(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１４００°Ｃ以上の焼成帯を有するローラハースキルンであって、
該焼成帯におけるローラがアルミナ質、ムライト質、またはアルミナ−ムライト質系の酸化物セラミックスからなり、かつ該焼成帯での酸素濃度保持手段として、予熱空気の導入機構を有するか、該焼成帯に蓄熱体式バーナー或いは電気加熱ヒータを有することにより、該焼成帯の焼成雰囲気中の酸素濃度を少なくとも２％以上に保持することを特徴とするローラハースキルン。
【請求項２】
１４００°Ｃ以上の焼成帯を有するローラハースキルンの運転方法であって、
該焼成帯におけるローラがアルミナ質、ムライト質、またはアルミナ−ムライト質系の酸化物セラミックスからなり、かつ該焼成帯での酸素濃度保持手段として、予熱空気の導入機構を有するか、該焼成帯に蓄熱体式バーナー或いは電気加熱ヒータを有することにより、該焼成帯の焼成雰囲気中の酸素濃度を少なくとも２％以上に保持することを特徴とするローラハースキルンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１４００°Ｃ以上の高温焼成帯を有するローラハースキルンおよびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来高温での加熱処理や焼成を行うための工業用焼成炉としては、トンネルキルンやシャトルキルンさらにはローラハースキルンが知られている。最近では、ローラハースキルンがその設備効率がよい点から衛生陶器から電子部品用セラミックスやフェライト等の機能部品の焼成に至まで広く活用されている。
【０００３】
これらの製品を通常の１０００〜１３００°Ｃ付近の温度領域で焼成する場合には、製品を搬送するローラは耐熱性と曲げ強度を適宜選択すれば問題がなかった。しかし、製品を高温で焼成する要求が生じて来るに従い用いられるローラの材質にも改良が加えられ、その１つとして１６００°Ｃの耐火性を有する再結晶ＳｉＣが用いられたが、使用中に酸化を受けＳｉＣの中にＳｉＯ2が生成し膨張によるクラックの発生や大きな反りを招き寿命が短いという欠点を有していた。
【０００４】
また、アルミナやムライトなどの酸化物のローラを用いる場合もあったが、高温で焼成に耐える目的のため不純物を極力除い高純度化されたローラが用いられてきた。このため、ローラの製品価格が高く実用化が困難であるだけでなく、やはり使用中に原因不明のローラの破損が頻繁に発生するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、焼成温度１４００°Ｃ以上の焼成帯を有するローラハースキルンおよびその運転方法であって、特に焼成帯等の高温域で用いられるローラの強度劣化および折損を防止し安定稼働が可能なローラハースキルンおよびその運転方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明によれば、１４００°Ｃ以上の焼成帯を有するローラハースキルンおよびその運転方法であって、該焼成帯におけるローラがアルミナ質、ムライト質、またはアルミナ−ムライト質系の酸化物セラミックスからなり、かつ該焼成帯での酸素濃度保持手段として、予熱空気の導入機構を有するか、該焼成帯に蓄熱体式バーナー或いは電気加熱ヒータを有することにより、該焼成帯の焼成雰囲気中の酸素濃度を少なくとも２％以上に保持することを特徴とするローラハースキルンおよびその運転方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のローラハースキルンおよびその運転方法は、１４００°Ｃ以上の焼成帯を有するローラハースキルンであって、該焼成帯におけるローラが酸化物セラミックスからなり、かつ該焼成帯の焼成雰囲気中の酸素濃度を少なくとも２％以上、より好ましくは５％以上に保持することが主な特徴である。
【００１０】
１４００°Ｃ以上の高温の焼成雰囲気中の酸素濃度が２％未満の場合、特に０％に近づくにしたがって、ローラを構成するセラミックス焼結体のアルミナやムライトの粒子径が急速に粒成長を起こし大きくなり、これが焼結体の強度低下の一因となり、稼働中のローラの破損や折損の原因となる。
【００１１】
ところが、１４００°Ｃ以上の高温の焼成雰囲気中の酸素濃度が２％以上、好ましくは５％以上に保持した場合には、ローラを構成するアルミナやムライトの粒子径が抑制され強度低下が起こらず、稼働中のローラの破損や折損が低減し安定したローラハースキルンの操業ができる。
【００１２】
以下、本発明の目的を達成する構成を有するローラハースキルンの構造について、図面に基づいて説明する。
図１〜４は、それぞれ本発明の構成を有するローラハースキルンの具体例であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）は、概略縦断側面図である。
【００１３】
ローラハースキルンの一般的な構造としては、図５に示すように、両側の入口１と出口２の間にローラ３を所定の間隔で配設し、その上に被焼成体Ｗが入口１から出口２に向け移動する間に焼成される搬送路４が形成されている。また、入口１から出口２に向かって一般に予熱帯Ｒ１、焼成帯Ｒ２、冷却帯Ｒ３、の順に、大きく３つの領域に区画総称されている。
【００１４】
各領域に、どの様な加熱手段をどの様な配置で設けるかは、そのローラハースキルンで何を焼成するかによってその構成が異なるが、例えば搬送路４を挟んでその両側壁にかつローラの上下にガスバーナ等の燃焼バーナを千鳥配置に設けたり、電気抵抗発熱体等の電気式ヒータ１０がそれぞれ配設され、被焼成体Ｗは予熱帯Ｒ１で徐々に加熱されバインダー等が除去される、次いで、焼成帯Ｒ２に移動し例えば１４００°Ｃで焼成され、冷却帯Ｒ３に移って被焼成体Ｗが冷却される。
【００１５】
また、その間被焼成体Ｗによっては、例えば、焼成帯Ｒ２から冷却帯Ｒ３に移る部分で窒素ガスを炉内に導入し焼成雰囲気を調整したりするなど被焼成体Ｗに合わせ、最適な温度および雰囲気が設定される。
本発明のローラハースキルンでは、焼成帯Ｒ２の酸素濃度を少なくとも２％以上、より好ましくは５％以上に保持する機能が必要である。
【００１６】
その一例として、図１に示すようなものが挙げられる。
このローラハースキルンは、焼成帯Ｒ２におけるガスバーナ５の燃焼熱が被焼成体Ｗの燃焼に使われた後、予熱帯Ｒ１方向に移動し被焼成体Ｗの乾燥、予熱に使われ、その後の燃焼ガスは、入口側排気ダクト８を経て入口側ファン９により外部に排出される。
【００１７】
焼成帯Ｒ２の搬送路４を挟んだ炉壁には、複数個のガスバーナ５が設けられ、図示しないガスパイプから供給されるガスを炉内で燃焼させる構造となっている。
なお、焼成帯Ｒ２の炉内で燃焼した後の燃焼ガスは、予熱帯Ｒ１及び入口側排気ダクト８を通じてファン９により吸引され予熱帯Ｒ１方向に移動し炉外に順次排出される。
【００１８】
冷却帯Ｒ３の炉内壁面には、複数個の冷却空気吹込用の吹込口１４が設けられている。
したがって、冷却帯Ｒ３の炉内においては、これらの吹込口１４から吹込まれる冷却空気によって急速に被焼成体Ｗが冷却される。
なお、冷却帯Ｒ３の炉内に吹出された冷却空気は被焼成体Ｗの冷却後、出口側のファン１１により、出口側排気ダクト１３を通じ外部に排出される。
【００１９】
図１に示す本願の一例を示すローラハースキルンの特徴は、焼成帯Ｒ２に設けられたガスバーナ５に燃焼空気を供給する燃焼空気供給ダクト１５の経路に直接、または、ガスバーナ５とは別に酸素富化した空気を供給する経路をを設け、これらに酸素富化膜を通し大気中の酸素を富化させる酸素富化装置２０が組み込まれていることにある。
酸素富化装置２０は、焼成帯Ｒ２の酸素分圧を酸素濃度測定装置２２（酸素センサ）によって測定した測定値から予め定められている酸素濃度以上になるように、生成酸素濃度および酸素供給量を制御するものである。
これにより、焼成帯Ｒ２の酸素濃度を２％以上好ましくは５％以上の状態に保持することができる。
【００２０】
図２は、本願の他の例を示したものであり、ローラハースキルンでは、予熱帯Ｒ１で、焼成帯Ｒ２におけるガスバーナ５の燃焼熱が被焼成体Ｗの燃焼に使われた後予熱帯Ｒ１方向に移動した燃焼ガスにより被焼成体Ｗの乾燥、予熱に使われ、その後の燃焼ガスは、入口側排気ダクト８を経て入口側ファン９により外部に排出される。
【００２１】
焼成帯Ｒ２の搬送路４を挟んだ炉壁には、複数個のガスバーナ５が設けられ、図示しないガスパイプから供給されるガスを炉内で燃焼させる構造となっている。
なお、焼成帯Ｒ２の炉内で燃焼した後の燃焼ガスは、予熱帯Ｒ１及び焼成側排気ダクト６を通じて焼成側ファン７により吸引され炉外に順次排出される。
【００２２】
ただし、この排気ダクト６を通じて排出されるガスは、後で詳しく説明する熱交換器３０において、前記焼成帯Ｒ２に送り込まれる予熱空気との間で熱交換器が行われるようになっている。
【００２３】
なお、冷却帯Ｒ３の炉内壁面には、複数個の冷却空気吹込用の吹出口１４が設けられている。従って、これらの吹出口１４から吹込まれる冷却空気によって、被焼成体Ｗの冷却が促進される。
なお、冷却帯Ｒ３の炉内に吹き出された冷却空気は被焼成体Ｗの冷却に利用された後、出口側ファン１１により、出口側排気ダクト１３を通って外部に排出される。
【００２４】
この装置の主な特徴は、焼成帯Ｒ２の炉内壁面に複数個の予熱空気用吹込口１７が形成されていることである。
これらの各吹込口１７にはファン１８によって、予熱空気供給ダクト１９を通じて普通の酸素を含んだ大気が予熱空気として炉内に送られるようになっている。
【００２５】
また、このダクト１９は前記の熱交換器３０において、焼成帯Ｒ２の焼成側ファン７によって、焼成側排気ダクト６を通じて排気される酸素含有量の低下した排気ガスとの熱交換によって新たに加熱された空気を取り込むようになっている。
【００２６】
更に別の例として、図３に示す形式の炉が挙げられる。
このローラハースキルンは、焼成帯Ｒ２における蓄熱体バーナ４０の燃焼ガスが被焼成体Ｗの焼成に利用された後、入口側ダクト８を経て、入口側排気ファン９を通って外部に排出される。
【００２７】
この装置の主な特徴は、燃焼排ガスと燃焼空気が交互に通過する一対の蓄熱体４２、４２が燃焼バーナに組み込まれ、一方の蓄熱体４２に燃焼排ガスを通して蓄熱し、他方の蓄熱体４２に燃焼空気を通して予熱する工程を繰り返す蓄熱体バーナ４０が、焼成帯Ｒ２の炉内壁面に、この場合にはローラが間に上下に配置されている。
【００２８】
この蓄熱体４２、４２は、バーナの中に組み込んでも、バーナとは別体に燃焼用空気の配管に接続する形で組み込んでもよい。さらに、バーナとバーナのの配置は図３（ｂ）に示すように同一断面内でローラを間に上下に配置しても、ローラ上部で同一平面内で互いに対向する形や隣合う形で配置しても、同様な効果がえられる。
【００２９】
この装置の構造は、各空気流路４４、４４が空気切替え装置４８に接続されている。この空気切替え装置４８は、図３（ｂ）の状態ではファン４９から供給される燃焼用空気を下部の空気流路４４へ供給するとともに、上部の空気流路４４からの燃焼排ガスを排気し、また逆にファン４９から供給される燃焼用空気を上部の空気流路４４へ供給するとともに、下部の空気流路４４からの燃焼排ガスを排気するように切替え動作を行うものである。
この切替え動作は、通常２０〜３０秒程度の短いサイクルで繰り返される。
【００３０】
これらの空気流路４４、４４と蓄熱体バーナ４０との接続部には、それぞれ燃料注入ノズル４５、４５が設けられており、これらの燃料注入ノズル４５、４５は空気切替え装置４８と連動する燃料切替え装置４６に接続されている。このため、図３（ｂ）のように燃料用空気が供給されている側の空気流路４４のらの燃料注入ノズル４５から燃料を注入するようになっている。
これにより、高温の予熱空気燃焼が可能となり、燃焼時の酸素必要量が低減されるので、本発明の高温高酸素濃度雰囲気の焼成条件を実現するローラハースキルンが得られる。
【００３１】
なお、焼成後の冷却帯Ｒ３においては、冷却空気が多数の吹出口１０から供給され、この冷却空気は出口側ファン１１により、出口側排気ダクト１３を通って外部に排出される。
【００３２】
さらに別の例として、図４に示すものが挙げられる。
このローラハースキルンは、焼成帯Ｒ２から予熱帯Ｒ１に移動してきた燃焼ガスは、ダンパ１０７、排気ダクト１０８を経て、ファン１０９により外部に排出される。
また、冷却帯Ｒ３においては、冷却空気が吹出口１１４から供給され、この冷却空気はファン１０９により、ダンパ１１２、排気ダクト１０８を経て外部に排出される。また、一部はダンパ１２０、排気ダクト１１３を経て、熱風発生器１１８に導入される。
そして、熱風発生器１１８より発生した熱風を熱風供給ダクト１１９、バルブ１２１を経て、熱風吹出口１１７より予熱帯Ｒ１および焼成帯Ｒ２に導入する。
【００３３】
焼成帯Ｒ２には、複数の抵抗発熱対からなる電気ヒータ１０６が通常の燃焼バーナに代わって設けられ、炉内を加熱させる構造となっている。
なお、焼成帯Ｒ２の炉内を加熱した後の排気ガスは、予熱帯Ｒ１及び入口側排気ダクト１０８を通じてファン１０９により、炉の外部に順次排出される。
【００３４】
このように、電気ヒータ１０６を用いた場合、ガスバーナのように酸素を必要とせずに燃焼ができるため、燃焼による焼成雰囲気中の酸素濃度の低下を防止することができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００３６】
（実施例１〜８、比較例１〜４）：焼成雰囲気ガスによるローラハースキルン用ローラの粒成長の評価試験
回転荷重試験炉にローラハースキルン用ローラを取り付け、ローラを回転させつつ１６００°Ｃの状態に保ち、雰囲気条件および材質条件の異なる４種のセラミックローラを組合せ稼働させ、１週間後にローラを取り出し、次いでローラの中央部分から評価サンプルを切り出し研磨して、ＳＥＭ観察と物性測定を行った。
【００３７】
評価に用いたローラのサンプルとしては、粒成長の比較的早い高アルミナ質（アルミナ９５％以上、強度：６９．６ＭＰａ、平均粒径：６μｍ）、ムライト質（ムライト９５％以上、強度：３８．２ＭＰａ、平均粒径：４μｍ）及びアルミナ−ムライト系の混合組成のアルミナ：ムライト＝６：４（強度：４６．１ＭＰａ、平均粒径：４μｍ）と４：６（強度：３６．３ＭＰａ、平均粒径：４μｍ）の外径３８mmΦ、内径２６mmΦのローラを用いた。
また、試験雰囲気の打込ガスの条件は表１に示す値で行った。
【００３８】
【表１】
0003865859.tif 000002
【００３９】
評価試験により得られたそれぞれの条件下でのローラハースキルン用ローラの試験後の粒子径及びローラの曲げ強度の測定結果を表２に示す。
なお、曲げ強度は、ローラの中央部からＪＩＳ  Ｒ１６０１に基づく４点曲げ用サンプルを各５本切り出し測定を行い、その平均値を求めた。
【００４０】
【表２】
0003865859.tif 000003
【００４１】
次に、先と同じ装置に、高アルミナ質（アルミナ９５％以上）ローラを各２本セットし、酸素濃度０の状態で試験温度を表３のように変えて一週間の連続稼働試験を行い、先と同様の特性を評価し結果を表３に併せ示す。
【００４２】
【表３】
0003865859.tif 000004
【００４３】
（考察）
表２の結果より、いずれのローラハースキルン用ローラも新品のものと比較すると、粒成長が生じていることが判明した。
また、焼成雰囲気中の酸素濃度が０％の場合には特に粒成長が著しく加速され、未使用のローラの粒子系の約３．７〜６．７倍にまで粒が成長していた。
しかし、焼成雰囲気中の酸素濃度が２％以上になると、粒成長は徐々に抑制され、特に酸素濃度が５％以上になると粒成長は殆ど起こらないことが明らかとなった。
【００４４】
また、ローラの材質面では、アルミナはムライトに比べ粒成長がやや早いことが明らかになったが、元の粒子径の５倍程度までの粒成長であれば、実用上問題が無かった。一方、ムライトはアルミナに比べ粒成長が遅く、より好ましく、また、アルミナとムライトの混合体のロールでも同様の効果が認められた。
【００４５】
さらに、アルミナで使用温度の影響を調べた結果では、酸素濃度が０の状態では、温度が低くても高速な粒成長が起こることが明らかとなり、酸素濃度を２％以上にするとよい効果が得られることが認められた。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のローラハースキルンは焼成温度１４００°Ｃ以上の焼成帯を有する酸化物セラミックスからなるロールを用いたローラハースキルンであって、高温で長期間使用してもローラの使用時の強度劣化を防止して、ローラの折損事故防止等に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に適用したローラハースキルンの一例であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）は、概略縦断側面図である。
【図２】  本発明に適用したローラハースキルンの他の例であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）は、概略縦断側面図である。
【図３】  本発明に適用したローラハースキルンの更に他の例であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）は、概略縦断側面図である。
【図４】  本発明に適用したローラハースキルンの別の例であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）は、概略縦断側面図である。
【図５】  従来のローラハースキルンの一例であり、（ａ）は、概略縦断正面図であり、（ｂ）は、概略縦断側面図である。
【符号の説明】
１…入口、２…出口、３…ローラ、４…搬送路、５…ガスバーナ、６…焼成側排気ダクト、７…焼成側ファン、８…入口側排気ダクト、９…入口側ファン、１０…電気式ヒータ、１１…出口側ファン、１３…出口側排気ダクト、１４…冷却空気用吹込口、１５…燃焼空気用供給ダクト、１７…予熱空気用吹込口、１８…予熱空気用ファン、１９…予熱空気用供給ダクト、２０…酸素富化装置、２２…酸素濃度測定装置（酸素センサ）、２４…燃料ガス用コントロールバルブ、３０…熱交換器、４０…蓄熱体バーナ、４２…蓄熱体、４４…空気流路、４５…燃料注入ノズル、４６…燃料切替え装置、４８…空気切替え装置、４９…ファン、１０１…入口、１０２…出口、１０４…搬送路、１０６…電気ヒータ、１０７…ダンパ、１０８…排気ダクト、１０９…ファン、１１２…ダンパ、１１３…排気ダクト、１１４…冷却空気用吹出口、１１５…冷却空気用ファン、１１７…熱風吹出口、１１８…熱風発生器、１１９…熱風供給ダクト、１２０…ダンパ、１２１…熱風供給用バルブ、Ｒ１…予熱帯、Ｒ２…焼成帯、Ｒ３…冷却帯。
【図１】
0003865859.tif 000005
【図２】
0003865859.tif 000006
【図３】
0003865859.tif 000007
【図４】
0003865859.tif 000008
【図５】
0003865859.tif 000009