| 【発明の名称】 |
金属粉からなる成形体の焼成方法および連続焼成炉 |
| 【発明者】 |
【氏名】山桝 義和
【氏名】森田 哲行
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| 【要約】 |
【課題】脱脂領域内に最適の酸化ガス量を供給し、結合剤の除去速度を促進して脱脂時間を短縮する。
【解決手段】連続焼成炉１の脱脂領域２，焼成領域３および冷却領域５を順次通過して進行するメッシュコンベヤ１２上に、金属粉と有機結合剤を混練してなる被焼成体１９を載置し、被焼成体１９を脱脂、焼成、冷却して成形体とする成形体の焼成方法において、脱脂領域２内に、Ｎ2 などの不活性ガス中に空気または水蒸気などの酸化ガスを混入して供給する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 連続焼成炉の脱脂領域，焼成領域および冷却領域を順次通過して進行するメッシュコンベヤ上に、金属粉と有機結合剤を混練してなる被焼成体を載置し、被焼成体を脱脂、焼成、冷却して成形体とする成形体の焼成方法において、脱脂領域内に、Ｎ2 などの不活性ガス中に空気または水蒸気などの酸化ガスを混入して供給することを特徴とする金属粉からなる成形体の焼成方法。
【請求項２】 脱脂領域から排出される脱脂ガス中のＨ2 Ｏ，Ｏ2 ，ＣＯ2およびＣＨ4 などの有機ガスの濃度を計測して酸化ガスの混入量の制御を行う請求項１記載の金属粉からなる成形体の焼成方法。
【請求項３】 筒状で耐熱鋼製のマッフルと、被焼成体を載せてマッフル内を走行するメッシュコンベヤと、マッフルの上下に配したヒータとを有し、マッフル内はコンベヤ進行方向に脱脂領域，焼成結領域および冷却領域に分かれている連続焼成炉において、マッフル内の脱脂領域と焼成領域の間にメッシュコンベヤの上方に垂下する遮蔽板を設けるとともに、脱脂領域には、Ｎ2 などの不活性ガスを供給する遮蔽ガス供給管と、水蒸気や空気などを供給する酸化ガス供給管と、雰囲気ガスを採取するモニタ管とを設けたことを特徴とする連続焼成炉。
【請求項４】 前記遮蔽板は、下方に向かって後方に傾斜した傾斜面を上流側に有する請求項３記載の連続焼成炉。
【請求項５】 前記遮蔽板は、昇降可能に設けられている請求項３または請求項４記載の連続焼成炉。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉からなる成形体の焼成方法および連続焼成炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】連続焼成炉の脱脂領域，焼成領域および冷却領域を順次通過して進行するメッシュコンベヤ上に、金属粉と有機結合剤を混練してなる被焼成体を載置し、被焼成体を脱脂、焼成、冷却して成形体とする連続焼成炉が知られている。
【０００３】図４は従来の連続焼成炉の断面図である。図において、１は連続焼成炉で、脱脂領域２と、焼成領域３と、緩冷領域４と、冷却領域５とから構成されている。６は脱脂領域２および焼成領域３を構成する耐火材である。７は脱脂領域２内のマッフル１１の上下に配設したニクロムヒータなどのヒータである。８は焼成領域３内のマッフル１１の上下に配設したシリコンカーバイドなどのヒータである。９は被焼成体の入口であり、１０は出口である。マッフル１１は、脱脂領域２，焼成領域３，緩冷領域４および冷却領域５内を連通するように連設されている。１２はこのマッフル１１内を被焼成体を載せて走行するメッシュコンベヤである。１３はメッシュコンベヤ１２のベルト駆動プーリで、図示しない駆動装置により回転駆動される。１３ａはベルト駆動プーリ１３の軸である。１４はテールプーリであり、１４ａはテールプーリ１４の軸である。
【０００４】このように構成された連続焼成炉１で金属粉から成る成形体を製造するときは、金属粉と有機結合剤を混練してなる被焼成体を、メッシュコンベヤ１２のベルト上に載置して移動し、連続焼成炉１の脱脂領域２内に搬入する。脱脂領域２内で、ヒータ７により加熱して被焼成体の結合剤を熱分解させ、ガス化して除去した後、焼成領域３内に移動する。焼成領域３内でヒータ８により加熱して被焼成体を焼成する。引き続き、被焼成体を移動して緩冷領域４内および冷却領域５内において徐々に冷却して成形体を形成して連続焼成炉１から搬出する。出口１０付近のマッフル１１内に、Ｎ2 とＨ2 の混合気体である雰囲気ガスを供給する。雰囲気ガスは、マッフル１１内を上流に向かって流れ、脱脂領域２の入口９付近で脱脂ガスとともに燃焼している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、脱脂領域内において被焼成体の結合剤を熱分解のみで除去するため、脱脂のための時間が長くなり、結果として焼成処理時間が全体として長くかかり生産性が悪い。結合剤を急速に除去する方法としては、空気のみを供給して被焼成体の全体を酸化させる方法があるが、この方法によると、金属粉も殆ど酸化してしまうため、焼成領域内での還元処理が必要になる。また、急速加熱により脱脂すると、結合剤は熱分解によりガス化されるだけでなく、一部は炭素となって析出し、金属粉の焼結を阻害する。さらに、酸素を多量に供給しながら熱分解すると、金属粉が酸化皮膜に覆われてしまうため、焼結ができなくなってしまうなどの問題がある。
【０００６】本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたもので、脱脂領域内に最適の酸化ガス量を供給し、結合剤を熱分解よって除去するだけでなく、酸化除去も行って、結合剤の除去速度を促進して脱脂時間を短縮し、かつ、焼成領域への酸化ガスの流入を抑制することができる金属粉からなる成形体の焼成方法および連続焼成炉を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本願第１発明によれば、連続焼成炉の脱脂領域，焼成領域および冷却領域を順次通過して進行するメッシュコンベヤ上に、金属粉と有機結合剤を混練してなる被焼成体を載置し、被焼成体を脱脂、焼成、冷却して成形体とする成形体の焼成方法において、脱脂領域内に、Ｎ2 などの不活性ガス中に空気または水蒸気などの酸化ガスを混入して供給する金属粉からなる成形体の焼成方法を提供する。
【０００８】本願第１発明の実施形態によれば、脱脂領域から排出される脱脂ガス中のＨ2Ｏ，Ｏ2 ，ＣＯ2 およびＣＨ4 などの有機ガスの濃度を計測して酸化ガスの混入量の制御を行うのが好ましい。
【０００９】本願第２発明の実施形態によれば、筒状で耐熱鋼製のマッフルと、被焼成体を載せてマッフル内を走行するメッシュコンベヤと、マッフルの上下に配したヒータとを有し、マッフル内はコンベヤ進行方向に脱脂領域，焼成領域および冷却領域に分かれている連続焼成炉において、マッフル内の脱脂領域と焼成領域の間にメッシュコンベヤの上方に垂下する遮蔽板を設けるとともに、脱脂領域には、Ｎ2 などの不活性ガスを供給する遮蔽ガス供給管と、水蒸気や空気などを供給する酸化ガス供給管と、雰囲気ガスを採取するモニタ管とを設けた連続焼成炉が提供される。
【００１０】本願第２発明の実施形態によれば、前記遮蔽板は、下方に向かって後方に傾斜した傾斜面を上流側に有するのが好ましい。
【００１１】本願第２発明の他の実施形態によれば、前記遮蔽板は、昇降可能に設けられているのが好ましい。
【００１２】次に本発明の作用を説明する。本発明によれば、従来例と同様に、脱脂領域内，焼成領域内および冷却領域内に、冷却領域の出口付近から脱脂領域の入口側に向けてＮ2 とＨ2 の混合気である雰囲気ガスを供給する。金属粉と有機結合剤を混練してなる被焼成体を、メッシュコンベヤ上に載置して移動し、連続焼成炉の脱脂領域内に搬入する。脱脂領域内でヒータにより４００°Ｃ〜５００°Ｃまで徐々に加熱して熱分解するとともに、脱脂領域内に、Ｎ2 などの不活性ガス中に空気または水蒸気などの酸化ガスを混入したものを供給し、金属粉と結合している有機結合剤を熱分解すると同時に酸化させて除去する。脱脂領域から排出される脱脂ガス中のＨ2 Ｏ，Ｏ2 ，ＣＯ2 およびＣＨ4 などの有機ガスの濃度をモニタ管により常時サンプリングして計測し、被焼成体に最適の酸化ガス量を供給する。したがって、結合剤の除去速度を促進することができる。酸化ガスが焼成領域に侵入しないように遮蔽板を設けるとともに、遮蔽板の付近にＮ2 などの遮蔽ガス供給管を設けている。次に、被焼成体を焼成領域に移動し、焼成領域内でヒータにより８００°Ｃ〜１，１００°Ｃまで加熱して焼結する。続いて被焼成体を冷却領域に移動する。冷却領域の出口付近にＮ2 とＨ2 の混合気体である雰囲気ガスを被焼成体の流れと反対方向に流すことにより冷却領域内で高温の被焼成体と接触させて昇温させた後、焼成領域に流すようにする。被焼成体は、水冷ジャケットにより常温に冷却して連続焼成炉から搬出する。脱脂時間を短縮することにより全体の焼成時間を短縮して生産性を向上することができる。なお、脱脂領域内に供給されたＮ2 などの遮蔽ガスは、遮蔽板が下方に向かって後方に傾斜した傾斜面を上流側に有しているので、遮蔽ガスの渦の発生を防止することができる。また、遮蔽板は昇降可能に設けられているので、被焼成体の厚さによって遮蔽板と被焼成体の間隙を調整することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態について、図面に基づいて説明する。図１ないし図３は本発明の一実施形態を示すもので、図１は本発明による金属粉からなる成形体の連続焼成炉の断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図、図３は遮蔽ガス供給管の平面図である。なお、図４に示す連続焼成炉と同じ部材については同じ符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００１４】図１ないし図３において、１は連続焼成炉で、脱脂領域２と、焼成領域３と、冷却領域５とから構成されている。６は脱脂領域２および焼成領域３を構成する耐火材である。８ａは脱脂領域２内のマッフル１１の上下に配設したニクロムなどのヒータであり、８ａは焼成領域３内のマッフル１１の上下に配設したカンタルなどのヒータである。９は被焼成体１９の入口であり、１０は出口である。マッフル１１は、耐熱鋼製で筒状を形成しており、脱脂領域２内，焼成領域３内および冷却領域５内を連通するように配設されている。１２はこのマッフル１１内を被焼成体１９を載せて走行するメッシュコンベヤである。１３はメッシュコンベヤ１２のベルト駆動プーリで、図示しない駆動装置により回転駆動される。１３ａはベルト駆動プーリ１３の軸である。１４はテールプーリであり、１４ａはテールプーリ１４の軸である。１５は冷却領域５のマッフル１１を囲むように設けた水冷ジャケットである。
【００１５】１７は遮蔽板で、図１および図２に示すように、脱脂領域２と焼成領域３の間に炉の長手方向と直交するようにマッフル１１上部に設けたスリット１１ａ（図２）にメッシュコンベヤ１２の上方に垂下するように嵌装している。また、遮蔽板１７は下方に向かって後方に傾斜した傾斜面を上流側に有している（図１）。１８は遮蔽板１７を昇降可能に吊り下げているシリンダで、耐火材６に取り付けられている。１８ａはシリンダロッドである。
【００１６】２０は脱脂領域２内にマッフル１１の長手方向に沿って配設された遮蔽ガス供給管で、その先端には、図３に示すように、マッフル１１の長手方向と直交するように遮蔽ガス噴出管２０ａが取り付けられており、その遮蔽ガス噴出管２０ａの下面に設けた、図示しない噴出口から下方に向け、遮蔽板１７近傍の上流側にＮ2 などの遮蔽ガスを供給する。２１は脱脂領域２内に配設した酸化ガス供給管で、水蒸気などの酸化ガスまたは酸化ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する。２２は脱脂領域２内に配設したモニタ管で、脱脂領域２から排出される脱脂ガス中のＨ2 Ｏ，Ｏ2 ，ＣＯ2 およびＣＨ4 などの有機ガスの濃度を常時サンプリングして計測する。２３は冷却領域５出口付近に配設した雰囲気ガス供給管で、冷却領域５内，焼成領域３内および脱脂領域２内に順次流れるようにＮ2 とＨ2 の混合気体である雰囲気ガスを供給する。酸化ガス供給管２１および雰囲気ガス供給管２３の先端には、図示しないが、遮蔽ガス噴出管２０ａと同様のガス噴出管が取り付けられている。
【００１７】次に実施形態に基づく作用について説明する。脱脂領域２内，焼成領域３内および冷却領域５内に、冷却領域５の出口付近から脱脂領域２の入口側に向けてＮ2 とＨ2 の混合気体である雰囲気ガスを供給する。金属粉と有機結合剤を混練してなる被焼成体１９を、メッシュコンベヤ１２上に載置して移動し、連続焼成炉１の脱脂領域２内に搬入する。脱脂領域２内でヒータ８ａにより４００°Ｃ〜５００°Ｃまで徐々に加熱して熱分解するとともに、脱脂領域２内に、Ｎ2 などの不活性ガス中に空気または水蒸気などの酸化ガスを混入したものを供給し、金属粉と結合している有機結合剤を熱分解すると同時に酸化させて除去する。脱脂領域２から排出される脱脂ガス中のＨ2 Ｏ，Ｏ2，ＣＯ2 およびＣＨ4 などの有機ガスの濃度をモニタ管２２により常時サンプリングして計測し、被焼成体１９に最適の酸化ガス量を供給する。したがって、結合剤の除去速度を促進することができる。酸化ガスが焼成領域３に侵入しないように遮蔽板１７を設けるとともに、遮蔽板１７の付近にＮ2 などの遮蔽ガス供給管２０を設けている。次に、被焼成体１９を焼成領域３に移動し、焼成領域３内でヒータ８ｂにより８００°Ｃ〜１，１００°Ｃまで加熱して焼結する。続いて被焼成体１９を冷却領域２に移動する。冷却領域２の出口付近にＮ2 とＨ2 の混合気体である雰囲気ガスを被焼成体１９の流れと反対方向に流すことにより冷却領域２内で高温の被焼成体１９と接触させて昇温させた後、焼成領域３に流すようにする。被焼成体１９は、水冷ジャケット１５により常温に冷却して連続焼成炉１から搬出する。脱脂時間を短縮することにより全体の焼成時間を短縮して生産性を向上することができる。なお、脱脂領域２内に供給されたＮ2 などの遮蔽ガスは、遮蔽板１７が下方に向かって後方に傾斜した傾斜面を上流側に有しているので、遮蔽ガスの渦の発生を防止することができる。また、遮蔽板１７は昇降可能に設けられているので、被焼成体１９の厚さによって遮蔽板１７と被焼成体１９の間隙を調整することができる。
【００１８】
【実施例】本願発明の発明者らは、本発明の効果を実証するため、次のような実証試験を行った。脱脂領域と焼成領域の間にメッシュコンベヤの上方に垂下する遮蔽板を設け、被焼成体の送り速度を１５ｃｍ／ｍｉｎにし、焼成領域内の温度を１，０００°Ｃに保持した。炉内雰囲気ガスのＮ2 とＨ2 の割合を１０対１にした。Ｎ2 のガス流量の２％を４０°Ｃに加温した水にバブリングして加湿し、脱脂領域の３０°Ｃ近辺の領域に供給した。脱脂領域の露点は、−４０°Ｃから０°Ｃまで上昇したが、焼成領域の露点は、−４０°Ｃから−３０°Ｃまでしか上昇しなかった。送り速度を連続焼成炉の最高速度である３０ｃｍ／ｍｉｎまで変化させてもＮi 粉の被焼成体を緻密に焼成することができた。
【００１９】本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、金属粉はＮi に替えてＣｕであってもよく、また、入口および出口には扉を設けてもよいなど本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、脱脂領域内の酸化ガス量を常時サンプリングして計測し、被焼成体に最適の酸化ガス量を供給して結合剤を熱分解するとともに酸化させるので、結合剤の除去速度を促進することができ、焼成処理の生産性を向上させることができるなどの優れた効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００００９９
【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】島村 芳明
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| 【公開番号】 |
特開平１１−８０８０８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）３月２６日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２４２５５６ |
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