JPH0152875B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高温加熱炉用炭素質発熱体に関する。

〔従来の技術〕

従来、炭素材料、セラミツクス系材料、など各
種工業用材料の製造に用いられる高温加熱装置と
しては抵抗炉、誘導炉、アーク炉、プラズマ炉な
どの数多くの装置があるが、抵抗炉、特にタンマ
ン炉型式（以下、タンマン式という）の加熱炉は
比較的単純な加熱手段によるため広く用いられて
いる。

タンマン式加熱炉を用い2000〜3000℃付近の高
温加熱を行なうには、管状又は筒状の抵抗発熱体
（以下、単に発熱体という）に電流を通じ、ジユ
ール熱によりこれを加熱して被処理物を管内に静
置または連続的に通過させ焼成するが、通常は窒
素やアルゴン等の不活性ガス中あるいは減圧（真
空）中で行なわれ、発熱体としては一般に炭素
（黒鉛）材が用いられる。

〔発明が解決しようとする課題〕 上記の炭素材からなる発熱体は、金属材料やセ
ラミツクス系材料の発熱体では実用に供し得ない
2000℃〜3000℃の高温領域においても、溶融、分
解などを起さず発熱体として充分その機能を発揮
し、かつ比較的安価な材料であるが、前述の高温
下で長時間使用すると徐々に減耗し継続使用が困
難になる。

このような炭素質発熱体の高温下での減耗には
多くの要因が関与するが、基本的な要因の一つと
して高温度における炭素質発熱体表面からの炭素
の蒸発を挙げることができる。すなわち、炭素も
そのものの蒸気圧は2000〓（1727℃）で3.34×
10^-11気圧、2500〓（2227℃）で1.79×10^-7気圧、
3000〓（2727℃）で5.43×10^-5気圧の値を示し、
また2500〓（2227℃）では1.16×10^-2ｇ／cm²・hr
の炭素が蒸発すると言われている。従つて、2000
℃以上の高温度に長時間保たれる高温加熱炉内の
発熱体として炭素質発熱体を使用するときは、炭
素の蒸発に伴う炭素質発熱体の減耗は避けられ
ず、特に連続処理用高温加熱炉の発熱体としては
大きな問題である。

さらに上記高温加熱炉用炭素質発熱体において
は、発熱体に温度ムラが発生すると、低温部に比
べて高温部の減耗が甚だしくなり、ついにはこの
高温部が発熱体の破損点となる。従つて、このよ
うな異常な高温部、即ち過熱点が生じないよう
に、炭素質発熱体に温度分布の発生を防ぐことが
重要である。

本発明者らは、上記炭素質発熱体の問題点、即
ち高温下での減耗を防止し、かつ温度分布が均一
で過熱点の発生し難い炭素質発熱体について鋭意
検討を行ない、先に該発熱体として炭素質発熱体
に炭素繊維を巻回した発熱体を用いた高温加熱炉
を提案したが、さらに検討を進めた結果、本発明
に至つたのである。

すなわち、本発明の課題は炭素質発熱体の高温
下での減耗をできる限り防止し、かつ温度分布が
均一で過熱点の発生し難い炭素質発熱体を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の上記課題は、見掛け比重の差が0.1以
上の２種以上の炭素材からなる積層体であり、か
つ放熱面を構成する炭素材の見掛け比重が放熱面
の内層部を構成する炭素材より小である高温加熱
炉用炭素質発熱体によつて解決できる。

すなわち、本発明の炭素質発熱体は見掛け比重
を異にする２種以上の炭素材を一体的に積層させ
たもので、該発熱体の放熱面となる表層部の炭素
材は内層部の炭素材より見掛け比重が小さいもの
を用いる必要がある。発熱体の表層部の見掛け比
重を内層部より小さくしておくと、表層部が一種
の断熱層となつて、発熱体の温度分布を均一化さ
せるように働く。

この発熱体の表層部の炭素材の見掛け比重は、
好ましくは1.4以下、より好ましくは0.7〜1.4であ
り、発熱体としての形状が保持できる範囲内でな
るべく小さい方が望ましい。一方、この見掛け比
重を1.4より大きくすることは、発熱体の主たる
発熱部分である内層部の炭素材（通常は、比重
1.5以上の高密度黒鉛材）との比重差が実質的に
とれず、本発明の目的が達成し難くなる。

このように発熱体の表層部に内層部より見掛け
比重が小さい炭素材を用いると、該表層部の電気
抵抗が内層部に比して大きく、かつ熱伝導率は小
さくなる。従つて、このような構成の発熱体に直
接電気を通じると、表層部の炭素材はその内層部
の炭素材に比べ電気抵抗が大きいから、電気が流
れ難くなる。従つて、発熱体の表層部は発熱量が
少なく、しかも熱伝導率が小さくなるから内層部
の炭素材に対しては一種の断熱層として働くた
め、前述した過熱点の形成防止と共に、発熱体全
体としての温度分布ムラを減少させることができ
る。

本発明の発熱体を構成する炭素材としては、公
知の炭素もしくは黒鉛粒子に各種のバインダーを
配合し、所望の形状に成形した後、約2000℃以上
の不活性雰囲気中で加熱することにより得られる
が、炭素材に見掛け比重の差を与えるために、特
に表層部の見掛け比重の小さい炭素材料にはフイ
ラーコークスや黒鉛粒子の粒径を選定し充填間隔
を制御して成形するか、もしくは炭素化率の低い
有機質粒子を適当に混合して成形したものを焼成
する等の方法が好ましく採用できる。また炭素繊
維の布帛、フエルト状などの繊維構造物に適当な
樹脂含浸を行ない焼成して得られる、いわゆる炭
素−炭素複合材を用いることもできるが、いずれ
の場合も発熱体の表層部（放熱面）は見掛け比重
が好ましくは1.4以下、より好ましくは1.0以下と
なるように空隙部を形成させるのが望ましい。

次に、本発明の実施例としてタンマン式の加熱
炉について説明する。

すなわち、第１図および第２図は従来一般に用
いられているタンマン式加熱炉の側断面図、第３
図は本発明になる炭素質発熱体の一例を示す斜視
図、第４図は該炭素質発熱体を装着した加熱炉の
一例を示す断面図である。

図において、１は従来の炭素質発熱体、２は断
熱材、３は電極、４は出入口部シール部、５は外
殻、６は発熱体の保護管、Ａは本発明の炭素質発
熱体、ａはＡの表層部、ｂはＡの内層部を示す。

第４図に示すように、本発明の炭素質発熱体Ａ
は内層部ｂに見掛け比重の高い炭素材、表層部ａ
に見掛け比重の低い炭素材を一体的に積層させた
構造になつており、その周りを従来の断熱材２で
覆つている。

すなわち、従来の炉型式では発熱体１の周りに
断熱材層２がランダムに充填されている。このた
め、断熱材２の充填方法によつては発熱体１の表
面に極めて不均一な断熱層が形成されることにな
る。このような不均一な断熱層は発熱体１の表面
に過熱点を形成させる最大の要因となる。例え
ば、第１図において、発熱体１下部に充填される
断熱材２の充填密度は発熱体１上部のそれよりも
小さくなることが容易に想像できる。事実、第１
図に示すような従来の加熱炉では発熱体１下部の
減耗が最も著しいことからも確めることができ
る。また第２図のような炉型式では、発熱体１と
保護管６との間の空気層が有効に働いてある程度
過熱点が減少し発熱体１下部の減耗が減少する
が、尚十分ではない。

これに対し本発明の炭素質発熱体Ａは、内層部
ｂの表面に、見掛け比重の小さい表層部ａが被覆
した状態になつているため、より均一な温度分布
を示すようになり、所定温度以上の高温度加熱
点、即ち過熱点の形成が抑制され、従つて、発熱
体の減耗を抑えることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、 ａ 発熱体の減耗に基づく加熱温度ムラが減少
し、製品品質が著しく安定化する。

ｂ 発熱体の寿命が大幅に延長する。

ｃ 発熱体の寿命延長のため、交換周期が延長で
き、発熱体費の節減や製品コスト低減が図れ
る。

などの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来一般に用いられてい
るタンマン式加熱炉の側断面図、第３図は本発明
になる炭素質発熱体の一例を示す斜視図、第４図
は該炭素質発熱体を装着した加熱炉の一例を示す
断面図である。 １；発熱体（炭素質）、２；断熱材、３；電極、
４；出入口部シール部、５；外殻、６；発熱体の
保護管、Ａ；本発明の炭素質発熱体、ａ；Ａの表
層部（放熱面）、ｂ；Ａの内層部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 見掛け比重の差が0.1以上の２種以上の炭素
   材からなる積層体であり、かつ放熱面を構成する
   炭素材の見掛け比重が放熱面の内層部を構成する
   炭素材より小である高温加熱炉用炭素質発熱体。 ２ 特許請求の範囲１において、発熱体の放熱面
   を構成する炭素材の見掛け比重が1.4以下である
   高温加熱炉用炭素質発熱体。