グラスライ=ング用焼成炉｢5号炉+The

No.5

furnaceforg[ass‑[ining(化)製造部生産技術グループ和博
田美Hiromi(化)製造部GWada
L製造室
光田
沢雅
Masamitsu
Sawada.

グラスライニングの焼成工程では,.焼成炉の温度制御の精度と炉内の雰囲気がグラスライニングの品質に大きな影響を与える｡このため焼成炉は,重油やガス焚きの直火炉から,精密な温度制御ができ,燃焼ガスにさらされずクリーンな炉内雰囲気が得られる電気炉に変わってきた｡ところが,電気炉にはランニングコストが高いという弱点を持っている｡そこでこれらの課題を解決するため,都市ガス(13A)燃焼の熟回収装置付ラジアントチューブを組み込んだ,高性能焼成炉をこの度開発して,弊社播磨製作所の焼成ラインに導入した｡この結果,ランニングコストが従来の電気炉の約1/3で,しかも電気炉に勝る温度制御精度と,クリーンな炉内雰囲気が得られた｡
Infiring

thethe furnace

process

electricatmosphereexposed

thefurnaceaintroduced
that

Vol.

electric
Shinkoproblem,runnlngrequired
furnacein theconventionalin thefurnace2PantecCOSt

Ofthehighelectric

temperature

toany

drawback

Plant.

attainedAs

aresult,

furnace

is

and

that

this

furnacecontrolaccuracyandthe cleanglass

グラスライニング製品

glass‑lined

ラジアントチューブ

radiant

recuperator

combustionafurnacefurnacefurnaceclean

is expensive.
furnaceperformancehighperformance

グラスライニング

aandgases.
combustionthat a runnlng'cost

(13A)

gas

炉(2000/3)

isdeveloped

recently

atown
tubes
with
radiant
it into a firing line at ourHarimathe

43 No.

hasgas

controlaccuracyandThus,thethe glass‑lining
quality.
fired direct heating
furnace
to ancontrol

precisebeing
without

thissolve

temperature

atemperatureupon

oil oris obtained

Nevertbeless,incorporating

effectsslgnificant
far fromaheavysochangedin whichfurnacefurnacetheglass‑lining,haveatmospherehasfurnaceToforit hasaroundbeen

one‑third
surpasses

furnaceandconfirmed

theofthatelectricatmosphere.

‑lining

神鋼パンテツク技報

products

tube99ま えがき
グラスライニング機券は,近年,医薬品,ファインケミカル,電子材料などへの用途が拡大し,機器の小型化が進んでいる｡弊社の播磨製作所では,これまでこれらの用途に多い中型機器(2000Lt.
‑8000Lt.)の焼成を大型の電気炉で焼成してきたが,大型炉で小型機器を焼成すると熱効率が悪くコスト高となっていた｡また熱効率を上げるため,複数台まとめて炉に入れて焼成すると,製作期間が長くなって,顧客からの短納期の要求に対応できなくなる,などの問題が生じていたため,機器のサイズにあった小回りの利く中型の焼成炉の導入を計画した｡
電気炉では,割高な電気代を使う上に電力のデマンドも上がって,さらにコストアップとなるので,安価でクリーンな都市ガス(13A)を熱源にした焼成炉を,新たに開発して導入することになった｡
グラスライニングの品質に直接影響する温度制御の

写真1

グラスライニング焼成炉

Photo.1

The

精度と,炉内の雰囲気は既存の電気炉以上の性能でfurnacefor glass‑lining

あることはもちろん,安くてクリーンなエネルギーを使って,コストの低減と公害防止を目標に開発した｡その結果,写真1の高性能焼成炉を開発するこてきた｡またオイルショック後には,耐火断熱材がとが出来たので,ここに紹介する｡

煉瓦からセラミックファイバーに変更されるなど,1.グラスライニング用焼成炉の変遷省エネルギー対策も施されてきた｡

グラスライニング用の焼成炉は,熱源と炉の型式

2.グラスライニング焼成炉の要求仕様が時代とともに大きく変わって来た｡現在は電熱ヒー用途に合わせて様々な工業用炉が世の中で使用さターによる電気炉が一般に使用されている｡

れているが,我々のような工業用グラスライニング

今までの弊社の焼成炉の変遷を紹介すると,第1機器を焼成するのに使用される炉は,大気雰囲気で図に示すように,石炭焚きマッフル炉に始まって重900 ℃前後の焼成温度まで昇温される炉で,特殊な油焚き直火炉,ガス焚き直火炉,電気炉‑と進歩し雰囲気炉ではない｡

/へ＼

へ+.J

/
＼Mufflewithtype

Directcoal‑firing

heavy

1.石炭焚きマッフル炉
第1図
Fig.

100う/＼+JJll i) 111
:∫
コ

I:
l:l
三!
＼

■＼･ノ■

heating withoil burner

2.重油焚き直火炉/＼Direct beatinggas.′■l〔〕IwithElectricburner

3.ガス焚き直火炉

beatlngJ■lRadiantwith

4.電気炉

o市丁言￣訂｡

Egas

tube heatingburner

5.ガス焚きラジアントチューブ炉

焼成炉の変遷1

TransitionoftheFurnace

神鋼パンテツク技報

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2(2000/3)

食器や家電製品といった耐久消費財に使用されるハンドリングをどうするのかということも構造を決

斑稀製品は量産を目的として,斑瑚業界では主にトめる要件となる｡さらに今回は省エネルギーをテーンネル式の連続焼成炉が使用されている｡一方,主マに取り組んでいるので,製品の出し入れに伴う熟に工業用に使用されるグラスライニング製品は,初損失などを最少にする配慮も必要である｡

め下引き#'由が焼き付けられた上に上引き和が何度も中型の反応機本体が対象でしかも出し入れでの熟焼き付けられていき,平均1.2mmの厚みに仕上げ損失が少ないことに配慮して,炉の形状は吊り鐘型られる｡厚みが数十ミクロンと薄い斑榔に比べて,を選択した｡このため,反応機本体を立てて炉床にグラスライニングの塗膜厚みは非常に厚く,各焼成置いて焼く方式を採用した｡

工程では,異なる焼成温度で微妙にコントロールさこれはガス焚き直火炉で一番多く使用されていたれる｡さらに製品のほとんどが個別受注生産のため,構造で,容器の外面と炉の内壁の距離が一定となる焼成工程へは常に異なった形状,仕様の機器が流れため,均一な温度分布が得やすい特長を持っている｡てくる｡上記のことからグラスライニング業界では炉内へのハンドリングは,炉床を昇降させ挿入機バッチ式焼成炉が多く使用されてきた｡グラスライを使って炉床‑製品の載せ換えを行う方式を採用しニングの厚みが平均1.2mmと厚いために,ガラスが軟化する焼成温度近くで,長時間加熱冷却が行わた｡これら一連の動作を全自動で迅速に行わせるこれると,ガラスが重力で流れて欠陥となったり,ガ置き焼きで課題となる支持方法については,弊社とで出し入れの熟損失を少なくした｡

ラスと鋼の反応過多による欠陥が発生するので,均が長年培った歪みの少ない治具が使用されるととも一でかつ急加熱と冷却が必要となる｡
グラスライニング機器は鉄生地の表面にグラスがて,熱容量の少ない治具となっている｡これは省エライニングされているため,機器外面のスケールがネルギーだけでなく温度分布の均一化にも貢献して内面のグラス表面につくことをさけなければならないる｡炉の断熱材には断熱性の良いセラミックファい｡もちろん発熱体からの酸化スケールも許されなイバーーが使用され一層の省エネ)I,ギ‑効果が得られい｡このため熱処理炉などで一般に行われている炉内撹拝は,スケールを拡散させるので行えない｡グている｡に,高強度で耐酸化性に優れた耐熱金属が採用され4.加熱方式

ラスライニング焼成炉は,炉内を撹拝せずフルパワー

加熱方式には,熱効率に優れしかもクリーンな炉で昇温して均一に加熱されることが要求されるため,内雰囲気が得られる,熟回収装置付ラジアントチュー

仕様的にはかなり厳しい炉と言える｡以上の仕様条ブを採用した｡これまで弊社で使用してきたガス焚件を整理すると,

き直火炉や電気炉と,経済性や品質面で比較したの<焼成炉の仕様>

が,第1表である｡

1 )温度制御精度(炉内温度)

焼成温度
昇温時

±10℃

第1表では,同じ容積で型式も同じも.ので比較し±50℃ている｡これに大型から中型へ変更した効果を加味(フルパワー昇温)2)加熱 方 式3)炉内 撹 拝

4)バッチ/連続

すると,省エネルギー効果は倍増している｡

燃焼加熱であっても燃焼ガスと第1表で示すとおり,熱効率は電気炉に少し劣る

製品とは隔離が,ランニングコストはエネルギー単価の差(1/3)に炉内撹拝無しよりほぼ1/3まで低減できている｡品質を左右する浮バッチ炉

遊ダスト,炉内雰囲気,温度制御精度などは電気炉

炉を設計する上で前述の仕様の他に,最も重要なと遜色なく,ラジアントチューブの塙射熱が強く,条件は炉の型式である｡炉内温度の均一性,省エネ焼成温度域での昇温が早いという副産物も得られた｡

ルギー性能,炉内への擬人搬出のハンドリング性能

5.ヒータ設計などを配慮した構造が求められる｡

グラスライニング焼成炉は,バッチで使用されて3.炉の構造
焼成炉の構造を決めるには次のことに配慮しなけいる｡しかも製品はフルパワーで昇温され,焼成が終われば取り出して大気中で放冷される｡このためればならない｡第一に用途すなわち製品の形状にあっ急加熱冷却が繰り返される過酷な使用条件にさらさた炉の設計である｡次は吊って焼くのか,置いて焼れる｡しかもフルパワー昇温時にも均一な温度分布

くのか,また立てて焼くのか,横にして焼くのか,が要求される｡という焼成時のポジショニングである｡また炉へのVol.

43

No.

2

(2000/3)

以上のことからヒータの配置,ヒータのパワーバ

神鋼パンテツク技報

101

第1表
Table

焼成炉の加熱方式
1The

heating

typethe furnace

ofof Furnace

Comparison
Itemstobecomparedpleating

No.5furnacewithregene

Systems
Gasfireddirect

Electricfurnace

typeradianttube

heating

furnace[Costeffectiveness]
1.Unitcostofenergy

Gas:1/3ofelectricity

Electricity:Assumedtobel

Gas:1/3ofelectricity

2.Exhaustgasorelec‑

Exhaustgasloss:15%

Electriccircuitloss:100/o

Exhaustgasloss:
70to80%

triccircuitloss
3.Heatradiation,heat

Assumedtobe50%

Assumedtobe50%

Assumedtobe50%

4.Heatefficiency

42.5%

45%

10to15%5.RunnlngCOSt

Ratiotoelectricfurnace:

AssumedtobelOO%

Ratiotoelectricfurnace:1osstofiringbase,e上c.

35%100to150%[Quality]
1.StlSpendeddust

2.Furnaceatmosphere

Asmallquantityofscale

Agreatdealofnichrome

Dustfolwnupbycom‑

ontubesscalebustionflame

Insideoffurnacecleanby

Nogasgeneratedbyheat‑

Productsexposedtocom‑

combustionwithintubes

1ngWithheaterbustiongases‑AffectedbySOx,NOx.
‑Glasschipplngduetohydrogen3.Furnacetemp.control
accuracy

High1yaccuratetemp.controlHighlyaccuratetemp.

Uneventemp.occursin

Accuracyequaltoelectriceachsection.

furnace‑Horizontaldirection:±5℃‑Verticaldirection:

controlーHorizontaldirection:±5℃‑Verticaldirection:±10℃±10℃(Actualtemp.)
4.Features

Radiantheatisstrong,thusspeedingupheating
inthefiringtemp.region.

ランス,チューブの材質などの設計には十分な検討考慮して設計されている｡また,炉壁との間隔は炉が必要である｡炉の構造とヒータの配置を第2図に壁からの反射熟と熟の放散で,チューブがオーバー示す｡

ヒートしない間隔になっている｡これらの間隔は,炉内の温度を均一にするため,吊り鐘状炉内の炉床,側壁,天井にラジアントチューブが均一に配置されている｡炉床は製品の出し入れ時の冷却,製品チューブの口径と本数や炉の寸法に関係するので,機能性と経済性の両面から検討が必要である｡
以上のことから,チューブの間隔は,

6≧D/d≧を支える治具などの熱容量を考慮してヒートバラン0.5となり,スが決められている｡

能と経済性が得られることが確認された｡

炉内に配置されるチューブの間隔は,第3図に示されるように,チューブの放射熱と炉壁の反射熟を1026≧P/S≧0.5に設定されれば所定の性培郷用の焼成炉では,多くの場合SUS310Sの収まげパイプが使用されるが,グラスライニング焼成

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｡Fadiannttube///′//し/+////rノ///,IJlq

二=巨:±=ヒ=○∫llI

Radiant
tube
Radiant

IRadiant

tube/IISide

tube

Tllbe

supportlLlwalllITube
supportl[重奏∃‑‑‑‑‑‑I‑萱≡書)

Supportll;.1!

Vessel匝司‑‑‑ヽヽ＼＼ヽ＼ヽヽ＼＼ヽヽヽヽヽヽヽ＼ヽヽヽIIl

1丁¶【11｢T￣¶‑‑‑

Insul ationlrl】lIZ1111(Lrl11TLlll『iZIL7有=lTT′ノ′/′/′′′/′///,i/',/',I/′/′

Burr
第2図

Q:二::Dllnsulation

Fl?r/Rま｡iantt｡beFront

elevational

Cross section view

view

炉の構造とヒータ配置
2Fig.

Thestructure

andheater‑layoutof thefurnace

WallRadi ationfrom tube

Wall〜ii＼＼Vessel
Radi ation reboundedfrom wall
Ttlbe

第3図
Fig.

//
Radi atユOn
fro皿tube

Radlation
rebotlnded
from wall

ヒータ間隔
3The

distanceof eachtubes

炉では,急加熱冷却を繰り返すためチューブに大き使用することにした｡高温強度が高く3mmの禰な熱応力が発生するとともに,チューブ温度が曲げパイプで十分使用可能である｡厚みが薄いた姥

℃前後に達するので,SUS310Sでは寿命が短くなる｡この他工業炉では,HPやHI(管といっ1200た高ニッケルクロムの耐熱遠心鋳造管が広く使われているが,これも急加熱冷却には耐えられない｡しに温度制御の応答が良く,急加熱での温度制御に局適である｡

6.温度制御製品の出し入れに炉床を昇降する際放熱されるe:

かもチューブの厚みが9mm前後と厚くなり,製と,常温の製品と治具が炉床に載せられるので,弁品の熱量よりチューブの熱量が上回って熱効率が低床の温度は低くなっている｡そのまま昇温すれば,下してしまう｡そこでこの度は,ジェット戦闘機の上下の温度差が開いてしまう｡もちろんヒータバラアフターバーナーにも使用されている,成分がニッンスにも配慮しているが,温度制御でも均一になそケル,クロム,タングステンで構成される耐熱鋼をよう工夫をした｡

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神鋼パンテツク技報

10.

/†/＼ht,q)
ゝ+コ(ロq.)ーhd)aコ≡也hq)①aト≡q.)〔一t2T6tl.U(::)
lJつTI

T2

T3

T5

Time‑‑‑→･Timeー

Tl:Timeatthewhichfiringtheoffloor

2

com‑

menCeS

T2:Timeatthewhichfiringthe Furnace

of1

body

C()mmenCeS(Temperature
T3:Timebody

t6 :Temperature

第4図degreesc.)

thetemperatures
at wbicbof the furnace
1 and the floor 2もecome
to each
equal
other

t5 :Temperature

Fig.

difference:50

atthe sideatthebodyof the furnacefloor
2
theofside

TheTemperatnre

atant2:Temperattlre

atat3: Setting
t4: Settlng

OfflooroftemperatureOfthet6 :Temperature
T5:Timeatattheandthewhichfurnacethebodyportionofthearticle

theportion

articleofthe floor 2
body 1the furnace

1
bodythe furnace
the floor 2
temperaturesof the floor 2

side ofside of1 becomeequal

toeachother

上下温度差設定

Fig.

heatertemperature

at

第5図

firing‑timlng

upperlower

t5 :Temperature1

炉床着火タイミング
4

tl:

5

The

off‑setof temperature

betweentopandbottomく:>⊂=〉く⊃⊂⊃く::>のTopCenter

くっく==)cく)⊂::>⊂⊃トB ottom⊂⊃⊂=)tJ⊃｢o⊂:⊃(:=〉LJ?

く:>く:>￣寸｡rCenter⊂⊃く::⊃

くっく:⊃N＼B｡tt｡m害
第6図
21104

20191716Fig.

神鋼パンテツク技報

製品の温度チャート
6The

heating‑chartof works
Vol.

43 No.

2(2000/3:第4図に示すとおり,炉床のバーナーを先に着火させ,炉床の温度が側壁と天井の温度を50成したときの製品の実体温度記録チャートを,第6℃程追い図に示す｡

越すまで,側壁と天井の着火時期を遅らせる｡昇温す

む

時間は少し長くなるが,均一な温度分布が得られた｡

び

グラスライニング産業は,製品を高温で焼成する立型の炉ではどうしても炉の上方の温度が高くなっのでエネルギーを多消費する産業である｡地球環境て上下に温度差が生じる｡焼成温度近くでの温度差がますます大きな問題となってきた昨今では,省エは製品の品質に影響するので,これを解決する必要ネルギーに努めることが我々の責務といえる｡このがある｡そこで温度設定する際に,第5図のように度の新炉建設はその一つの試みと考えている｡弊社

炉床の温度を少し高めに設定するなどして,実体温

ではこの他各種の焼成炉を稼働させているので,こ度の上下温度差がなくなるように,各ゾーンでの温の成果を生かすべく次の計画を進めている｡

度制御を可能にしたシステムを導入した｡[参考文献]
1 )特許登録番号:特2850229(平成10年11月13日)(平成11年1月26日)
2)特許公開番号:特開平11‑23158

温度制御にはPID調節計を使用するが,温度設定は上位のパソコンより与えられるのでこのような

3)石川正明ら:神鋼パンテツク技報

きめの細かい制御が出来る｡製品をこの焼成炉で焼Vol.36,No.2(1992), p.12

連絡先
和田博

美化工機事業部

沢田雅

光化工機事業部

製造部

製造部

生産技術グループ

GL製造室

グループ長

室長

T E LO794‑36‑2503

T

F A XO794‑36‑2506
E‑mailVol.

43

No.

h.wada@pantec.co.jp

2 (2000/3)

E LO794‑36‑2504

F A XO794‑36‑2506
E‑mailm.sawada@pantec.co.jp

神鋼パンテツク技報105