JP5134375B2 - ヒータの支持構造 - Google Patents

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Description

本発明は、電気焼成炉に用いられる加熱用電気ヒータの支持構造の改良に関するもので、特にＳｉＣ系の被焼成物の高温焼成が可能な連続炉のヒータの支持構造に関する。
従来、電気抵抗発熱体からなる電気ヒータを炉内に配置して、炉内を搬送される被焼成物を加熱するようにした連続式電気焼成炉は、特許文献１に例示されている。これによると、炉室の天井部に、電気ヒータ、例えば２珪化モリブデン系サーメット発熱体を処理物の搬送方向に対して直角方向に並設することが開示されている。また、発熱体の温度が１３００℃を超えると軟化してヒータの発熱部が下方に垂れ下がり断線するおそれがあるため、電気ヒータの下に支持板を配設して、垂れ下がりを防止することも開示されている。
ところが、近年、機能性セラミックス、高耐熱、高強度セラミックスなど新しい材料が開発され、１５００℃に及ぶ高温度で制御された雰囲気焼成が必要となってきた。このような高温度では、電気ヒータを支持する支持板としてアルミナ系耐火物を用いても、それ自体が軟化変形するのが避けられず、電気ヒータの寿命が短くなる原因となっていた。
さらに、被焼成物が揮発成分としてアルカリ成分やＳｉ成分を含むＳｉＣ系セラミックスの場合には、焼成中に揮発するこれらの成分がアルミナ系耐火物の支持板内に侵入、拡散し、より軟化変形し易くなり、支持板自体の寿命も一層短くなるという問題が生じるようになってきた。
特開２０００−３１０４９１号公報：特許請求の範囲、段落００１４以降、発明の実施の形態の欄、図１、図２を参照
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、被焼成物が揮発成分としてアルカリ成分やＳｉ成分を含む場合でも、高温度の焼成において軟化変形しにくい、電気ヒータの支持板を提供する。
上記の問題は、炉内を少なくとも上方から下方に向けて加熱する電気ヒータを備えた電気焼成炉における電気ヒータの支持構造において、ＳｉＣ系セラミックス板上に積層した電気絶縁性のセラミックス支持板の上面に、電気ヒータの発熱部を載置し、支持させたことを特徴とする本発明のヒータの支持構造によって、解決することができる。
また、本発明は、電気ヒータが２珪化モリブデンサーメット主体の電気抵抗発熱体からなる電気ヒータであって、セラミックス支持板がアルミナセラミックスまたはアルミナ−ムライトセラミックスである形態の前記ヒータの支持構造、あるいは前記ＳｉＣ系セラミックス板が、再結晶ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、窒化物結合ＳｉＣまたはＳｉ含浸ＳｉＣを主体としたセラミックス板である形態のヒータの支持構造として具体化される。
さらに、本発明は、前記電気焼成炉が、ＳｉＣ系の被焼成物を最高温度が１３００℃以上の高温で焼成するものである形態に具体化できる。また、前記電気焼成炉が連続炉であって、１２００℃以下の温度領域では前記ＳｉＣ系セラミックス板としてＳｉ含浸ＳｉＣを主体としたセラミックス板を使用し、１２００℃超えの領域では、再結晶ＳｉＣまたは焼結ＳｉＣ、窒化物結合ＳｉＣを主体としたセラミックス板を使用する形態に具体化するのが好ましい。一般に電気ヒータを設置した部分の温度は、被加熱物通過部分の温度より５０℃〜１００℃程度高温になるため、上記温度領域はこの状況を勘案して選定される。
本発明のヒータの支持構造は、ＳｉＣ系セラミックス板上に積層した電気絶縁性のセラミックス支持板の上面に、電気ヒータの発熱部を載置し、支持させたので、炉内雰囲気に接するＳｉＣ系セラミックス板が、高温時に被焼成物から発生する侵食性ガス、例えばアルカリ成分、Ｓｉ成分などにより侵食されないうえ、ＳｉＣ系セラミックス板が高温で高強度であることとあいまって支持板全体が軟化変形しにくいものとなる。
また、ＳｉＣ系の被焼成物を最高温度が１３００℃以上の高温で焼成する連続電気焼成炉であって、９５０〜１１００℃に酸化性域を持つ再結晶ＳｉＣまたは焼結ＳｉＣ、または窒化物結合ＳｉＣを１２００℃超えの高温度側に、最高使用温度が低いＳｉ含浸ＳｉＣを１２００℃以下の低温側に配置する場合には、総合的に耐久性の高い連続電気焼成炉が提供できる利点が得られる。
本発明のヒータの支持構造を説明するための炉内構造の要部部分斜視図。 実施形態等を示す縦断面イラスト図（Ａ）（Ｂ）。 本発明を適用した連続焼成炉を示す縦要部断面図。
符号の説明
１１：天井耐火物、１２：側壁耐火物、１３：床耐火物、１４：耐火物
２：被焼成物通路
３、５：電気ヒータ、３１：発熱部、３２：通電端子
４：耐火性支持板、４１：セラミックス支持板、４２：ＳｉＣ系セラミックス板
次に、本発明のヒータの支持構造に係る実施形態について、図１〜３を参照しながら説明する。
本発明のヒータの支持構造が適用される連続焼成炉の長手方向に直角の要部断面を示す図３において、天井耐火物１１、側壁耐火物１２、床耐火物１３に囲まれた被焼成物通路２の、上部には下方に向けて加熱する電気ヒータ３と、下部には上方に向けて加熱する電気ヒータ５が備えられている。
この上部に配置された電気ヒータ３は、少なくともその発熱部３１が耐火性支持板４に載置され、支持されているが、本発明の特徴とするところは、図１、図２Ａに示すように、この支持板４を、ＳｉＣ系セラミックス板４２上に電気絶縁性のセラミックス支持板４１を積層した２層構造とした点にある。なお、本発明の２層構造の支持板４は、炉内に設置された耐火物１４によって支持され、かつ、炉の長手方向に複数列状に並列配置され、載置した電気ヒータ３には炉壁外部に露出した通電端子３２から電力を供給して発熱するよう構成されている。なお、図２Ｂには、従来の構造を例示した。
本発明の電気ヒータは、２珪化モリブデンサーメット主体の電気抵抗発熱体からなるものが好ましく、また、電気ヒータ３を載置するセラミックス支持板４１としては、アルミナセラミックスまたはアルミナ−ムライトセラミックスが電気絶縁性に優れ、入手しやすい点で好ましい。その厚さは、従来構成に較べて約１／２の１０ｍｍ以下に薄くすることができる。
また、セラミックス支持板４１の下側に積層されるＳｉＣ系セラミックス板４２としては、厚さが５〜１０ｍｍの再結晶ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、窒化物結合ＳｉＣまたはＳｉ含浸ＳｉＣを主体としたセラミックス板が適用される。このようなセラミックス板は、それぞれ再結晶ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、窒化物結合ＳｉＣまたはＳｉ含浸ＳｉＣが９５％以上、好ましくは９８％以上からなる高純度セラミックスが好ましい。
また、ＳｉＣ系セラミックス板４２は、セラミックス支持板４１の下面全面を雰囲気から遮断するのが好ましいが、１０ｍｍ以下のスリットや直径１０ｍｍ以下の孔を設けたものでもよい。
さらに、このようなヒータの支持構造が適用される電気焼成炉について述べると、本発明は、ＳｉＣ系の被焼成物を最高温度が１３００℃以上の高温で焼成する電気焼成炉に好適に用いられる。このような温度条件では、被焼成物がＳｉＣ系配合物の場合、微量に含有するＫ、Ｎａなどアルカリ成分が揮発するうえ、Ｓｉ成分も揮発することが避けられないが、本発明のセラミックス支持板４１は、下側のＳｉＣ系セラミックス板４２によって遮断され、かつＳｉＣ系セラミックス板４２自体が上記揮発成分に高い耐食性があるので、このような過酷な雰囲気下において、本発明では、１２ヶ月以上に及ぶ、従来比２倍以上の長期耐久性が得られるのである。
さらに、前記したようなＳｉＣ系の被焼成物を最高温度が１３００℃以上の高温で焼成する連続電気焼成炉の場合、１２００℃以下の温度領域の場所では前記ＳｉＣ系セラミックス板４２としてＳｉ含浸ＳｉＣを主体としたセラミックス板を使用し、１２００℃超えの領域の場所では再結晶ＳｉＣまたは焼結ＳｉＣまたは窒化物結合ＳｉＣを主体としたセラミックス板を使用するように使い分けるとよい。再結晶ＳｉＣまたは焼結ＳｉＣまたは窒化物結合ＳｉＣは９５０〜１１００℃の低温域に酸化性域を持つので、１２００℃超えの高温度側に使用し、低温域での耐酸化性に優れ、最高使用温度が比較して低いＳｉ含浸ＳｉＣを１２００℃以下の低温側に使用すれば、それぞれの特長を生かし総合的にメンテナンス性に優れた高耐久性連続電気焼成炉が得られる。
以上のとおり、本発明は、従来の問題点を解消したヒータの支持構造として、工業的価値はきわめて大なるものがある。

Claims (5)

  1. 炉内を少なくとも上方から下方に向けて加熱する電気ヒータを備えた電気焼成炉における電気ヒータの支持構造において、ＳｉＣ系セラミックス板上に積層した電気絶縁性のセラミックス支持板の上面に、電気ヒータの発熱部を載置し、支持させたことを特徴とするヒータの支持構造。
  2. 電気ヒータが２珪化モリブデン系サーメット主体の電気抵抗発熱体からなる電気ヒータであって、セラミックス支持板がアルミナセラミックスまたはアルミナ−ムライトセラミックスである請求項１に記載のヒータの支持構造。
  3. 前記ＳｉＣ系セラミックス板が、再結晶ＳｉＣ、焼結ＳｉＣ、窒化物結合ＳｉＣまたはＳｉ含浸ＳｉＣを主体としたセラミックス板である請求項１または２に記載のヒータの支持構造。
  4. 前記電気焼成炉が、ＳｉＣ系の被焼成物を最高温度が１３００℃以上の高温で焼成するものである請求項３に記載のヒータの支持構造。
  5. 前記電気焼成炉が連続炉であって、１２００℃以下の温度領域では前記ＳｉＣ系セラミックス板としてＳｉ含浸ＳｉＣを主体としたセラミックス板を使用し、１２００℃超えの領域では、再結晶ＳｉＣ、窒化物結合ＳｉＣまたは焼結ＳｉＣを主体としたセラミックス板を使用する請求項４に記載のヒータの支持構造。
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