JPH0633952B2 - 高温加熱炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、断熱材ブロックにより構成された保温構造を
有する高温加熱炉に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、高温加熱炉の加熱部周囲に使用される断熱材とし
ては、カーボンファイバーの成形体表面に黒鉛シート等
を貼り合わせたものが大部分であった。

しかしながら、カーボンファイバーの成形体表面に黒鉛
シート等を貼り合わせた断熱材では、成形体とシートと
の密着性が弱く、早期に剥れ落ちたり、黒鉛シート自身
が柔かくもろいため、振動やガス流によって消耗する割
合が大きいという欠点を有していた。

また、黒鉛シート自身の強度が弱く、成形体上への黒鉛
シートの貼り合わせの作業が手間取るという欠点も有し
ていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は以上のような実状に鑑みてなされたもので、そ
の解決しようとする問題点は、従来の高温加熱炉の加熱
部周囲に使用される黒鉛シート等を貼り合わせた断熱材
の強度及び耐久性の欠如である。

そして、本発明は、これら従来の欠点に鑑み、従来技術
の欠点を除去・解決することを目的としてなされたもの
であり、断熱材ブロックにより構成された優れた保温構
造を有する高温加熱炉を提供するものである。

つまり、本発明は、炭素化又は黒鉛化されて成る不浸透
性を有する発泡体のブロックを使用したことを特徴とす
る高温加熱炉を提供しようとするものであり、更に詳し
くは、発泡体内部と同質の強固で緻密な不浸透性の被膜
を有し、かつ表層が強固で緻密であるがため、表層から
炭素粉などのパーティクルの発生を防止し得る特徴を有
する断熱材ブロックの集合等により構成された保温構造
を有することを特徴とする高温加熱炉を提供するもので
ある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

以上の問題点を解決するために、本発明の採った手段
は、 「断熱材ブロックにより構成された保温構造を有する高
温加熱炉において、 前記断熱材ブロックは、内部と表層部とが一体化され
て、炭素化又は黒鉛化されたものであって、 前記断熱材ブロックの内部を構成するものとして、炭素
化収率が20重量％以上の熱硬化性樹脂の発泡体を採用す
るとともに、 前記断熱材ブロックの表面を構成する表層部として、前
記発泡体を構成する熱硬化性樹脂と同質の炭素化収縮性
を有する繊維状物からなる炭素前駆体の被膜を採用した
ことを特徴とする高温加熱炉」 である。

すなわち、本発明に係る高温加熱炉は、高温加熱炉の断
熱材に炭素化収率が20重量％以上のフェノール樹脂、フ
ラン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いて発泡成形体をつく
り、その表層部にもこれらの樹脂と同質の炭素化収縮性
を有する繊維状物からなる炭素前駆体の被膜を形成し、
これら表面部と内部の発泡成形体とを一体成形し、さら
にこれらを炭素化ないしは黒鉛化されて成る断熱材ブロ
ックを用いることによって構成されるものであり、従来
技術における表面部の不浸透性黒鉛シートの貼り合わせ
という作業の煩雑さが除去され、かつ剥れ落ち及び密着
性が悪い問題が解善され、かつ表層が強固で緻密な不浸
透性の被膜を有し、パーティクルの発生を防止し、なお
かつ部分的な修理が可能である断熱材ブロックの集合に
より構成された保温構造を有して成るものである。

ここで、炭素前駆体とは、焼成することにより炭素化な
いしは黒鉛化される物質の全てを言うものであり、ここ
でいう被膜となるべき炭素前駆体は、炭素化収率が20重
量％以上のフェノール樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹
脂と同質の炭素化収縮性を有する繊維状物からなるもの
であり、例えばフェノール樹脂繊維、フラン樹脂繊維等
が挙げられる。

換言すれば、本発明の高温加熱炉に用いられる断熱材ブ
ロックの内部を構成する熱硬化性樹脂は、フェノール樹
脂又はフラン樹脂等の炭素化率が20重量％以上の熱硬化
性樹脂でつくられており、また難黒鉛化性の炭素前駆体
からなるため、焼成によりこの成形体にはクローズドポ
アと呼ばれるミクロな独立気泡体の集合が形成され優れ
た断熱性をもたらす。すなわち、「断熱材は黒鉛化によ
り熱伝導率が大きくなってしまう」という問題が顕著に
改善されるのである。加えて、本発明の断熱材ブロック
は軽量であることから断熱材として特性上好都合であ
る。

また、本発明の高温加熱炉に用いられる断熱材ブロック
の表層部は、内部の発泡体を構成する熱硬化性樹脂と同
質の炭素化収縮性を有する繊維状物から成る炭素前駆体
の被膜を形成するものであるから、内部の発泡体の補強
硬化を図るものとなっている。これと共に、表層部を構
成する繊維状物は、その種類や複合形態を変化させ、ま
た適宜に選択することにより、炭素化に伴う収縮を自由
に制御し得るものであり、炭素化された繊維状物によっ
て、発泡体を炭素化又は黒鉛化したものの表面における
クラックと呼ばれる割れの発生を防止することが出来
る。

このため、本発明の高温加熱炉に用いられる断熱材ブロ
ックは、内部の発泡体と、スキン被膜層である表層部と
の成形体の炭素化に伴う収縮を整合させ、これら両者の
剥離を完全に防止し併せて独立気泡体の集合により優れ
たガス不浸透性と強度とを内部の発泡体に付与すること
が可能となる利点がある。これは、主として次に説明す
るような作用及び機構によって、このような優れた効果
がもたらされるものと考えられる。

まず、成形体内部の発泡体は、フェノール樹脂、フラン
樹脂などの炭素化収率が20重量％以上の熱硬化性樹脂で
あって、難黒鉛化性の炭素前駆体からなり、クローズド
ポアーと呼ばれるミクロな独立気泡体の集合により断熱
特性を高め、さらに焼成後においてガラス状炭素のユニ
ットセルが多数集合したものとなって、本発明における
上記前駆体を採用しない黒鉛等の結晶体に比較して熱伝
導率が小さい断熱成型体がつくられるため、両者の効果
によって断熱性に優れている、これと共に、成型体の表
層部の繊維状物も、これを焼成した後に、ガラス状炭素
から成るスキン被膜層を形成することになるため、全体
としてガス不浸透性を有することになる。

さらにまた、本発明の高温加熱炉に用いられる断熱材ブ
ロックは、その表層部と内部の発泡体とが一体成形され
ていて、これを焼成して炭素化又は黒鉛化しているた
め、従来のカーボンファイバーの成形体表面に黒鉛シー
ト等を貼り合せたものに比して強度が著しく増大し、併
せて収縮性の制御により表層部の緻密で密度が大きい層
と成形体内部の低密度で断熱特性に優れる発泡体層とが
完全に整合して一体成形されているため、従来の黒鉛シ
ート等を貼り合せたものに比して表面層の剥離又は脱落
が生ぜず、成形体全体の強度が増大する。

そして、炭素化又は黒鉛化のための焼成前に発泡体と繊
維状物とを一体成形することは、従来のスキン層である
黒シート等を二次的な貼り合わせという工程によって付
加するカーボンファイバー断熱材の製造法に比して製造
コストも安価となり経済上も有利である。また、本発明
の高温加熱炉に用いられる断熱材ブロックは、小さい高
温加熱炉用としては、一体成形したもので十分利用で
き、大きな高温加熱炉用であれば、断熱材ブロックを積
み上げることにより利用できるものであり、炉の形体に
応じて適宜に応用できるものである。さらには、炉の断
熱材としてブロック状であることから部分的に修理が可
能と成り、さらにパーティクルの発生がなく、不浸透性
を有することから、クリーンな高温加熱炉を提供するも
のである。

〔実施例〕

次に、図面により本発明の最も代表的な実施例について
以下説明する。

実施例１ 第１図は本発明の高温加熱炉の一態様である誘導加熱式
高温加熱炉の縦断面図を示すものである。この誘導加熱
式高温加熱炉は、高温加熱炉容器(1)の周辺に断熱材ブ
ロック(2)25個を積み上げることによって構成した。前
記断熱材ブロック(2)の各々は、平均嵩密度が0.06ｇ／
ｃ^３で表層部に厚さが約１mmの緻密な被膜（スキン層）
を有するフェノール樹脂発泡体を還元性雰囲気中で昇温
速度約20℃／hrにより約1000℃の加熱処理をして炭素化
した後、さらに昇温速度約500℃／hrにより約2200℃ま
で昇温して得られたものを使用した。なお、第１図中に
示した符号(3)は遮熱板を、符号(4)はサポートを、符号
(5)は誘導コイルをそれぞれ示す。

実施例２ 実施例１と同様の誘導加熱式高温加熱炉として、高温加
熱炉容器(1)の周辺に断熱材ブロック(2)25個を積み上げ
ることによって構成した。断熱材ブロック(2)の各々
は、平均嵩密度が0.08ｇ／ｃ^３で表層部に厚さが約１mm
の緻密な被膜（スキン層）を有するフェノール樹脂発泡
体を実施例１と同様の処理をして得られたものである。

実施例３ 実施例１と同様の誘導加熱式高温加熱炉として、高温加
熱炉容器(1)の周辺に断熱材ブロック(2)25個を積み上げ
ることによって構成した。断熱材ブロック(2)の各々
は、平均嵩密度が0.10ｇ／ｃ^３で表層部に厚さが約１mm
の緻密な被膜（スキン層）を有するフェノール樹脂発泡
体を実施例１と同様の処理をして得られたものである。

実施例１〜３で使用した断熱ブロックの主な諸特性を示
すと下記第１表の通りとなる。

上記の如く実施した高温加熱炉を加熱した結果、従来の
カーボンファイバーに黒鉛シート等を貼り合せたものに
比べて本発明の断熱ブロックは、表面層の剥離又は脱落
がほとんど起こらず、更に振動やガス流による消耗もほ
とんど起こらなかった。その上、本発明の高温加熱炉の
断熱ブロックは剥離又は脱落がないため、パーティクル
の発生もなかった。更に、熱伝導率は本発明の断熱ブロ
ックの方が小さいことから断熱材としての断熱効果が向
上したことが明白である。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかな如く、本発明においては、上
記実施例にて例示した如く、 「断熱材ブロックにより構成された保温構造を有する高
温加熱炉において、 前記断熱材ブロックは、内部と表層部とが一体化され
て、炭素化又は黒鉛化されたものであって、 前記断熱材ブロックの内部を構成するものとして、炭素
化収率が20重量％以上の熱硬化性樹脂の発泡体を採用す
るとともに、 前記断熱材ブロックの表面を構成する表層部として、前
記発泡体を構成する熱硬化性樹脂と同質の炭素化収縮性
を有する繊維状物からなる炭素前駆体の被膜を採用した
こと」 にその特徴があり、これにより、発泡体内部と同質の強
固で緻密な不浸透性の被膜を有し、かつ表層が強固で緻
密であるがため、表層から炭素粉などのパーティクルの
発生を防止し得る特徴を有する断熱材ブロックの集合等
により構成された保温構造を有することを特徴とする高
温加熱炉を提供することができるのである。

つまり、本発明の高温加熱炉は、フェノール樹脂発泡体
等を炭素化又は黒鉛化した断熱材ブロック(2)の集合に
より高温加熱炉の保温構造を構成したのであり、パーテ
ィクルの発生がなく、断熱性が優れ、更には部分的な修
理を容易迅速にできるなど、この産業上有用なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は保温構造を断熱材ブロック(2)の集合により構
成した誘導加熱式高温加熱炉を示す縦断面図である。 符号の説明 (1)は高温加熱容器、(2)は断熱材、(3)は遮熱板、(4)は
サポート、(5)は誘導コイルをそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断熱材ブロックにより構成された保温構造
   を有する高温加熱炉において、 前記断熱材ブロックは、内部と表層部とが一体化され
   て、炭素化又は黒鉛化されたものであって、 前記断熱材ブロックの内部を構成するものとして、炭素
   化収率が20重量％以上の熱硬化性樹脂の発泡体を採用す
   るとともに、 前記断熱材ブロックの表面を構成する表層部として、前
   記発泡体を構成する熱硬化性樹脂と同質の炭素化収縮性
   を有する繊維状物からなる炭素前駆体の被膜を採用した
   ことを特徴とする高温加熱炉。