JPS6064182A - 炉内の被熱物冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は炉内で熱せられる被熱物をその炉内で酸化し
ないように適切に冷却する炉内の被熱物の冷却方法に関
する。

一般に・非酸化系材料（窯業製品）である炭素系材料や
窒化系材料、例えばマグネシアカーボンれんが１アルミ
ナカーボンれんが、黒鉛坩堝、カーボンファイバー、伏
化硅素、窒化硅素などや、このほかに金属類もその熱処
理工程の終りに無酸化冷却を必要とする場合が多い。従
来１このような被熱物を無酸化状態で加熱及び冷却する
には・金属は別として１第１図に示すように・マツフル
１さや等の耐火性容器１内に被熱物２とコークス３を一
緒に充填し、その外部より間接的に加熱し・冷却してい
た。図における４は炉本体Ｓ５は煙道・６は煙突・７は
ライニング）８はバーナである。

この方法には次のような欠点がある。（１）容器１１コ
ークス３を介した間接加熱１間接冷却であるため効率が
悪い。（２）間接加熱間接冷却であるため被熱物の温度
制御が困難であり、加熱・冷月ｉに長時間を要し、生産
性が低い。（３）コークスを介した間接法のため、被熱
物に温度差を生じ易く、被熱物が均質になり難い。（４
）さや内に被熱物をコークスを充填するのに多大な労力
を要する上に非衛生的である。（５）コークスの消耗が
大きい。

このような欠点を解消するために、無酸化加熱炉が提案
された。その炉によれば、第２図に示すように１被熱物
２を直接か又は裸でさや内に入れて炉４ａ内に収容して
加熱し１被熱物２が所定の温度に達すると１被熱物２が
酸化しないように窒素等の不活性ガスを炉内に吹き込み
、常温まで冷却する。冷却に使用した窒素ガスは煙道５
、煙突６を通して大気中に放出される。この炉４ａでは
、前述した欠点の大部分は改良されたのであるが、冷却
工程に問題がある。ここで取扱う被熱物は一般に１００
０〜１３００°Ｃに加熱されるが鳥この温度域から室温
まで冷却するには膨大な量の窒素を必要とする。しかも
使用した〜すなわち一度炉内に供給した窒素は炉外に排
出されるので極めて非経済的である。一般の生産工場で
は窒素は外部から購入するので・多量の窒素の使用は製
品の原価高をまねくことになる。なお、窒素ガスはガス
ホルダ等から供給され１一般に低温であり、このような
低温の窒素を直接炉内に吹き込むと１急冷されて所定の
冷却速度を維持することが困難なために、被熱物に大き
な温度差を生じる恐れがある。従って１これを防止する
にはさや内に被熱物を入れなければならない。

上述したようなことから１この発明は、冷却速度を制御
し易く、冷却が均一に行われ、しかも経済的な・無酸化
状態で行われる炉内の被熱物冷却方法を提供することを
目的とする。

この発明の炉内の？ＩＩ熱物熱部冷却方法炉の内圧を大
気圧以上に維持しながら）低酸素濃度の燃焼ガス単独を
）又は燃焼ガスと上記炉の系外から上記炉の系内に導入
されるガスとの混合ガスであって低酸素濃度のものを）
上記炉の外部で冷却しながら上記炉の内外を循環させる
ことにより、上記炉内で予め加熱を終了している被熱物
を冷却することを特徴とする。

この発明の方法において）炉の内圧を大気圧以上に維持
することは・炉内に外界から空気が入ることを防止して
被熱物の無酸化状態を維持するためである。その具体的
な手段としては、低酸素濃度のガスを炉内に押し込むこ
とになるがＡ例えば炉の系内で燃料を小量ずつ低空気比
で燃焼させることによって燃焼ガスを追加供給するか・
別に窒素などの不活性ガスを炉の系内に既に存在してい
る燃焼ガスに混合するように供給するのがよい。

その意味で炉の内外を循環させるガスとしては、燃焼ガ
ス単独１又は燃焼ガスと別に供給されるガスとの混合ガ
スとなる。そのガスを冷却しながら炉の内外を循環させ
る手段は、炉から炉外に出て再び炉内に戻る循環路を設
けて１その循環路中に熱交換器を設ける構成とするのが
よい。熱交換で循環ガスは冷却され、その温度は十分に
適切に制御することが可能である。

この発明の方法によれば１単位時間当りの循環ガヌ量を
相当に大きくすることができる。これによって被熱物と
循環ガスとの温度差を小さくしても１被熱物から循環ガ
スへの熱の移動は早く行われて急速に冷却することがで
きる。そして上記温度差を小さくすることによって被熱
物の温度の均等性が確保されることになる。従って、被
熱物の温度を十分に速い応答性のある状態で循環ガスの
温度に近づけることができるのであるから１循環ガスの
単位時間当りの循環量とその温度とを適切に制御すれば
１被熱物の温度の均等性を確保しなから１冷却速度も容
易に制御できる。しかも循環ガスは低酸素濃度のものが
被熱物の加熱終了段階で既に炉内に存在しており１しか
も被熱物の温度に近いものであり）それを利用するので
あるから・これを適切に冷却するのは低温の窒素を大量
に供給する場合のその温度制御に較べてきわめて容易で
ある。そしてさらに、循環ガフは循環させるのであり、
外界に排出するのではなく・冷却による体積の減少分や
洩れ分を補充される程度であるから、また、循環ガスか
らその冷却により得られる熱は別に利用可能であるから
、きわめて経済的である。従って、この発明の方法は、
前記非酸化系利料の無酸化冷却に最適であり１さらに金
属の無酸化冷却、例えばアルミニウム・銅、鋼などの焼
鈍）鋼の焼入れなどにも適用できる。

以丁にこの発明の実施例を図を用いて説明する。

第３図はこの実施例の方法に使用したバッチ式焼成炉の
概略の構成を示し１その炉４ｂの炉内寸法は幅１２ｆｆ
ｉ、高さ１．６＃ｌｓ長さ１−５ｎｔであり）従来の炉
と異なる点は、熱交換器（水冷式冷却装置）９Ｓ循環ダ
クト１０、循環ファン１１、ダンパー１２、窒素ガス供
給装置１３を設けた点であり、第１図と同等部分は同一
図面符号で示しである。窒素ガス供給装置１３は循環ダ
クト１０（煙道５でもよい）に接続していて・これは炉
本体４ｂ内の圧力を大気圧よりも少し高い圧力を維持す
るように動作する。

被熱物２の加熱方法は従来と略同様であり）バーナ８を
低空気比で燃焼動作させて１燃焼ガスは煙道５）煙突６
を通じて排出する。そのときダンパー１２は開状態であ
る。被熱物２の所定の加熱工程を終了した段階で冷却工
程に移る。

、１１工程では・バーナ８の運転を止めると共ニ窒素ガ
ス供給装置１３が動作するようにして・ダンパー１２を
閉じ、炉本体４ｂと煙道５と循環ダクｉ・１゜とをクロ
ーズドシステムとする。循環ファン１１を運転すると炉
内ガスはクローズドシステムを循環し、外界には排出さ
れない。熱交換器９により熱を奪われ温度の低下した炉
内ガスは）循環ファン１１を経て炉本体４ｂ内に噴出し
１被熱物２の熱を吸収して再び煙道５を通って熱交換器
９に至り〜この循環を繰返す。炉内の循環ガスの温度は
熱交換器９により調節され、被熱物２を所望の冷却速度
で冷却する。この間循環ガスの温度低下などにより炉の
内圧が低下することに対しては窒素ガス供給装置１３が
動作して窒素ガスの押し込みにより常に大気圧より高い
圧力に維持される。

この炉により被熱物２として＼直径２０Ｍ・長さ２５０
Ｍの炭素棒約１００　ｔ（ｇを１ｏｏｏ℃ニ加熱し、そ
々に行い、その間の窒素ガスの総供給量は２２Ｎ＃ｌで
あった。（但し１ダンパー１２のシールがあまり良好で
なく・循環ガスの一部が漏洩していた。）循環ガスの酸
素濃度は１ｏ〜２０ＰＰＭ程度であり・冷却後の炭素棒
の重量は加熱前と殆ど変化がなかフた。

従来の無酸化加熱炉による冷却方法と上記実施例とを比
較するために、実施例の炉本体４ｂを使用し、煙道５を
煙突６に直結して１窒素の供給のみによって同じ被熱物
２を同じ時間をかけて冷却してみると、２３ＯＮ＃／の
窒素ガフを要した。従って、＋　１ この発明の実施例の方が従来の方法に較へてイ。以下の
窒素ガス消費量でよい。

また、循環ガスの酸素濃度は、普通には１５０ＰＰＭ以
下程度であればよく、好ましくは１ｏｏＰＰＭ程度以下
がよいようである。これは次の実験結果によるもので１
上記実施例と同じ炭素棒を被熱物として、冷却時の循環
ガスの酸素濃度を、ｌｏＰＰＭ・５ｏＰＰＭ−、１５０
ＰＰＭ、　１８０　ＰＰＭに変化させた夫々の場合につ
いて炭素棒の酸化減量％をめて、第４図に示すようにグ
ラフにしたものである。グラフによると１循環ガヌ中の
酸素濃度が１５０ＰＰＭを越えるとかなり急激に酸化減
量％が増大することが認められる。

上記実施例において、熱交換器９としては水を媒体とす
るものを用いたが、このほかに空気を媒体とするもの、
ボイラー、フィン形式のものなどでもよいが１熱交換量
の調整可能なものであることが温度制御を容易とする上
で好ましい。また、ファン１１が送気量の調節可能なも
のであれば、フる。

上記実施例において１循環ガヌを炉内の燃焼ガスと旭こ
れ２に補充供給する窒素ガスとの混合ガスとしたが、窒
素ガスのほかに広酸ガスなどを使用してもよく１さらに
前述したようにバーナ８の一つを低空気比で小量の燃料
燃焼状態に切換えるようにして補充供給ガフを燃焼ガス
としてもよい。

上記実施例において）燐系をクローズドシステムとした
が、冷却速度・内圧・温度などの制御のためにダンパー
１２を開閉することもあり得るので、必ずしも常にクロ
ーズドシステム状態を保つ必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的な無酸化冷却に用いられる炉の概
略の構成を示す縦断面図・第２図は従来の改良された無
酸化冷却方法を説明するための炉の概略縦断側面図、第
３図はこの発明の実施例に使用した炉の構成の１例を示
す概略縦断側面図、職４図はこの発明の方法の実施にお
いて好ましい果を示す燃焼ガフ中の酸素濃度と被熱物の
酸化減量との関係を示すグラフである。 ２・・・被熱物）＋ｂ・・・炉本体、５・・・煙道、６
・・・煙突、？・・・ライニング）８・・・バーナ飄９
・・・熱交換器、１０・・・循環ダク）、１１・・・循
環ファン−，１２・・・ダンパー−１１３・・・窒素ガ
ス供給装置。 特許出願人　新日本製処株式会社 同　株式会社　広　築 代　理　人　清　水　哲　ほか２−ｆｌＩ才４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉の内圧を大気圧以上に維持しながら、低酸素濃
   度の燃焼ガヌ単独を１又は燃焼ガスと上記炉の系外から
   上記炉の系内に導入されるガヌとの混合ガスであって低
   酸素濃度のものを・上記炉の外部で冷却しながら上記炉
   の内外を循環させることにより１上記炉内で予め加熱を
   終了している被熱物を冷却する炉内の被熱物冷却方法。