(57)【要約】      （修正有） 【課題】反応ガスの流量を低く抑えながらも、反応生成ガスを炉体の出口側に拡散させずに済む連続焼成炉を提供する。【解決手段】炉体２と、被焼成物Ｗを搬入口から搬出口まで搬送するローラコンベア３と、複数のヒータと、反応ガスＧを炉体内に導入するための導入管と、炉体内のガスＧ，Ｇ１を炉体外に排気するための排気管と、被焼成物Ｗと反応ガスＧとの反応により反応生成ガスＧ１が発生する領域において、炉体側壁２ａの内壁面に、炉体の長手方向に沿って設けられ、外周面の長手方向に複数の吸込孔１０ａを有し、該吸込孔を通じてガスＧ，Ｇ１を炉体外に排気する反応ガス回収管１０と、を備え、被焼成物の上面からローラコンベアの上方に設けられたヒータまでの範囲内にある高さで、反応ガス回収管が配置されている。【選択図】図１
2009019784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬入口と該搬入口と炉体内で連通する搬出口を有する炉体と、
被焼成物または被焼成物を収容する容器を搬入口から搬出口まで搬送する搬送手段と、
炉体内に設けられる複数の加熱手段と、
搬出口側で炉体に設けられ、反応ガスを炉体内に導入するための導入管と、
搬入口側で炉体に設けられ、炉体内のガスを炉体外に排気するための排気管と、
被焼成物と反応ガスとの反応により反応生成ガスが発生する領域において、炉体側壁の内壁面に、炉体の長手方向に沿って設けられ、外周面の長手方向に複数の吸込孔を有し、該吸込孔を通じて反応ガスおよび反応生成ガスを炉体外に排気する反応ガス回収管と、
を備え、
前記被焼成物の上面から前記搬送手段の上方に設けられた加熱手段までの範囲内にある高さで、前記反応ガス回収管が配置されていることを特徴とする連続焼成炉。
【請求項２】
前記反応ガス回収管は、左右の炉体側壁の内壁面のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の連続焼成炉。
【請求項３】
炉体内の上部に下方に向けて反応ガスを吹き付けるための反応ガス供給管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の連続焼成炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被焼成物を焼成して焼成品を得るための連続焼成炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被焼成物を焼成して焼成品を得るための連続焼成炉としては、トンネル炉が用いられている。このような連続焼成炉の概略断面を図４に示す。連続焼成炉１の炉体２を構成する天井、側壁および炉床は、レンガや耐熱鋼などの耐熱材により形成されている。炉体内には、ローラコンベアやベルトコンベアなどの搬送手段３が設けられ、被焼成物Ｗまたは被焼成物Ｗを収容した容器は搬送手段３上に載置されて、搬入口から搬入され、被焼成物Ｗは焼成品として搬出口から搬出される。
【０００３】
特許文献１（特開昭４７−２５２１０号公報）や特許文献２（特開平１−２５２８８６号公報）に記載されているように、炉体内は、シャッター、仕切り扉、または仕切り板などの仕切り手段４により、予熱ゾーン、焼成ゾーンおよび徐冷ゾーンに区分けされる。そして、各ゾーンは、赤外線などを用いたヒータＨとその温度制御機器（図示せず）とにより、ゾーンごとに必要な温度管理がなされている。
【０００４】
また、搬出口側、すなわち炉体２の徐冷ゾーンには、焼成に必要な反応ガスＧを供給するために導入管５が設けられている。一方、搬入口側、すなわち炉体２の予熱ゾーンには、反応ガスＧおよび焼成に伴い生成した反応生成ガスＧ１を排気するための排気管６が設けられている。
【０００５】
連続焼成炉１では、反応生成ガスＧ１との逆反応により、焼成後の製品が汚染されないようにすることが重要である。このため、搬出口から搬入口に向かう反応ガスＧのガス流を生じさせている。導入される反応ガスＧは、焼成反応のためにだけ用いられるのではなく、反応生成ガスＧ１を排出するためにも用いられる。このため、焼成反応に必要とされる以上の量の反応ガスＧが導入される。
【０００６】
また、連続焼成炉１では、反応ガスＧは、炉体内の全領域に供給されることが好ましい。供給の行渡らない領域があれば、反応生成ガスＧ１の淀みを生じ、例えば、このような領域が存在すると、焼成ゾーンにおける焼成反応が進行しないばかりか、徐冷ゾーンにおいて、逆反応すら起こる可能性が生じる。
【０００７】
かかる反応生成ガスＧ１の淀みを防止するために、従来、徐冷ゾーンおよび焼成ゾーンに、複数の導入管を設けて、搬出口側から排気管へ至るガスの流れを強化するとともに、導入管を原料に可能な限り接近させて反応ガスを供給することが行われている（図示せず）。
【０００８】
しかし、このように反応ガスを供給すると、局所的にはいくつもの渦が発生するので、渦の発生をなくして炉体内の基本的なガスの流れを確保するためには、複数の導入管のそれぞれにおいて、導入されるガス流量を適確に調整しなければならず、高度な技術と熟練が要求される。
【０００９】
かかる調整によっても、渦は完全に消えるものではなく、拡散する反応生成ガスを搬出口側に近づけないようにする調整が限界である。また、渦の発生を防止するためにガス流量を減らすと、反応生成ガスが拡散して、搬出口側に流れてしまうため、反応生成ガスを搬出口側に近づけないように調整するには、多量の反応ガスの導入が必要となる。このように、従来の連続焼成炉では、炉体内の条件を適切に制御することがきわめて困難であった。
【特許文献１】特開昭４７−２５２１０号公報
【特許文献２】特開平１−２５２８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、高度な制御が必要とされず、反応ガスの流量を低く抑えながらも、反応生成ガスを炉体の搬出口側に拡散させることが防止できる連続焼成炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る連続焼成炉は、
搬入口と該搬入口と炉体内で連通する搬出口を有する炉体と、
被焼成物または被焼成物を収容する容器を搬入口から搬出口まで搬送する搬送手段と、
炉体内に設けられる複数の加熱手段と、
搬出口側で炉体に設けられ、反応ガスを炉体内に導入するための導入管と、
搬入口側で炉体に設けられ、炉体内のガスを炉体外に排気するための排気管と、
被焼成物と反応ガスとの反応により反応生成ガスが発生する領域において、
炉体側壁の内壁面に、炉体の長手方向に沿って設けられ、外周面の長手方向に複数の吸込孔を有し、該吸込孔を通じて反応ガスおよび反応生成ガスを炉体外に排気する反応ガス回収管と、
を備え、
前記被焼成物の上面から前記搬送手段の上方に設けられた加熱手段までの範囲内にある高さで、前記反応ガス回収管が配置されている。
【００１２】
また、前記反応ガス回収管は、左右の炉体側壁の内壁面のそれぞれに設けられていることが好ましい。
【００１３】
また、炉体内の上部に下方に向けて反応ガスを吹き付けるための反応ガス供給管が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の連続焼成炉では、炉体内の反応生成ガス発生領域において、反応生成ガスをスムーズに排出させることができるため、反応生成ガスが炉体内で拡散して排出口側に流れる現象を十分に抑制することができ、炉体内全体に流す反応ガスの流量を低減することができ、かつ、反応ガス流量の高度な流れ制御が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、従来の連続焼成炉では、次のような現象が起きているとの知見を得た。
【００１６】
すなわち、被焼成物の焼成反応を促進させるために、多数の導入管から導入される反応ガスが、被焼成物に向けて吹きかけられるが、吹きかけられる反応ガスの流速が、炉体内全体を流れるガスの流速に比べて相対的に速いため、被焼成物や焼成品に吹きかかりはね返った反応ガスまたは反応生成ガスは、渦（回転）を生じて乱流になり、ガスの流れに複雑さをもたらす。
【００１７】
このような複雑なガスの流れは、天井に駆け上がる流れや、天井から炉壁側面に沿って被焼成物に吹き降ろす流れを形成すると同時に、搬送手段であるローラコンベアのローラの端部側から下側へ抜けていく流れや、逆にローラの下側からローラの隙間を通って吹き上がる流れを形成する。
【００１８】
このような状態で、ローラより上側に生じる搬出口から搬入口に向かうガスの流れを速くして、焼成品と反応生成ガスとの逆反応を防止しようとすると、ローラより下側では、ローラ上側の流れとは逆に搬入口から搬出口に向かう流れが発生してしまう。
【００１９】
このため、被焼成物の表面で発生した反応生成ガスは、前述した渦を形成しながら、乱流状態で移動および拡散をし、ローラの端部側からローラ下側へ抜ける流れに合流し、炉体内の下側へ向かう。さらに、炉体内の下方で搬入口から搬出口に向かうガスの流れに合流し、搬出口の近くまで運ばれて、ローラの下側からローラの隙間を通ってローラの上側に吹き出すこととなる。
【００２０】
以上のような現象によって、ローラの上側において、ガスの流れが搬出口から搬入口に向かっていても、反応生成ガスの一部は搬出口の近傍まで拡散し、焼成品と反応生成ガスとの逆反応が生じてしまう結果となる。
【００２１】
本発明者らは、かかる知見に基づいて、本発明を完成したものである。以下、本発明に係る連続焼成炉について図面を用いて説明する。なお、連続焼成炉１の基本構造は、図４に示す従来の構造と同様である。よって、基本構造についての説明は省略すると共に、同じ部材については同じ符号を付する。
【００２２】
図１および図２は、本発明に係る連続焼成炉１の内部構造を示している。図示のものは、搬送手段としてローラコンベア３を用いている。ローラコンベア３では、多数のローラ３ａが整列配置され、例えば、匣鉢８が載せられた平板７を載置可能であり、この匣鉢８内に被焼成物Ｗが収容される。
【００２３】
炉体内において、ローラコンベア３の上下には、加熱手段であるヒータＨが炉体の長手方向に沿って複数設けられている。
【００２４】
本発明に係る連続焼成炉１においては、被焼成物Ｗと反応ガスとの反応により反応生成ガスが発生する領域において、炉体側壁２ａの左右の内壁面に、炉体の長手方向に沿って、反応ガス回収管１０が水平に設けられている。より具体的には、被焼成物Ｗの上面からローラコンベア３の上方に設けられたヒータＨまでの範囲内にある高さで、反応ガス回収管１０が配置されている。
【００２５】
反応生成ガス発生領域は、基本的には、焼成ゾーンにおいて被焼成物Ｗと反応ガスとが、例えば炉体内温度６００℃、酸素濃度９５％の条件により、反応して、副生成物として反応生成ガスを発生させる領域をいう。また、予熱ゾーンにおいても、被焼成物Ｗと反応ガスとが反応する場合があり、反応生成ガス発生領域を生じる場合がある。反応生成ガス発生領域の位置や長さについては、被焼成物Ｗの内容、反応ガスの種類および操業条件などにより定まるものであり、従前の条件から、その位置および長さを決めればよい。
【００２６】
反応ガス回収管１０は、耐熱鋼、ＳＵＳ３０４などの耐熱材からなる。反応ガス回収管１０の長さは、上述の通り、連続焼成炉１の適用ごとに異なってくるが、その長さが反応ガス発生領域と概略同じであればよい。ただし、反応ガス発生領域と比較して多少の長短があることは許容される。勿論、反応ガス発生領域の全域に渡って反応ガス回収管１０が設置されることが好ましい。
【００２７】
また、反応ガス回収管１０としては、φ５０〜１００ｍｍ程度で、外周部の厚さが１〜２ｍｍ程度の管状部材を用いることができる。
【００２８】
反応ガス回収管１０の外周面には、反応ガスＧを吸引するための吸込孔１０ａが多数間隔をおいて形成されている。吸込孔１０ａの形状は、円形または楕円形などの形状を採り得る。吸込孔１０ａの大きさは、例えば、円形の孔を有する構造の場合、φ３〜２０ｍｍ程度である。また、この場合、吸込孔１０ａを１０〜５００ｍｍ間隔で形成する。吸込孔１０ａの配置について、反応ガス回収管１０の中心軸周りにおいて軸周り角度を変更させる自由度があるが、吸い込みやすさの観点から、吸込孔１０ａが被焼成物側を向くように反応ガス回収管１０を配置することが好ましい。
【００２９】
反応ガス回収管１０の吸込孔１０ａが一定間隔をおいて形成されていると、炉体内の広範囲で発生する反応生成ガスＧ１をほぼ均等な流速で効率よく回収することができる。
【００３０】
反応ガス回収管１０は、排気ポンプと接続してあり、内圧が低下した状態で吸込孔１０ａを通して反応生成ガスおよび一部の反応ガスを吸引する。吸込孔１０ａは大き過ぎると反応ガス回収管内部の圧力分布が大きくなり各吸込孔の吸引力に差が出てしまう。そこで、吸込孔の径は反応ガス回収管１０の径に応じて適当な大きさとすることが重要である。
【００３１】
反応ガス回収管１０に空いている吸込孔１０ａを延長するような形状にした細管を、並列して配置し、反応生成ガス発生領域の近くで回収するような形態も炉内の状態によっては効果的である。また、高濃度な生成ガスを発生領域で集中的に回収するために、その付近には吸引力が強い反応ガス回収管を別に設ける方法も考えられる。場合によっては各吸込孔における流速を揃えるために吸込孔に格子、網目を付加したり、孔径を流速に応じて調整したりすると効果的な場合もある。
【００３２】
この反応ガス回収管１０を、少なくとも、左右の炉体側壁２ａの一方側に１本のみ設ける。反応ガス回収管１０は、ローラコンベア３により搬送される被焼成物Ｗの上面もしくは該上面よりも高い位置に配置される。すなわち、炉内のローラコンベア３よりも上側の空間で、被焼成物Ｗの上方に配置されるヒータＨまでの高さの任意の位置に配置される。反応ガス回収管１０を１本のみ配置する場合、匣鉢８の上面から放出される反応生成ガスのうち反応ガス回収管１０から遠い領域のものは一部は反応ガスの流れによって拡散されるがその一部は最初ゆっくりと、そして吸込孔１０ａに近づくにつれ流速が速まり吸引される。
【００３３】
また、反応ガス回収管１０の高さの具体的な決定は、吸込孔１０ａの下部と匣鉢８の上端を近づけて吸引効率に関係する匣鉢上の低圧領域を広く形成することによる。具体的には、炉体の高さと幅がそれぞれ２ｍの場合、被焼成物Ｗの上面から±５ｍｍ程度の高さに配置することが好ましい。
【００３４】
好ましくは、反応ガス回収管１０を、左右の炉体側壁２ａの両側に１本ずつ設ける。反応ガス回収管１０は、被焼成物Ｗの上面の高さ位置またはそれより高い位置において、相互に対向するように設けられる。この場合、匣鉢上面から発生する反応生成ガスは、左右どちらか近い方の回収管に向かう。
【００３５】
さらには、反応ガス回収管１０を、左右の炉体側壁２ａの両側に複数本ずつ設けることが好ましい。
【００３６】
吸込孔１０ａから回収された反応生成ガスＧ１や未反応の反応ガスＧは、反応ガス回収管１０を通じて、炉体外に排出される。
【００３７】
なお、反応生成ガスＧ１を回収するガスの流れを強化するために、炉体内の上部に下方に向けて反応ガスＧを吹き付けるための反応ガス供給管１１が設けられていることが好ましい。
【００３８】
反応ガス供給管１１および反応ガス回収管１０は、耐熱鋼、ＳＵＳ３０４などの耐熱材からなる。また、反応ガス供給管１１および反応ガス回収管１０の大きさとしては、直径がφ５０〜１００ｍｍ程度で、外周部の厚さが１〜２ｍｍ程度の管状部材を用いることができる。
【００３９】
反応ガス供給管１１の外周面には、反応ガスＧを供給するための噴出孔１１ａが多数間隔をおいて形成されている。噴出孔１１ａの形状は、円形または楕円形などの形状を採り得る。噴出孔１１ａの大きさは、例えば、円形の孔を有する構造の場合、φ３〜２０ｍｍ程度である。また、この場合、噴出孔１１ａを１０〜５００ｍｍ間隔で形成する。
【００４０】
なお、本発明において、炉体内における上部とは、ローラコンベア３の上方に設置されているヒータＨと炉体の天井との間の空間をいう。
【００４１】
反応ガス供給管１１は、それぞれ炉体の幅方向に沿って、配置することが好ましい。具体的には、この反応ガス供給管１１を、炉体の幅方向に沿って、左右の炉体側壁２ａに掛け渡すようにして設ける。なお、噴出された反応ガスＧの流れが阻害されないように、その下方に設置されているヒータＨと位置が重ならないように配置する。ヒータＨを長手方向ではなく幅方向に設置する理由は、長手方向に沿った炉内温度分布を任意に設定するためである。その場合、搬出口側からの流れとヒータＨが干渉するが、ヒータＨの径は約φ１０ｍｍ程度と細いので流れに与える影響は少ない。
【００４２】
このような構成にすると、反応生成ガスＧ１は、炉体内の全体的な流れである導入管５から排気管６への流れに乗って排気管６から排出されるだけでなく、ローラコンベア上の部分的な流れである反応ガス回収管１０へ吸い込まれる流れに乗って比較的高濃度な状態で、反応ガス回収管１０に吸い込まれ外部に排出される。そのため、反応生成ガスＧ１を炉体内に拡散させることなく、速やかに排除することができ、導入管５への反応ガスＧの導入量の調整が容易になる。また、被焼成物Ｗの周囲の反応生成ガスＧ１の濃度が大幅に低減され、被焼成物Ｗの焼成が良好になる。
【実施例】
【００４３】
（実施例）
図３は、本実施例の連続焼成炉の縦断面を示している。この実施例は、酸化ニッケルと水酸化リチウムとを焼成するための反応ガスとして酸素を用いた場合の例である。
【００４４】
連続焼成炉１は、耐火レンガでできた天井、側壁および炉床からなる筒状トンネル（幅約１０００ｍｍ×高さ約１０００ｍｍ）を有する炉体２である。炉体内には、連続焼成炉１の長手方向に等間隔で多数のローラが配置されたローラコンベア３、および炉体内を多数のゾーンに区画するための仕切り板４が多数設けられている。炉体２の出口側上部には、反応ガスを供給する導入管５が設けられている。また、炉体２の入口側上部には、炉体内の反応ガスを排出ための排気管６が各所に設けられている。
【００４５】
また、炉体内の上部には、下方に向けて反応ガスを吹き付けるための反応ガス供給管１１が適宜設けられている。この反応ガス供給管１１の材質は、ＳＵＳ３０４製とされ、外径はφ２０ｍｍ、内径はφ１６ｍｍにされている。また、反応ガス供給管１１の長さは約１ｍで外周面には、φ４ｍｍの噴出孔が約２ｃｍ間隔で２０箇所に形成されており、供給元のガス管に接続されている。また、反応ガス供給管１１から供給される反応ガスは導入管５から供給される反応ガスＧと同種である。
【００４６】
被焼成物は、匣鉢（３００ｍｍ×３００ｍｍ×１００ｍｍ）に収容された状態でローラコンベア３により搬送され、炉体内を移動する。
【００４７】
炉体内を昇温するためのヒータＨはローラコンベア３の上方と下方にそれぞれ配置され、この上下のヒータＨからの輻射熱により匣鉢およびその収容物である被焼成物は昇温する。
【００４８】
炉体内の領域Ｒには、左右の炉体側壁の内壁面にそれぞれ炉体長手方向に沿って反応ガス回収管１０が設けられている。この反応ガス回収管１０は、ステンレス材料製とし、長さ１０００ｍｍ、外径φ７０ｍｍ、内径φ６６ｍｍとした。また、反応ガス回収管１０にはφ５ｍｍの吸込孔が一定間隔（８ｃｍ）をおいて１０箇所に形成されている。そして、領域Ｒに滞留した反応ガスは、反応ガス回収管１０の外周面に形成された吸込孔に吸い込まれることになる。この領域Ｒは、１ｍ程の長さであり、４００〜８００℃に昇温された部分である。
【００４９】
導入管５から３ｍ3／ｈｒの量の反応ガスを供給した。炉体内において搬出口側から搬入口側に至る、約０．１ｍ／ｓｅｃの速度の基本的な反応ガスの流れが生じた。次に、炉体内上部側の反応ガス供給管１１からの反応ガスの供給を開始した。供給量は、３ｍ3／ｈｒ／本で、噴出孔からの噴き出し速度は３ｍ／ｓｅｃであった。
【００５０】
被焼成物を１ｍ／ｈｒの速度で連続焼成炉内に搬入して、焼成ゾーンにおいて、被焼成物を４００〜８００℃の温度で加熱して、焼成した。このときの反応ガスおよび反応生成ガスの流れ分布を観察した。
【００５１】
その結果、導入管５および反応ガス供給管１１から導入された反応ガスは、高温の炉体内の圧力によって、反応ガス回収管１０に吸い込まれた。回収したガスの一部をサンプリングし、組成分析により反応ガスが回収されていることを確認した。
【００５２】
（比較例１）
この比較例１では、実施例と同じ炉体２を用い、反応生成ガスが発生する領域Ｒも同様にした。そして、一方の炉体側壁に被焼成物の表面と同程度の高さに、幅が約１ｍ×５０ｍｍのスリットを水平方向に沿って形成した。スリットは炉内に設置した長さ１．２ｍ、高さ１５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍのステンレス製の箱の側面中央に設けた。箱は配管を介してポンプと接続した。このスリットは反応生成ガスの回収口となる。なお、炉体側壁には、反応ガス回収管を設けなかった。
【００５３】
以上の連続焼成炉１を用いて反応生成ガスの流れを観察すると、反応ガスの一部はスリットから回収されるものの、大部分は炉体内を上昇して大きな渦と一体となり、炉体内全体に拡散した。すなわち、被焼成物周囲の反応生成ガスの濃度を実施例に比べて減少させることはできなかった。
【００５４】
（比較例２）
従来の連続焼成炉１を用いて、実施例と同様の条件で、焼成を行った。反応生成ガスの流れを観察したところ、反応生成ガスは炉体内全体に拡散した後、一部の反応生成ガスは、搬出口側から搬入口側に向かう基本的な流れに乗って、排気管６より外部に排出された。しかし、一部の反応生成ガスが、搬出口側まで拡散してしまい、実施後の焼成品には、反応生成ガスとの逆反応を示す汚れがあり、製品として提供し得るものではなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の連続焼成炉の一実施形態を概略的に示す説明図である。
【図２】図１の連続焼成炉の内部構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の連続焼成炉の実施例を示す斜視図である。
【図４】従来の連続焼成炉を概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  連続焼成炉
２  炉体
２ａ  炉体側壁
３  搬送手段（ローラコンベア）
３ａ  ローラ
４  仕切り手段（仕切り板）
５  導入管
６  排気管
７  平板
８  匣鉢
１０  反応ガス回収管
１０ａ  吸込孔
１１  反応ガス供給管
１１ａ  噴出孔
Ｈ  ヒータ
Ｇ  反応ガス
Ｇ１  反応生成ガス
Ｒ  領域
Ｗ  被焼成物
【図１】
2009019784.tif 000003
【図２】
2009019784.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009019784.tif 000006