JP2017150740A - カーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボンヒータの交換作業を容易として、焼成炉の稼働率を大きく向上させることができるカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉を提供する。
【解決手段】上部発熱体４２および下部発熱体４４を含んで側壁板開口８０および断熱材開口９０を通過可能な形状を有するカーボンヒータ４６が、嵌入断熱材９２を通して蓋板８２に片持状に支持されている。これにより、その蓋板８２を炉体１４の側壁板１４ａから取り外すことにより、その側壁板１４ａに嵌入断熱９２材を通して片持状に取り付けられたカーボンヒータ４６が一挙に炉体１４内から取り出される。これにより、カーボンヒータ４６を備える連続式超高温焼成炉１０において、カーボンヒータ４６の交換作業が容易となり、連続式超高温焼成炉１０の稼働率が大きく向上させられる。
【選択図】図７

Description

本発明は、カーボンヒータを用いて超高温で連続的な熱処理を可能とする連続式超高温焼成炉に関する。

カーボンヒータを用いて比較的高温の熱処理を連続送り或いは間欠送りで連続的に施す連続式の焼成炉が提案されている。特許文献１の段落００８３から００８７、図４および図５等に記載されている連続式焼成炉がそれである。この連続式焼成炉によれば、ローラにより搬送される支持台上に載置された被焼成体が、その支持台の上下にそれぞれ水平方向に設けられたカーボンヒータを用いて２０００〜２３００℃の焼成温度で加熱されることでたとえばハニカム構造の珪素含有多孔質セラミック焼成体が連続的に熱処理されるようになっている。

国際公開第２０１３／０８８４９５号 特開２０１３−００２７２８号公報

たとえば、黒鉛結晶が含まれる黒鉛質カーボン材料を一層高純度化するための高純度工程や炭素質カーボンを黒鉛質カーボンとするための黒鉛化工程のために２５００℃以上の超高温で熱処理を行うことが可能な超高温焼成炉が用いられる。このような超高温焼成炉では、それに用いられるカーボンヒータは比較的消耗が多く、その使用によって痩せてくるので、所定の周期で定期交換を行うことが必要である。従来では、たとえば特許文献２に示すような形式のバッチ式の超高温焼成炉が一般的であり、これによれば、加熱室全体を炉外に取り出すことができるため、カーボンヒータの交換が比較的容易である。

ところで、上記バッチ式の超高温焼成炉では、生産性が得られないため、特許文献１に示すような連続式の超高温焼成炉を構成することが考えられる。しかしながら、上記のような連続式焼成炉においては、カーボンヒータは棒状の長手形状を有していて、断熱材内に設けられている状態でカーボンヒータの両端部が炉壁に支持されているので、カーボンヒータの交換時には、箱型の炉体のうちのヒータの端部を支持している側壁部や炉体内の炉壁（断熱材）のうちヒータの端部が位置している側壁部分をそれぞれ取り外す必要がある。

詳細には、上記カーボンヒータの両端部は、炉体の外面に取り付けられて給電バスに炉外で接続された金属電極とその金属電極の炉内側に一体的に連結されたカーボン製の炉内電極とを介して電源にそれぞれ接続されている。上記金属電極は、電気的絶縁および気密性を維持する構造で炉体に対して取り付けられており、熱漏れやガス漏れなどのリスクを回避するため、カーボンヒータの交換時に際しては、金属電極を炉体から取り外すよりは、炉内に位置する炉内電極とカーボンヒータの端部との接続部分からカーボンヒータを取り外すことが行われる。このため、カーボンヒータの交換時には、炉内に位置する炉内電極と消耗したカーボンヒータの端部との接続を取り外したり、炉内電極と新たなカーボンヒータの端部との接続を行ったりする必要があるので、カーボンヒータの交換作業に多くの手間や時間を必要とし、連続式焼成炉の稼働率を大きく低下させていた。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、カーボンヒータの交換作業を容易として、焼成炉の稼働率を大きく向上させることができるカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉を提供することにある。

本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、カーボンヒータを、棒状のヒータ部材だけではなく、梁部材、支柱部材、ナット部材などのヒータ構成部品を、押し出し成形やプレス成形を利用して作製し、それらの部品を相互に螺合するなどして片持ち構造体を組み立てることができ、２５００℃〜３０００℃の熱処理に用いてもカーボンヒータとしての機能および耐久性が得られるという事実を見いだした。本発明はかかる知見に基づいてなされたものである。

すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）一対の側壁板が上壁板および下壁板により連結された長手状の箱型の炉体と、前記炉体の内壁面に沿って層状に設けられたカーボン繊維製の断熱材と、前記断熱材により囲まれた加熱室内の上部および下部に配置された上部発熱体および下部発熱体と、前記上部発熱体および下部発熱体の間を通るように被焼成体を搬送する搬送装置とを備えるカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉であって、（ｂ）前記一対の側壁板のうちの一方の側壁板に、前記一方の側壁板の一部に貫通して設けられた側壁板開口を塞ぐように着脱可能に装着される蓋板と、（ｃ）前記蓋板の内側に装着され、前記断熱材の前記側壁板開口に対応する位置に貫通して形成された断熱材開口に嵌め入れられて前記断熱材の一部を構成する嵌入断熱材と、（ｄ）前記上部発熱体および下部発熱体を含んで前記側壁板開口および前記断熱材開口を通過可能な形状を有し、前記嵌入断熱材を通して前記蓋板に片持状に支持されたカーボンヒータとを、含むことにある。

第２発明の要旨とするところは、前記炉体は、相互間に所定の間隔を隔てて固定された炉体外板および炉体内板から成る二重構造を有し、前記炉体外板および炉体内板の間の空間には冷却流体が循環させられることにある。

第３発明の要旨とするところは、前記炉体の一端には予熱域ケースが連結され、他端には冷却域ケースが連結され、前記予熱域および冷却域ケースは、相互間に所定の間隔を隔てた状態で固定されたケース外板およびケース内板から成る二重構造をそれぞれ有し、前記ケース外板およびケース内板の間の空間には、冷却流体がそれぞれ循環させられることにある。

第４発明の要旨とするところは、前記炉体の内側に固設され、前記炉体に対して所定の間隔を隔てて前記炉体に支持された耐熱金属製の断熱材ケース外板と、前記断熱材ケース外板内に配置された状態で前記断熱材ケース外板に支持され、前記断熱材ケース外板との間に前記断熱材を収容するカーボン製の断熱材ケース内板とを備え、前記断熱材はカーボン繊維から構成されたものであることにある。

第５発明の要旨とするところは、前記炉体は、前記側壁板および上壁板および下壁板から立設され且つ前記炉体の長手方向に直交する方向に連なる補強リブを有し、前記加熱室内を真空に維持することが可能な耐圧容器であり、前記蓋板の内壁面の外周部には、前記側壁板の前記側壁板開口の周囲との間を気密にシールするシール材が装着されていることにある。

第６発明の要旨とするところは、前記蓋板の外壁面には、一対の上側金属電極および下側金属電極が前記蓋板に対して気密に且つ電気的絶縁状態で装着され、前記一対の上側金属電極および下側金属電極には、前記嵌入断熱材から一部が加熱室側へ突き出す状態で一対のカーボン製の上側炉内電極および下側炉内電極が接続され、前記カーボンヒータは、前記上側炉内電極および下側炉内電極にそれぞれ着脱可能に固定された一対の基端側横梁部材と、一対の連結柱により着脱可能に連結された一対の先端側横梁部材と、前記一対の基端側横梁部材と前記一対の先端側横梁部材とに両端部が螺合されることで互いに平行にそれぞれ架け渡された各複数本の前記上部発熱体および下部発熱体とを着脱可能に有するものである。

第７発明の要旨とするところは、前記炉体の上壁板上には、炉体の長手方向に直交する方向の水平支持ロッドを、前記蓋板側に突き出し可能に収容する支持ロッドケースが固設されており。前記側壁板から取り外された前記蓋板は、前記水平支持ロッドの先端部によりつり下げられた状態で、前記蓋板に片持状に支持されたカーボンヒータが前記炉体外へ露出するまで移動させられることにある。

第８発明の要旨とするところは、前記搬送装置は、前記下壁板から前記断熱材を通して前記下部発熱体の間に立設されたカーボン製の支柱により支持されて前記加熱室内において長手方向に連なり、搬送板を摺動可能に支持するカーボン製の一対の搬送レールを備えるものである。

第１発明によれば、一対の側壁板が上壁板および下壁板により連結された長手状の箱型の炉体と、前記炉体の内壁面側に層状に設けられたカーボン繊維製の断熱材と、前記断熱材により囲まれた加熱室内の上部および下部に配置された上部発熱体および下部発熱体と、前記上部発熱体および下部発熱体の間を通るように被焼成体を搬送する搬送装置とを備えるカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉において、前記一対の側壁板のうちの一方の側壁板に、前記一方の側壁板の一部に貫通して設けられた側壁板開口を塞ぐように着脱可能に装着される蓋板と、前記蓋板の内側に装着され、前記断熱材の前記側壁板開口に対応する位置に貫通して形成された断熱材開口に嵌め入れられて前記断熱材の一部を構成する嵌入断熱材と、前記上部発熱体および下部発熱体を含んで前記側壁板開口および前記断熱材開口を通過可能な形状を有し、前記嵌入断熱材を通して前記蓋板に片持状に支持されたカーボンヒータとが設けられているので、その蓋板を炉体の側壁板から取り外すことにより、その側壁板に嵌入断熱材を通して片持状に取り付けられたカーボンヒータが一挙に炉体内から取り出される。これにより、カーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉において、カーボンヒータの交換作業が容易となり、連続式超高温焼成炉の稼働率が大きく向上させられる。

第２発明によれば、前記炉体は、相互間に所定の間隔を隔てて固定された炉体外板および炉体内板から成る二重構造を有し、前記炉体外板および炉体内板の間の空間には冷却流体が循環させられる。これにより、炉体は前記加熱室からの熱による損傷が抑制される。

第３発明によれば、前記炉体の一端には予熱域ケースが連結され、他端には冷却域ケースが連結され、前記予熱域ケースおよび冷却域ケースは、相互間に所定の間隔を隔てた状態で固定されたケース外板およびケース内板から成る二重構造をそれぞれ有し、前記ケース外板およびケース内板の間の空間には、冷却流体がそれぞれ循環させられる。これにより、予熱域ケースおよび冷却域ケースは前記加熱室からの熱による損傷が抑制される。

第４発明によれば、前記炉体の内側に固設され、前記炉体に対して所定の間隔を隔てて前記炉体に支持された耐熱金属製の断熱材ケース外板と、前記断熱材ケース外板内に配置された状態で前記断熱材ケース外板に支持され、前記断熱材ケース外板との間に前記断熱材を収容するカーボン製の断熱材ケース内板とを備え、前記断熱材はカーボン繊維から構成されたものである。これにより、前記加熱室は、超高温に維持されることができる。

第５発明によれば、前記炉体は、前記側壁板および上壁板および下壁板から立設され且つ前記炉体の長手方向に直交する方向に連なる補強リブを有し、前記加熱室内を真空に維持することが可能な耐圧容器であり、前記蓋板の内壁面の外周部には、前記側壁板の前記側壁板開口の周囲との間を気密にシールするシール材が装着されていることにある。これにより、たとえばカーボンヒータの交換作業後の連続式超高温焼成炉の立ち上げ時において、炉体内を真空とした後に不活性ガスで置換することで、炉体内を短時間での非酸化性雰囲気とすることができるので、カーボンヒータの交換作業が短時間となり、焼成炉の稼働率を一層大きく向上させることができる。

第６発明によれば、前記蓋板の外壁面には、一対の上側金属電極および下側金属電極が前記蓋板に対して気密に且つ電気的絶縁状態で装着され、前記一対の上側金属電極および下側金属電極には、前記嵌入断熱材から一部が加熱室側へ突き出す状態で一対のカーボン製の上側炉内電極および下側炉内電極が接続され、前記カーボンヒータは、前記上側炉内電極および下側炉内電極にそれぞれ着脱可能に固定された一対の基端側横梁部材と、一対の連結柱により着脱可能に連結された一対の先端側横梁部材と、前記一対の基端側横梁部材と前記一対の先端側横梁部材とに両端部が螺合されることで互いに平行にそれぞれ架け渡された各複数本の前記上部発熱体および下部発熱体とを有するものである。これにより、蓋板を炉体の側壁から取り外した状態で、一対の上側金属電極および下側金属電極を蓋板を蓋板から取り外すことなく、カーボンヒータの一部あるいは全部を交換できるので、カーボンヒータの交換作業が容易となり、焼成炉の稼働率が大きく向上させられる。

第７発明によれば、前記炉体の上壁板上には、炉体の長手方向に直交する方向の水平支持ロッドを、前記蓋板側に突き出し可能に収容する支持ロッドケースが固設されており、前記側壁板から取り外された前記蓋板は、前記水平支持ロッドの先端部によりつり下げられた状態で、前記蓋板に片持状に支持されたカーボンヒータが前記炉体外へ露出するまで移動させられることから、カーボンヒータの交換作業が一層短時間となり、焼成炉の稼働率を一層大きく向上させることができる。

第８発明によれば、前記搬送装置は、前記下壁板から前記断熱材を通して前記下部発熱体の間に立設されたカーボン製の支柱により支持されて前記加熱室内において前記加熱室の長手方向に連なり、被焼成体を載置して搬送する搬送板を前記長手方向に摺動可能に支持するカーボン製の一対の搬送レールを備えるものである。これにより、被焼成体に対する超高温の熱処理が連続的に可能となる。

本発明の一実施例の連続式超高温加熱炉の一例を示す正面図である。 図１の連続式超高温焼成炉の出口側から見た斜視図である。 図１の連続式超高温焼成炉の水平断面の一部であって、出口側を示す図である。 図１の連続式超高温焼成炉の縦断面の一部であって、出口側を示す図である。 図１の連続式超高温焼成炉の横断面であって、図１のIV−IV視断面図である。 図５の断面図のうちのカーボンヒータの装着部分を拡大して示す断面図である。 図６のカーボンヒータを炉体の外へ移動させた状態を示す斜視図である。 図７のように炉体の外へ移動させられたカーボンヒータを炉体側から見た斜視図である。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例が適用されカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉１０を示す正面図である。図２はその連続式超高温焼成炉１０の出口側を示す斜視図である。図１および図２において、連続式超高温焼成炉１０は、基台１２により支持された長手状箱型の炉体１４と、炉体１４よりも小さな縦寸法、横寸法および長さ寸法を有して炉体１４の一端部および他端部にそれぞれ気密に接続された長手状箱型の予熱域ケース１６および冷却域ケース１８とを備えている。なお、炉体１４はたとえばステンレススチールなどの耐熱合金から構成されている。また、図２において、冷却域ケース１８の出口の開口を開閉する出口圧力蓋１８ａおよびその手動開閉機構１８ｆは省略されている。

予熱域ケース１６の入口には、手動開閉機構１６ｆの操作によって予熱域ケース１６の開口を開閉させられる入口圧力蓋１６ａと、予熱域ケース１６の空間を入口圧力蓋１６ａ側の入口パージ室１６ｂと炉体１４側の予熱室１６ｃとに分割し、たとえば空気等の圧力流体で駆動される入口シリンダ１６ｄによって開閉される入口シャッタ１６ｅとが、設けられている。また、冷却域ケース１８の出口には、手動開閉機構１８ｆの操作によって冷却域ケース１８の開口を開閉する出口圧力蓋１８ａと、冷却域ケース１８内の空間を出口圧力蓋１８ａ側の出口パージ室１８ｂと炉体１４側の冷却室１８ｃとに分割し、たとえば空気等の圧力流体で駆動される出口シリンダ１８ｄによって開閉される出口シャッタ１８ｅとが、設けられている。

入口圧力蓋１６ａおよび出口圧力蓋１８ａは高い気密性で閉じる性能を備えており、それら入口圧力蓋１６ａおよび出口圧力蓋１８ａが閉じられることで、炉体１４、予熱域ケース１６および冷却域ケース１８の内が真空を維持できるようになっている。すなわち、炉体１４、予熱域ケース１６および冷却域ケース１８は、圧力容器（真空容器）としての機能を備えている。炉体１４の外周面には、所定間隔で互いに平行に連なる複数の補強リブ２０が垂直に立設されており、炉体１４の耐圧が高められている。

炉体１４内を２つの第１加熱室２２および第２加熱室２４に区画するために、炉体１４の両端部と中央部との３位置には、たとえば空気等の圧力流体で駆動される第１シリンダ２６ａ、第２シリンダ２６ｂ、第３シリンダ２６ｃによってそれぞれ開閉される第１断熱シャッタ２８ａ、第２断熱シャッタ２８ｂ、第３断熱シャッタ２８ｃが設けられている。

図３は、図１の連続式超高温焼成炉１０の水平断面の一部であって、出口側を示している。図４は、図１の連続式超高温焼成炉１０の縦断面の一部であって、出口側を示している。図５は図１の炉体１４内のカーボンヒータ４６等を示すIV−IV視断面図である。図３、図４および図５に示すように、炉体１４は、互いに平行な一対の側壁板１４ａが上壁板１４ｂおよび下壁板１４ｃにより気密に連結され、入口側端壁板３０および出口側端壁板３２がそれら一対の側壁板１４ａ、上壁板１４ｂおよび下壁板１４ｃの両端部に気密に連結されることで長手状且つ箱型に構成されている。予熱域ケース１６の中央部には入口側端壁板３０が気密に固定され、出口側端壁板３２の中央部には冷却域ケース１８が気密に固定されている。

図３に示すように、炉体１４には、負圧および不活性ガスを供給する配管３４が接続される接続口３５が設けられている。この配管３４には、真空ポンプ３６および不活性ガス供給装置３７と、それら真空ポンプ３６および不活性ガス供給装置３７のいずれか一方および他方を択一的に炉体１４に接続させる切換弁３８とが設けられている。

図３、図４および図５において、炉体１４内には、炉体１４の内壁面に沿って層状に設けられたカーボン繊維製の断熱材４０と、断熱材４０により囲まれ、第１断熱シャッタ２８ａおよび第２断熱シャッタ２８ｂの間に位置する第１加熱室２２、および第２断熱シャッタ２８ｂおよび第３断熱シャッタ２８ｃの間に位置する第２加熱室２４と、第１加熱室２２および第２加熱室２４内の上部および下部において水平に且つ炉体１４の長手方向において等間隔に配置されたそれぞれ複数本の棒状且つカーボン製の上部発熱体４２および下部発熱体４４を含む組立体であるカーボンヒータ４６と、上部発熱体４２および下部発熱体４４の間を通るように図示しない被焼成体を搬送する搬送装置４８とが、設けられている。

炉体１４を構成する側壁板１４ａ、上壁板１４ｂ、下壁板１４ｃ、入口側端壁板３０および出口側端壁板３２は、相互間に所定の間隔を隔てる固定具５０により相互に固定された炉体外板５２および炉体内板５４から成る二重構造をそれぞれ有し、各々の炉体外板５２および炉体内板５４の間の空間５６には、冷却流体がそれぞれ循環させられるようになっている。予熱域ケース１６および冷却域ケース１８も同様に、相互間に所定の間隔を隔てる固定具５０により相互に固定された状態で固定されたケース外板５８およびケース内板６０から成る二重構造をそれぞれ有し、ケース外板５８およびケース内板６０の間の空間６２には、冷却流体がそれぞれ循環させられるようになっている。冷却流体が循環させられる空間５６を形成する炉体外板５２および炉体内板５４、および、冷却流体が循環させられる空間６２を形成するケース外板５８およびケース内板６０は、冷却ジャケットとしても機能している。

炉体１４内には、炉体１４に対して所定の間隔を隔てて炉体１４にブラケット６４を介して支持されたたとえばステンレススチールなどの耐熱金属製の箱型の断熱材ケース外板６６と、断熱材ケース外板６６内に配置された状態で断熱材ケース外板６６に固定ロッド６８を介して固定され、断熱材ケース外板６６との間に断熱材４０を収容するたとえば黒鉛或いはカーボン製の断熱材ケース内板７０とが、炉体１４の内側に固設された状態で備えられている。断熱材４０は、複数種類のカーボン繊維が積層された状態で構成されたものである。

炉体１４内において直列に連ねられた第１加熱室２２および第２加熱室２４により、長手状の加熱帯搬送空間がトンネル状に形成されており、炉体１４に連結された予熱域ケース１６および冷却域ケース１８内の空間により、上記加熱帯搬送空間の両端に続く長手状の搬送空間がそれぞれ形成されている。炉体１４内の上記加熱帯搬送空間には、互いに平行な長手状の２本の黒鉛製の搬送レール７２が、上部発熱体４２と下部発熱体４４との間であって下部発熱体４４に接近する高さ位置となるように、レール支柱７４を介して炉体１４により支持されている。また、炉体１４に連結された予熱域ケース１６および冷却域ケース１８内の搬送空間においても、たとえばステンレススチールなどの耐熱金属製の２本の搬送レール７６が、搬送レール７２に続くように固設されている。図示しない被焼成体は、上記搬送レール７６および搬送レーム７２上を移動させられる黒鉛製或いはカーボン製のトレイ７８上に載置される。第１断熱シャッタ２８ａ、第２断熱シャッタ２８ｂ、第３断熱シャッタ２８ｃが上昇させられた状態で、たとえば図示しないプッシャによりトレイ７８が順次押し込まれることによりトレイ７８と共に被焼成体が連続的に搬送される。被焼成体とは、たとえば、最高温度が２５００℃〜３０００℃の超高温で熱処理を行うことで一層高純度化したり或いは黒鉛化するための黒鉛結晶が含まれる黒鉛質カーボン材料や炭素質カーボンから成る繊維や成形品である。図３の１点鎖線は、トレイ７８の移動範囲を示している。

通電による上部発熱体４２および下部発熱体４４の発熱によって上記のような最高温度が２５００℃〜３０００℃の超高温で熱処理が行われるが、最高温度が２５００℃を下回る焼成炉に比較して、上部発熱体４２および下部発熱体４４の消耗が比較的激しい。このため、定期的な交換が必要であるが、従来では、カーボン発熱体が両端で炉壁によって支持されていたため、その交換作業が煩雑で時間（数日）がかかり、高価な焼成炉の稼働率を低下させていた。

本実施例では、カーボンヒータ４６の交換作業を簡単且つ短時間とするために、カーボンヒータ４６が片持ち状に構成されて容易に炉体１４の外へ移動させられるようになっている。以下に、図６、図７、図８を用いてそれを実現する構成を説明する。図６は、図５の断面図のうちのカーボンヒータ４６の装着部分を拡大して示す断面図であり、図７は、カーボンヒータ４６を炉体１４の外へ移動させた状態を示す斜視図であり、図８は、図７のように炉体１４の外へ移動させられたカーボンヒータ４６を炉体１４側から見た斜視図である。なお、図６には、水平支持ロッド１２０、支持ロッドケース１２２、吊下板１２８等が省略されている。

図６、図７、図８に示すように、炉体１４を構成する一対の側壁板１４ａのうち一方の側壁板１４ａすなわち連続式超高温焼成炉１０の出口側に向かって右側の側壁板１４ａには、一対の矩形の側壁板開口８０が形成されており、側壁板１４ａの側壁板開口８０の周縁部には、蓋板８２がボルト８４によって着脱可能にそれぞれ締結されるようになっている。蓋板８２の内壁面の外周部すなわち側壁板１４ａのうち蓋板８２の外周部が当接する側壁板開口８０の周縁部には、図８に示すように、側壁板１４ａの側壁板開口８０の周囲との間を気密にシールするシール材８６が装着されている。

蓋板８２の内側には、蓋板８２との間に冷却液を循環させるための液密の空間を形成する蓋内板８８と、蓋内板８８に対して所定の間隔を隔て、断熱材４０の側壁板開口８０に対応する位置に貫通して形成された断熱材開口９０に嵌め入れられてその断熱材４０の一部を構成する嵌入断熱材９２と、上部発熱体４２および下部発熱体４４を含む組立体であるカーボンヒータ４６とが、固定されている。上記蓋内板８８、嵌入断熱材９２、およびカーボンヒータ４６は、側壁板開口８０を通過可能となるように側壁板開口８０よりも小さな断面形状を有し、嵌入断熱材９２およびカーボンヒータ４６は、断熱材開口９０を通過可能となるように断熱材開口９０よりも小さな断面形状を有している。なお、嵌入断熱材９２は、断熱材ケース外板６６と同様の材質から成る第１挟持板９４と断熱材ケース内板７０と同じ材質であるカーボン製の第２挟持板９６との間で挟持されている。

各蓋板８２の外壁面には、２対の上側金属電極９８および下側金属電極１００が蓋板８２に対して絶縁板１０２を介してそれぞれ締結されており、上側金属電極９８および下側金属電極１００は、相互に且つ気密に且つ蓋板８２に対して電気的絶縁状態で装着されている。絶縁板１０２はシール機能をも備えており、上側金属電極９８および下側金属電極１００と蓋板８２との間が気密にシールされている。

図６に詳しく示すように、上側金属電極９８および下側金属電極１００は、導電性の高い性質を有する金属製たとえば銅合金製であって、円柱状の本体部９８ａおよび１００ａと、その本体部９８ａおよび１００ａの外端部に形成された本体部９８ａよりも大径のフランジ部９８ｂおよび１００ｂとから構成されている。上側金属電極９８の本体部９８ａおよび下側金属電極１００の本体部１００ａには、嵌入断熱材９２から一部が加熱室側へ突き出す状態でカーボン製の上側炉内電極１０４および下側炉内電極１０６が入れ子ねじ１０７により相互に同心となる状態で蓋板８２に対して直角な方向すなわち水平方向に連結されている。これにより、上側金属電極９８の本体部９８ａおよび下側金属電極１００の本体部１００ａにそれぞれ連結された上側炉内電極１０４および下側炉内電極１０６は、嵌入断熱材９２とそれを挟む第１挟持板９４および第２挟持板９６とに対して電気的絶縁を維持する空間Ｓを隔てて配設され、上側金属電極９８および下側金属電極１００と、それにより片持ち状に支持されるカーボンヒータ４６とが、炉体１４に対して電気的絶縁が維持されている。

上側炉内電極１０４および下側炉内電極１０６は、それぞれ円柱状であって、炉内側端部には、小径に形成された嵌合部１０４ａおよび１０６ａと、それら嵌合部１０４ａおよび１０６ａよりもさらに小径に形成されて黒鉛製或いはカーボン製のナット１０８がそれぞれ螺合される螺合部１０４ｂおよび１０６ｂとが設けられている。嵌合部１０４ａおよび１０６ａに、上下一対の基端側横梁部材１１０および１１２が嵌め入れられた状態で、ナット１０８が螺合部１０４ｂおよび１０６ｂにそれぞれ螺合されることで、上下一対の基端側横梁部材１１０および１１２が上側炉内電極１０４および下側炉内電極１０６にそれぞれ締結されるようになっている。

図７および図８に詳しく示すように、カーボンヒータ４６は、水平となるように上側炉内電極１０４および下側炉内電極１０６にそれぞれ着脱可能に締結された黒鉛製或いはカーボン製の上下一対の基端側横梁部材１１０および１１２と、黒鉛製或いはカーボン製の一対の連結柱１１４の両端部にナット１１５によりそれぞれ着脱可能に締結された上下一対の先端側横梁部材１１６および１１８と、上下一対の基端側横梁部材１１０および１１２と一対の先端側横梁部材１１６および１１８とに両端部が着脱可能に螺合されることで互いに平行にそれぞれ架け渡された各６本の上部発熱体４２および下部発熱体４４とを、備える。すなわち、カーボンヒータ４６は、上下一対の基端側横梁部材１１０および１１２と上下一対の先端側横梁部材１１６および１１８と上部発熱体４２および下部発熱体４４とから成る組立部品の組み立て体である。

上部発熱体４２および下部発熱体４４は、上記組立部品のうちの断面積が最も小さい部品であるので、上側金属電極９８および下側金属電極１００の間に電力が供給されると、専ら上部発熱体４２および下部発熱体４４が発熱する。たとえば、上側金属電極９８および下側金属電極１００の間には、数十ボルト且つ数千アンペアたとえば２０Ｖ且つ２０００Ａの電力が供給されることで、不活性雰囲気たとえば窒素雰囲気内におけるヒートプロファイルにおいて２５００℃乃至３０００℃の最高温度が得られる。なお、図５に示すように、カーボンヒータ４６の先端部に位置する先端側横梁部材１１８の下面には、下壁板１４ｃから立設された黒鉛製のヒータ支柱１１９の先端が当接されており、カーボンヒータ４６が下壁板１４ｃからも支持されている。また、図６の上側金属電極９８では図示が省略されているが、下側金属電極１００には平板状の電流バス１２１が接続されている。

このように構成されたカーボンヒータ４６は、炉体１４内から炉体１４外へ容易に引き出すことができ、保守点検作業や部品交換作業がきわめて容易とされている。すなわち、たとえば図７に詳しく示されるように、炉体１４の上壁板１４ｂの上には、炉体１４の長手方向に直交する方向の長手状の水平支持ロッド１２０を、蓋板８２側へ突き出し可能に収容する支持ロッドケース１２２が、１つの蓋板８２に対して一対固設されている。蓋板８２は、上端部が水平支持ロッド１２０の先端に連結具１２４により連結され且つ下端部が連結板１２６により連結された一対の吊下板１２８を介して、一対の水平支持ロッド１２０の先端部に連結されている。この水平支持ロッド１２０によって荷重が負担されるので、側壁板１４ａから取り外された蓋板８２を容易に移動させることができる。上記水平支持ロッド１２０およびそれを収容する支持ロッドケース１２２は、炉体１４の幅寸法と同様の長さ寸法を有している。これにより、蓋板８２に片持ち状に取り付けられたカーボンヒータ４６は、蓋板８２と共に、カーボンヒータ４６が炉体１４外へ露出するまで引き出されることができる。

なお、図６に示されているように、上側金属電極９８の本体部９８ａ内には、フランジ部９８ｂの中心に開口する冷却室９８ｃが形成されるとともに、下側金属電極１００の本体部１００ａ内には、フランジ部９８ｂの中心に開口する冷却室１００ｃが形成されている。下側金属電極１００では図示が省略されているが、上側金属電極９８には、冷却コネクタ１３０が螺着されている。冷却コネクタ１３０は、冷却流体供給管１３２および冷却流体回収管１３４に接続され、冷却流体供給管１３２から供給された冷却流体を冷却室９８ｃ内へ噴射するとともに、冷却室９８ｃから噴出した冷却流体を冷却流体回収管１３４へ送出する。

上述のように、本実施例の連続式超高温焼成炉１０によれば、一対の側壁板１４ａが上壁板１４ｂおよび下壁板１４ｃにより連結された長手状の箱型の炉体１４と、炉体１４の内壁面側に層状に設けられたカーボン繊維製の断熱材４０と、断熱材４０により囲まれた加熱室２２、２４内の上部および下部に配置された上部発熱体４２および下部発熱体４４と、上部発熱体４２および下部発熱体４４の間を通るように被焼成体を搬送する搬送装置４８とを備え、一対の側壁板１４ａのうちの一方の側壁板１４ａに、一方の側壁板１４ａの一部に貫通して設けられた側壁板開口８０を塞ぐように着脱可能に装着される蓋板８２と、蓋板８２の内側に装着され、断熱材４０の側壁板開口８０に対応する位置に貫通して形成された断熱材開口９０に嵌め入れられて断熱材４０の一部を構成する嵌入断熱材９２と、上部発熱体４２および下部発熱体４４を含んで側壁板開口８０および断熱材開口９０を通過可能な形状を有し、嵌入断熱材９２を通して蓋板８２に片持状に支持されたカーボンヒータ４６とが設けられている。これにより、その蓋板８２を炉体１４の側壁板１４ａから取り外すことにより、その側壁板１４ａに嵌入断熱材９２を通して片持状に取り付けられたカーボンヒータ４６が一挙に炉体１４内から取り出される。これにより、カーボンヒータ４６を備える連続式超高温焼成炉１０において、カーボンヒータ４６の交換作業が容易となり、連続式超高温焼成炉１０の稼働率が大きく向上させられる。

また、本実施例の連続式超高温焼成炉１０によれば、炉体１４は、相互間に所定の間隔を隔てて固定された炉体外板５２および炉体内板５４から成る二重構造を有し、炉体外板５２および炉体内板５４の間の空間５６には冷却流体が循環させられ、予熱域ケース１６および冷却域ケース１８は、相互間に所定の間隔を隔てた状態で固定されたケース外板５８およびケース内板６０から成る二重構造をそれぞれ有し、ケース外板５８およびケース内板６０の間の空間６２には、冷却流体がそれぞれ循環させられる。これにより、炉体１４、予熱域ケース１６および冷却域ケース１８は第１加熱室２２、第２加熱室２４からの熱による損傷が抑制される。

また、本実施例の連続式超高温焼成炉１０によれば、炉体１４の内側に固設され、炉体１４に対して所定の間隔を隔てて炉体１４に支持された耐熱金属製の断熱材ケース外板６６と、断熱材ケース外板６６内に配置された状態で断熱材ケース外板６６に支持され、断熱材ケース外板６６との間に前記断熱材を収容するカーボン製の断熱材ケース内板７０とを備え、断熱材４０はカーボン繊維から構成されている。これにより、第１加熱室２２および第２加熱室２４は、超高温に維持されることができる。

また、本実施例の連続式超高温焼成炉１０によれば、炉体１４は、側壁板１４ａおよび上壁板１４ｂおよび下壁板１４ｃから立設され且つ炉体１４の長手方向に直交する方向に連なる補強リブ２０を有し、第１加熱室２２および第２加熱室２４内を真空に維持することが可能な耐圧容器であり、蓋板８２の内壁面の外周部には、側壁板１４ａの側壁板開口８０の周囲との間を気密にシールするシール材８６が装着されている。これにより、たとえばカーボンヒータの交換作業後の連続式超高温焼成炉１０の立ち上げ時において、炉体１４内を真空とした後に不活性ガスを供給することにより、炉体１４内の空気を不活性ガスで置換する場合に比較して、炉体１４内を短時間での非酸化性雰囲気とすることができるので、カーボンヒータ４６の交換作業が短時間となり、連続式超高温焼成炉１０の稼働率を一層大きく向上させることができる。

また、本実施例の連続式超高温焼成炉１０によれば、蓋板の外壁面には、一対の上側金属電極９８および下側金属電極１００が蓋板８２に対して気密に且つ電気的絶縁状態で装着され、一対の上側金属電極９８および下側金属電極１００には、嵌入断熱材９２から一部が第１加熱室２２或いは第２加熱室２４側へ突き出す状態で一対のカーボン製の上側炉内電極１０４および下側炉内電極１０６が接続され、カーボンヒータ４６は、上側炉内電極１０４および下側炉内電極１０６にそれぞれ着脱可能に固定された一対の基端側横梁部材１１０および１１２と、一対の連結柱１１４により着脱可能に連結された一対の先端側横梁部材１１６および１１８と、一対の基端側横梁部材１１０および１１２と一対の先端側横梁部材１１６および１１８とに両端部が螺合されることで互いに平行にそれぞれ架け渡された各複数本の上部発熱体４２および下部発熱体４４とを有するものである。これにより、蓋板８２を炉体１４の側壁から取り外した状態で、一対の上側金属電極９８および下側金属電極１００を蓋板８２から取り外すことなく、カーボンヒータ４６の一部あるいは全部を交換できるので、カーボンヒータ４６の交換作業が容易となり、連続式超高温焼成炉１０の稼働率が大きく向上させられる。

また、本実施例の連続式超高温焼成炉１０によれば、炉体１４の上壁板１４ｂ上には、炉体１４の長手方向に直交する方向の支持ロッド１２０を、蓋板８２側に突き出し可能に収容する支持ロッドケース１２２が固設されており、側壁板１４ａから取り外された蓋板８２は、支持ロッド１２０の先端部によりつり下げられた状態で、蓋板８２に片持状に支持されたカーボンヒータ４６が炉体外へ露出するまで移動させられることから、カーボンヒータ４６の交換作業が一層短時間となり、連続式超高温焼成炉１０の稼働率を一層大きく向上させることができる。

また、本実施例の連続式超高温焼成炉１０によれば、搬送装置４８は、下壁板１４ｃから断熱材４０を通して下部発熱体４４の間に立設されたカーボン製のレール支柱７４により支持されて、第１加熱室２２および第２加熱室２４内においてその加熱室２２、２４の長手方向に連なり、被焼成体を載置して搬送する搬送板７８を長手方向に摺動可能に支持するカーボン製の一対の搬送レール７２を備えるものである。これにより、被焼成体に対する超高温の熱処理が連続的に可能となる。

以上、本発明を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例の連続式超高温焼成炉１０において、蓋板８２には、２対の上側金属電極９８および下側金属電極１００が設けられ、１対の上側金属電極９８および下側金属電極１００毎にカーボンヒータ４６がそれぞれ片持ち状に支持されていたが、蓋板８２には、１つのカーボンヒータ４６が片持ち状に支持されていてもよいし、３以上のカーボンヒータ４６が片持ち状に支持されていてもよい。

また、前述の実施例の連続式超高温焼成炉１０において、カーボンヒータ４６は、上側炉内電極１０４および下側炉内電極１０６にそれぞれ着脱可能に固定された一対の基端側横梁部材１１０および１１２と、一対の連結柱１１４により着脱可能に連結された一対の先端側横梁部材１１６および１１８と、一対の基端側横梁部材１１０および１１２と一対の先端側横梁部材１１６および１１８とに両端部が螺合されることで互いに平行にそれぞれ架け渡された各６本の上部発熱体４２および下部発熱体４４とを有するものであったが、上部発熱体４２および下部発熱体４４は、各５本以下たとえば各１本或いは各２本であってもよいし、各７本以上であってもよい。

また、前述の実施例の連続式超高温焼成炉１０において、蓋板８２によって片持ち状に支持されたカーボンヒータ４６は、その先端部に位置する先端側横梁部材１１８が下壁板１４ｃから立設された黒鉛製のヒータ支柱１１９によって支持されていたが、必ずしもそのヒータ支柱１１９によって支持されていなくてもよい。

また、本実施例の連続式超高温焼成炉１０によれば、カーボンヒータ４６を片持ち状に支持する蓋板８２は、水平支持ロッド１２０の先端に吊り下げられることで炉体１４の外へ取り出されるようになっていたが、水平支持ロッド１２０に変えてクレーンが用いられてもよい。

その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

１０：連続式超高温焼成炉
１４：炉体
１４ａ：側壁板
１４ｂ：上壁板
２０：補強リブ
２２：第１加熱室
２４：第２加熱室
４０：断熱材
４２：上部発熱体
４４：下部発熱体
４６：カーボンヒータ
４８：搬送装置
５２：炉体外板
５４：炉体内板
５６：空間
５８：ケース外板
６０：ケース内板
６２：空間
６６：断熱材ケース外板
７０：断熱材ケース内板
７２：搬送レール
７４：レール支柱
７６：搬送レール
７８：トレイ
８０：側壁板開口
８２：蓋板
８４：ボルト
８６：シール材
９０：断熱材開口
９２：嵌入断熱材
９８：上側金属電極
１００：下側金属電極
１０２：絶縁板
１０４：上側炉内電極
１０６：下側炉内電極
１０８：ナット
１１０：基端側横梁部材
１１２：基端側横梁部材
１１４：連結柱
１１５：ナット
１１６：先端側横梁部材、
１１８：先端側横梁部材
１１９：ヒータ支柱
１２０：水平支持ロッド
１２２：支持ロッドケース
１２８：吊下板

Claims (8)

1. 一対の側壁板が上壁板および下壁板により連結された長手状の箱型の炉体と、前記炉体の内壁面に沿って層状に設けられたカーボン繊維製の断熱材と、前記断熱材により囲まれた加熱室内の上部および下部に配置された上部発熱体および下部発熱体と、前記上部発熱体および下部発熱体の間を通るように被焼成体を搬送する搬送装置とを備えるカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉であって、
   前記一対の側壁板のうちの一方の側壁板に、前記一方の側壁板の一部に貫通して設けられた側壁板開口を塞ぐように着脱可能に装着される蓋板と、
   前記蓋板の内側に装着され、前記断熱材の前記側壁板開口に対応する位置に貫通して形成された断熱材開口に嵌め入れられて前記断熱材の一部を構成する嵌入断熱材と、
   前記上部発熱体および下部発熱体を含んで前記側壁板開口および前記断熱材開口を通過可能な形状を有し、前記嵌入断熱材を通して前記蓋板に片持状に支持されたカーボンヒータとを、含む
   ことを特徴とするカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉。
2. 前記炉体は、相互間に所定の間隔を隔てて固定された炉体外板および炉体内板から成る二重構造を有し、前記炉体外板および炉体内板の間の空間には冷却流体が循環させられる
   ことを特徴とする請求項１のカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉。
3. 前記炉体の一端には予熱域ケースが連結され、他端には冷却域ケースが連結され、
   前記予熱域ケースおよび冷却域ケースは、相互間に所定の間隔を隔てた状態で固定されたケース外板およびケース内板から成る二重構造をそれぞれ有し、前記ケース外板およびケース内板の間の空間には、冷却流体がそれぞれ循環させられる
   ことを特徴とする請求項１又は２のカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉。
4. 前記炉体の内側に固設され、前記炉体に対して所定の間隔を隔てて前記炉体に支持された耐熱金属製の断熱材ケース外板と、
   前記断熱材ケース外板内に配置された状態で前記断熱材ケース外板に支持され、前記断熱材ケース外板との間に前記断熱材を収容するカーボン製の断熱材ケース内板とを備え、
   前記断熱材はカーボン繊維から構成されたものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１のカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉。
5. 前記炉体は、前記側壁板および上壁板および下壁板から立設され且つ前記炉体の長手方向に直交する方向に連なる補強リブを有し、前記加熱室内を真空に維持することが可能な耐圧容器であり、
   前記蓋板の内壁面の外周部には、前記側壁板の前記側壁板開口の周囲との間を気密にシールするシール材が装着されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１のカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉。
6. 前記蓋板の外壁面には、一対の上側金属電極および下側金属電極が前記蓋板に対して気密に且つ電気的絶縁状態で装着され、
   前記一対の上側金属電極および下側金属電極には、前記嵌入断熱材から一部が加熱室側へ突き出す状態で一対のカーボン製の上側炉内電極および下側炉内電極が接続され、
   前記カーボンヒータは、前記上側炉内電極および下側炉内電極にそれぞれ着脱可能に固定された一対の基端側横梁部材と、一対の連結柱により着脱可能に連結された一対の先端側横梁部材と、前記一対の基端側横梁部材と前記一対の先端側横梁部材とに両端部が螺合されることで互いに平行にそれぞれ架け渡された各複数本の前記上部発熱体および下部発熱体とを着脱可能に有するものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１のカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉。
7. 前記炉体の上壁板上には、炉体の長手方向に直交する方向の水平支持ロッドを、前記蓋板側に突き出し可能に収容する支持ロッドケースが固設されており、
   前記側壁板から取り外された前記蓋板は、前記水平支持ロッドの先端部につり下げられた状態で、前記蓋板に片持状に支持されたカーボンヒータが前記炉体外へ露出するまで移動させられる
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１のカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉。
8. 前記搬送装置は、前記下壁板から前記断熱材を通して前記下部発熱体の間に立設されたカーボン製の支柱により支持されて前記加熱室内において長手方向に連なり、搬送板を摺動可能に支持するカーボン製の一対の搬送レールを備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１のカーボンヒータを備える連続式超高温焼成炉。

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