CN103180269A - 烧成体的制造方法及用于该方法的烧成炉 - Google Patents

Abstract

本发明的烧成体的制造方法包括：制备含有无机化合物、有机粘结剂和溶剂的混合物的原料制备工序，将混合物成型而获得生坯成型体的成型工序，一边将氧浓度1~5体积%的气体导入到炉主体1内一边升温，获得残留有含碳物质的成型体的第1加热工序，在第1加热工序之后，在炉主体1内不导入氧浓度1~5体积%的气体而进一步升温，获得烧成体的第2加热工序，其中，设定第1加热工序的处理条件，使得在存在氧的900℃的气氛下放置第1加热工序后的成型体时，该成型体的中心部的温度比炉主体1内的气氛的温度高20℃以上。

Description

烧成体的制造方法及用于该方法的烧成炉

技术领域

本发明涉及烧成体的制造技术，更具体而言涉及用于由蜂窝形状的生坯成型体（グリーン成形体）制造该形状的烧成体的方法及用于该方法的烧成炉。

背景技术

以往，蜂窝过滤器结构体作为DPF（柴油微粒过滤器，Diesel particulate filter）用等而广为人知。该蜂窝过滤器结构体通过将用挤出机制造的生坯成型体的一部分贯通孔的一端侧用封口材料封住，同时将剩余的贯通孔的另一端侧用封口材料封住，然后将其烧成从而来制造。专利文献1中公开了用于制造陶瓷制品的连续加热炉。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表平9-502012号公报。

发明内容

但是，DPF用的蜂窝过滤器结构体一般以在具有刚性的壳体中收容的状态使用。蜂窝过滤器结构体的尺寸精度低时，容易产生由于热应力等而导致在蜂窝过滤器结构体上发生龟裂等的不良情况。因此，在将生坯成型体烧成的过程中，要求尽可能不发生变形。

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供在蜂窝形状的生坯成型体的烧成过程中能够充分抑制成型体变形，且可以制造尺寸精度高的烧成体的方法以及用于该方法的烧成炉。

本发明人对于蜂窝形状的生坯成型体的烧成条件进行了反复深入研究，结果实验发现，在将烧成炉内升温的过程中，在达到比较高的温度条件（例如900℃）之前，即使有机物在成型体内残留，也可获得合适的烧成体，由此完成了以下的本发明。

本发明提供了一种方法，其为由蜂窝形状的生坯成型体制造该形状的烧成体的方法，包括如下工序：制备含有无机化合物、有机粘结剂和溶剂的混合物的原料制备工序，将混合物成型而获得生坯成型体的成型工序，一边将氧浓度1~5体积%的气体导入到收容了生坯成型体的炉内一边升高炉内的温度，获得残留有含碳物质的成型体的第1加热工序，在第1加热工序之后，在炉内不导入氧浓度1~5体积%的气体而进一步升高炉内的温度，获得烧成体的第2加热工序，其中，设定第1加热工序的处理条件，使得在存在氧的900℃的气氛下放置第1加热工序后的成型体时，该成型体的中心部的温度比炉内的气氛的温度高20℃以上。

本发明的成型体的制造方法包括获得残留有规定量的含碳物质（有机粘结剂或将其加热而生成的物质）的成型体的第1加热工序。在第1加热工序中，通过向炉内导入氧浓度比空气低的气体（氧浓度1~5体积%），可以防止有机粘结剂早期燃烧，在第2加热工序中，可以在即将发生无机化合物烧结之前使足以保持成型体形状的量的含碳物质残留。由此，在由生坯成型体获得烧成体的过程中，可以充分抑制成型体变形，可以制造尺寸精度高的烧成体。

在上述方法中，优选的是，在炉内的气氛温度达到500~900℃的时刻，停止将氧浓度1~5体积%的气体导入到炉内，结束炉内的氧浓度控制。结束第1加热工序的炉内气氛的温度可以设定在500~900℃的范围内。在第2加热工序中，只要存在用于使成型体内残留的含碳物质燃烧的氧即可，可以不特别地控制炉内的氧浓度。

本发明提供了一种烧成炉，其包括：收容成型体的炉主体，将炉主体内的气氛加热的第1加热装置，将包含含碳物质的气体加热而使该物质燃烧的第2加热装置，连通炉主体的气体出口与第2加热装置的第1配管，连通第2加热装置与炉主体的气体出口的第2配管，根据炉主体内的气体中包含的含碳物质的量，控制通过第1配管供给到第2加热装置的气体的流量的装置。

上述烧成炉可以通过第1配管和第2配管使炉主体内的气体循环。可以在通过第1和第2配管构成的循环路径的中途配设第2加热装置。由于具备这种循环路径，通过第2加热装置，将从炉主体排出的气体中包含的含碳物质燃烧。由此，该气体中所包含的氧被消耗，可以使氧浓度下降至1~5体积%的范围，可以通过第2配管将该气体返送到炉主体内。

根据上述燃烧炉，通过第2配管，将第2加热装置中获得的氧浓度比空气低的气体（氧浓度1~5体积%）返送到炉主体内，由此可以防止有机粘结剂早期燃烧，可以在即将发生无机化合物烧结之前使足以保持成型体形状的量的含碳物质残留。由此，在将生坯成型体烧成的过程中可以充分抑制成型体变形，可以制造尺寸精度高的烧成体。需要说明的是，例如，通过调节经由第1配管供给到第2加热装置的气体的流量，可以调整通过第2配管返送到炉主体中的气体的氧浓度。

上述燃烧炉优选进一步包括测定炉主体内的气体中所包含的含碳物质的量的装置。通过采用所述装置，即使在改变形成生坯成型体的原料的组成的情况下，也能充分正确地把握应供给第2加热装置的气体的流量。

发明效果

根据本发明，在将蜂窝形状的生坯成型体烧成的过程中，可以充分抑制成型体变形，可以制造尺寸精度高的烧成体。

附图说明

图1(a)为表示蜂窝结构体用生坯成型体的一例的立体图，(b)为生坯成型体的部分放大图。

图2为表示本发明的烧成炉的合适的实施方式的构成图。

图3为表示将炉内的气氛温度升温至900℃之后，在900℃下保持一定时间，之后进行降温时的成型体的中心部的温度变化的图。

 

具体实施方式

以下一边参照附图一边详细说明本发明的合适的实施方式。

<生坯成型品>

图1所示的生坯成型体70是通过将原料组合物挤出成型而获得的。如图1(a)所示，生坯成型体70是多个贯通孔70a大致平行地配置的圆柱体。贯通孔70a的截面形状如图1(b)所示为正方形。这些多个贯通孔70a在生坯成型体70中从端面来看为正方形配置，即，贯通孔70a的中心轴以分别位于正方形的顶点的方式配置。贯通孔70a的截面的正方形的尺寸例如可以设定为边长0.8~2.5mm。将贯通孔70a的一端适当封孔之后，将生坯成型体70在规定的温度下烧成，由此制造蜂窝结构体。

对生坯成型体70的贯通孔70a延伸方向的长度没有特别限制，例如可以设定为40~350mm。另外，对生坯成型体70的外径也没有特别限制，例如可以设定为100~320mm。

对形成生坯成型体70的原料组合物没有特别限制，在制造DPF用的蜂窝结构体时，包含作为陶瓷原料的无机化合物源粉末、和甲基纤维素等有机粘结剂以及根据需要添加的添加剂。从蜂窝结构体的耐高温性的观点考虑，作为合适的陶瓷材料，可列举出氧化铝、硅石、莫来石、堇青石、玻璃、钛酸铝等氧化物、碳化硅、氮化硅等。其中，钛酸铝可以进一步包含镁和/或硅。

例如，在制造钛酸铝的生坯成型体时，无机化合物源粉末可以含有α-氧化铝粉等铝源粉末和锐钛矿型、金红石型的氧化钛粉末等钛源粉末，根据需要，可以进一步含有氧化镁粉末、镁氧尖晶石粉末等镁源粉末和/或氧化硅粉末、玻璃料等硅源粉末。

作为有机粘结剂，可列举出甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟烷基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠等纤维素类；聚乙烯醇等醇类；木质素磺酸盐。

作为添加物，例如可列举出造孔剂、润滑剂以及增塑剂、分散剂、溶剂。

作为造孔剂，可列举出石墨等碳材料；聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等树脂类；淀粉、坚果壳、核桃壳、玉米等植物材料；冰；以及干冰等。

作为润滑剂和增塑剂，可列举出甘油等醇类；辛酸、月桂酸、棕榈酸、花生酸、油酸、硬脂酸等高级脂肪酸；硬脂酸铝等硬脂酸金属盐、聚氧化亚烷基烷基醚等。

作为分散剂，例如，可列举出硝酸、盐酸、硫酸等无机酸；草酸、柠檬酸、醋酸、苹果酸、乳酸等有机酸；甲醇、乙醇、丙醇等醇类；聚羧酸铵等表面活性剂等。

作为溶剂，例如，可以使用甲醇、乙醇、丁醇、丙醇等醇类；丙二醇、聚丙二醇、乙二醇等二醇类；以及水等。

生坯成型体70中含有的有机成分的合计量优选相对于100质量份生坯成型体70为10~25质量份，更优选为15~20质量份。有机成分的量低于10质量份时，生坯成型体70的成型性容易变得不充分，烧成后的气孔率容易变小。另一方面，有机成分的量超过25质量份时，烧成体上容易产生裂纹。

<烧成炉>

一边参照图2一边说明本发明的烧成炉的实施方式。图2所示的烧成炉10包括：收容生坯成型体70的炉主体1，炉主体1内的燃烧器（第1加热装置）1a，将从炉主体1排出的气体中包含的含碳物质燃烧的后燃烧器（第2加热装置），连通炉主体1的气体出口1b与后燃烧器2的第1配管P1，连通后燃烧器2与炉主体1的气体入口1c的第2配管P2，以及在第1配管P1的中途配设的流量调节阀5。

炉主体1优选为可以将炉内气氛升温至1500℃以上的炉。在炉主体1内设置以LPG等为燃料的燃烧器1a，可以通过燃烧热使炉内温度升温。虽然也取决于温度条件、炉主体1的结构，由于燃料的燃烧，炉内的氧被消耗，从第1配管P1排出的气体的氧浓度降低到4~15体积%左右。需要说明的是，在此处例示了在炉主体1内设置有燃烧器1a的燃气炉，但也可以使用电炉来代替燃气炉。

后燃烧器2在包含第1配管P1、第2配管P2的循环路径的中途设置。通过第1配管P1将炉主体1内的气体供给到后燃烧器2，由此可以使该气体中包含的含碳物质燃烧。该气体中包含的含碳物质来源于生坯成型体的原料中所含有的有机粘结剂或添加物。通过后燃烧器2的燃料和含碳物质的燃烧，循环路径内的气体的氧被消耗。通过调节第1配管P1内的气体流量、后燃烧器2的燃烧条件，可以将通过第2配管P2返送到炉主体1中的气体的氧浓度调整至1~5体积%。

流量调节阀5配设在第1配管P1的中途，可以根据流过炉主体1内或第1配管P1内的气体中所包含的含碳物质的浓度来调节开度。作为测定气体中的含碳物质的量的装置，可以利用烃测量仪、CO测量仪等。可以根据这些测定值手动调整流量调节阀5的开度，也可以通过自动控制***来调整流量调节阀5的开度。作为自动控制***，例如，使用具有如下装置的***即可：可计算应供给到后燃烧器2的气体的流量的计算机、将流过炉主体1内或第1配管P1内的气体的含碳物质的浓度测定值传输给计算机的装置和根据计算机输出的信号调整流量调节阀5的开度的装置。

<烧成体的制造方法>

以下说明包括使用烧成炉10将生坯成型体70烧成而获得蜂窝过滤器结构体（烧成体）的工序的烧成体的制造方法。本实施方式的方法包括原料制备工序、成型工序、第1加热工序和第2加热工序。

原料制备工序是制备含有无机化合物源粉末（无机化合物）、有机粘结剂和溶剂的原料组合物的工序。成型工序是将原料组合物成型而获得生坯成型体70的工序。

第1加热工序是一边将氧浓度1~5体积%（优选1.5~3.0体积%）的气体导入到收容有生坯成型体70的炉主体1内，一边升高炉主体1内的温度，获得残留有含碳物质的成型体的工序。在第1加热工序中，优选的是，以1~30℃/小时的升温速度，将炉内气氛升温至500~900℃。

在存在氧的900℃的气氛下放置第1加热工序后的成型体时，设定第1加热工序的处理条件，使得烧成中的成型体的中心部的温度比炉内气氛的温度高20℃以上。该温度差更优选为20~50℃。该温度差低于20℃意味着成型体内残留的含碳物质的量少，在烧成过程中，不能充分保持成型体的形状，另一方面，超过50℃时，在烧成过程中，容易发生由于该发热而导致成型体破裂的不良情况。需要说明的是，炉主体1内的气氛温度和烧成中的成型体的中心部的温度例如可以使用热电偶来测定。

第1加热工序中的处理条件（例如氧浓度、升温速度和到第2加热工序的转移温度）可以通过实施下述升温试验来决定：准备作为试料的具有与生坯成型体70相同组成和形状的生坯成型体，将该试料在规定的条件下升温至900℃之后，在900℃下保持，使试料内残留的含碳物质燃烧的升温试验。在将温度保持在900℃的阶段中，试料的中心部的温度T1与炉内的气氛温度T2（=900℃）之差ΔT（=T1-T2）小于20℃时，进一步降低氧浓度，或进一步提高升温速度，再次进行升温试验即可。另一方面，ΔT超过50℃时，进一步增大氧浓度，或进一步降低升温速度，再次进行升温试验即可。

一旦通过一次或多次升温试验确定第1加热工序的处理条件之后，不需要每次在以间歇式烧成生坯成型体70时实施升温试验。例如，在改变生坯成型体70的组成等时，再次实施上述升温试验，调整第1加热工序的处理条件即可。

到第二加热工序的转移温度根据生坯成型体70中含有的无机化合物的烧结性来决定即可。例如，使用容易烧结的无机化合物时，在较低的温度下（500℃以上且低于700℃）转移到第2加热工序中即可。另一方面，使用难以烧结的无机化合物时，可以在较高的温度下（700℃以上且900℃以下）转移到第2加热工序中。需要说明的是，该转移温度低于900℃时，在上述升温试验中，优选尽可能快地由转移温度升温至900℃，升温速度设定为80~100℃/小时即可。

第2加热工序，在第1加热工序后，在炉主体1内不导入氧浓度1~5体积%的气体而进一步升高炉主体1内的温度，获得烧成体的工序。为了停止上述气体的导入，关闭流量调节阀5即可。需要说明的是，在第2加热工序中，只要存在用于使成型体内残留的含碳物质燃烧的氧即可，可以不特别地控制炉主体1内的氧浓度。在第2加热工序中，优选以50~100℃/小时的升温速度将炉内气氛升温至1300~1650℃，在该温度下保持10分钟~24小时。

第2加热工序之后，以1~500℃/小时的降温速率降低炉内温度，在变成室温左右时，回收炉主体1内的烧成体。

根据本实施方式的方法，通过将氧浓度低于空气的气体（氧浓度1~5体积%）导入到炉主体1内，可以防止有机粘结剂早期燃烧，在第2加热工序中即将发生无机化合物的烧结之前可以使足以保持成型体的形状的量的含碳物质残留。由此，在由生坯成型体70获得烧成体的过程中，可以充分抑制成型体变形，且可制造尺寸精度高的烧成体。

以上详细说明了本发明的优选实施方式，但本发明不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中例示了圆柱体的生坯成型体70，但成型体的形状、结构不限于此。生坯成型体70的外形形状例如也可以是四角柱等角柱、椭圆柱。另外，贯通孔70a的配置也可以不是正方形配置，例如可以是大致三角形配置、大致六边形配置等。此外，贯通孔70a的形状也可以不是正方形，例如可以是大致三角形、大致六边形、大致八边形、大致圆形。

<成型体的内部温度的测定> 

准备图1所示形状的生坯成型体，进行确认第1加热工序后的成型体内残留的含碳物质的量的试验。表1中示出了本试验中准备的生坯成型体的原料组成。其中，表中的POAAE是聚氧化亚烷基烷基醚，使用ユニルーブ（注册商标，日油株式会社制）。

[表1]

在炉内气氛温度从室温到600℃的期间，升温速度设定为10℃/小时，通过第2配管将氧浓度2%的气体导入到炉内。在炉内气氛温度达到600℃之后，升温速度设定为80℃/小时，不导入氧浓度2%的气体，不进行炉内的氧浓度控制。在本试验中，将炉内气氛温度在900℃下保持约5小时，然后不进行成型体的烧结，将炉内冷却。

图3为表示炉内气氛的温度变化和成型体的中心部的温度变化图。炉内气氛的温度保持在900℃的阶段中的成型体的中心部的温度的最大值为975℃，最大温度差为75℃。

产业上的可利用性

根据本发明，在烧成蜂窝形状的生坯成型体的过程中，可以充分抑制成型体变形，且可以制造尺寸精度高的烧成体。

附图标记说明

1…炉主体，1a…燃烧器（第1加热装置），1b…气体出口，1c…气体入口，2…后燃烧器（第2加热装置），5…流量调节阀，10…烧成炉，70…生坯成型体，P1…第1配管，P2…第2配管。

Claims (4)

1.方法，其为由蜂窝形状的生坯成型体制造该形状的烧成体的方法，包括如下工序：

制备含有无机化合物、有机粘结剂和溶剂的混合物的原料制备工序，

将所述混合物成型而获得所述生坯成型体的成型工序，

一边将氧浓度1~5体积%的气体导入到收容了所述生坯成型体的炉内，一边升高所述炉内的温度，获得残留有含碳物质的成型体的第1加热工序，

在所述第1加热工序之后，在所述炉内不导入氧浓度1~5体积%的气体而进一步升高所述炉内的温度，获得烧成体的第2加热工序，

其中，设定所述第1加热工序的处理条件，使得在存在氧的900℃的气氛下放置所述第1加热工序后的所述成型体时，该成型体的中心部的温度比炉内的气氛的温度高20℃以上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述炉内的气氛温度达到500~900℃时，停止将氧浓度1~5体积%的气体导入到所述炉内，结束所述炉内的氧浓度控制。

3.烧成炉，其包括：

收容成型体的炉主体，

将所述炉主体内的气氛加热的第1加热装置，

将包含含碳物质的气体加热而使该物质燃烧的第2加热装置，

连通所述炉主体的气体出口与所述第2加热装置的第1配管，

连通所述第2加热装置与所述炉主体的气体出口的第2配管，

根据所述炉主体内的气体中包含的含碳物质的量，控制通过所述第1配管供给到所述第2加热装置的气体的流量的装置。

4.根据权利要求3所述的烧成炉，其进一步包括测定所述炉主体内的气体中所包含的含碳物质的量的装置。

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