JPH0570823A - ローラーハースキルン用のローラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ローラーハースキルンに用いられ
るローラーにおいて、高温使用下での炉内部分の酸化劣
化を抑制すると共に、炉壁を貫通する両端部分での酸化
劣化も抑制するようにしている。 【構成】 ローラー母材６を再結晶炭化珪素から構成
し、このローラー母材６のうち、炉内に位置する部分６
ａにアルミナとカルシアとを含有させ、炉壁１から外側
の両端部分６ｂ，６ｂに金属シリコンを含浸処理してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ローラーハースキルン
用のローラーの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ローラーハースキルンでは、周知のよう
に炉壁を貫通する形態でローラーを備えており、そのロ
ーラーとしては、耐熱性に優れた再結晶炭化珪素からな
るローラーが用いられている。しかし、耐熱性に優れて
いるとはいうものの約１０００℃以上の高温で使用され
ると、炭化珪素と酸素が反応して二酸化珪素が生成さ
れ、この酸化によって体積膨脹が生じてローラーに曲り
が発生したり折損が発生したりすることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この対策として、上記
ローラーの全体に、アルミナとカルシアとを形成する酸
化防止剤を含浸処理するようにしたものがある。このも
のでは、炉内の高温下では表面がガラス化して酸化抑制
被膜が形成され、この結果酸化が抑制される。ところが
この場合、さほど温度が高くないローラーの両端部（炉
壁から外側の端部）では、上記ガラス化しないために酸
化抑制被膜が形成されず酸化抑制効果が不十分となる。
このために、これらの部分で酸化による曲りや折損等が
発生するおそれがみられる。

【０００４】一方、ローラー端部の酸化抑制を図るにつ
いては、次のようにすることも考えられる。すなわち、
再結晶炭化珪素の全域の開気孔に金属シリコンを含浸さ
せることにより、酸素との接触面積を極端に減少させ、
酸化抑制効果を向上させる。ところがこの場合、ローラ
ー全域の開気孔に金属シリコンを均一に含浸させること
は、生産技術上かなり難しく、開気孔がそのまま残って
しまうことがあり、その部分での酸化が著しく、曲り、
折損等のトラブルが発生することが懸念される。また、
金属シリコンの融点が約１４００℃であることから、炉
内の温度がそれ以上となると、ローラーにおける炉内部
分から金属シリコンが融出してセッターに付着したりあ
るいはローラーに開気孔ができ、その部分の酸化により
実際に使用できない不具合がある。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、高温使用下での炉内部分の酸化劣化
を抑制できると共に、炉壁を貫通する両端部での酸化劣
化も抑制でき、しかも生産技術にも困難さがなくて生産
性の良いローラーハースキルン用のローラーを提供する
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のローラーハース
キルン用のローラーは、ローラーハースキルンにその炉
壁を貫通する形態で設けられるものにおいて、ローラー
母材を再結晶炭化珪素から構成し、このローラー母材の
うち、炉内に位置する部分にアルミナとカルシアとを含
有すると共に、炉壁から外側の両端部分に金属シリコン
を含浸させたところに特徴を有する。

【０００７】

【作用】本発明のローラーは、炉内に位置する部分が再
結晶炭化珪素にアルミナとカルシアとを含有しているか
ら、高温下でローラー表面がガラス化することにより酸
化抑制被膜が形成されて酸化が有効に防止される。ま
た、ローラーにおける両端部分は再結晶炭化珪素に金属
シリコンが含浸されているから、再結晶炭化珪素からな
る母材の気孔に金属シリコンが充填されることとなって
酸素との接触面積が減少し、これによって低温下での酸
化が有効に防止される。この結果、ローラー全体におけ
る酸化劣化の発生を抑制できる。しかも金属シリコンの
含浸処理はローラー母材の両端部といった一部分ですむ
ので、ローラー全域に金属シリコンを含浸処理する場合
と違って生産技術的にもさほど困難さはない。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について、図１
ないし図４を参照しながら説明する。図１において、ロ
ーラーハースキルンの炉壁１の対向側壁には貫通口２，
２が形成され、そして炉壁１には貫通口２，２を通して
ローラー３が貫通されており、このローラー３は周知の
ように図示しない支持ローラーによって支持され、そし
て図示しない駆動機構によって回転駆動されるようにな
っている。また、このローラー３の回転によって、セッ
タ４上にのせされた被焼成物５がセッタ４ごと搬送され
るものである。

【０００９】上記ローラー３は、ローラー母材６が再結
晶炭化珪素の焼結部材から円筒状に構成されている。そ
して、このローラー母材６の炉内に位置する部分６ａに
はアルミナとカルシアとを形成する酸化抑制剤が含浸さ
れている。また、このローラー母材６の両端部６ｂ，６
ｂには金属シリコンを含浸させており、もってその気孔
にはこの金属シリコンが充填されている。

【００１０】このようなローラー３の製造に関して説明
する。すなわち、図２に示すように、再結晶炭化珪素の
ローラー母材６の両端部６ｂ，６ｂの内部に金属シリコ
ンのインゴットを置き、アルゴンガス雰囲気中で、１４
５０℃に加熱して金属シリコンを溶融しつつ気孔に含浸
させる。この含浸処理の後、アルミナとカルシアとを形
成する酸化防止剤をローラー母材６全体に含浸させ、そ
して酸化雰囲気中で焼成することで気孔内表面部に酸化
抑制被膜を形成する。この場合ローラー母材６の両端部
には既に金属シリコン含浸処理が施されているから、こ
の酸化防止剤はさほど含浸せず、専ら炉内に位置される
部分６ａに含浸される。

【００１１】上記両端部６ｂ，６ｂにおける金属シリコ
ン含浸処理の領域は、ローラー３の実際の使用条件を考
慮して定めることが好ましい。すなわち、図３に示すよ
うに、炉壁１の温度は内表面から外表面にかけて下降勾
配を示すが、シリコン含浸処理の領域の炉内側限界位置
は１０００℃〜１３００℃の範囲内であることが最適で
ある。その理由は、この温度範囲を外れると含浸処理し
たシリコンの融出や酸化が発生するおそれがあるからで
ある。

【００１２】また、上記金属シリコン含浸処理は、本実
施例においては見掛気孔率が５％を超えないようにして
いる。本発明者の実験によると、次の結果が判明した。
金属シリコンの含浸処理を行なったテストピースを複数
個用意した。各テストピ−スは、金属シリコンの量をそ
れぞれ違えて含浸処理を行なうことで見掛気孔率が個々
に異なるようにしている。

【００１３】このテストピースの製造例について述べる
と、外径（直径）４０mm、内径（直径）２８mm、長さ１
００mmの再結晶炭化珪素パイプの中に金属シリコンのイ
ンゴットを入れ、これをアルゴンガスおよび温度１５０
０℃の雰囲気中で３時間保持することで、金属シリコン
を含浸させている。この場合、金属シリコンの量Ｗは、
次の式にて決定する。

【００１４】Ｗ＝（Ａ−Ｂ）×ｄ／Ｃ Ａは含浸前テストピースの見掛気孔率、Ｂは含浸後の見
掛気孔率（目標とする見掛気孔率）、Ｃは含浸前テスト
ピースの嵩比重、ｄは金属シリコンの真比重を示す。見
掛気孔率の測定は、ＪＩＳに従い水置換法にてテストピ
ースの中央部（５０mm部分）で行なった。

【００１５】各テストピースについての酸化速度の測定
は、酸化重量増加率でもって求めた。その測定の設備は
図４に示し、測定結果は表１に示している。

【００１６】

【表１】 図４に示すように、密閉ケース１１の内部に収容された
９５℃状態の湯の中に、酸素を、毎分１００ccの量で送
り込み、その酸素を、テストピース１２が収容された炉
１３内に供給する。そして炉１３内は常に１０００℃状
態に保っている。この結果、テストピース１２は、１０
００℃の温度雰囲気で、９５℃で飽和水蒸気の酸素が毎
分１００ccの量で与えられる。この状態を３５０時間保
持し、そして、２５０時間目から３５０時間目まで酸化
重量増加を測定して、単位時間当りの酸化重量増加率を
求めた。

【００１７】炭化珪素の酸化反応は、下記の反応式で示
される。

【００１８】ＳｉＣ＋２Ｏ_２→ＳｉＯ_２＋ＣＯ_２↑ ここで、ＳｉＣは分子量＝４０、比重＝３．２２で、そ
してＳｉＯ_２は分子量＝６０、比重＝２．３２である。
この結果、酸化によって重量増加と体積膨脹とがみられ
る。

【００１９】表１から判るように、見掛気孔率が５％を
境に酸化速度が大きく変化する。すなわち、６％以上の
場合では、酸化速度が５．１［ppm/Hr］以上となるのに
対し、５％以下の場合では０．２１［ppm/Hr］以下とな
る。なお、この表１には金属シリコン含浸処理をしない
場合を最下欄に示している。これから判るように、この
未処理の場合には見掛気孔率は２０％で、そのときの酸
化速度は２３０［ppm/Hr］であった。

【００２０】

【表２】 また、表２には、本実施例ローラーの場合と、これ以外
のローラーとについて、社内の小形ローラハースキルン
により耐久試験を行なった結果の耐用時間を示すと共
に、耐用時間の限度要因および総合評価を示した。な
お、耐用時間の好ましい目標値は「２年以上」とされて
いる。まず、本実施例ローラーの場合、つまり炭化珪素
の母材の炉内部分にアルミナとカルシアとを含有させ、
両端部には金属シリコン含浸処理を施したローラーの場
合、使用温度が１３００℃、１４００℃および１５００
℃のいずれでも耐用時間が２年以上となり、総合評価は
「良好」である。

【００２１】ローラーが再結晶炭化珪素のみから構成さ
れている場合（未処理の場合）には、使用温度が１３０
０℃、１４００℃および１５００℃のいずれでも耐用時
間が３５０時間を超えることはない。このときの耐用時
間の限度要因は、炉内中央部の曲りもしくは折れ発生で
あった。総合評価は「不良」であった。

【００２２】ローラー全域にアルミナとカルシアとを含
有させる処理のみが施されている場合、使用温度が１３
００℃、１４００℃および１５００℃のいずれでも耐用
時間が１０００時間程度で、このときの耐用時間の限度
要因は、ローラー端部（約１０００℃部分）での曲りも
しくは折れ発生であった。この場合も総合評価は「不
良」である。

【００２３】ローラーが、再結晶炭化珪素の開気孔に金
属シリコンを充填処理した構成である場合には、使用温
度が１３００℃では耐用時間は２年以上となるが、１４
００℃を超えると、使用不可（耐用時間はほとんど零）
となる。このときの耐用時間限度要因は、炉内を１４０
０℃以上に立ち上げたときに金属シリコンの融出が発生
し、実使用が不可能となった。総合評価は「高温不可」
である。

【００２４】このように本実施例のローラー３は、ロー
ラー母材６を再結晶炭化珪素から構成し、このローラー
母材６の炉内に位置する部分６ａにはアルミナとカルシ
アとを含有させているから、高温下でローラー３表面が
ガラス化して酸化抑制被膜が形成され、よって酸化が有
効に防止される。また、ローラー母材６における両端部
６ｂ，６ｂには金属シリコンが含浸処理されたているか
ら、ローラー母材６の気孔に金属シリコンが充填される
ことで酸素との接触面積が減少し、これによって低温下
での酸化が有効に防止される。この結果、ローラー３全
体における酸化劣化の発生を抑制できる。しかも金属シ
リコンの含浸処理はローラー母材６の両端部といった一
部分ですむので、ローラー全域に金属シリコンを含浸処
理する場合と違って生産技術的にもさほど困難さはな
い。

【００２５】なお、ローラー母材６の両端部６ｂ，６ｂ
に対する金属シリコンの含浸処理は、上記方法に限られ
ず、例えば本発明の第２の実施例として示す図５のよう
に、溶融金属シリコンの中へローラー母材６の端部６ｂ
を漬けることで含浸させるようにしても良い。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、ローラー母材を再結晶炭化珪素から構成し、このロ
ーラー母材のうち、炉内に位置する部分にアルミナとカ
ルシアとを含有させると共に、炉壁から外側の両端部に
金属シリコンを含浸させることにより、高温使用下での
炉内部分の酸化劣化を抑制できると共に、炉壁を貫通す
る両端部分での酸化劣化も抑制でき、総じて、高温使用
下での耐用時間を長期化できて使用寿命を飛躍的に延ば
すことが可能で、しかも生産技術的にも困難さがなくて
生産性が良く、コストの低廉化にも寄与できるという優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すローラーハースキ
ルンの縦断正面図

【図２】金属シリコン含浸処理方法を説明するための縦
断面図

【図３】炉壁部分の温度勾配を示す図

【図４】実験設備の縦断面図

【図５】本発明の第２の実施例を示す図２相当図

【符号の説明】

１は炉壁、２は貫通口、３はローラー、６はローラー母
材を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ローラーハースキルンにその炉壁を貫通
   する形態で設けられるローラーにおいて、ローラー母材
   を再結晶炭化珪素から構成し、このローラー母材のう
   ち、炉内に位置する部分にアルミナとカルシアとを含有
   すると共に、炉壁から外側の両端部に金属シリコンを含
   浸させたことを特徴とするローラーハースキルン用のロ
   ーラー。