JP4650392B2 - ハニカム成形体の焼成方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック材料を押出成形することによって成形されたハニカム成形体を焼成する方法に関する。

従来から、コーディエライト等のセラミックからなるハニカム構造体は、内燃機関より排出される排ガスの浄化を行う排ガス浄化フィルタ等として用いられている。
ハニカム構造体は、粘土質のセラミック材料を押出成形してハニカム成形体を作製し、そのハニカム成形体を乾燥させた後、焼成することによって製造される（特許文献１参照）。

上記ハニカム構造体は、用途によって求められる特性も異なる。例えば、ディーゼルエンジン用の排ガス浄化フィルタとして適用される場合には、排ガス中のパティキュレートを捕集するために高い気孔率が要求される。そのため、造孔材としてのカーボンを添加したセラミック材料を押出成形してハニカム成形体を作製し、焼成時にカーボンを焼失させることによって高い気孔率を得ていた。一方、ガソリンエンジン用の触媒担体として適用される場合には、そのような高い気孔率は要求されないため、カーボンの添加量はディーゼルエンジン用に比べて少ない。
つまり、ハニカム構造体においては、最終的に得ようとする気孔率によってカーボンの添加量が異なっていた。

しかしながら、ディーゼルエンジン用とガソリンエンジン用とのように、カーボン添加量が異なるセラミック材料を押出成形してハニカム成形体を作製し、これらを混在させて焼成すると以下のような問題が生じる。
すなわち、カーボン含有量が多いハニカム成形体ほど、焼成時に多くの燃焼熱が発生するため、炉内温度の急激な変化やばらつきが生じると共に、炉内温度を安定的に制御することができない。よって、単純にカーボン含有量が異なる複数種のハニカム成形体を混在させて同時に焼成することが困難であった。そのため、従来は、例えばカーボン含有量の高いものを投入した後にカーボン含有量の低いものを投入したい場合には、両者の間に充分な間隔を設けて、つまり被処理材を投入しない領域を設けて、炉内温度変化の影響を回避する必要があった。この場合には、生産性が低下するという問題があった。

このようなことから、最終的に得ようとする気孔率が異なる、つまりカーボン含有量が異なる異種のハニカム成形体を混在させて焼成する場合でも、これらを同時に安定的に焼成することができ、生産性の向上を図ることができるハニカム成形体の焼成方法が望まれている。

特開平８−７３２７４号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、カーボン含有量が異なる異種のハニカム成形体を混在させて同時に安定的に焼成することができ、生産性の向上を図ることができるハニカム成形体の焼成方法を提供しようとするものである。

本発明は、焼成後にコーディエライトとなるセラミック材料を押出成形することによって成形された、隔壁をハニカム状に配して多数のセルを設けてなるハニカム成形体を焼成する方法において、
複数のゾーンに分割され各ゾーン毎に温度調整可能な炉本体と、該炉本体内において順次連続的に被処理材を搬送可能な搬送手段とを有する連続炉を用い、
カーボン含有量が異なる異種の上記ハニカム成形体を混在させて上記連続炉に投入するに当たり、
上記連続炉において炉内温度が５００〜７００℃の範囲に調温される領域の搬送方向における長さに相当する領域を単位長さ領域とした場合、
上記連続炉に投入する上記ハニカム成形体の配列は、該配列を単位長さ領域ごとに分割して見た場合、該配列中の任意の位置における単位長さ領域に含まれる全ての上記ハニカム成形体の総重量に対するカーボンの含有量である総カーボン含有量Ａ重量％と、その後側の単位長さ領域における総カーボン含有量Ｂ重量％とが、｜Ｂ−Ａ｜≦５の関係を満たすように設定することを特徴とするハニカム成形体の焼成方法にある（請求項１）。

本発明は、上記構成の連続炉を用い、カーボン含有量の異なる異種の上記ハニカム成形体を混在させて焼成する方法であり、上記連続炉において炉内温度が５００〜７００℃の範囲に調温される領域の搬送方向における長さに相当する領域を単位長さ領域として設定している。つまり、上記ハニカム成形体に含有されるカーボンが燃焼して焼失し、それに伴う燃焼熱が発生する領域（以下、燃焼領域という）の搬送方向における長さに相当する領域を単位長さ領域として設定している。そして、この単位長さ領域を基準として上記連続炉に投入する上記ハニカム成形体の配列を規定している。

詳しくは、上記連続炉に投入する上記ハニカム成形体の配列は、該配列中の任意の位置における単位長さ領域に含まれる全ての上記ハニカム成形体の総重量に対するカーボンの含有量である総カーボン含有率Ａ重量％と、その後側の単位長さ領域における総カーボン含有率Ｂ重量％とが、｜Ｂ−Ａ｜≦５の関係を満たすように設定する。
すなわち、上記連続炉に投入する上記ハニカム成形体の配列を単位長さ領域ごとに分割して見た場合、各単位長さ領域間における総カーボン含有量の変化量が５％以下となるように、上記ハニカム成形体の配列を設定する。

そのため、上記連続炉内に上記ハニカム成形体を上記設定の配列で投入し、順次連続的に搬送して焼成を行うことにより、上記連続炉の上記燃焼領域では、カーボンの燃焼によって発生する燃焼熱の急激な増減を抑制することができる。そして、上記燃焼領域の炉内温度の急激な変化やばらつきを抑制することができ、上記燃焼領域の炉内温度を安定的に制御することができる。

これにより、カーボン含有量が異なる異種の上記ハニカム成形体を混在させて上記連続炉に投入しても、これらを同時に安定的に焼成することができる。そして、上記ハニカム成形体に含まれるカーボンを確実に焼失させて細孔を形成し、所望の気孔率を得ることができる。また、複数種の上記ハニカム成形体を同時に焼成することができるため、生産性の向上を図ることができる。

このように、本発明のハニカム成形体の焼成方法によれば、カーボン含有量の異なる異種のハニカム成形体を混在させて同時に安定的に焼成することができる。そして、生産性の向上を図ることができる。

本発明においては、上記総カーボン含有量Ａ重量％と上記総カーボン含有量Ｂ重量％との関係が｜Ｂ−Ａ｜＞５の場合には、上記連続炉の上記燃焼領域は、発生するカーボンの燃焼熱が急激に増えたり減ったりするおそれがある。そのため、上記燃焼領域の炉内温度の急激な変化やばらつきが生じ、カーボン含有量が異なる異種の上記ハニカム成形体を同時に安定的に焼成することができないおそれがある。

また、混在させる上記ハニカム成形体は、カーボン含有量が５〜４０重量％の高カーボンタイプと、カーボン含有量が５重量％未満の低カーボンタイプとの２種類とすることができる（請求項２）。
この場合には、例えば高カーボンタイプの上記ハニカム成形体を高い気孔率が望まれるディーゼルエンジン用の排ガス浄化フィルタとして、低カーボンタイプの上記ハニカム成形体を高い気孔率が要求されないガソリンエンジン用の触媒担体として適用することができる。すなわち、ディーゼルエンジン用の上記ハニカム成形体とガソリンエンジン用の上記ハニカム成形体とを同時に焼成することができ、生産性の向上を図ることができる。

また、上記連続炉における上記搬送手段は、上記ハニカム成形体を積載して順次前進する複数の台車を有しており、上記単位長さ領域は、上記台車１台又は複数台を連ねた領域に合致するよう設定することが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記単位長さ領域毎の上記ハニカム成形体の配列を上記台車１台又は複数台の単位で設定することができる。そのため、上記ハニカム成形体の配列の設定が容易となる。

また、上記各台車には、長手方向及び幅方向に複数個の上記ハニカム成形体を配置すると共に、上下方向にも複数段配置することが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記各台車に上記ハニカム成形体を効率よく配置することができ、より一層生産性の向上を図ることができる。また、カーボン含有量が異なる異種の上記ハニカム成形体の配置を様々に変えることができると共に、上記燃焼領域の炉内温度を様々な方法で制御することができる。

例えば、上記各台車における上下方向の各段ごとの上記ハニカム成形体に含有される合計のカーボン量は、下段に行くほど多くなるように設定することができる（請求項５）。
この場合には、カーボンの燃焼熱を上記各台車の下段から上段のほうへ循環させることにより、カーボンの燃焼熱を安定的に利用して上記燃焼領域の炉内温度を制御することができる。

また、上記各台車における上下方向の各段ごとの上記ハニカム成形体に含有される合計のカーボン量は、略同じになるように設定することができる（請求項６）。
この場合には、上記各台車の各段ごとのカーボンの燃焼熱が略同一となるため、上記燃焼領域の炉内温度のばらつきをより一層抑制することができる。

また、上記以外にも、上記各台車において、高カーボンタイプの上記ハニカム成形体と低カーボンタイプの上記ハニカム成形体とを交互に配置したり、高カーボンタイプの上記ハニカム成形体の周りを低カーボンタイプの上記ハニカム成形体で囲うように配置したりする等の様々な方法によって、上記燃焼領域の炉内温度を制御することができる。

（実施例）
本発明の実施例につき、図を用いて説明する。
本例においては、カーボン含有量の異なる２種類のハニカム成形体（第１ハニカム成形体及び第２ハニカム成形体）を作製し、これらを混在させて連続炉により焼成する。
以下、詳細について説明する。

本例においては、図１、図２に示すごとく、隔壁２１をハニカム状に配し、断面四角形状のセル２２を多数設けてなるハニカム成形体１を焼成する。ハニカム成形体１は、コーディエライトを主成分とするセラミックより構成されており、円筒形状を呈している。
このハニカム成形体１は、セラミック材料を押出成形機等により押出成形し、所望の長さで切断した後、乾燥させて作製したものである。セラミック材料としては、カオリン、溶融シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、タルク、造孔材としてのカーボンを含有し、化学組成が最終的にコーディエライトを主成分とする組成となるように調整したコーディエライト化原料を水に混合し、有機バインダ等を加えて混練したものを用いている。

そして、本例では、２種類のハニカム成形体１を作製した。
一方は、カーボンの含有率が２０重量％の第１ハニカム成形体である。第１ハニカム成形体は、焼成後の目標気孔率が６０％であり、例えばディーゼルエンジン用の排ガス浄化フィルタ等に適用されるものである。第１ハニカム成形体のサイズは、直径１４４ｍｍ、長さ１５２ｍｍ、隔壁の厚み０．３ｍｍ、セル数３００ｃｐｉメッシュである。

もう一方は、カーボンが含有されていない第２ハニカム成形体である。第２ハニカム成形体は、焼成後の目標気孔率が３０％であり、例えばガソリンエンジン用の排ガス浄化フィルタ等に適用されるものである。第２ハニカム成形体のサイズは、直径１０３ｍｍ、長さ１３０ｍｍ、隔壁の厚み０．０７５ｍｍ、セル数４００ｃｐｉメッシュである。
なお、これらの具体的なサイズは一例であり、用途に応じて様々なサイズがある。

次に、ハニカム成形体１の焼成に用いる連続炉について説明する。
連続炉３は、図３に示すごとく、複数のゾーンに分割された炉本体３１を有している。炉本体３１は、第１低温ゾーン３１１、燃焼ゾーン３１２、高温ゾーン３１３及び第２低温ゾーン３１４の４つのゾーンで構成されている。また、炉本体３１は、ゾーン毎に温度調整できるように構成されている。

また、図４に示すごとく、炉本体３１の各ゾーン３１１〜３１４の炉内温度は、ハニカム成形体１を焼成する焼成温度パターンに合わせて設定されている。本例の焼成温度パターンは、室温から６００℃まで昇温し、６００℃で保持することによってハニカム成形体１に含有されるカーボンを焼失させる。そして、１４００℃まで昇温し、１４００℃で保持した後、室温まで冷却する。トータルの焼成時間は６０時間である。

また、図５に示すごとく、連続炉３は、炉本体３１の搬入口３０（図３）から搬出口３９（図３）まで貫通するように設けられ、炉本体３１内において順次連続的に被処理材（本例ではハニカム成形体１）を搬送可能な搬送コンベア３２と、搬送コンベア３２によって順次前進する複数の台車３３とを有している。本例の台車３３は、長手方向及び幅方向に複数個のハニカム成形体１を配置することができる共に、上下方向にも載置棚３４を設けて複数段配置することができる。

ここで、図４に示すごとく、燃焼ゾーン３１２は、炉内温度を５００〜７００℃の範囲に調温される領域である。すなわち、燃焼ゾーン３１２は、ハニカム成形体１に含有されるカーボンが燃焼する温度範囲に調温される領域である。本例では、この燃焼ゾーン３１２の搬送方向における長さに相当する領域を単位長さ領域としている。そして、この単位長さ領域は、図５に示すごとく、ちょうど台車３３が１台分入る領域である。

次に、連続炉３を用いたハニカム成形体１の焼成方法について具体的に説明する。
まず、ハニカム成形体１（第１ハニカム成形体及び第２ハニカム成形体）を満載状態で積載した台車３３を、連続炉３の搬入口３０から順次連続的に投入する。このとき、投入する台車３３におけるハニカム成形体１の配列は、その配列中の任意の位置における台車３３に含まれる全てのハニカム成形体１の総重量に対するカーボンの含有量である総カーボン含有量Ａ重量％と、そのすぐ後側の台車３３における総カーボン含有量Ｂ重量％とが、｜Ｂ−Ａ｜≦５の関係を満たすように設定する。

なお、各台車３３におけるハニカム成形体１の積載位置は、上述した総カーボン含有量の関係式を満たす範囲であれば、どのように変更してもよい。１台の台車３３に積載する形態の例としては、図６（ａ）に示すごとく、下段に高カーボンタイプの第１ハニカム成形体１１を配置し、その上に低カーボンタイプの第２ハニカム成形体１２を配置してもよい。また、図６（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、長手方向に第１ハニカム成形体１１及び第２ハニカム成形体１２を１列又は２列ごとに交互に配置してもよい。

次いで、各台車３３を搬送コンベア３２上に載置し、それぞれ所定の温度に調温された第１低温ゾーン３１１、燃焼ゾーン３１２、高温ゾーン３１３及び第２低温ゾーン３１４の４つのゾーンを順次連続的に搬送する。そして、図４の焼成温度パターンによりハニカム成形体１を焼成する。最後に、各台車３３を連続炉３の搬出口３９から搬出する。
以上により、ハニカム成形体１を焼成する。

次に、連続炉３の燃焼ゾーン３１２における炉内温度を測定した結果を示す。
本例では、連続炉３に投入する台車３３の総カーボン含有量を連続的に０重量％から２０重量％まで５重量％刻みで増加させ、その後、２０重量％から０重量％まで５重量％刻みで減少させた。そして、これらの台車３３が通過したときの燃焼ゾーン３１２における炉内温度を時間の経過とともに測定した。その結果を図７に示す。

図７は、縦軸に温度（℃）、横軸に時間をとったものである。図中の温度変化線Ｅは、燃焼ゾーン３１２における炉内温度の経時変化を示している。
同図から知られるように、燃焼ゾーン３１２において、炉内温度の急激な変化は見られなかった。すなわち、燃焼ゾーン３１２の炉内温度は、カーボンの燃焼熱によって上昇するものの、５５０℃付近から６００℃付近まで徐々に上昇している。また、６００℃付近から５５０℃付近まで徐々に下降している。

このことから、各台車３３間における総カーボン含有量の変化量を５％以下とすることにより、カーボンの燃焼によって発生する燃焼熱の急激な増減を抑制することができることがわかる。また、燃焼ゾーン３１２の炉内温度の急激な変化やばらつきを抑制することができ、燃焼ゾーン３１２の炉内温度を安定的に制御することができることがわかる。

このように、本例の焼成方法によれば、カーボン含有量が異なる異種のハニカム成形体１（例えば、本例の第１ハニカム成形体及び第２ハニカム成形体）を混在させて連続炉３に投入しても、これらを同時に安定的に焼成することができる。そして、ハニカム成形体１に含まれるカーボンを確実に焼失させて細孔を形成し、所望の気孔率を得ることができる。また、複数種のハニカム成形体１を同時に焼成することができ、常時台車３３に満載状態で処理することができるため、生産性の向上を図ることができる。

（比較例）
本例では、実施例の比較として、連続炉３に投入する台車３３の総カーボン含有量を断続的に０重量％又は２０重量％に変化させ、これらの台車３３が通過したときの燃焼ゾーン３１２における炉内温度を時間の経過とともに測定した。その結果を図８に示す。
なお、その他の条件は実施例と同様である。

図８は、図７と同様に、縦軸に温度（℃）、横軸に時間をとったものである。図中の温度変化線Ｃは、燃焼ゾーン３１２における炉内温度の経時変化を示している。
同図から知られるように、燃焼ゾーン３１２において、温度の急激な変化が見られた。すなわち、総カーボン含有量が変化する際に、燃焼ゾーン３１２の炉内温度が５５０℃付近から６５０℃付近まで急激に上昇している。また、６５０℃付近から５５０℃付近まで急激に下降している。このことから、カーボンの燃焼によって発生する燃焼熱の急激な増減が生じていることがわかる。

このように、比較例の焼成方法では、カーボン含有量が異なる異種のハニカム成形体１を混在させて連続炉３に投入しても、これらを同時に安定的に焼成することができない。また、焼成後に所望の気孔率を得ることができない。

実施例における、ハニカム成形体を示す斜視図。 実施例における、ハニカム成形体を示す断面説明図。 実施例における、連続炉の構成を示す説明図。 実施例における、連続炉における焼成温度パターンを示す説明図。 実施例における、燃焼ゾーンを示す拡大図。 実施例における、ハニカム成形体の配列を示す説明図。 実施例における、燃焼ゾーンにおける温度変化を示す説明図。 比較例における、燃焼ゾーンにおける温度変化を示す説明図。

符号の説明

１ ハニカム成形体
１１ 第１ハニカム成形体
１２ 第２ハニカム成形体
２１ 隔壁
２２ セル
３ 連続炉
３１ 炉本体
３２ 搬送コンベア
３３ 台車
３１２ 燃焼ゾーン

Claims (6)

1. 焼成後にコーディエライトとなるセラミック材料を押出成形することによって成形された、隔壁をハニカム状に配して多数のセルを設けてなるハニカム成形体を焼成する方法において、
   複数のゾーンに分割され各ゾーン毎に温度調整可能な炉本体と、該炉本体内において順次連続的に被処理材を搬送可能な搬送手段とを有する連続炉を用い、
   カーボン含有量が異なる異種の上記ハニカム成形体を混在させて上記連続炉に投入するに当たり、
   上記連続炉において炉内温度が５００〜７００℃の範囲に調温される領域の搬送方向における長さに相当する領域を単位長さ領域とした場合、
   上記連続炉に投入する上記ハニカム成形体の配列は、該配列を単位長さ領域ごとに分割して見た場合、該配列中の任意の位置における単位長さ領域に含まれる全ての上記ハニカム成形体の総重量に対するカーボンの含有量である総カーボン含有量Ａ重量％と、その後側の単位長さ領域における総カーボン含有量Ｂ重量％とが、｜Ｂ−Ａ｜≦５の関係を満たすように設定することを特徴とするハニカム成形体の焼成方法。
2. 請求項１において、混在させる上記ハニカム成形体は、カーボン含有量が５〜４０重量％の高カーボンタイプと、カーボン含有量が５重量％未満の低カーボンタイプとの２種類であることを特徴とするハニカム成形体の焼成方法。
3. 請求項１又は２において、上記連続炉における上記搬送手段は、上記ハニカム成形体を積載して順次前進する複数の台車を有しており、上記単位長さ領域は、上記台車１台又は複数台を連ねた領域に合致するよう設定することを特徴とするハニカム成形体の焼成方法。
4. 請求項３において、上記各台車には、長手方向及び幅方向に複数個の上記ハニカム成形体を配置すると共に、上下方向にも複数段配置することを特徴とするハニカム成形体の焼成方法。
5. 請求項４において、上記各台車における上下方向の各段ごとの上記ハニカム成形体に含有される合計のカーボン量は、下段に行くほど多くなるように設定することを特徴とするハニカム成形体の焼成方法。
6. 請求項４において、上記各台車における上下方向の各段ごとの上記ハニカム成形体に含有される合計のカーボン量は、略同じになるように設定することを特徴とするハニカム成形体の焼成方法。

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