JP7491319B2

JP7491319B2 - 焼結炉

Info

Publication number: JP7491319B2
Application number: JP2021566421A
Authority: JP
Inventors: 史有赤池; 智之小比田; 和夫岩崎
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2039-12-24
Also published as: WO2021130845A1; JPWO2021130845A1

Description

この発明は、焼結対象物を焼結する焼結炉に関し、詳しくはガスラジアントチューブバーナーを用いる連続式又はバッチ式の焼結炉に関する。

従来、粉末金属の成形品などを焼結するために、メッシュベルトに載置した成形品を炉内で搬送し、炭化けい素発熱体などの電気ヒーターで加熱して焼結する連続式の電気炉が提供されている（例えば特許文献１を参照）。電気炉の電力使用量を削減して省エネルギーを図る観点から、ガスラジアントチューブバーナーなどを用いたガスを熱源とする焼結炉が研究されている。ガスラジアントチューブバーナーは、ガスの燃焼により発生した高温の燃焼ガスを管内に流し、加熱した管から輻射熱を放出させる（特許文献２を参照）。

特開２０１７－９２２７号公報特開平２－１７８５０３号公報

ところで、ガスラジアントチューブバーナーは、管を加熱する燃焼ガスを管に沿って流し、燃焼ガスは次第に冷却されて管に温度勾配が生じ、管から放出される輻射熱の熱量も管に沿って勾配を有する分布になることがあった。このため、焼結炉を加熱するためにガスラジアントチューブバーナーを使用すると、炉内を均一な温度に保つことは難しかった。

この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、ガスラジアントチューブバーナーを使用し、炉内の温度を均一に保つようにした焼結炉を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、この出願に係る焼結炉は、焼結対象物を連続式に焼結する焼結炉であって、焼結炉の入口から出口まで貫通するように形成された炉室と、焼結対象物を入口から出口まで炉室を通って搬送する搬送機構と、搬送機構によって搬送される焼結対象物を加熱するように炉室に配置された複数のラジアントチューブバーナーとを含み、複数のラジアントチューブバーナーは、隣接するラジアントチューブとラジアントチューブバーナーの基部から先端に延びる向きが逆になるよう並行して配置されたものである。

複数のラジアントチューブバーナーは、各ラジアントチューブの基部から先端に向かう長手方向が焼結対象物の搬送される方向に略直交するように炉室に配置されてもよい。炉室は、床及び天井を含み、複数のラジアントチューブバーナーは、炉室の床及び天井に沿って配置されてもよい。複数のラジアントチューブバーナーは、搬送機構を挟んで炉室の床及び天井に沿った対向する位置に、当該対向するラジアントチューブの向きが逆になるように配置されてもよい。

搬送機構は、ローラー式搬送機構であってもよい。炉室は、焼結対象物を搬送する搬送機構に沿って可動扉によって区切られた複数の区画を含んでもよい。各区画に配置されたラジアントチューブバーナーは、互いに逆に向いたものの数が等しくてもよい。各区画に配置されたラジアントチューブバーナーは、炉室の床及び天井に沿って焼結対象物が搬送される方向に沿って略等しい間隔で配置されてもよい。

搬送機構は、メッシュベルト式搬送機構であってもよい。搬送機構は、プッシュトレー式搬送機構であってもよい。

搬送機構によって搬送される焼結対象物の搬送路を取り囲んで覆うように形成されたマッフルをさらに含んでもよい。炉室は、焼結対象物を搬送する搬送機構を取り囲む炉壁によって形成されてもよい。

また、この出願に係る焼結炉は、焼結対象物をバッチ式に焼結する焼結炉であって、扉で開閉可能な炉室と、炉室内で焼結対象物を支持する支持部材と、支持部材によって支持された焼結対象物を加熱するように炉室に配置された複数のラジアントチューブバーナーとを含み、複数のラジアントチューブバーナーは、隣接するラジアントチューブとラジアントチューブバーナーの基部から先端に延びる向きが逆になるように並行して配置されたものである。

複数のラジアントチューブバーナーは、各ラジアントチューブの基部から先端に向かう長手方向が炉室の扉から奥に向かう方向に略直交するように配置されてもよい。炉室は、側壁を含み、複数のラジアントチューブバーナーは、炉室の側壁に沿って配置されてもよい。複数のガスラジアントチューブバーナーは、長手方向が略鉛直方向になるように炉室の側壁に沿って配置されてもよい。

複数のラジアントチューブバーナーは、支持部材を挟んで炉室の側壁の対向する位置に、当該対向するラジアントチューブバーナーの向きが逆になるように配置されてもよい。複数のラジアントチューブバーナーは、互いに逆に向いたものの数が等しくてもよい。複数のラジアントチューブバーナーの少なくとも一部は、炉室の扉から奥に向かう方向に沿って略等しい間隔で配置されてもよい。

炉室は、焼結対象物を支持する支持部材を取り囲む炉壁によって形成されてもよい。

複数のラジアントチューブバーナーは、基部から先端に向けて延びる内管及び先端が閉じた外管の二重管を含み、内管の内部で基部から先端に向けて燃焼により燃焼ガスを発生させ、内管の先端から排出された燃焼ガスを外管と内管との間隙を通して基部に戻すことにより外管を加熱して輻射熱を発生させてもよい。

この発明によると、焼結炉にガスラジアントチューブバーナーを使用し、炉内の温度を均一に保つようにすることができる。

第１の実施の形態の連続式の焼結炉を示す図である。ラジアントチューブバーナーを示す断面図である。第２の実施の形態の連続式の焼結炉を示す図である。第２の実施の形態の連続式の焼結炉を示す図である。第３の実施の形態のバッチ式の焼結炉を示す図である。

以下、焼結炉の実施の形態について、ローラー式搬送機構を用いた連続式の焼結炉を第１の実施の形態、メッシュベルト式搬送機構を用いた連続式の焼結炉を第２の実施の形態、バッチ式の焼結炉を第３の実施の形態として図面を参照して詳細に説明する。実施の形態では、粉末金属を成形した焼結対象物を焼結する焼結炉を例示して説明するが、これに限らず他の焼結対象物の焼結にも適用することができる。なお、以下ではガスラジアントチューブバーナーのことを単にラジアントチューブバーナーと称することにする。

（第１の実施の形態）
図１は、ローラー式搬送機構を用いた連続式の焼結炉１０を示す図である。図１（ａ）は焼結炉１０の略水平に延びる切断面による断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＩ（ｂ）－Ｉ（ｂ）で示された略鉛直に延びる切断面による断面図である。図１（ｂ）には、図１（ａ）の断面図の切断面がＩ（ａ）－Ｉ（ａ）により示されている。

焼結炉１０には、炉体を貫通するように炉室１２が形成され、炉室１２には入口１２ａから出口１２ｂまで焼結対象物を載置して搬送する金属又はセラミック製の複数のローラー１３が設けられている。このようなローラー式搬送機構を用いた連続式の焼結炉１０は、ローラーハース炉と称されることもある。炉室１２は焼結対象物の搬送路に沿って設けられたローラー１３を上下左右から取り囲むように築かれた耐火煉瓦等による炉壁１１によって形成され、ローラー１３は炉室１２の床１２ｃ、天井１２ｄ、入口１２ａから出口１２ｂに向かって右側壁１２ｅ及び左側壁１２ｆによって四方から取り囲まれている。

炉室１２には、上下に移動して焼結対象物の搬送路に沿って炉室１２を開放又は閉鎖することができる複数の可動扉１４が備えられている。このような可動扉１４によって、炉室１２は、入口１２ａから出口１２ｂに向かって、第１区画１２_１、第２区画１２_２、第３区画１２_３及び第４区画１２_４の各区画に区分けされている。可動扉１４は、各区画の温度などの雰囲気を維持するように、通常は閉鎖され、ローラー１３によって搬送される焼結対象物が通過するときに開放されるようにしてもよい。

第１区画１２_１、第２区画１２_２、第３区画１２_３及び第４区画１２_４の各区画には、炉室１２を加熱するためのラジアントチューブバーナー１５が備えられている。図２は、ラジアントチューブバーナー１５の概略的な構成を示す断面図である。ラジアントチューブバーナー１５は、炭化けい素やニッケルのような耐熱材料で形成された内管１と外管２との二重管を有している。内管１には複数の通孔１ａが形成され、外管２は内管１の先端の開口と所定の間隙を設けて先端が閉じられている。

内管１の基部では燃料供給路５から供給された燃料ガスが管内に設けられたバーナー３から噴出され、空気供給路６から空気が供給される。燃料ガスと空気の混合気はバーナー３のスパークロッド４から発するスパークにより点火され、燃焼する炎は内管１の先端に向かって延び、内管１の先端の開口から高温の燃焼ガスが排出され、一部のガスは内管１の通孔１ａを通って排出される。内管１から排出された燃焼ガスは、先端が閉じた外管２と内管１との間隙を通り、外管２を加熱しながら外管２の先端から基部に戻る。外管２と内管１との間隙を通って基部に戻った燃焼ガスは、排気路７を通じて排出される。

ラジアントチューブバーナー１５においては、燃焼ガスによって加熱された外管２から周囲に放出される輻射熱が加熱に利用される。輻射熱を放出する外管２において、内管１から排出された燃焼ガスは、外管２を先端から基部に向かって加熱しながら進んで次第に温度が低下し、外管２の先端から基部に向かって次第に温度が低下して温度勾配が生じる。したがって、ラジアントチューブバーナー１５から放出される輻射熱の熱量の分布も、先端から基部に向けて次第に低下するような勾配を有している。ラジアントチューブバーナー１５の内管１に形成された通孔１ａは、温度勾配の傾きを緩やかにする作用を有している。

ラジアントチューブバーナー１５は、焼結炉１０の炉壁１１に形成された孔を通じて焼結炉１０の外部から内管１及び外管２の二重管が炉室１２に差し込まれて露出し、輻射熱を放出する外管２が炉室１２内に設けられたローラー１３による焼結対象物の搬送路の直下又は直上を横切って延びるように設置される。ラジアントチューブバーナー１５への燃料供給路５を通じた燃料ガスの供給、空気供給路６を通じた空気の供給は、図示しない電磁弁によって制御され、バーナー３の燃焼の強弱の程度や点火及び消火が制御される。

図１に示すように、炉室１２の第１区画１２_１、第２区画１２_２及び第３区画１２_３には、ローラー１３による焼結対象物の搬送路を上下から挟むように、炉室１２の床１２ｃ及び天井１２ｄに沿ってラジアントチューブバーナー１５が配置されている。また、第４区画１２_４には、炉室１２の床１２ｃに沿ってラジアントチューブバーナー１５が配置されている。これらのラジアントチューブバーナー１５は、ラジアントチューブバーナー１５の基部から先端に向かう長手方向について、その長手方向が、ローラー１３によって焼結対象物が搬送される搬送路の方向に直交する方向になるように配置されている。搬送路が略水平面内にあるときは、長手方向は略水平面内にあってもよい。

炉室１２においては、ラジアントチューブバーナー１５の基部から先端に延びる向きについて、炉室１２の右側壁１２ｅに設置されて先端が左側壁１２ｆに対向する左向きのラジアントチューブバーナー１５と、炉室１２の左側壁１２ｆに設置されて先端が右側壁１２ｅに向かう右向きのラジアントチューブバーナー１５とが存在する。炉室１２の床１２ｃに沿って配置されたラジアントチューブバーナー１５は、隣接するラジアントチューブバーナー１５と右向きと左向きとの向きが逆になるように、炉室１２の入口１２ａから出口１２ｂに向かって焼結対象物が搬送される搬送路に沿って右向きと左向きとのラジアントチューブバーナー１５が交互に並行して配置されている。ここで、並行する配置とは、所定距離を挟んだ略平行な配置であってもよく、逆向きの並行する配置は反平行と称してもよい。同様に、炉室１２の天井１２ｄに沿って配置されたラジアントチューブバーナー１５は、隣接するラジアントチューブバーナー１５と右向きと左向きとの向きが逆になるように、炉室１２の入口１２ａから出口１２ｂに向かって焼結対象物が搬送される搬送路に沿って右向きと左向きとのラジアントチューブバーナー１５が交互に並行して配置されている。

炉室１２の第１区画１２_１、第２区画１２_２及び第３区画１２_３においては、炉室１２の床１２ｃ及び天井１２ｄに沿って配置されたラジアントチューブバーナー１５は、少なくとも一部が焼結対象物の搬送される搬送路の方向に沿って略等間隔で配置されている。また、炉室１２の第１区画１２_１、第２区画１２_２及び第３区画１２_３においては、ラジアントチューブバーナー１５は、ローラー１３による焼結対象物の搬送路を挟んで炉室１２の床１２ｃ及び天井１２ｄの対向する位置に右向きと左向きとの向きが互いに逆になるように並行して配置されている。したがって、炉室１２の第１区画１２_１、第２区画１２_２及び第３区画１２_３に各区画においては、右向きに配置されたラジアントチューブバーナー１５と左向きに配置されたラジアントチューブバーナー１５との数は等しい。

このように、第１区画１２_１、第２区画１２_２、第３区画１２_３及び第４区画１２_４に配置されたラジアントチューブバーナー１５によって、焼結対象物の金属粉末成形品が適切に焼結されるように、各区画は適切な均一な温度に維持される。例えば、第１区画１２_１は金属粉末成形品に含まれる樹脂を除去する脱脂帯として略８００℃に維持され、第２区画１２_２は予熱帯として略９５０℃に維持され、第３区画１２_３は焼結帯として略１１５０℃に維持され、第４区画１２_４は徐冷帯として略６５０℃に維持されてもよい。

本実施の形態では、ラジアントチューブバーナー１５が基部から先端に延びる向きについて、隣接するラジアントチューブバーナー１５の向きが逆になるように並行して配置されている。したがって、先端から基部に向けて次第に温度が低下し、輻射熱の熱量の分布も先端から基部に向けて次第に低下するラジアントチューブバーナー１５について、隣接するラジアントチューブバーナー１５の一対が互いに補償し、一対のラジアントチューブバーナー１５についてはその長手方向に略均一な熱量の分布で輻射熱を放出することができる。

詳しくは、ラジアントチューブバーナー１５が炉室１２の床１２ｃ又は天井１２ｄに沿って、炉室１２の入口１２ａから出口１２ｂに向かって焼結対象物が搬送される搬送路に沿って右向きと左向きとのラジアントチューブバーナー１５が交互に並行して配置されている。したがって、隣接するラジアントチューブバーナー１５の一対が互いに補償し、炉室１２が幅方向に均一な温度に保たれている。したがって、ローラー１３に載置された焼結対象物がローラー１３の中央から炉室１２の右側壁１２ｅ又は左側壁１２ｆのいずれの側に位置が偏っても、均一に焼結されることが保証される。

また、ラジアントチューブバーナー１５には、ローラー１３を挟んで炉室１２の床１２ｃ及び天井１２ｄの対向する位置に右向きと左向きが互いに逆になるように並行して配置されているものがある。このように配置されたラジアントチューブバーナー１５によって、対向するラジアントチューブバーナー１５の一対が互いに補償し、炉室１２が高さ方向に均一な温度に保たれている。したがって、ローラー１３に載置された焼結対象物の高さが大きく、焼結対象物がローラー１３の載置面から高さ方向に延びても均一に焼結されることが保証される。

（第２の実施の形態）
図３及び図４は、メッシュベルト式搬送機構を用いた連続式の焼結炉２０を示す図である。図３（ａ）は焼結炉２０の略水平に延びる切断面による断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＩＩＩ（ｂ）－ＩＩＩ（ｂ）で示された略鉛直に延びる切断面による断面図であり、図４は図３（ａ）におけるＩＶ－ＩＶで示された略鉛直に伸びる切断面による断面図である。図３（ｂ）には、図３（ａ）の断面図の切断面がＩＩＩ（ａ）－ＩＩＩ（ａ）により示されている。

焼結炉２０には、炉体を貫通するように炉室２２が形成され、炉室２２には入口２２ａから出口２２ｂまで焼結対象物を載置して搬送するメッシュベルト２３が設けられている。また、メッシュベルト２３によって搬送される焼結対象物の搬送路を覆うように、メッシュベルト２３を取り囲んで金属又はセラミック製のマッフル２７がトンネル状に形成され、メッシュベルト２３による焼結対象物の搬送路はマッフル２７内を延びている。炉室２２は、焼結対象物の搬送路を覆って延びるマッフル２７を上下左右から取り囲むように築かれた耐火煉瓦等による炉壁２１によって形成されている。マッフル２７は、炉室２２の床２２ｃ、天井２２ｄ、入口２２ａから出口２２ｂに向かって右側壁２２ｅ及び左側壁２２ｆによって四方から取り囲まれ、さらに入口２２ａの入口側壁２２ｇ及び出口２２ｂの出口側壁２２ｈによっても取り囲まれている。炉室２２の床２２ｃには、焼結対象物の搬送路に沿って所定間隔で所定高さの支持壁２６が形成され、マッフル２７の底部を支持している。

マッフル２７は、メッシュベルト２３によって焼結対象物が搬送されるマッフル２７内の搬送路の雰囲気を炉室２２の雰囲気から隔離している。マッフル２７内の雰囲気は、焼結対象物に適した所望の雰囲気に設定することができる。マッフル２７内でメッシュベルト２３に載置されて搬送される焼結対象物は、マッフル２７の壁面から照射される輻射熱によって加熱される。

炉室２２には、ラジアントチューブバーナー２５が備えられている。ラジアントチューブバーナー２５は、図２に示した第１の実施の形態のラジアントチューブバーナー１５と同様の構成を有している。ラジアントチューブバーナー２５は、内管と外管との二重管を有し、燃焼する炎は内管の先端に向かって延び、内管の先端の開口から高温の燃焼ガスが排出され、一部のガスは内管の通孔を通って排出される。内管から排出された燃焼ガスは、先端が閉じた外管と内管との間隙を通り、外管を加熱しながら外管の先端から基部に戻り、先端から基部に向かって次第に温度が低下して温度勾配が生じる。したがって、ラジアントチューブバーナー２５から放出される輻射熱の熱量の分布も、先端から基部に向けて次第に低下するような勾配を有している。

ラジアントチューブバーナー２５は、焼結炉２０の炉壁２１に形成された孔を通じて焼結炉２０の外部から炉室２２に差し込まれて露出し、炉室２２内のマッフル２７の直下又は直上を横切って延びるように設置される。ラジアントチューブバーナー２５への燃料ガスの供給、空気の供給は、図示しない電磁弁によって制御され、ラジアントチューブバーナー２５の燃焼の強弱の程度や点火及び消火が制御される。

図３（ｂ）及び図４に示すように、炉室２２には、マッフル２７を上下から挟むように、炉室２２の床２２ｃ及び天井２２ｄに沿ってラジアントチューブバーナー２５が配置されている。これらのラジアントチューブバーナー２５は、ラジアントチューブバーナー２５の基部から先端に向かう長手方向について、その長手方向が、マッフル２７内でメッシュベルト２３によって焼結対象物が搬送される搬送路の方向に直交する方向になるように配置されている。搬送路が略水平面内にあるときは、長手方向は略水平面内にあってもよい。

炉室２２においては、ラジアントチューブバーナー２５の基部から先端に延びる向きについて、炉室２２の右側壁２２ｅに設置されて先端が左側壁２２ｆに対向する左向きのラジアントチューブバーナー２５と、炉室２２の左側壁２２ｆに設置されて先端が右側壁２２ｅに向かう右向きのラジアントチューブバーナー２５とが存在する。炉室２２の床２２ｃに沿って配置されたラジアントチューブバーナー２５は、隣接するラジアントチューブバーナー２５と右向きと左向きとの向きが逆になるように、炉室２２の入口２２ａから出口２２ｂに向かってマッフル２７内で焼結対象物が搬送される搬送路に沿って右向きと左向きとのラジアントチューブバーナー２５が交互に並行して配置されている。ここで、並行する配置とは、所定距離を挟んだ略平行な配置であってもよく、逆向きの並行する配置は反平行と称してもよい。同様に、炉室２２の天井２２ｄに沿って配置されたラジアントチューブバーナー２５は、隣接するラジアントチューブバーナー２５と右向きと左向きとの向きが逆になるように、炉室２２の入口２２ａから出口２２ｂに向かってマッフル２７内で焼結対象物が搬送される搬送路に沿って右向きと左向きとのラジアントチューブバーナー２５が交互に並行して配置されている。

炉室２２においては、炉室２２の床２２ｃ及び天井２２ｄに沿って配置されたラジアントチューブバーナー２５は、マッフル２７内で焼結対象物の搬送される搬送路の方向に沿って略等間隔で配置されている。また、炉室２２においては、ラジアントチューブバーナー２５は、焼結対象物の搬送路を覆うマッフル２７を挟んで炉室２２の床２２ｃ及び天井２２ｄの対向する位置に右向きと左向きとの向きが互いに逆になるように並行して配置されている。したがって、炉室２２においては、右向きに配置されたラジアントチューブバーナー２５と左向きに配置されたラジアントチューブバーナー２５との数は等しい。

このように、炉室２２に配置されたラジアントチューブバーナー２５によって、焼結対象物の金属粉末成形品が適切に焼結されるように、炉室２２は適切な均一な温度に維持される。また、炉室２２において焼結対象物がメッシュベルト２３に載置されて搬送される搬送路はトンネル状のマッフル２７によって覆われている。マッフル２７内の雰囲気は、焼結対象物の金属粉末成形品に適した雰囲気に設定することができる。

本実施の形態では、ラジアントチューブバーナー２５が基部から先端に延びる向きについて、隣接するラジアントチューブバーナー２５の向きが逆になるように並行して配置されている。したがって、先端から基部に向けて次第に温度が低下し、輻射熱の熱量の分布も先端から基部に向けて次第に低下するラジアントチューブバーナー２５について、隣接するラジアントチューブバーナー２５の一対が互いに補償し、一対のラジアントチューブバーナー２５についてはその長手方向に略均一な熱量の分布で輻射熱を放出することができる。

詳しくは、ラジアントチューブバーナー２５が炉室２２の床２２ｃ又は天井２２ｄに沿って、炉室２２の入口２２ａから出口２２ｂに向かってマッフル２７内で焼結対象物が搬送される搬送路に沿って右向きと左向きとのラジアントチューブバーナー２５が交互に並行して配置されている。したがって、隣接するラジアントチューブバーナー２５の一対が互いに補償し、炉室２２が幅方向に均一な温度に保たれてマッフル２７の壁面からも幅方向に均一な輻射熱が照射される。したがって、メッシュベルト２３に載置されてマッフル２７を搬送される焼結対象物がメッシュベルト２３の中央から炉室２２の右側壁２２ｅ又は左側壁２２ｆのいずれの側に位置が偏っても、均一に焼結されることが保証される。

また、ラジアントチューブバーナー２５は、ローラー２３を挟んで炉室２２の床２２ｃ及び天井２２ｄの対向する位置に右向きと左向きが互いに逆になるように並行して配置されている。このように配置されたラジアントチューブバーナー２５によって、対向するラジアントチューブバーナー２５の一対が互いに補償し、炉室２２が高さ方向に均一な温度に保たれてマッフル２７の壁面からも高さ方向に均一な輻射熱が照射される。したがって、メッシュベルト２３に載置されてマッフル２７内を搬送される焼結対象物の高さが大きく、焼結対象物がメッシュベルト２３の載置面から高さ方向に延びても、均一に焼結されることが保証される。

なお、本実施の形態においては、図３及び図４に示したように、炉室２２の入口２２ａから出口２２ｂまでメッシュベルト２３に載置して搬送する焼結対象物の搬送路はマッフル２７によって覆われていたが、このような構成に限らない。焼結炉２０の炉室２２にマッフル２７を設けず、メッシュベルト２３による焼結対象物の搬送機構が炉室２２内で露出していてもよい。このようにマッフル２７を設けない場合には、ラジアントチューブバーナー２５が焼結対象物に直接に対向するため、ラジアントチューブバーナー２５から放出された輻射熱によって焼結対象物を効率よく加熱することができる。

また、本実施の形態のメッシュベルト２３による搬送機構に代えて、焼結対象物を載置したトレーをトレープッシャーによって炉室２２の入口２２ａから続けて押し込むことにより焼結対象物がマッフル２７内の搬送路に沿って搬送されるようにしたプッシュトレー式搬送機構を使用してもよい。

（第３の実施の形態）
図５は、バッチ式の焼結炉３０を示す図である。図５（ａ）は焼結炉３０の略水平に延びる切断面による断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＶ（ｂ）－Ｖ（ｂ）で示された略鉛直に延びる切断面による断面図である。図５（ｂ）には、図５（ａ）の断面図の切断面がＶ（ａ）－Ｖ（ａ）により示されている。

焼結炉３０には、扉３９によって開閉可能な炉室３２が形成されている。炉室３２は、耐火煉瓦等による炉壁３１によって築かれ、炉壁３１の床３２ａ、天井３２ｂ、扉３９から炉室３２の奥に向かって右側壁３２ｃ及び左側壁３２ｄ、扉３９に対向する最奥壁３２ｅによって取り囲まれている。炉室３２の床３２ａには、焼結対象物を載置するために耐火煉瓦等による台３６が設けられている。

炉室３２には、炉室３２を加熱するためのラジアントチューブバーナー３５が備えられている。ラジアントチューブバーナー３５は、図２に示した第１の実施の形態のラジアントチューブバーナー１５と同様の構成を有している。ラジアントチューブバーナー３５は、内管と外管との二重管を有し、燃焼する炎は内管の先端に向かって延び、内管の先端の開口から高温の燃焼ガスが排出され、一部のガスは内管の通孔を通って排出される。内管から排出された燃焼ガスは、先端が閉じた外管と内管との間隙を通り、外管を加熱しながら外管の先端から基部に戻り、先端から基部に向かって次第に温度が低下して温度勾配が生じる。したがって、ラジアントチューブバーナー３５から放出される輻射熱の熱量の分布も、先端から基部に向けて次第に低下するような勾配を有している。

ラジアントチューブバーナー３５は、炉室３２の右側壁３２ｃ及び左側壁３２ｄに沿って配置されている。ラジアントチューブバーナー３５は、ラジアントチューブバーナー３５の基部から先端に向かう方向を長手方向について、その長手方向が、扉３９から炉室３２の奥に向かう方向に直交する方向になるように配置されている。この方向が略水平面内にあるときには、ラジアントチューブバーナー３５の長手方向は、略鉛直方向にあってもよい。

炉室３２においては、ラジアントチューブバーナー３５の基部から先端に延びる向きについて、炉室３２の床３２ａに設置されて先端が天井３２ｂに対向するように略鉛直方向に上向きのラジアントチューブバーナー３５と、炉室３２の天井３２ｂに設置されて先端が床３２ａに向かう略鉛直方向に下向きのラジアントチューブバーナー３５とが存在する。炉室３２の右側壁３２ｃに沿って配置されたラジアントチューブバーナー３５は、隣接するラジアントチューブバーナー３５と上向きと下向きとの向きが逆になるように、炉室３２の扉３９から奥に向かって上向きと下向きとのラジアントチューブバーナー３５が交互に並行して配置されている。同様に、炉室３２の右側壁３２ｃに沿って配置されたラジアントチューブバーナー３５は、隣接するラジアントチューブバーナー３５と上向きと下向きとの向きが逆になるように、炉室３２の扉３９から奥に向かって上向きと下向きとのラジアントチューブバーナー３５が交互に並行して配置されている。

炉室３２の右側壁３２ｃ及び左側壁３２ｄに沿って配置されたラジアントチューブバーナー３５は、炉室３２の扉３９から奥に向かって略等間隔で配置されている。また、炉室３２おいては、ラジアントチューブバーナー３５は、炉室３２の右側壁３２ｃ及び左側壁３２ｄの対向する位置に上向きと下向きとの向きが互いに逆になるように並行して配置されている。したがって、炉室３２においては、上向きに配置されたラジアントチューブバーナー３５と下向きに配置されたラジアントチューブバーナー３５との数は等しい。

このように配置されたラジアントチューブバーナー３５によって、焼結対象物の金属粉末成形品が適切に焼結されるように、炉室３２は適切な均一な温度に維持される。例えば、第１工程の金属粉末成形品に含まれる樹脂を除去する脱脂工程として略８００℃に維持し、第２工程の予熱工程として略９５０℃に維持し、第３工程の焼結工程として略１１５０℃に維持し、第４工程の徐冷工程として略６５０℃に維持するように、所定時間ごとに所望の温度に維持するような複数の工程を順に実施してもよい。

本実施の形態では、ラジアントチューブバーナー３５が基部から先端に延びる向きについて、隣接するラジアントチューブバーナー３５の向きが逆になるように並行して配置されている。したがって、先端から基部に向けて次第に温度が低下し、輻射熱の熱量の分布も先端から基部に向けて次第に低下するラジアントチューブバーナー３５について、隣接するラジアントチューブバーナー３５の一対が互いに補償し、一対のラジアントチューブバーナー３５についてはその長手方向に略均一な熱量の分布で輻射熱を放出することができる。

詳しくは、ラジアントチューブバーナー３５が炉室３２の右側壁３２ｃ又は左側壁３２ｄに沿って、炉室３２の扉３９から奥に向かって上向きと下向きとのラジアントチューブバーナー３５が交互に並行して配置されている。したがって、隣接するラジアントチューブバーナー３５の一対が互いに補償し、台３６に載置された焼結対象物が炉室３２の扉３９から奥に向かう方向に位置が移動しても炉室３２がこの方向に均一な温度に保たれているために均一に焼結されることが保証される。

また、ラジアントチューブバーナー３５は、炉室３２の右側壁３２ｃ及び左側壁３２ｄの対向する位置に上向きと下向きが互いに逆になるように並行して配置されている。このような配置されたラジアントチューブバーナー３５によって、対向するラジアントチューブバーナー３５の一対が互いに補償し、台３６に載置された焼結対象物が炉室３２の右側壁３２ｃと左側壁３２ｄの間で位置が移動しても炉室３２がこの方向に均一な温度に保たれているために均一に焼結されることが保証される。

この発明は、焼結対象物の焼結、例えば粉末金属成形品の焼結に利用することができる。

１０焼結炉
１１炉壁
１２炉室
１２ａ入口
１２ｂ出口
１２ｃ床
１２ｄ天井
１２ｅ右側壁
１２ｆ左側壁
１４可動扉
１５ラジアントチューブバーナー

Claims

焼結対象物をバッチ式に焼結する焼結炉であって、
扉で開閉可能な炉室と、
炉室内で焼結対象物を支持する支持部材と、
前記支持部材によって支持された焼結対象物を加熱するように前記炉室に配置された複数のラジアントチューブバーナーと
を含み、前記複数のラジアントチューブバーナーは、隣接するラジアントチューブとラジアントチューブバーナーの基部から先端に延びる向きが逆になるように並行して配置された焼結炉。
前記複数のラジアントチューブバーナーは、各ラジアントチューブの基部から先端に向かう長手方向が前記炉室の扉から奥に向かう方向に直交するように配置された請求項１に記載の焼結炉。
前記炉室は、側壁を含み、前記複数のラジアントチューブバーナーは、前記炉室の側壁に沿って配置された請求項１又は２に記載の焼結炉。
前記複数のラジアントチューブバーナーは、長手方向が鉛直方向になるように前記炉室の側壁に沿って配置された請求項３に記載の焼結炉。
前記複数のラジアントチューブバーナーは、前記支持部材を挟んで前記炉室の側壁の対向する位置に、当該対向するラジアントチューブバーナーの向きが逆になるように配置された請求項３又は４に記載の焼結炉。
前記複数のラジアントチューブバーナーは、互いに逆に向いたものの数が等しい請求項１から５のいずれか一項に記載の焼結炉。
前記複数のラジアントチューブバーナーの少なくとも一部は、前記炉室の扉から奥に向かう方向に沿って等しい間隔で配置された請求項１から６のいずれか一項に記載の焼結炉。
前記炉室は、前記焼結対象物を支持する前記支持部材を取り囲む炉壁によって形成された請求項１から７のいずれか一項に記載の焼結炉。
前記複数のラジアントチューブバーナーは、基部から先端に向けて延びる内管及び先端が閉じた外管の二重管を含み、前記内管の内部で基部から先端に向けて燃焼により燃焼ガスを発生させ、前記内管の先端から排出された燃焼ガスを前記外管と前記内管との間隙を通して基部に戻すことにより前記外管を加熱して輻射熱を発生させる請求項１から８のいずれか一項に記載の焼結炉。