JP2009068739A - 連続焼成炉 - Google Patents

Abstract

【課題】雰囲気ガスの流量を低く抑えながらも、反応生成ガスを炉体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】被焼成物Ｗを搬送するローラコンベア３と、反応ガスを炉体内に導入するための搬出口側の導入管と、炉体内のガスを炉体外に排気するための搬入口側の排気管と、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、炉体内の上部に設けられ、外周面の長手方向に複数の噴出孔９ａを有し、該噴出孔から反応ガスを炉体内に供給する反応ガス供給管９と、炉体内の上部に設けられ、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１０と、を有する。
【選択図】図１

Description

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。

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５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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。
特開昭４７−２５２１０号公報 特開平１−２５２８８６号公報

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。

本発明に係る連続焼成炉は、
搬入口と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、
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、
炉体内の上部に設けられ、外周面の長手方向に複数の噴出孔を有し、該噴出孔から反応ガスを炉体内に供給する反応ガス供給管と、
炉体内の上部に設けられ、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、
を有する。

また、反応ガス供給管と反応ガス回収管とはそれぞれ炉体幅方向に沿って配置されている。

また、反応ガス供給管と反応ガス回収管とは複数設けられ、かつ、炉体長手方向に沿って交互に間隔をおいて設けられている。

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。

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。

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跳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。

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。

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。

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。

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。

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５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。

図１、図２および図３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。

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、炉体内の上部に設けられ、外周面の長手方向に複数の噴出孔９ａを有し、該噴出孔９ａから反応ガスＧを炉体内に供給する反応ガス供給管９が設けられている。また、炉体内の上部に設けられ、外周面の長手方向に複数の吸込孔１０ａを有し、該吸込孔１０ａを通じて反応ガスＧおよび反応生成ガスＧ１を炉体外に排気する反応ガス回収管１０が設けられている。

これらの管９，１０が設置される反応生成ガス発生領域は、例えば、焼成ゾーンにおいて、副生成物として反応生成ガスＧ１を発生させる領域である。また、予熱ゾーンにおいても、被焼成物Ｗと反応ガスＧ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Ｇ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確認すればよい。本発明では、少なくとも焼成ゾーンにおける反応生成ガス発生領域において、反応ガス供給管９および反応ガス回収管１０を設置し、予熱ゾーンにおいて発生した反応生成ガスＧ１は、排気管６を介して排出すればよいが、予熱ゾーンにおいても、反応ガス供給管９および反応ガス回収管１０を本発明に従って設置してもよい。

反応ガス供給管９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９および反応ガス回収管１０の大きさとしては、φ１０〜３０ｍｍ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。

反応ガス供給管９の外周面には、反応ガスＧを噴出させるための噴出孔９ａが多数間隔をおいて形成されている。噴出孔９ａの形状は、円形または楕円形などの形状を採りうる。噴出孔９ａの大きさは、例えば、円形の孔を有する構造の場合、φ３〜５ｍｍ程度である。また、この場合、噴出孔９ａをφ５〜２０ｍｍ間隔で形成する。反応ガスを必要とする領域は、反応ガス供給管９の下方にあるため、噴出孔９ａは、下向きに設置する。また、反応ガスを必要とする領域が反応ガス供給管９から離れている場合には、反応ガスが反応ガスを必要とする領域まで届くようにするため、噴出孔９ａの径をφ３ｍｍと小さめにして噴出速度を大きくする。または、反応ガスの供給量に余裕のある場合には、噴出孔９ａの径は大きくせず、噴出量を多くしてもよい。

反応ガスの噴出速度は、炉体内の基本的なガスの流れである導入管５から排気管６への反応ガスの比較的弱い流れに影響を受けながらも、被焼成物表面から発生する反応生成ガスを反応ガス回収管１０まで戻すのに十分と考えられる値とし、また、反応ガスの供給量は、被焼成物の反応に十分と考えられる値とする。

反応ガス回収管１０の外周面にも、反応ガスＧおよび反応生成ガスＧ１を回収するための吸込孔１０ａが多数間隔をおいて形成されている。吸込孔１０ａの孔の形状は、円形や楕円形などの形状を採りうる。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、φ５〜１０ｍｍ程度である。また、この場合、吸込孔１０ａを１０〜４０ｍｍ間隔で設ける。

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引孔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。吸引孔は、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、各吸引孔間吸引力に差が出てしまう。そこで、吸引孔の径は、反応ガス回収管の径に応じて、適当な大きさにすることが重要である。

反応ガス供給管９および反応ガス回収管１０のそれぞれにおいて、各噴出孔９ａおよび吸込孔１０ａは、下方を向いて、すなわち、炉体の鉛直方向を向くように、開口される。

反応ガスＧを反応ガス供給管９に送り込むために、例えば、炉体内の側壁に沿って１本の比較的径大の配管（図示せず）が設け、この配管を介して、反応ガス供給管９と反応ガス供給源とを接続すればよい。一方、反応ガス回収管１０から回収された反応ガスＧおよび反応生成ガスＧ１は、反応ガス供給管９と同様に、例えば、炉体内の側壁に沿って設けられた１本の比較的径大の配管（図示せず）を通って外部に排出される。また、この配管を介して、反応ガス回収管１０を、回収した反応ガスよりも反応ガス濃度が低い領域、すなわち反応生成ガスの発生量が多い領域につながる反応ガス供給管と接続してもよい。

なお、これらの反応ガス供給管９および反応ガス回収管１０は、周知の耐熱材性の取付金具などにより、炉体２の天井部または側壁部に取り付ければよい。

本実施形態において、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。

反応ガス供給管９および反応ガス回収管１０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９と反応ガス回収管１０とを、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。ヒーターの長さは、それほど長くすることはできないことから、ヒーターは、左右の炉体側壁２ａに掛け渡すように設置する。このヒーターとの干渉を避けるために、反応ガス供給管９と反応ガス回収管１０は、ヒーターと平行に設置することが好ましい。また、炉体内を搬出口側から搬入口側に向かって匣鉢８の上面を流れるガスの流れを妨げない高さに設置する。炉体内を搬出口側から搬入口側に向かって匣鉢８の上面を流れるガスの基本的な流れは、炉内を仕切る仕切り板４が匣鉢８の通過する部分だけ空いていることから、そのような流れを形成することができる。

反応ガス供給管９および反応ガス回収管１０を、それぞれ１本ずつ、炉体の幅方向に沿って配置する場合、反応ガス供給管９を、反応生成ガス発生領域内の下流側（炉体内の搬出口側）に配置し、反応ガス回収管１０を、反応生成ガス発生領域内の上流側（炉体内の搬入口側）に配置する。反応ガス供給管９から噴出した反応ガスは、炉内を流れる基本的な流れの影響を受けて、搬入口側に流されながら、被焼成物表面に衝突して跳ね返り、反応ガス回収管１０に回収される。

また、反応ガス供給管９および反応ガス回収管１０とを、それぞれ複数本ずつ、交互に並べて配置することが好ましい。この場合、焼成ゾーンにおいて、反応生成ガス発生領域よりも下流側（炉体内の搬出口側）に外れた箇所にも、少なくとも１本の反応ガス供給管９を設置することが好ましい。さらに、焼成ゾーン全体にわたって、反応ガス供給管９および反応ガス回収管１０を設置することが好ましい。これらの本数は、任意であり、かつ、反応ガスを多く必要とする領域においては密度を高くして、配置する。また、複数本設置する場合には、設置区間の両側に反応ガス供給管９が配置されることが好ましい。このように、交互に並べることにより、被焼成物Ｗのローラコンベア３による搬送中に反応ガスＧの噴射と回収が連続的に行われ、効率よく被焼成物Ｗを焼成させることができる。

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内を通じて、炉体外に排出される。また、反応生成ガスＧ１の極一部は、炉体内を搬出口側から搬入口側に流れる基本的な反応ガスＧの流れにより、予熱ゾーンまで流れることがあっても、予熱ゾーンの排気管６により排気される量にとどまる。

このような構成により、反応生成ガス発生領域においては、生成した反応生成ガスＧ１は、炉体内の基本的な流れである導入管５から排気管６への反応ガスＧの流れとは干渉はするが、反応ガス供給管９から反応ガス回収管１０への反応ガスＧの流れにより、概ね反応ガス回収管１０により回収されて外部に排出される。このため、反応生成ガスＧ１を炉体内で拡散させることなく、速やかに炉体外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。

（実施例）
図４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Ｇとして酸素を用いた場合の例である。

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Ｇ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Ｇを排出ための排気管６が各所に設けられている。

また、炉体内の炉体内の領域Ｒの上部には、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９が間隔をおいて複数設けられている。この反応ガス供給管９の材質は、ＳＵＳ３０４製とされ、外径はφ２０ｍｍ、内径はφ１８ｍｍにされている。また、反応ガス供給管９の外周面には、φ４ｍｍの噴出孔９ａが約２０ｍｍ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。

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。

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。

炉体内の炉体内の領域Ｒの上部には、下方に向けて反応ガスＧを吹き付けるための反応ガス回収管１０が、反応ガス供給管間に設けられている。この反応ガス回収管１０は、ＳＵＳ３０４製とし、外径はφ２０ｍｍ、内径はφ１８ｍｍ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（２０ｍｍ）をおいて２０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Ｇは、反応ガス回収管１０の外周面に形成された吸込穴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、５００〜８００℃に昇温された部分である。

導入管５から３ｍ³／ｈｒの量の反応ガスＧ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、０．１ｍ／ｓｅｃの速度の基本的な反応ガスＧの流れが生じた。次に、炉体内上部側の反応ガス供給管９からの反応ガスＧの供給を開始した。供給量は、３ｍ³／ｈｒ／本で、噴出孔９ａからの噴出し速度は３ｍ／ｓｅｃであった。

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Ｇおよび反応生成ガスＧ１の流れ分布を観察した。

その結果、導入管５および反応ガス供給管９から導入された反応ガスＧ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。回収したガスは、一部サンプリングし、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。

（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Ｇ１が発生する領域Ｒも同様にした。そして、一方の炉体側壁２ａ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、ポンプと配管で接続した。このスリットは反応生成ガスＧ１の回収口となる。

以上の連続焼成炉１を用いて反応生成ガスＧ１の流れを観察すると、反応ガスＧ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Ｇ１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。

（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Ｇ１の流れを観察したところ、反応生成ガスＧ１は炉体内全体に拡散した後、一部の反応生成ガスＧ１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Ｇ１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Ｇ１との逆反応を示す汚れがあり、製品として提供しうるものではなかった。

本発明の連続焼成炉の一実施形態を示す説明図である。 図１の連続焼成炉の内部構造を示す斜視図である。 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。 本発明の連続焼成炉の実施例を示す斜視図である。 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

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
９ 反応ガス供給管
９ａ 噴出孔
１０ 反応ガス回収管
１０ａ 吸込穴
Ｇ 反応ガス
Ｇ１ 反応生成ガス
Ｈ ヒータ
Ｒ 領域
Ｗ 被焼成物

Claims (3)

1. 搬入口と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、
   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、
   炉体内の上部に設けられ、外周面の長手方向に複数の噴出孔を有し、該噴出孔から反応ガスを炉体内に供給する反応ガス供給管と、
   炉体内の上部に設けられ、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、
   を有することを特徴とする連続焼成炉。
2. 前記反応ガス供給管と反応ガス回収管とはそれぞれ炉体幅方向に沿って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。
3. 前記反応ガス供給管と反応ガス回収管とは複数設けられ、かつ、炉体長手方向に沿って交互に間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項２に記載の連続焼成炉。

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