(57)【要約】  【課題】炉芯管内の雰囲気ガス中の熱処理にとって不要なガス成分を良好に炉芯管内から排出できるようにして、被処理物の熱処理を促進して、高品質に熱処理された被処理物を得るとともに、連続式熱処理装置の構造の簡単化を図る。  【解決手段】被処理物を収納した状態で軸心周りに回転駆動される筒状の炉芯管２と、炉芯管２を加熱する加熱手段５と、炉芯管２内に軸方向一端側から被処理物を供給する供給装置８と、炉芯管２内を移動した被処理物を軸方向他端側から排出する排出装置とを備えるとともに、被処理物が炉芯管の内周面に沿って軸方向一端側から他端側へ移動可能に構成した連続式熱処理装置１において、炉芯管２内から不要ガス成分を吸引して外部へ排出するガス排出機構１１を設けるとともに、炉芯管の被処理物供給側部分に、ガス排出機構１１における外部へのガス排出部を設けている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を収納した状態で軸心周りに回転駆動される筒状の炉芯管と、前記炉芯管を加熱する加熱手段と、前記炉芯管内に軸方向一端側から被処理物を供給する供給装置と、前記炉芯管内を移動した被処理物を軸方向他端側から排出する排出装置とを備えるとともに、前記被処理物が前記炉芯管の内周面に沿って軸方向一端側から他端側へ移動可能に構成した連続式熱処理装置において、
前記炉芯管内から不要ガスを吸引して外部へ排出するガス排出機構を設けるとともに、前記炉芯管の前記被処理物供給側部分に、前記ガス排出機構における外部へのガス排出部を設けている、ことを特徴とする連続式熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の連続式熱処理装置において、
前記ガス排出機構の前記ガス排出部は、前記炉芯管における被処理物が供給される側の端面部分に設けられ、前記炉芯管における主たるガスの流れが前記端面部分に向かう、ことを特徴とする連続式熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の連続式熱処理装置において、
前記炉芯管の前記被処理物供給側部分に前記ガス排出部を設けているガス排出機構は、前記炉芯管の他の箇所に外部へのガス排出部を設けている他のガス排出機構より高いガス排出能力を有する、ことを特徴とする連続式熱処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の連続式熱処理装置において、
前記ガス排出機構によるガス排出により、前記炉芯管内の気圧を大気圧以下にしている、ことを特徴とする連続式熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば粉体などの被処理物の熱処理（例えば仮焼など）に供せられる連続式熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、連続式熱処理装置としては、ヒータなどの加熱手段により加熱される円筒状の炉芯管を、被処理物供給側を上位に、処理後の被処理物排出側を下位になるよう傾斜姿勢にした状態で、その中心軸心周りで回転可能に構成したものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これにより、被処理物は、炉芯管内を移動させられながら熱処理される。すなわちセラミックス粉体などの被処理物は、回転駆動される炉芯管内を通過していく間に加熱手段による加熱によって熱処理され、熱処理されたその被処理物が炉芯管の一端側から排出される。
【０００４】
この従来の連続式熱処理装置では、炉芯管が回転駆動される炉芯管本体とこの炉芯管本体の内部に設けられた多孔質板製の内側部材とで構成されている。また、この連続式熱処理装置では、炉芯管内部を減圧する状態と加圧する状態とに交互に切り換えられるようにし、その切り換えは半回転させるごとに行うようにしている。すなわち、減圧により被処理物を炉芯管内面側に付着させ、その後炉芯管を半回転させることで、被処理物が付着した炉芯管内面部分が上位側に位置するようにして、その状態で加圧することにより被処理物の炉芯管内面への付着が解除されて、被処理物が下方に落下するようにし、その後減圧するということを繰り返す。これによって、被処理物に対する均一性の高い熱処理が行えるようにしている。
【特許文献１】特開平８−１７８５４３号公報（全頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転駆動される炉芯管本体とこの炉芯管本体の内部に設けられた多孔質板製の内側部材とで炉芯管が構成されている従来の連続式熱処理装置の場合、炉芯管本体と共に回転される内側部材の内周面箇所を被処理物が移動していくのであって、多孔質板で構成された内側部材の孔に被処理物が目詰まりすることがある。そうなると被処理物の吸引による付着や加圧による被処理物の内側部材からの離脱が不十分なものとなり、熱処理が適正に行われにくくなるという問題がある。また、多孔質板製の内側部材を別途設けることによる構造の複雑化などの問題がある。
【０００６】
さらに、従来の連続式熱処理装置では、被処理物を炉芯管の内側部材に吸着させるため内部圧力を低くする減圧を行うに過ぎず、熱処理に伴う不要ガス成分を除去することまでは考慮するものとなっていなかった。このため、従来の連続式熱処理装置においては、不要ガス成分が炉芯管内に残留して所定濃度以上の高い濃度なっていることがあり、そのような高濃度の不要ガス成分が炉芯管内の雰囲気ガスに含まれていることで、被処理部の熱処理に伴う反応も進行しにくくなりがちであって、その場合、被処理物の反応が進行不足のまま排出される場合がある。
【０００７】
このように炉芯管内の雰囲気ガスにおいて不要ガスの濃度が高い値で一定になると、被熱処理物において未反応成分が増す傾向があり、被処理物としての特性が劣化するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、炉芯管内の熱処理にとって不要なガス成分を炉芯管内から良好に排出できるようにすることによって、被処理物の熱処理を促進して、高品質に熱処理された被処理物を得ることができるようにするとともに、構造の簡単化を図ることのできる連続式熱処理装置の提供を解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る熱処理装置は、被処理物を収納した状態で軸心周りに回転駆動される筒状の炉芯管と、前記炉芯管を加熱する加熱手段と、前記炉芯管内に軸方向一端側から被処理物を供給する供給装置と、前記炉芯管内を移動した被処理物を軸方向他端側から排出する排出装置とを備えるとともに、前記被処理物が前記炉芯管の内周面に沿って軸方向一端側から他端側へ移動可能に構成した連続式熱処理装置において、前記炉芯管内から不要ガス成分を吸引して外部へ排出するガス排出機構を設けるとともに、前記炉芯管の前記被処理物供給側部分に、前記ガス排出機構における外部へのガス排出部を設けている、ことを特徴とする。炉芯管は円筒状であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る連続式熱処理装置によれば、炉芯管の被処理物供給側部分に設けられたガス排出機構が、炉芯管内の雰囲気ガスにおける不要ガス成分を炉芯管の外部へ排出するから、炉芯管内で被熱処理物の加熱処理に伴い発生する不要なガス成分について、その加熱処理の初期から不要ガス成分の炉芯管内からの排除が進められることになる。このため、炉芯管内に不要なガス成分が滞留しなくなり、熱処理時における被処理物の反応が抑制されることも解消できる。
【００１１】
また、本発明の連続式熱処理装置は、従来のように炉芯管内に多孔質の内部部材を別途設けるものでなく、構成として簡易なものとなる。さらに、本発明の連続式熱処理装置は、炉芯管内の圧力を減圧や加圧を繰り返すものではないので、その圧力制御や炉芯管の回転制御が簡易に行えるものとなっている。
【００１２】
また、本発明に係る熱処理装置は、好ましくは、前記ガス排出機構の前記ガス排出部は、前記炉芯管における被処理物が供給される側の端面部分に設けられ、前記炉芯管における主たるガスの流れが前記端面部分に向かう。この場合、回転駆動される炉芯管の外周部分にガス排出部を設けるよりも、回転駆動されてもガス排出が可能な構成として回転されない端面部分を利用してガス排出部を設けることになるので、構造的に簡易なものとなる。また、被処理物が炉芯管内で加熱されながら移動していく際その端面部分が最も上手側に位置するから、より一層不要ガス成分の滞留を抑制できる状態でその排出を行うことができる。
【００１３】
本発明に係る熱処理装置は、前記炉芯管の前記被処理物供給側部分に前記ガス排出部を設けているガス排出機構は、前記炉芯管の他の箇所に外部へのガス排出部を設けている他のガス排出機構より高いガス排出能力を有することが好ましい。この場合、炉芯管の被処理物供給側部分以外にガス排出機構を設けていても、被処理物供給側部分に設けられたガス排出機構のガス排出能力が最も高いものとなっているから、炉芯管内の不要ガスの排出の流れが被熱処理物の加熱処理がなされる初期の箇所側に向かいやすくなっていて、不要ガス成分の炉芯管内での滞留が十分抑制される。
【００１４】
本発明に係る熱処理装置は、好ましくは、前記ガス排出機構によるガス排出により、前記炉芯管内の気圧を大気圧以下にしている。この場合、不要なガス成分の排出された炉芯管内へ外気などを炉芯管内に吸気し易くなっていて、雰囲気ガスの清浄化を図ることができるとともに、熱処理に伴う被処理物の反応によるガスの発生も促進されやすい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る連続式熱処理装置によれば、炉芯管の被処理物供給側部分に設けられたガス排出機構が、炉芯管内の雰囲気ガスにおける不要ガス成分を炉芯管の外部へ排出するから、炉芯管内で被熱処理物の加熱処理に伴い発生する不要なガス成分について、その加熱処理の初期から不要ガス成分の炉芯管内からの排除が進められることになる。このため、炉芯管内に不要なガス成分が滞留しなくなり、熱処理時における被処理物の反応促進が抑制されることも解消できる。
【００１６】
また、被処理物が熱処理されながら移動していく部材として炉芯管のみを設けた構成であり、その炉芯管は一定回転を継続することにより熱処理するものにできるから、構造的に簡単なものにできるとともに、炉芯管の回転制御なども簡易なものにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る連続式熱処理装置の実施の形態を図１，図２に基づいて説明する。図１は、連続式熱処理装置の一例を示す縦断側面図、図２は、図１の連続式熱処理装置における内部の二酸化炭素濃度の分布状態を示すグラフである。
【００１８】
この実施の形態では、被処理物としての炭酸バリウムおよび二酸化チタンの固相反応によりチタン酸バリウムを生産するための連続式熱処理装置１について説明する。図１を参照して、連続式熱処理装置１は、ロータリキルン（回転式レトルト炉）であって、炉長方向が水平に対し傾斜した状態に円筒状の炉芯管２を備えている。この連続式熱処理装置１は、炉芯管２をその筒の軸心周りで回転自在に支持する複数個のローラ３と、ローラ３を介して炉芯管２を回転駆動する駆動用電動モータ４と、炉長方向に沿って炉芯管２を囲むように配置された加熱手段としてのヒータ５が設けられた炉体６とを備えている。加熱用のヒータ５は被処理物としてのセラミックス被処理物の種別に応じた加熱温度及び加熱プロファイルに従って制御される。炉芯管２自体は、粉体の被処理物が加熱処理中に外部に漏出することがないよう、内外に連通する孔や微小孔の無い緻密な固体材（例えばムライトなど）で構成されている。炉芯管２の上位側となる一端側の側面部には、炉芯管２を蓋する仕切り７が設けられている。この仕切り７の中央部は開孔されており、粉体のセラミックス被処理物を炉芯管２内に導入させる被処理物供給装置８が貫通している。一方、炉芯管２の下位側となる他端側は、原料が排出される為開放となっている。被処理物によっては排出を制御する第２仕切り体９が設けられている。この第２仕切り体９は炉芯管２の軸芯方向に対して螺旋状に設けられている。
【００１９】
炉芯管２の一端部分を成す仕切り７を介して被処理物を供給するための被処理物供給装置８は、粉体の被処理物を貯留する供給側ホッパ１０から単位時間当たり所定量のセラミック被処理物を炉芯管２内に供給できるようになっている。この被処理物供給装置８は、例えば搬送用筒内にスクリュー式搬送装置を回転駆動自在に設けたものであり、被処理物供給装置８の端部の原料供給口は炉芯管２内に臨ませている。仕切り７は、この炉芯管２と一体に設けられているため、炉芯管２と共に回転するものである。さらに被処理物供給装置８と同一側に炉芯管２内の雰囲気ガスを外部へ排出するためのガス排出機構１１が仕切り体７を貫通している。このガス排出機構１１は、炉芯管２内に臨む吸気口を設け、外部に臨む排気口を設けた排気ポンプであって、図示しない電動モータにより駆動されるものである。
【００２０】
第２仕切り体９は、炉芯管２から排出される被処理物を受け止めて貯留もしくは次工程への案内を行うもので、炉芯管２に固定されている。第２仕切り体９には、炉芯管２の末端下部へ移動してきた被処理物を被処理物排出装置１２へ導く排出口が形成されている。また、炉芯管２と第２仕切り体９との固定方法は特に限定するものではなく、第２仕切り体９の材質についても、セラミックス、金属に限定されるものではない。
【００２１】
上記構成により、この連続式熱処理装置１は、熱処理される原料である粉末状の炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）と粉末状の二酸化チタン（ＴｉＯ２）との混合物（同じモル量）を供給側ホッパ１０から単位時間当たり所定量被処理物供給装置８により炉芯管２内に供給する。炉芯管２は所定回転速度で一定向きに連続して回転駆動されている。ヒータ５によって炉芯管２内が熱処理に適した温度に加熱される。その状態で、被処理物供給装置８で炉芯管２内に供給された炭酸バリウム粉末と二酸化チタン粉末とは炉芯管２の内周面に沿って下方へ移動していき、その炉内での反応により二酸化炭素が分離し、チタン酸バリウムの粉体が固相合成される。反応により生じた二酸化炭素ガスは、炉芯管２内の雰囲気ガスと共にガス排出機構１１により吸引され外部へ排出される。ガス排出機構１１は、その作動により炉芯管２内を外気圧よりも低い負圧状態にしている。
【００２２】
本発明者は、上記チタン酸バリウムを得るための連続式熱処理装置１の炉芯管２内における二酸化炭素濃度を測定した。図２には、炉芯管２における被処理物の移動経路を８等分したそれぞれの位置における二酸化炭素濃度が計測位置に対応する三角印とそれらを結ぶ太線とで示されている。なお、ガス排出機構を全く備えていないロータリキルンの炉芯管内における二酸化炭素濃度についても比較のために測定し、その結果を図２に白抜き三角と細線で示している。本発明の場合、ガス排出機構１１が作動して二酸化炭素ガスを含む炉芯管２内の雰囲気ガスが被処理物投入側から排出されるものとなっているため、炉芯管２における被処理物移動経路の前半側で濃度が高いものとなっているが、後半側では二酸化炭素濃度が著しく低下しており、炉芯管２内の全体として反応が良好に行われやすくなっている。これに対して、比較例の場合、炉芯管２内全体として二酸化炭素濃度が１５％近くの高い濃度となっているため、炉芯管２内全体的に高い濃度の二酸化炭素が滞留した状態となっている。この比較例の場合、雰囲気ガス中の二酸化炭素濃度が高いため二酸化炭素が分離する反応が進みにくくなっていて、炉芯管２から排出された被処理物中に反応なくショートパスした炭酸バリウムや二酸化チタンが混じっているなど品質のばらつきが大きなものとなった。
【００２３】
次に、別の実施の形態について図３に基づいて説明する。なお、上記実施の形態と同様の構造については説明を省略するとともに、図中の符号も同じ符号を付す。
【００２４】
図３を参照して、この連続式熱処理装置１もロータリキルンである。炉芯管２の被処理物が供給される側の端面部分の蓋体１３は炉芯管２と一体に固定されている。被処理物を炉芯管２内へ供給する被処理物供給装置と一体のジョイント部材１４の筒状部分と、前記蓋体１３の筒状部分とが相対回転自在に嵌合されている。この蓋体１３とジョイント部材１４とが嵌合した構造によりロータリジョイント１５が構成されている。回転しないジョイント部材１４と被処理物供給装置１６がそのロータリジョイント１５の中心に炉芯管２の回転中心軸に沿って設けられている。この被処理物供給装置１６の炉芯管２内に臨む端部から原料が供給される。被処理物供給装置１６とロータリジョイント１５の内壁には隙間１８があり、炉芯管２内で吸引した雰囲気ガスは、この隙間１８を介して排気される。隙間１８を介して排気されるガスは被処理物供給装置１６と一体である排気室１７を介して、外部に排出される。雰囲気ガスを外部へ排出する為の真空ポンプ（図示せず）が排気室１７の排出部に設けられている。また、被処理物は被処理物供給装置１６により炉芯管２内へ供給できるよう供給経路が形成されている。したがって、回転駆動される炉芯管２へロータリジョイント１５を介して被処理物（粉末状の炭酸バリウムと粉末状の二酸化チタンの混合物）を供給できるものとなっている。
【００２５】
その被処理物は、ヒータ５により加熱されることにより反応が促進されて、二酸化炭素が分離してチタン酸バリウムに変換し、炉芯管２の排出端から排出される。この排出部もロータリジョイント１８に構成されている。すなわち、炉芯管２と一体の第２蓋体１９の筒状部分と、排出された被処理物を受け入れるホッパ状の被処理物排出部２０と一体のジョイント部材２１の筒状部分とが相対回転自在に嵌合されることによってロータリジョイント１８が構成されている。第２蓋体１９の筒状部分とジョイント部材２１の筒状部分とには、被処理物を炉芯管２から被処理物排出部２０へ排出できる排出経路が形成されている。
【００２６】
上記各実施の形態では、炉芯管内から不要ガスを外部へ排出するためのガス排出機構を一つのみ設けた連続式熱処理装置を示したが、複数個のガス排出機構を設けても良い。ただし、その場合でも、被処理物を炉芯管内へ供給する側にガス排出機構を設けなければならない。また、その被処理物を炉芯管内へ供給するガス排出機構は、他のガス排出機構よりもその排出能力は高いものに設定されている必要がある。例えば、ガス排出機構を被処理物の排出される側にのみ設けたり、この排出される側に設けられるガス排出機構が最も排出能力が高いものに設定されていると、炉芯管内の排出される側の不要ガス濃度が高くなって、排出される側における熱処理による反応が低下し、未反応の被処理物が生じやすいが、被処理物を供給する側に排気すると、排出側での反応が促進されることで被処理物の反応の完全化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る実施形態の連続式熱処理装置の概略的な縦断面図
【図２】図１の連続式熱処理装置および比較例の連続式熱処理装置での熱処理時における炉芯管内での二酸化炭素濃度を示すグラフ
【図３】本発明に係る別の実施形態の連続式熱処理装置の概略的な縦断面図
【符号の説明】
【００２８】
１    連続式熱処理装置
２    炉芯管
５    ヒータ（加熱手段）
８    供給装置
１１  ガス排出機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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