、マッフル内へ水素ガスが導入される。通気孔５からマッフル内に入った水素ガスは、矢印３４で示されるように、ワークの出入口６、７に向かって流れる。なお、矢印３５、３６はワークの出入口６、７におけるワークの投入及び排出方向を夫々示している。
【００３７】
図４は還元炉１０の入口におけるガスの流れを示す図であり、還元炉１０の出口におけるガスの流れも入口と同様である。図５は図１及び図２の還元炉１０の炉内全体のガスの流れを示す図である。図４及び図５を参照すると、矢印３９で示されるように窒素ガスがチャンバー１９内に導入され、矢印４０に示されるように、チャンバー１９内から複数の周方向に間隔を持って形成されたカーテン用孔８から、矢印４１に示されるように窒素ガスが炉内に放出される。ここで、本発明の実施の形態において、チャンバー１９とは、断面がＵ字状で先端の上面がそれぞれ塞いであり下部に窒素ガス導入用のノズルを有している箱型の形状のものを呼ぶ。また、カーテン機構とは、カーテン用孔８の夫々の孔からチューブ内に窒素ガスを噴出して平面状のガスの遮蔽膜を形成する機構を呼び、ガスの遮蔽膜をカーテンと呼ぶ。
【００３８】
矢印３４に示されるように、内マッフル３から流れてきた水素ガスは、カーテン用孔８から放出された窒素ガスと混ざり合い、その比重の違いから水素ガスは矢印３７で示されるように、放炎口１８へ向かい符号３８で示されるように放炎し、ワーク入口６には流れてこない。なお、この時の窒素ガスの一部は水素とは混ざらず、矢印４４に示されるように、入口６及び出口７側に夫々向かって流れる。
【００３９】
また。還元炉１０の入口側及び出口側チューブ１７に配置される放炎口１８の位置について、入口６または、出口７の端面から放炎口１８の中心位置までの距離は、特に厳密に規定されるものでなく、夫々の口の瑞面から僅かに炉体方向側に配置されれば良い。その理由は、放炎口１８の下側に配置されるチャンバー１９から供給されるカーテン用窒素ガスの流量を増加することで、入口または出口方向への水素ガスの漏出を防止できるからである。
【００４０】
還元炉１０の入口側及び出口側チューブ１７の口端面よリ遠い部位に配置される放炎口１８の位置について、入口６または、出口７の端面から上記放炎口１８の中心位置までの距離は、上記説明したように、特に巌密に規定されるものでなく、端面側の放炎口１８と僅かに離れて配置されれば良い。その理由は夫々のチューブ１７に２つ以上の数の放炎口１８とチャンバー１９を配置することによって、確実に水素ガスを放炎口１８に導いて燃焼させることが出来、且つ入口６及び出口７に水素ガスの漏出を防止できるからである。なお、矢印４２、４３は夫々ワークの入口６、出口７におけるワークの投入及び排出方向を示している。
【００４１】
また、図５に示すように、炉体１に設けられた窒素ガス導入口１６からは窒素ガスが導入され、内マッフル３からの水素ガスと一緒にワーク出入口６、７に向かって流れる。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態による還元炉の使用による作用効果について説明する。
【００４３】
炉通過後のワイヤー状ワークの表面には均―な変色が見られ、十分に還元できた。また、この例においては、最大径φ１０ｍｍのＭｏ製のワイヤーをマッフルに接触することなく、通過可能であった。
【００４４】
また、カ−テン窒素流量を、出入口とも内側５［Ｌ／ｍｉｎ］、１０［Ｌ／ｍｉｎ］とし、ヒータ端子箱：水素流量６［Ｌ／ｍｉｎ］、炉体窒素流量５［Ｌ／ｍｉｎ］とした時、内径φ１６．７ｍｍの炉前後出入口の水素濃度は計器の測定限界以下（０．５％ＬＥＬ以下）であり、爆発の危険が無かった。
【００４５】
この炉の処理温度におけるヒータ電力は約４ｋＷであり、炉内全てが水素雰囲気とした場合の計算値である約６．５ｋＷに比べて、６５％以下にすることができた。また、小型で高い断熱効果が得られ、外壁温度は実測値で１２０℃以下とすることができた。同寸法で炉内全てを水素雰囲気にした場合の外壁温度は２００℃以上となる。それに比べて約６０％の数値であった。
【００４６】
また、炉内の全てが水素雰囲気の炉に比べて、炉内断熱材を約１／２にできたため、装置の大きさは高さ１２００ｍｍ×巾１０００ｍｍ×奥行６００ｍｍとコンパクトにできた。
【００４７】
また、水素ガスの単価は窒素ガスの約２倍であるため、流量で換算すると炉体に水素ガスを導入した場合に比べて、ランニングコストを８５％に抑えることが出来た。
【００４８】
以上説明した本発明の実施の形態において、断熱材として繊維状のセラミックスファイバーを用いているが、一般の断熱煉瓦を用いても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ワークを酸化させることなく、連続的に還元することが出来る炉口構造であるため、生産効率が極めて高い還元炉を提供することができる。
【００５０】
また、本発明によれば、窒素ガスと断熱材を用いた断熱方法であるため、断熱材の使用量が少なくて済む。したがって、本発明によれば、スペースをとらないコンパクトな炉体構造である為、工業化が容易である還元炉を提供することができる。
【００５１】
また、本発明によれば、前後工程、即ちワークを当該還元炉に達続的に送り込み旦つ、連続的に取り出すことができる装置を本炉に連結することが出来る構造を有しており生産性を高めることができる還元炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による還元炉の炉体の略中央部における上面から見た断面図である。
【図２】図１の還元炉の側面から見た断面図である。
【図３】図３は図１及び図２の還元炉の炉体内部における水素ガスの流れの概略を示す図である。
【図４】還元炉１０の入口及び出口における窒素及び水素ガスの流れと、ワークの投入方向とを示す図である。
【図５】図１及び図２の還元炉１０の炉内全体のガスの流れを示す図である。
【図６】従来技術によるバッチ式還元炉を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１    炉体
２    外マッフル
３    内マッフル
４    ヒータ
５    通気孔
６、７    出入口（入口、出口）
８    カーテン用孔
９、１４    保護管
１０    還元炉
１１    ヒータ端子箱
１２    断熱材
１３    熱電対
１５    断熱材
１６    窒素ガス導入口
１７    チューブ
１８    放炎口
１９    チャンバー
２２    支え煉瓦
１００    バッチ式還元炉
１０１    炉体
１０２    ワーク
１０３    熱電対
１０４    ヒータ
１０５    放炎
１０６    パイロット炎
１０７    マッフル
１０８ａ、１０８ｂ    扉
１１０    水素ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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