JP2004099356A - Mullite refractory for microwave oven, and microwave oven - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波加熱炉の構造材料や焼成用治具などとして使用して好適なマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物およびそのようなマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物を使用したマイクロ波加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスの焼成または焼結には、一般にガス或いは重油燃焼加熱方式、電気抵抗加熱方式が用いられているが、近年、環境保護やエネルギー消費量低減の観点からマイクロ波を用いた自己発熱による加熱方式ならびにマイクロ波加熱炉が種々提案されている。
【０００３】
このマイクロ波加熱方式は、被加熱物自身がマイクロ波のエネルギーを受けて振動し発熱することから、従来法の熱伝導による加熱に比して焼成時間短縮効果が期待できる。
【０００４】
すなわち、従来の焼成法では被加熱物は外側から加熱されるため、中心部分の温度が低くなり、温度差による内部応力が大きくなった場合、亀裂や爆裂が生じてしまう。そして、この温度差による応力発生を抑えるために、焼成時の昇温速度を緩やかにしなければならず、焼成に長時間を要していた。
【０００５】
これに対して、マイクロ波加熱方式による場合は、被加熱物自身が発熱することから被加熱物内部の温度差は見かけ上なく、従来法に比して昇温を速くすることができ、焼成時間を著しく短縮できる（在来の外部加熱法の数分の一）。
【０００６】
ただし、マイクロ波加熱方式による場合は、被加熱物の表面は外気にさらされていることから、熱放散が生じ表面温度が低くなってしまう。このため、外部加熱方式の温度差による応力発生と同様な亀裂や爆裂が生じるおそれがあり、その熱放散を防ぐために、被加熱物を外側から加熱して被加熱物内外の温度差をなくす必要がある。
【０００７】
被加熱物を外側から加熱する方策としては、マイクロ波と電気抵抗加熱や燃焼加熱等の間接加熱を併用し、周囲雰囲気と被加熱物表面との温度差を無くす方策があり、また、マイクロ波吸収特性の高い自己発熱の大きい材料で被加熱物を囲み温度差を無くす方策がある。これらの方策をとることで、被加熱物表面と内部の温度差がなくなり亀裂等なく迅速に昇温することができる。
【０００８】
ところで、電気抵抗加熱や燃焼加熱等の間接加熱とマイクロ波による自己発熱を併用して被加熱物を加熱する場合、目的とする温度に応じて、ハウジングの保護や断熱のために炉内には、耐火物を施工する必要がある。
【０００９】
他方、マイクロ波吸収特性の高い材料で被加熱物を囲み温度差を無くす方法をとる場合においても、同様に、炉内に耐火物を配してハウジングの保護や断熱を図る必要がある。
【００１０】
また、電気抵抗加熱や燃焼加熱等の間接加熱とマイクロ波による自己発熱を併用する場合、及びマイクロ波吸収特性の高い材料で被加熱物を囲み温度差を無くす方法を併用する場合の双方共に、炉床には炉内の耐火物や被加熱物を支える支持耐火物、セラミックス焼成用治具などが必要となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般的に使用されている従来の耐火物は、耐火度やクリープ特性等の性能については優れているが、マイクロ波を吸収しやすい成分が多く含まれており、また擬似的粒子径が大きくマイクロ波を吸収しやすい構造をしているなどマイクロ波透過特性について考慮されておらず、このような耐火物を使用した場合、耐火物の使用量が多くなるほど、被加熱物へ作用するマイクロ波エネルギーが低減してしまう。その結果、被加熱物の自己発熱が少なくなり、マイクロ波を使用する加熱方式の最大のメリットである、加熱に使われる総エネルギーの低減効果が薄れてしまう。
【００１２】
これらの点を踏まえ、耐火物のマイクロ波吸収を抑えるために、マイクロ波透過特性がより高い断熱ボードやブランケットが使用されているが十分とはいえず、高温下で使用すると、軟化、収縮、さらには圧縮などの弊害が生じてしまう。また、これらは最高使用温度が制限されており、その温度付近で繰り返し使用されると、組織劣化しやすく取り替え頻度が多くなる。さらに、断熱ボードやブランケットは、炉床において耐火物や被加熱物を支えたり、セラミックス焼成用の冶具として使用するには強度が不足することから、これらの点をも改善した耐火物が嘱望されている。
【００１３】
そこで、本願発明者らは、マイクロ波透過特性が極めて高く、マイクロ波吸収量が少ない耐火物について鋭意研究を進めた結果、電融あるいは焼結により製造されたムライト粒がマイクロ波吸収量が少ないことを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の課題は、マイクロ波透過特性が極めて高く、マイクロ波加熱炉の構造材料や焼成用治具として使用して好適なマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物およびそれを使用したマイクロ波加熱炉を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するものは、マイクロ波加熱炉において使用される耐火物であって、該耐火物は、誘電損率（ε・ｔａｎδ）が１０００℃で０．１以下であり、または／および誘電損率（ε・ｔａｎδ）が５００℃で０．０５以下であることを特徴とするマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物である。
【００１５】
また、上記課題を解決するものは、マイクロ波加熱炉において使用される耐火物であって、該耐火物は、ムライトの含有量が８０重量％以上であり、かつ粒度が１ｍｍ以下の大きさの粒子を７０重量％以上含有し、さらに前記粒子が、ムライト、アルミナ、またはシリカ成分を含有した粉末により覆われ、当該粉末を介して前記粒子同士が結合されて形成されていることを特徴とするマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物である。
【００１６】
前記マイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、アルミナ鉱物微粉末を２０重量％以下含有していることが好ましい。前記マイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、酸化ナトリウム、酸化鉄、チタニア、ジルコニア、イットリアのうち、１種類の含有量が１重量％以下で、かつ合量が２重量％以下であることが好ましい。前記マイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、かさ比重が０．７以上〜２．０未満であり、常温下において圧縮強度が１ＭＰａ以上に形成されていることが好ましい。前記マイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、かさ比重が２．０以上〜３．０未満であり、常温下において圧縮強度が２５ＭＰａ以上に形成されたものでもよい。
【００１７】
さらに、上記課題を解決するものは、請求項１ないし６のいずれかに記載のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物を、構造材料として使用したことを特徴とするマイクロ波加熱炉である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、マイクロ波加熱炉において使用される耐火物であって、該耐火物は、誘電損率（ε・ｔａｎδ）が１０００℃で０．１以下であり、または／および誘電損率（ε・ｔａｎδ）が５００℃で０．０５以下であることを特徴とするマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物である。以下、詳述する。
【００１９】
本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、マイクロ波加熱炉において例えばセラミックス成形体の焼成または焼結に際して使用されるものである。マイクロ波加熱炉としては、マイクロ波による自己発熱を単独で利用する加熱炉の他、電気抵抗加熱や燃焼加熱等の間接加熱とマイクロ波による自己発熱を併用するものも含まれる。
【００２０】
この実施例のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、誘電損率（ε・ｔａｎδ）が１０００℃で０．１以下となるように製造されている。これにより、高温下でもマイクロ波の吸収能が極めて低く、マイクロ波を透過させるため、マイクロ波加熱炉の構造材料や焼成用治具など、マイクロ波加熱炉で使用されるものに広く使用できる。
【００２１】
また、この実施例のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、５００℃における誘電損率（ε・ｔａｎδ）が０．０５以下となるように製造されている。これにより、昇温時においてもマイクロ波の吸収能が低いため、加熱に使われる総エネルギーを低減できる。
【００２２】
なお、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、この実施例のように、誘電損率（ε・ｔａｎδ）が１０００℃で０．１以下であり、かつ、誘電損率（ε・ｔａｎδ）が５００℃で０．０５以下であるものの他、誘電損率（ε・ｔａｎδ）が１０００℃で０．１以下を示すマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物、或いは誘電損率（ε・ｔａｎδ）が５００℃で０．０５以下を示すマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物を包含する。
【００２３】
なお、本願における誘電損率（ε・ｔａｎδ）は、自由空間法測定装置を用いて測定された測定値から算出された値である。より具体的には、各温度における誘電損率（ε・ｔａｎδ）は、自由空間内に設置された被測定試料に平面波を垂直入射させ、その前後における反射係数や透過係数を求めた後、それら反射係数や透過係数から伝送線路理論を用いて算出された複素誘電率、複素透磁率より求められた値である。
【００２４】
また、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、ムライトの含有量が８０重量％以上であり、かつ粒度が１ｍｍ以下の大きさの粒子を７０重量％以上含有している。ムライトの含有量が８０重量％以上で、かつ粒度が１ｍｍ以下の大きさの粒子を７０重量％以上含有すれば、上記誘電損率を示すマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物の形成が可能となるからである。より好ましくは、粒度が１ｍｍ以下の大きさの粒子のムライトを９０重量％以上含有していることである。これにより、誘電損率が極めて低く、マイクロ波透過特性に極めて優れたマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物となる。
【００２５】
さらに、各粒子は、ムライト、アルミナ、またはシリカ成分を含有した粉末により覆われ、当該粉末を介して粒子同士が結合されて形成されている。このように、粒子を粉末にて覆うことにより、耐火物焼成時に焼結して粒子を結合させることができるからである。ただし、粉末を均一に分散させること、および粉末の量の調整が重要であり、結合が強固になりすぎてムライト粒子同士の結合面積が大きくなり、擬似的粒子の大きさが１ｍｍ以上となって、マイクロ波吸収量が増加しすぎないように留意する必要がある。
【００２６】
また、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、アルミナ鉱物微粉末を２０重量％以下含有していることが好ましい。これにより、ムライト粒子間にアルミナ粒子が介在して、ムライト同士の結合が制御、調整され、よりマイクロ波透過特性が高い耐火物を形成できると共に、より耐熱性および強度性に優れた耐火物となる。
【００２７】
さらに、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、酸化ナトリウム、酸化鉄、チタニア、ジルコニア、イットリアのうち１種類の含有量が１重量％以下で、かつ合量が２重量％以下であることが好ましい。これらの成分はマイクロ波の吸収量を増大させるため、前記重量％以下に制限されることが好ましいからである。
【００２８】
また、これらの成分が多量になり過ぎると、マイクロ波の吸収量が増大し、場合によっては局部加熱が生じ、亀裂や溶融などが起こり、耐火物としての構造を保つことができなくなるおそれがある。したがって、これらの量を前記数値以下で調整し、さらに均一に分散することで、マイクロ波透過特性が高く、かつ強度的に安定した耐火物の形成が可能となる。
【００２９】
そして、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、配合混練時に気孔形成材（例えばスチレンビーズ、発泡スチロール粉、おが粉等）を添加することにより、かさ比重が０．７以上〜２．０未満であり、常温下において圧縮強度が１ＭＰａ以上のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物を形成することができる。これにより、例えば焼成室の隔壁層などに使用して好適な、断熱性の高いマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物を得ることができる。なお、このようなマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物の気孔率は、４５〜７５％程度が好ましい。
【００３０】
また、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、かさ比重が２．０以上〜３．０未満で、常温下において圧縮強度が２５ＭＰａ以上に形成されてもよい。このマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物は、強度性に優れているため、炉床用支持煉瓦やセラミックス焼成用冶具（例えば、図１中の棚板１ｃ，セッター１ｄ，支柱１ｅ）等として使用可能である。さらに、この耐火物は焼成後に加工を加えたりすることでマイクロ波加熱炉のあらゆる箇所に使用可能である。
【００３１】
（具体的実施例）
つぎに、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物の具体的実施例について説明する。
本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物を製造するに際して、以下の表１に示した成分値（重量％）を示す電融ムライト、合成ムライトおよび電融アルミナ原料等を、以下の表２に示した所定粒度および配合量にてそれぞれ調合し、適度の水分もしくはバインダーを添加して、アイリッヒミキサーにより充分に微粉末が粒子の周囲に付着するように混合混練を行った。
【００３２】
【表１】
各混練物を油圧プレスにより成形圧力９８ＭＰａにて２３０×１１４×６５ｍｍの寸法に成形し、１１０℃での強制乾燥を１日行った後、１７５０℃で３時間焼成して、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物の実施例１〜３と比較例１〜４を得た。これらの誘電損率等各品質を表２に示す。
【００３４】
【表２】
表２に示すように、実施例１〜３は、誘電損率が５００℃で０．０５以下で、かつ１０００℃で０．１以下を示し、高温でもマイクロ波透過特性の高い極めて良質なマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物である。
【００３６】
一方、比較例１〜４は誘電損率が高くなっている。これは比較例１については３−１ｍｍの大きさの電融ムライト粒子の含有量が多いことに起因していると考えられる。
【００３７】
比較例２については、機械的強度を高くするために、溶融シリカを１０重量％配合してムライト結合を強化したため、粒子同士の結合面積が大きくなり擬似的な粒子の大きさが１ｍｍ以上となって、マイクロ波透過特性が低くなったものと考えられる。
【００３８】
比較例３は、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）成分を多く含有する水ガラスを３重量％添加して、誘電損率にどのような影響を与えるかを確認した例であるが、水ガラスを３重量％添加したことにより、マイクロ波を吸収しやすい酸化ナトリウムの化学成分値が１重量％を越えてしまったため、マイクロ波透過特性が低くなり、５００℃と１０００℃のいずれにおいても、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物の範囲を逸する数値を示したものと考えられる。
【００３９】
比較例４は、アルミナ鉱物微粉末（電融アルミナ）の含有量を２５重量％としたため、マイクロ波透過特性が低くなったものと考えられる。
【００４０】
さらに、表３に示すように、配合混練時に気孔形成材（スチレンビース）を加えて断熱性を高めた本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物を、実施例１〜３と同様の方法にて作製し、実施例４〜６を得た。これら実施例４〜６は、いずれも極めて低い誘電損率を示すと共に、実施例１〜３に比して低い熱伝導率を示し、断熱性に優れたマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物となった。このように、気孔形成材を配合して内部に気孔を形成したものは、焼成室の隔壁層構成材として特に好適に使用できる。
【００４１】
【表３】
つぎに、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物の使用例について、図１に示した本発明の一実施例のマイクロ波加熱炉１０を用いて説明する。
【００４３】
この実施例のマイクロ波加熱炉１０には、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物が多数使用されている。具体的には、焼成室の隔壁層構成材１ａとして前述した実施例４が使用されている。また、焼成室の炉床として被加熱物２０を支持する支持煉瓦１ｂ、焼成用治具としての棚板１ｃ，セッター１ｄ（棚板１ｃと被加熱物２０との反応を防止するために両者間に介在されるもの），支柱１ｅ（棚板１ｃ相互を離間支持するもの）が、前述した実施例１により形成されている。
【００４４】
マイクロ波加熱炉１０は、図１に示すように、ハウジング１１と、マイクロ波発生手段１２と、ハウジング１１とマイクロ波発生手段１２とを連通する導波管１３と、撹拌羽根１４ａ，１４ｂと、ハウジング１１内において、隔壁層構成材１ａおよび支持煉瓦１ｂにより区画された焼成室とを有している。以下、各構成について順次詳述する。
【００４５】
ハウジング１１は、少なくとも内面がマイクロ波を反射可能な材料、例えばステンレス材にて形成されている。
【００４６】
マイクロ波発生手段１２は、マイクロ波を出力するためのものであり、マイクロ波発振器からなる。マイクロ波発振器から出力されるマイクロ波の周波数は、好ましくは０．９〜１００ＧＨｚであり、より好ましくは、安価なマイクロ波発振器を使用できる２．４５ＧＨｚである。
【００４７】
マイクロ波発生手段１２から出力されるマイクロ波は、マイクロ波発生手段１２とハウジング１１とを連通する導波管１３を介してハウジング１１内に照射される。
【００４８】
ハウジング１１内へ照射されたマイクロ波は、撹拌羽根１４ａ，１４ｂにより分散され、ハウジング１１の内面にて多重反射しながら、主として隔壁層構成材１ｂを透過して焼成室内に入射するように構成されている。
【００４９】
（試験）
まず、マイクロ波加熱炉（マイクロ波発振器の出力が１．５ｋｗ×４台：６ｋｗ）内において、焼成室の隔壁層構成材として、電気抵抗加熱や燃焼加熱方式による炉に一般的に使用されている断熱れんがを使用し、水４Ｌをマイクロ波出力１００％（６ｋｗ）で加熱した。
【００５０】
このときの水の温度上昇に使われたエネルギー量がマイクロ波として加えたエネルギー量の何割かを計算し、効率として数値化したところ、５％であった。
また、被加熱物重量１．５ｋｇとして、１３００℃まで昇温速度３℃／ｍｉｎで加熱したところ、マイクロ波の出力が最大９５％を要し、さらに昇温速度を速くすること、被加熱物重量を増加すること、最高温度の上昇等は不能な状況であった。
【００５１】
つぎに、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物である実施例４にて焼成室の隔壁層を構成し、マイクロ波で水を加熱したところ効率は３０％まで向上した。
また、被加熱物重量１．５ｋｇとして、１３００℃まで昇温速度３℃／ｍｉｎで加熱したところ、マイクロ波出力を７７％まで抑えることが可能となり、加熱に使われる総エネルギーの低減効果が確認された。これにより低減した１８％分のエネルギーによって、加熱時の昇温速度を速くすること、被加熱物重量を増加させること、最高温度の上昇等の条件変更が可能となった。
【００５２】
さらに、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物である実施例４にて焼成室の隔壁層を構成したことに加え、炉床および耐火物全体を支える支持煉瓦、さらに被加熱物を載せる棚板、セッター、支柱等焼成用冶具を実施例１に示した本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物にて形成した。
そして、被加熱物重量１．５ｋｇとして、１３００℃まで昇温速度３℃／ｍｉｎで加熱したところ、マイクロ波出力を７０％まで抑えることが可能となり、加熱に使われる総エネルギーがさらに低減したことが確認された。これにより低減した２５％分のエネルギーによって、さらに、加熱時の昇温速度を速くすること、被加熱物重量を増加させること、最高温度の上昇等の条件変更が可能となった。
さらに、上記のように、焼成室の隔壁層を実施例４のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物にて形成し、炉床および耐火物全体を支える支持煉瓦、さらに被加熱物を載せる棚板、セッター、支柱等焼成用冶具を実施例１のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物にて形成し、かつ、マイクロ波出力を３０ｋｗとしたマイクロ波加熱炉１０を構成したところ、１７００℃での安定した焼成が実現した。
【００５３】
さらに、マイクロ波加熱炉用耐火物として使われている断熱ボードやブランケットは繰り返しの使用により、荷重による変形や収縮などの問題点が見られ、平均で十数回の使用で取り替えを要した。また、断熱ボードを炉床として使用し、最高使用温度付近で被加熱物を加熱したところ、荷重による沈み込みがみられ、１回の使用で取り替えを要したこともあった。一方、本発明のマイクロ波加熱炉用耐火物はこれらの点は大幅に改善され、取り替え頻度が１／２以下に減少した。さらに、最高使用温度が高い断熱ボードやブランケットは極めて高価であるが、本発明のマイクロ波加熱炉用耐火物は低廉に提供することができる。
【００５４】
さらに、断熱ボードやブランケットは施工前の加工時や被加熱物の設置時等に、粉塵や繊維の飛散があり、作業者が呼吸する際に吸引し、身体的な影響が懸念されていた。これに対して、本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物を使用することにより、粉塵や繊維の飛散も抑制され、身体的影響も軽減された。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１または２に記載した発明によれば、マイクロ波透過特性が極めて高く、マイクロ波加熱炉の構造材料や焼成用治具として使用した場合、エネルギー消耗が極めて少なく好適な耐火物となる。
請求項３に記載した発明によれば、上記請求項１または請求項２の効果に加え、よりマイクロ波透過特性が高い耐火物となると共に、より耐熱性および強度性に優れた耐火物となる。
請求項４に記載した発明によれば、上記請求項１ないし請求項３の発明の効果に加え、よりマイクロ波透過特性が高い耐火物となる。
請求項５に記載した発明によれば、上記請求項１ないし請求項４の発明の効果に加え、焼成室の隔壁層等として使用して好適な耐火物となる。
請求項６に記載した発明によれば、上記請求項１ないし請求項４の発明の効果に加え、焼成用治具や支持煉瓦等として使用して好適な耐火物となる。
請求項７に記載した発明によれば、マイクロ波透過特性が極めて高く、エネルギー消耗が極めて少ないマイクロ波加熱炉となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物を使用した、本発明のマイクロ波加熱炉の基本構造を示した正面概略図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ マイクロ波加熱炉用ムライト質耐火物
１０ マイクロ波加熱炉
１１ ハウジング
１２ マイクロ波発生手段
１３ 導波管
１４ａ，１４ｂ 撹拌羽根[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mullite refractory for a microwave heating furnace suitable for use as a structural material or a firing jig of a microwave heating furnace, and a microwave using such a mullite refractory for a microwave heating furnace. It relates to a heating furnace.
[0002]
[Prior art]
Gas or heavy oil combustion heating method and electric resistance heating method are generally used for sintering or sintering of ceramics, but in recent years, from the viewpoint of environmental protection and reduction of energy consumption, heating method by self-heating using microwaves Various microwave heating furnaces have been proposed.
[0003]
In this microwave heating method, the object to be heated itself vibrates by receiving the energy of microwaves and generates heat. Therefore, the effect of shortening the firing time can be expected as compared with the conventional heating by heat conduction.
[0004]
That is, in the conventional firing method, since the object to be heated is heated from the outside, cracks and explosions occur when the temperature at the center decreases and the internal stress due to the temperature difference increases. Then, in order to suppress the generation of stress due to this temperature difference, the rate of temperature rise during firing must be slow, and firing takes a long time.
[0005]
In contrast, in the case of the microwave heating method, since the object to be heated generates heat, there is no apparent temperature difference inside the object to be heated, and the temperature can be raised faster than in the conventional method. Time can be significantly reduced (a fraction of the conventional external heating method).
[0006]
However, in the case of the microwave heating method, since the surface of the object to be heated is exposed to the outside air, heat is dissipated and the surface temperature is lowered. For this reason, cracks and explosions similar to the stress generation due to the temperature difference of the external heating method may occur, and in order to prevent heat dissipation, it is necessary to heat the object to be heated from the outside to eliminate the temperature difference between the inside and outside of the object to be heated There is.
[0007]
As a measure for heating the object to be heated from the outside, there is a method of using microwaves and indirect heating such as electric resistance heating and combustion heating to eliminate the temperature difference between the ambient atmosphere and the surface of the object to be heated. There is a method of surrounding the object to be heated with a material having high self-heating and having high absorption characteristics to eliminate a temperature difference. By taking these measures, the temperature difference between the surface of the object to be heated and the inside can be eliminated, and the temperature can be quickly raised without cracks or the like.
[0008]
By the way, when heating an object to be heated using both indirect heating such as electric resistance heating and combustion heating and self-heating by microwaves, depending on the target temperature, the inside of the furnace is used to protect and insulate the housing. It is necessary to construct refractories.
[0009]
On the other hand, even when a method of surrounding the object to be heated with a material having high microwave absorption characteristics and eliminating the temperature difference is adopted, it is necessary to similarly provide a refractory in the furnace to protect the housing and to insulate the housing.
[0010]
In addition, both in the case of using indirect heating such as electric resistance heating and combustion heating and self-heating by microwaves, and in the case of using together a method of surrounding the object to be heated with a material having high microwave absorption characteristics and eliminating the temperature difference, On the hearth, a refractory in the furnace, a supporting refractory for supporting an object to be heated, a ceramic firing jig, and the like are required.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventional refractories generally used are excellent in performance such as fire resistance and creep characteristics, but contain many components that easily absorb microwaves, and have a pseudo particle size. No consideration has been given to microwave transmission characteristics, such as a structure that easily absorbs microwaves.If such refractories are used, the larger the amount of refractories used, the more the microwaves acting on the object to be heated Wave energy is reduced. As a result, self-heating of the object to be heated is reduced, and the greatest advantage of the heating method using microwaves, that is, the effect of reducing the total energy used for heating, is diminished.
[0012]
Based on these points, in order to suppress microwave absorption of refractories, insulation boards and blankets with higher microwave transmission characteristics are used, but it is not sufficient, and when used at high temperatures, softening, shrinkage, Further, adverse effects such as compression occur. In addition, these are limited in the maximum use temperature, and if they are repeatedly used near that temperature, the tissue is likely to be deteriorated and the replacement frequency is increased. In addition, heat-insulating boards and blankets have insufficient strength to support refractories and objects to be heated in the hearth and to be used as jigs for firing ceramics. ing.
[0013]
Therefore, the inventors of the present application have conducted intensive research on refractories having extremely high microwave transmission characteristics and low microwave absorption, and as a result, mullite grains produced by electrofusion or sintering have low microwave absorption. This led to the completion of the present invention. That is, an object of the present invention is to provide a mullite refractory for a microwave heating furnace which has extremely high microwave transmission characteristics and is suitable for use as a structural material or a firing jig of a microwave heating furnace, and a microwave using the same. It is to provide a heating furnace.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
What solves the above problem is a refractory used in a microwave heating furnace, wherein the refractory has a dielectric loss factor (ε · tan δ) of not more than 0.1 at 1000 ° C. and / or A mullite refractory for a microwave heating furnace, wherein the loss rate (ε · tan δ) is 0.05 or less at 500 ° C.
[0015]
Further, what solves the above problems is a refractory used in a microwave heating furnace, wherein the refractory has a mullite content of 80% by weight or more and a particle size of 1 mm or less. 70% by weight or more of particles, and the particles are covered with a powder containing a mullite, alumina, or silica component, and the particles are bonded to each other via the powder to form the particles. It is a mullite refractory for microwave heating furnaces.
[0016]
The mullite refractory for a microwave heating furnace preferably contains 20% by weight or less of alumina mineral fine powder. In the mullite refractory for a microwave heating furnace, one of sodium oxide, iron oxide, titania, zirconia, and yttria may have a content of 1% by weight or less and a total amount of 2% by weight or less. preferable. It is preferable that the mullite refractory for a microwave heating furnace has a bulk specific gravity of 0.7 or more to less than 2.0 and a compressive strength of 1 MPa or more at room temperature. The mullite refractory for a microwave heating furnace may have a bulk specific gravity of 2.0 or more to less than 3.0 and a compressive strength of 25 MPa or more at room temperature.
[0017]
Further, what solves the above problem is a microwave heating furnace characterized in that the mullite refractory for a microwave heating furnace according to any one of
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention is a refractory used in a microwave heating furnace. The refractory has a dielectric loss factor (ε · tanδ) of 0.1 or less at 1000 ° C. A mullite refractory for a microwave heating furnace, wherein the refractory has a dielectric loss factor (ε · tan δ) of 0.05 or less at 500 ° C. The details will be described below.
[0019]
The mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention is used in, for example, firing or sintering a ceramic molded body in a microwave heating furnace. Examples of the microwave heating furnace include a heating furnace that independently uses self-heating by microwaves, and a furnace that uses indirect heating such as electric resistance heating or combustion heating and self-heating by microwaves.
[0020]
The mullite refractory for a microwave heating furnace of this embodiment is manufactured so that the dielectric loss factor (ε · tan δ) at 1000 ° C. is 0.1 or less. Accordingly, the microwave absorption capacity is extremely low even at a high temperature, and the microwave can be transmitted. Therefore, it can be widely used in microwave heating furnaces such as a structural material of a microwave heating furnace and a firing jig.
[0021]
Further, the mullite refractory for a microwave heating furnace of this embodiment is manufactured so that the dielectric loss factor (ε · tan δ) at 500 ° C. is 0.05 or less. Thus, even when the temperature is raised, the microwave absorbing power is low, so that the total energy used for heating can be reduced.
[0022]
The mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention has a dielectric loss factor (ε · tan δ) of not more than 0.1 at 1000 ° C. and a dielectric loss factor (ε · tan δ) is not more than 0.05 at 500 ° C., as well as a mullite refractory for a microwave heating furnace having a dielectric loss factor (ε · tan δ) of not more than 0.1 at 1000 ° C., or a dielectric loss factor (ε · tan δ) of 0.05 or less at 500 ° C. for mullite refractories for microwave heating furnaces.
[0023]
In addition, the dielectric loss factor (ε · tanδ) in the present application is a value calculated from a measured value measured using a free space method measuring apparatus. More specifically, the dielectric loss factor (ε · tanδ) at each temperature is obtained by perpendicularly incident a plane wave on a sample to be measured placed in free space, and calculating the reflection coefficient and transmission coefficient before and after the plane wave. This is a value obtained from the complex permittivity and the complex magnetic permeability calculated from the reflection coefficient and the transmission coefficient using the transmission line theory.
[0024]
Further, the mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention has a mullite content of 80% by weight or more and 70% by weight or more of particles having a particle size of 1 mm or less. When the content of mullite is 80% by weight or more and the particles having a particle size of 1 mm or less are included in 70% by weight or more, it is possible to form a mullite refractory for a microwave heating furnace having the above dielectric loss factor. Because it becomes. More preferably, it contains 90% by weight or more of mullite of particles having a particle size of 1 mm or less. As a result, a mullite refractory for a microwave heating furnace having an extremely low dielectric loss factor and extremely excellent microwave transmission characteristics is obtained.
[0025]
Further, each particle is covered with a powder containing a mullite, alumina, or silica component, and the particles are formed by bonding the particles via the powder. In this way, by covering the particles with the powder, the particles can be bonded by sintering during refractory firing. However, it is important to uniformly disperse the powder, and to adjust the amount of the powder, the bonding becomes too strong, the bonding area between the mullite particles increases, and the size of the pseudo particles becomes 1 mm or more. Care must be taken that the microwave absorption does not increase too much.
[0026]
The mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention preferably contains 20% by weight or less of alumina mineral fine powder. Thereby, the alumina particles are interposed between the mullite particles, the coupling between the mullites is controlled and adjusted, and a refractory having a higher microwave transmission property can be formed, and a refractory having more excellent heat resistance and strength can be obtained. Become.
[0027]
Furthermore, the mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention has a content of one kind of sodium oxide, iron oxide, titania, zirconia, and yttria of 1% by weight or less and a total amount of 2% by weight or less. Preferably, there is. This is because these components are preferably limited to the above-mentioned weight% or less in order to increase the amount of microwave absorption.
[0028]
Further, when these components become too large, the amount of absorption of microwaves increases, and in some cases, local heating occurs, cracks and melting occur, and there is a possibility that the structure as a refractory cannot be maintained. . Therefore, by adjusting these amounts to be equal to or less than the above values and dispersing them more uniformly, it is possible to form a refractory having high microwave transmission characteristics and stable strength.
[0029]
The mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention has a bulk specific gravity of 0.7 to 2 by adding a pore-forming material (for example, styrene beads, styrene foam powder, or sawdust) during compounding and kneading. 0.0, and a mullite refractory for a microwave heating furnace having a compressive strength of 1 MPa or more at room temperature can be formed. Thereby, for example, a mullite refractory for a microwave heating furnace having a high heat insulating property and suitable for use as a partition layer in a firing chamber or the like can be obtained. The porosity of such a mullite refractory for a microwave heating furnace is preferably about 45 to 75%.
[0030]
The mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention may have a bulk specific gravity of 2.0 or more to less than 3.0 and a compressive strength of 25 MPa or more at room temperature. Since the mullite refractory for microwave heating furnace has excellent strength, it is used as a support brick for a hearth or a jig for firing ceramics (for example, a shelf 1c, a
[0031]
(Specific examples)
Next, specific examples of the mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention will be described.
In producing the mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention, electro-fused mullite, synthetic mullite, electro-fused alumina raw material and the like having the component values (% by weight) shown in Table 1 below were mixed with the raw materials shown in Table 2 below. Were mixed at a predetermined particle size and a blending amount, and an appropriate amount of water or a binder was added, and the mixture was kneaded with an Erich mixer so that the fine powder was sufficiently adhered to the periphery of the particles.
[0032]
[Table 1]
Each kneaded material was molded into a size of 230 × 114 × 65 mm by a hydraulic press at a molding pressure of 98 MPa, subjected to forced drying at 110 ° C. for 1 day, and then baked at 1750 ° C. for 3 hours to obtain a microwave of the present invention. Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 of mullite refractories for a heating furnace were obtained. Table 2 shows the respective qualities such as the dielectric loss factor.
[0034]
[Table 2]
As shown in Table 2, in Examples 1 to 3, the dielectric loss factor is 0.05 or less at 500 ° C. and 0.1 or less at 1000 ° C. Mullite refractory for wave heating furnace.
[0036]
On the other hand, Comparative Examples 1-4 have a high dielectric loss factor. This is considered to be due to the fact that Comparative Example 1 has a large content of electrofused mullite particles having a size of 3-1 mm.
[0037]
In Comparative Example 2, in order to increase the mechanical strength, 10% by weight of fused silica was blended to enhance the mullite bonding, so that the bonding area between the particles became large and the size of the pseudo particles became 1 mm or more. Therefore, it is considered that the microwave transmission characteristics were lowered.
[0038]
Comparative Example 3 is an example in which 3% by weight of water glass containing a large amount of sodium oxide (Na 2 O) component was added to confirm the effect on the dielectric loss factor. Since the chemical component value of sodium oxide, which easily absorbs microwaves, exceeds 1% by weight, the microwave transmission characteristics are reduced, and the addition of the present invention at both 500 ° C. and 1000 ° C. It is considered that the values deviate from the range of mullite refractories for microwave heating furnaces.
[0039]
In Comparative Example 4, the content of the alumina mineral fine powder (fused alumina) was set to 25% by weight, and thus it is considered that the microwave transmission characteristics were lowered.
[0040]
Further, as shown in Table 3, a mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention, in which a pore-forming material (styrene bead) was added at the time of compounding and kneading to enhance heat insulation, was prepared in the same manner as in Examples 1 to 3. And Examples 4 to 6 were obtained. Each of Examples 4 to 6 shows an extremely low dielectric loss factor, shows a lower thermal conductivity as compared with Examples 1 to 3, and has a mullite refractory for a microwave heating furnace having excellent heat insulation. became. In this way, a material in which pores are formed by blending a pore forming material can be particularly suitably used as a constituent material of a partition layer in a firing chamber.
[0041]
[Table 3]
Next, an example of use of the mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention will be described using the
[0043]
In the
[0044]
As shown in FIG. 1, the
[0045]
At least the inner surface of the housing 11 is formed of a material capable of reflecting microwaves, for example, a stainless steel material.
[0046]
The microwave generating means 12 is for outputting microwaves, and comprises a microwave oscillator. The frequency of the microwave output from the microwave oscillator is preferably 0.9 to 100 GHz, and more preferably 2.45 GHz, at which an inexpensive microwave oscillator can be used.
[0047]
The microwave output from the microwave generation means 12 is applied to the inside of the housing 11 via a
[0048]
The microwaves radiated into the housing 11 are dispersed by the
[0049]
(test)
First, in a microwave heating furnace (output of a microwave oscillator is 1.5 kw × 4 units: 6 kw), as a constituent material of a partition layer of a firing chamber, it is generally used in a furnace by an electric resistance heating or a combustion heating method. 4 L of water was heated at a microwave power of 100% (6 kW) using an insulated brick.
[0050]
The amount of energy used to raise the temperature of the water at this time was calculated as a percentage of the amount of energy added as microwaves, and was quantified as efficiency, which was 5%.
Further, when the weight of the object to be heated was 1.5 kg, and heating was performed at a heating rate of 3 ° C./min to 1300 ° C., the microwave output required a maximum of 95%, and the heating rate was further increased. It was impossible to increase the weight or raise the maximum temperature.
[0051]
Next, in Example 4, which is a mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention, a partition layer of a firing chamber was formed, and when microwaves were used to heat water, the efficiency was improved to 30%.
Further, when the weight of the object to be heated was 1.5 kg and heating was performed to 1300 ° C. at a heating rate of 3 ° C./min, the microwave output could be suppressed to 77%, and the effect of reducing the total energy used for heating was confirmed. Was done. With the reduced energy of 18%, it is possible to change conditions such as increasing the heating rate during heating, increasing the weight of the object to be heated, and increasing the maximum temperature.
[0052]
Furthermore, in addition to forming the partition layer of the firing chamber in Example 4, which is the mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention, a supporting brick for supporting the hearth and the entire refractory, and further, an object to be heated are placed. A sintering jig such as a shelf plate, a setter, and a column was formed of the mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention shown in Example 1.
When the weight of the object to be heated was 1.5 kg and heating was performed at a heating rate of 3 ° C./min to 1300 ° C., the microwave output could be suppressed to 70%, and the total energy used for heating was further reduced. Was confirmed. With the reduced energy of 25%, it is possible to further change the conditions such as increasing the heating rate during heating, increasing the weight of the object to be heated, and increasing the maximum temperature.
Further, as described above, the partition layer of the firing chamber is formed of the mullite refractory for the microwave heating furnace of Example 4, and the supporting brick supporting the hearth and the entire refractory, and the shelf board on which the object to be heated is placed , Setters, columns, and other firing jigs were formed from the mullite refractory for a microwave heating furnace of Example 1, and the
[0053]
In addition, thermal insulation boards and blankets used as refractories for microwave heating furnaces suffered from problems such as deformation and shrinkage due to repeated use, and required replacement on average over ten times. Further, when the object to be heated was heated near the maximum operating temperature using the heat insulating board as a hearth, sinking due to the load was observed, and replacement was required in some cases. On the other hand, in the refractory for a microwave heating furnace according to the present invention, these points were greatly improved, and the replacement frequency was reduced to half or less. Further, the heat insulating board or blanket having a high maximum use temperature is extremely expensive, but the refractory for a microwave heating furnace of the present invention can be provided at low cost.
[0054]
Furthermore, the heat insulation board and the blanket are scattered with dust and fibers at the time of processing before construction or at the time of installation of an object to be heated, and are sucked when the worker breathes, and there is a concern about physical effects. On the other hand, by using the mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention, scattering of dust and fibers was suppressed, and physical effects were reduced.
[0055]
【The invention's effect】
According to the first or second aspect of the present invention, the refractory has a very high microwave transmission characteristic and, when used as a structural material of a microwave heating furnace or a firing jig, consumes very little energy and is a suitable refractory.
According to the third aspect of the invention, in addition to the effects of the first or second aspect, the refractory has a higher microwave transmission characteristic, and also has a higher heat resistance and a higher strength. .
According to the fourth aspect, in addition to the effects of the first to third aspects, a refractory having higher microwave transmission characteristics can be obtained.
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effects of the first to fourth aspects of the present invention, a refractory suitable for use as a partition layer or the like in a firing chamber is obtained.
According to the invention set forth in claim 6, in addition to the effects of the inventions of
According to the invention described in claim 7, a microwave heating furnace having extremely high microwave transmission characteristics and extremely low energy consumption is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view showing a basic structure of a microwave heating furnace of the present invention using a mullite refractory for a microwave heating furnace of the present invention.
[Explanation of symbols]
1a, 1b, 1c, 1d, 1e Mullite refractory for
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002261794A JP2004099356A (en) | 2002-09-06 | 2002-09-06 | Mullite refractory for microwave oven, and microwave oven |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002261794A JP2004099356A (en) | 2002-09-06 | 2002-09-06 | Mullite refractory for microwave oven, and microwave oven |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004099356A true JP2004099356A (en) | 2004-04-02 |
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ID=32262068
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002261794A Pending JP2004099356A (en) | 2002-09-06 | 2002-09-06 | Mullite refractory for microwave oven, and microwave oven |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004099356A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013035715A (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-21 | Denso Corp | Method of producing metal carbide structure and member on the surface of which metal carbide layer is formed |
-
2002
- 2002-09-06 JP JP2002261794A patent/JP2004099356A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2013035715A (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-21 | Denso Corp | Method of producing metal carbide structure and member on the surface of which metal carbide layer is formed |
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