JP2017145996A - カーボンヒーター構成体接続型超高温炉 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、円筒状カーボンヒーターを長く形成することにより被加熱処理物を連続して大量に効率よく加熱、焼成できるカーボンヒーター構成体接続型超高温炉を提供する。
【解決手段】カーボンヒーター構成体接続型超高温炉１０のチャンバー１２の内部には円筒状カーボンヒーター２０が配設されている。この円筒状カーボンヒーター２０はカーボンヒーター構成体２２を複数個接続して形成されている。これらカーボンヒーター構成体２２は接続リング２４によって接続されている。円筒状カーボンヒーター２０にはカーボンレール３０が配設されている。前記接続リング２４の下部にはヒーターサポート体３４が配設されて接続リング２４を介して円筒状カーボンヒーター２０を支持している。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理に使われる高温炉に関し、より詳しくは複数のカーボンヒーター構成体を接続してカーボンヒーターを構成して成るカーボンヒーター構成体接続型超高温炉に関する。

従来よりカーボンを円筒形状に形成して抵抗発熱体として用いたタンマン式加熱炉が提案されている（例えば特許文献１）
このタンマン式加熱炉は、加熱手段が比較的シンプルであるため工業用素材の熱処理炉として広く使用されている。
このタンマン式加熱炉を使用して加熱する場合は、カーボンで円筒形状に形成された抵抗発熱体に電気を流し、発生したジュール熱で前記抵抗発熱体の内部に収容された被加熱処理物を加熱、焼成している。

特許第３２８７０２９号公報

しかし、カーボン粉末は、固形化し難い材料であるためカーボンで長い円筒形状の抵抗発熱体を製造し難い。
このため、従来のタンマン式加熱炉では長いヒートゾーンを確保し難く被加熱処理物を連続して加熱、焼成することができないので、大量に効率よく非加熱処理物を加熱、焼成することができないという不具合がある。
本発明の目的は、カーボンで形成された抵抗発熱体を長く形成することができることにより被加熱処理物を連続して大量に効率よく加熱、焼成することができる連続式超高温炉を提供することである。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであり、請求項１の発明は、チャンバーと、このチャンバーの内部に配設される円筒状カーボンヒーターと、を備えて成る熱処理炉において、
円筒状カーボンヒーター構成体を複数接続することにより前記円筒状カーボンヒーターを形成したことを特徴としている。
請求項２の発明は、チャンバーと、このチャンバーの内部に配設される円筒状カーボンヒーターと、を備えて成る熱処理炉において、
円筒状カーボンヒーター構成体を接続リングを介して複数接続することにより前記円筒状カーボンヒーターを形成したことを特徴としている。
請求項３の発明は、前記カーボンヒーター構成体の端部外周面に第１ネジを形成し、前記接続リングの内周面に第２ネジを形成したことを特徴としている。
請求項４の発明は、前記接続リングをヒーターサポート体で支持したことを特徴としている。
請求項５の発明は、前記円筒状カーボンヒーターの内周面にカーボンレールを配設したことを特徴としている。

本発明は、カーボンヒーター構成体を複数接続することにより円筒状カーボンヒーターを長くして長いヒートゾーンを形成したので、被加熱処理物を連続して大量に加熱、焼成処理することができるという優れた効果を有する。
本発明は、カーボンヒーター構成体を複数接続して円筒状カーボンヒーターを形成するので、円筒状カーボンヒーターを構成するカーボンヒーター構成体の長さ寸法や肉厚寸法を変えることにより炉内の温度勾配や温度環境を変えることができるという優れた効果を有する。
請求項４の本発明は、上記優れた効果の他に円筒状カーボンヒーターを確実に支持することができるという優れた効果を有する。
請求項５の本発明は、上記優れた効果の他に円筒状カーボンヒーターの摩耗を防止して耐久性を向上させると共に炉内温度を２，８００℃位の高温にまで高めることができるという優れた効果を有する。

実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の概略断面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の概略平面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の一部拡大断面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の円筒状カーボンヒーターの一部側面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の円筒状カーボンヒーターの一部概略拡大断面図である。 実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の一部拡大概略断面図である。

図１〜図６には本発明に係るカーボンヒーター構成体接続型超高温炉の一実施例が示されている。

図１及び図２に示されるように、カーボンヒーター構成体接続型超高温炉１０のチャンバー１２はスチールで横長の円筒状に形成されている。

図３に示されるように、前記チャンバー１２の内部にはチャンバー１２と同心状に断熱材収容円筒ケース１４が配設されている。この断熱材収容円筒ケース１４の外周部１４Ａと内周部１４Ｂとの間には公知の断熱材１６が収容されている。

また、前記チャンバー１２の内周部１２Ａ下部と断熱材収容円筒ケース１４の外周部１４Ａ下部の間には位置決具１８が設けられている。これにより、チャンバー１２と断熱材収容円筒ケース１４を同心状に位置決めすると共にチャンバー１２と断熱材収容円筒ケース１４との間に空隙を設けるように位置決めしている。

前記断熱材収容円筒ケース１４の内部には断熱材収容円筒ケース１４と同心状に抵抗発熱体としての円筒状カーボンヒーター２０が配設されている。

図４に示されるように、この円筒状カーボンヒーター２０はカーボン（炭素）で円筒形状に形成されたカーボンヒーター構成体２２を複数個接続することにより形成されている。これらカーボンヒーター構成体２２はカーボン製の接続リング２４によって接続されている。
なお、前記円筒状カーボンヒーター２０はカーボンヒーター構成体２２を複数接続して形成するため長くできるが、通常、長さ寸法は６ｍ〜１０ｍで、直径寸法は２０ｃｍ〜３０ｃｍである。

図５に示されるように、前記カーボンヒーター構成体２２の両端部の外周面には第１ネジとしての雄ネジ２６が形成されている。
前記接続リング２４の内周面には第２ネジとしての雌ネジ２８が形成され、前記カーボンヒーター構成体２２の雄ネジ２６を螺入できるようになっている。

従って、図４に示されるように前記接続リング２４を介して複数のカーボンヒーター構成体２２を接続することにより円筒状カーボンヒーター２０を形成している。

また、円筒状カーボンヒーター２０はカーボンヒーター構成体２２を複数接続して構成されているので、長さ寸法Ｌ（図４参照）と肉厚寸法Ｔ（図５参照）の異なるカーボンヒーター構成体２２を取り付けることができる。電気抵抗はカーボンヒーター構成体２２の長さ寸法と反比例し、カーボンヒーター構成体２２の断面積と比例するので、長さ寸法Ｌや肉厚寸法Ｔの異なるカーボンヒーター構成体２２を接続することにより円筒状カーボンヒーター２０の温度勾配を容易に作ることができる。

図３に示されるように、円筒状カーボンヒーター２０の底面には縦断面円弧状のカーボンレール３０が配設されている。このカーボンレール３０はカーボンで形成され、カーボンレール３０には被加熱処理物（図示せず）を収容したカーボンで茶筒状に形成されたカーボンコンテナ３２が載置されるようになっている。

前記円筒状カーボンヒーター２０の内周面にカーボンレール３０を載置することにより前記カーボンコンテナ３２をスライドさせてもスライドするカーボンコンテナ３２と円筒状カーボンヒーター２０は当接しないので、カーボンコンテナ３２のスライドにより円筒状カーボンヒーター２０が摩耗することを防止できる。

なお、作図上図３においてはカーボンレール３０の底面と円筒状のカーボンヒーター構成体２２の内周面は面接触しているように見えるが、カーボンレール３０とカーボンヒーター構成体２２は共に多少の歪みがあるのでカーボンレール３０の底面と円筒状のカーボンヒーター構成体２２の内周面は点接触状態になっている。
このため、カーボンレール３０とカーボンヒーター構成体２２の接触面積は小さくなっている。

図４及び図５に示されるように、前記接続リング２４の下部には丸棒状のカーボンで形成されたヒーターサポート体３４が配設されている。このヒーターサポート体３４の上面は前記接続リング２４と当接して接続リング２４を支持している。

図３に示されるように、前記ヒーターサポート体３４は前記チャンバー１２に適宜部材で固定されたアルミナ製のヒーターサポート体保持具３６に支持固定されている。
従って、複数のカーボンヒーター構成体２２を複数接続して円筒状カーボンヒーター２０の長さ寸法が長くなると共に円筒状カーボンヒーター２０の重量が増加しても円筒状カーボンヒーター２０が中折れしたり落下したりしないようになっている。

なお、ヒーターサポート体３４をアルミナ製のヒーターサポート体保持具３６で支持することにより電気的に絶縁している。

図６に示されるように、円筒状カーボンヒーター２０の一端部である入口部と他端部である出口部にはそれぞれガスカーテン４０が設けられている（なお、図６には出口側のガスカーテン４０のみを示す）。これにより、円筒状カーボンヒーター２０、カーボンレール３０等を酸化させる原因となる空気が内部に入るのを阻止できる構造になっている。

図１及び図２に示されるように、前記チャンバー１２の一端側には円筒状の入口側円筒体４２が接続され、他端側には円筒状の出口側円筒体４４が接続されている。
前記入口側円筒体４２の入口部と前記円筒状の出口側円筒体４４の出口部にはそれぞれ開閉式ドア４６が設けられている。

なお、前記チャンバー１２は、基台５０に保持されている。

前記チャンバー１２の近くには電源コントロールボックス５６とヒータートランス５８が設置されている。

図２に示されるように、前記電源コントロールボックス５６には第１リード線６０の一端部と第２リード線６２の一端部が接続されている。前記第１リード線６０の他端部は前記円筒状カーボンヒーター２０の一端部と接続され、前記第２リード線６２の他端部は前記円筒状カーボンヒーター２０の他端部と接続されている。

図１に示されるように、前記カーボンヒーター構成体接続型超高温炉１０の入口側近傍にはプッシャー型挿入装置７０が設置されている。このプッシャー型挿入装置７０にはプッシャー７２がスライド可能に設けられている。このプッシャー７２は被熱処理物が収容された前記カーボンコンテナ３２を連続して入口側円筒体４６から円筒状カーボンヒーター２０に挿入できるようになっている。

また、前記カーボンヒーター構成体接続型超高温炉１０の出口側近傍には取出装置７４が設置されている。この取出装置７４は円筒状カーボンヒーター２０で熱処理された被熱処理物が収容されたカーボンコンテナ３２を取り出すことができるようになっている。

図２に示されるように、前記チャンバー１２の近くには真空ロータリーポンプ７６が設置されている。この真空ロータリーポンプ７６は前記円筒状カーボンヒーター２０内を真空状態にするための装置である。

以下に実施例のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉１０の作用について説明する。

最初にカーボンヒーター構成体接続型超高温炉１０の始動前準備として真空ロータリーポンプ７６を使用して円筒状カーボンヒーター２０の内部を真空状態にする。

次に、カーボンヒーター構成体接続型超高温炉１０の開閉式ドア４６，４６を閉じてカーボンヒーター構成体接続型超高温炉１０を始動させ、円筒状カーボンヒーター２０内の温度を上昇させる。

円筒状カーボンヒーター２０内の昇温作業が終わったら適宜のガス流量を調節して開閉式ドア４６を開けてプッシャー型挿入装置７０のプッシャー７２で被加熱処理物が収容されたカーボンコンテナ３２を連続して入口側円筒体４６から円筒状カーボンヒーター２０に挿入する。

円筒状カーボンヒーター２０に挿入された被加熱処理物を収容したカーボンコンテナ３２はカーボンレース３０上をスライドして前記チャンバー１２の出口側にスライドし前記取出装置７４によって取り出される。

従って、カーボンコンテナ３２に収容された被熱処理物は長いヒートゾーンで加熱、焼成処理されると共に大量に加熱、焼成処理されるので、加熱、焼成処理の作業効率を一段と向上させることができる。

また、前記円筒状カーボンヒーター２０は前記ヒーターサポート体３４に確実に支持されているので円筒状カーボンヒーター２０の長さ寸法が長くなると共に重量が増加しても円筒状カーボンヒーター２０が中折れしたり落下したりすることを防止できる。

なお、円筒状カーボンヒーター２０のカーボンヒーター構成体２２は交換可能であるため長さ寸法Ｌや肉厚寸法Ｔの異なるカーボンヒーター構成体２２に交換することにより炉内の温度環境を作業者の意図する温度環境に変えることができ、被加熱処理物の性質や使用用途に対応した加熱、焼成処理を行うことができる。

さらに、円筒状カーボンヒーター２０の内部にはカーボンレール３０が配設されているのでスライドする前記カーボンコンテナ３２は直接カーボンヒーター２０に当接しないので円筒状カーボンヒーター２０が摩耗するのを防止できると共にこれにより円筒状カーボンヒーター２０の耐久性を向上させることができる。

また、円筒状カーボンヒーター２０とカーボンレール３０は直接接触するため円筒状カーボンヒーター２０に流れる電流とカーボンレール３０及びカーボンコンテナ３２に流れる電流に分割されるが、円筒状カーボンヒーター２０とカーボンレール３０は点接触であるので接触面積が小さく、また、円筒状カーボンヒーター２０の抵抗値とカーボンレール３０の抵抗値の比を大きくとる（円筒状カーボンヒーター２０の抵抗値を小さくする）ことにより大きな影響が無いようにしている。これにより、高温での連続加熱、焼成処理が可能になる。

なお、実施例では前記カーボンヒーター構成体２２の端部の外周面には第１ネジとしての雄ネジ２６が形成し、前記接続リング２４の内周面に第２ネジとしての雌ネジ２８が形成したが、前記カーボンヒーター構成体２２の端部の内周面に雌ネジ２８を形成し、前記接続リング２４の外周面に雄ネジ２６を形成して接続リング２４を介して複数のカーボンヒーター構成体２２を接続するようにしてもよい。

なお、従来においてはヒーターとコンテナが直接接触しないように高温用絶縁材料としてボロンナイトライド（ＢＮ）等が使用されていたため窒素ガス雰囲気にて最高２，２００℃位であったがカーボンレール３０を使用することにより２，８００℃位の超高温においても使用することができる。

また、本発明のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉１０は上述した構成であるので、前記円筒状カーボンヒーター２０の内部温度は不活性ガスであるアルゴンガスでは２，９００℃位まで使用可能である。

１０ カーボンヒーター構成体接続型超高温炉
１２ チャンバー
１４ 断熱材収容円筒ケース
１６ 断熱材
１８ 位置決具
２０ 円筒状カーボンヒーター
２２ カーボンヒーター構成体
２４ 接続リング
２６ 雄ネジ
２８ 雌ネジ
３０ カーボンレール
３２ カーボンコンテナ
３４ ヒーターサポート体
３６ ヒーターサポート体保持具
４０ ガスカーテン
４２ 入口側円筒体
４４ 出口側円筒体
４６ 開閉式ドア
５０ 基台
５６ 電源コントロールボックス
５８ ヒータートランス
６０ 第１リード線
６２ 第２リード線
７０ プッシャー型挿入装置
７２ プッシャー
７４ 取出装置
７６ 真空ロータリーポンプ

Claims (5)

1. チャンバーと、このチャンバーの内部に配設される円筒状カーボンヒーターと、を備えて成る熱処理炉において、
   円筒状カーボンヒーター構成体を複数接続することにより前記円筒状カーボンヒーターを形成したことを特徴とするカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。
2. チャンバーと、このチャンバーの内部に配設される円筒状カーボンヒーターと、を備えて成る熱処理炉において、
   円筒状カーボンヒーター構成体を接続リングを介して複数接続することにより前記円筒状カーボンヒーターを形成したことを特徴とするカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。
3. 前記カーボンヒーター構成体の端部外周面に第１ネジを形成し、前記接続リングの内周面に第２ネジを形成したことを特徴とする請求項２記載のカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。
4. 前記接続リングをヒーターサポート体で支持したことを特徴とする請求項２、請求項３のいずれか１項に記載したカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。
5. 前記円筒状カーボンヒーターの内周面にカーボンレールを配設したことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれか１項に記載したカーボンヒーター構成体接続型超高温炉。

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