專利名稱：燒成體的制造方法及用于該方法的燒成爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燒成體的制造技術(shù)，更具體而言涉及用于由蜂窩形狀的生坯成型體(夂' 'J 一 >成形體)制造該形狀的燒成體的方法及用于該方法的燒成爐。
背景技術(shù)：
以往，蜂窩過濾器結(jié)構(gòu)體作為DPF (柴油微粒過濾器，Diesel particulatefilter)用等而廣為人知。該蜂窩過濾器結(jié)構(gòu)體通過將用擠出機制造的生坯成型體的一部分貫通孔的一端側(cè)用封口材料封住，同時將剩余的貫通孔的另一端側(cè)用封口材料封住，然后將其燒成從而來制造。專利文獻1中公開了用于制造陶瓷制品的連續(xù)加熱爐?，F(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻
專利文獻1:日本特表平9-502012號公報。

發(fā)明內(nèi)容
但是，DPF用的蜂窩過濾器結(jié)構(gòu)體一般以在具有剛性的殼體中收容的狀態(tài)使用。蜂窩過濾器結(jié)構(gòu)體的尺寸精度低時，容易產(chǎn)生由于熱應力等而導致在蜂窩過濾器結(jié)構(gòu)體上發(fā)生龜裂等的不良情況。因此，在將生坯成型體燒成的過程中，要求盡可能不發(fā)生變形。本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其目的是提供在蜂窩形狀的生坯成型體的燒成過程中能夠充分抑制成型體變形，且可以制造尺寸精度高的燒成體的方法以及用于該方法的燒成爐。本發(fā)明人對于蜂窩形狀的生坯成型體的燒成條件進行了反復深入研究，結(jié)果實驗發(fā)現(xiàn)，在將燒成爐內(nèi)升溫的過程中，在達到比較高的溫度條件(例如900°C)之前，即使有機物在成型體內(nèi)殘留，也可獲得合適的燒成體，由此完成了以下的本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種方法，其為由蜂窩形狀的生坯成型體制造該形狀的燒成體的方法，包括如下工序:制備含有無機化合物、有機粘結(jié)劑和溶劑的混合物的原料制備工序，將混合物成型而獲得生坯成型體的成型工序，一邊將氧濃度I飛體積％的氣體導入到收容了生坯成型體的爐內(nèi)一邊升高爐內(nèi)的溫度，獲得殘留有含碳物質(zhì)的成型體的第I加熱工序，在第I加熱工序之后，在爐內(nèi)不導入氧濃度I飛體積％的氣體而進一步升高爐內(nèi)的溫度，獲得燒成體的第2加熱工序，其中，設(shè)定第I加熱工序的處理條件，使得在存在氧的900°C的氣氛下放置第I加熱工序后的成型體時，該成型體的中心部的溫度比爐內(nèi)的氣氛的溫度高20°C以上。本發(fā)明的成型體的制造方法包括獲得殘留有規(guī)定量的含碳物質(zhì)(有機粘結(jié)劑或?qū)⑵浼訜岫傻奈镔|(zhì))的成型體的第I加熱工序。在第I加熱工序中，通過向爐內(nèi)導入氧濃度比空氣低的氣體(氧濃度廣5體積％)，可以防止有機粘結(jié)劑早期燃燒，在第2加熱工序中，可以在即將發(fā)生無機化合物燒結(jié)之前使足以保持成型體形狀的量的含碳物質(zhì)殘留。由此，在由生坯成型體獲得燒成體的過程中，可以充分抑制成型體變形，可以制造尺寸精度高的燒成體。在上述方法中，優(yōu)選的是，在爐內(nèi)的氣氛溫度達到50(T90(TC的時刻，停止將氧濃度Γ5體積％的氣體導入到爐內(nèi)，結(jié)束爐內(nèi)的氧濃度控制。結(jié)束第I加熱工序的爐內(nèi)氣氛的溫度可以設(shè)定在50(T90(TC的范圍內(nèi)。在第2加熱工序中，只要存在用于使成型體內(nèi)殘留的含碳物質(zhì)燃燒的氧即可，可以不特別地控制爐內(nèi)的氧濃度。本發(fā)明提供了一種燒成爐，其包括:收容成型體的爐主體,將爐主體內(nèi)的氣氛加熱的第I加熱裝置，將包含含碳物質(zhì)的氣體加熱而使該物質(zhì)燃燒的第2加熱裝置，連通爐主體的氣體出口與第2加熱裝置的第I配管，連通第2加熱裝置與爐主體的氣體出口的第2配管，根據(jù)爐主體內(nèi)的氣體中包含的含碳物質(zhì)的量，控制通過第I配管供給到第2加熱裝置的氣體的流量的裝置。上述燒成爐可以通過第I配管和第2配管使爐主體內(nèi)的氣體循環(huán)?？梢栽谕ㄟ^第I和第2配管構(gòu)成的循環(huán)路徑的中途配設(shè)第2加熱裝置。由于具備這種循環(huán)路徑，通過第2加熱裝置，將從爐主體排出的氣體中包含的含碳物質(zhì)燃燒。由此，該氣體中所包含的氧被消耗，可以使氧濃度下降至1飛體積％的范圍，可以通過第2配管將該氣體返送到爐主體內(nèi)。根據(jù)上述燃燒爐，通 過第2配管，將第2加熱裝置中獲得的氧濃度比空氣低的氣體(氧濃度I飛體積％)返送到爐主體內(nèi)，由此可以防止有機粘結(jié)劑早期燃燒，可以在即將發(fā)生無機化合物燒結(jié)之前使足以保持成型體形狀的量的含碳物質(zhì)殘留。由此，在將生坯成型體燒成的過程中可以充分抑制成型體變形，可以制造尺寸精度高的燒成體。需要說明的是，例如，通過調(diào)節(jié)經(jīng)由第I配管供給到第2加熱裝置的氣體的流量，可以調(diào)整通過第2配管返送到爐主體中的氣體的氧濃度。上述燃燒爐優(yōu)選進一步包括測定爐主體內(nèi)的氣體中所包含的含碳物質(zhì)的量的裝置。通過采用所述裝置，即使在改變形成生坯成型體的原料的組成的情況下，也能充分正確地把握應供給第2加熱裝置的氣體的流量。發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，在將蜂窩形狀的生坯成型體燒成的過程中，可以充分抑制成型體變形，可以制造尺寸精度高的燒成體。


圖1(a)為表示蜂窩結(jié)構(gòu)體用生坯成型體的一例的立體圖，(b)為生坯成型體的部分放大圖。圖2為表示本發(fā)明的燒成爐的合適的實施方式的構(gòu)成圖。圖3為表示將爐內(nèi)的氣氛溫度升溫至900°C之后，在900°C下保持一定時間，之后進行降溫時的成型體的中心部的溫度變化的圖。
具體實施例方式以下一邊參照附圖一邊詳細說明本發(fā)明的合適的實施方式。<生坯成型品>
圖1所示的生坯成型體70是通過將原料組合物擠出成型而獲得的。如圖1 (a)所示，生坯成型體70是多個貫通孔70a大致平行地配置的圓柱體。貫通孔70a的截面形狀如圖1(b)所示為正方形。這些多個貫通孔70a在生坯成型體70中從端面來看為正方形配置，即，貫通孔70a的中心軸以分別位于正方形的頂點的方式配置。貫通孔70a的截面的正方形的尺寸例如可以設(shè)定為邊長0.8^2.5_。將貫通孔70a的一端適當封孔之后，將生坯成型體70在規(guī)定的溫度下燒成，由此制造蜂窩結(jié)構(gòu)體。對生坯成型體70的貫通孔70a延伸方向的長度沒有特別限制，例如可以設(shè)定為4(T350mm。另外，對生坯成型體70的外徑也沒有特別限制，例如可以設(shè)定為10(T320mm。對形成生坯成型體70的原料組合物沒有特別限制，在制造DPF用的蜂窩結(jié)構(gòu)體時，包含作為陶瓷原料的無機化合物源粉末、和甲基纖維素等有機粘結(jié)劑以及根據(jù)需要添加的添加劑。從蜂窩結(jié)構(gòu)體的耐高溫性的觀點考慮，作為合適的陶瓷材料，可列舉出氧化鋁、硅石、莫來石、堇青石、玻璃、鈦酸鋁等氧化物、碳化硅、氮化硅等。其中，鈦酸鋁可以進一步包含鎂和/或硅。例如，在制造鈦酸鋁的生坯成型體時，無機化合物源粉末可以含有a-氧化鋁粉等鋁源粉末和銳鈦礦型、金紅石型的氧化鈦粉末等鈦源粉末，根據(jù)需要，可以進一步含有氧化鎂粉末、鎂氧尖晶石粉末等鎂源粉末和/或氧化硅粉末、玻璃料等硅源粉末。作為有機粘結(jié)劑，可列舉出甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥烷基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉等纖維素類；聚乙烯醇等醇類；木質(zhì)素磺酸鹽。作為添加物，例如可列舉出造孔劑、潤滑劑以及增塑齊IJ、分散齊IJ、溶劑。作為造孔劑，可列舉出石墨等碳材料；聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等樹脂類；淀粉、堅果殼、核桃殼、玉米等植物材料；冰；以及干冰等。作為潤滑劑和增塑劑，可列舉出甘油等醇類；辛酸、月桂酸、棕櫚酸、花生酸、油酸、硬脂酸等高級脂肪酸；硬脂酸鋁等硬脂酸金屬鹽、聚氧化亞烷基烷基醚等。作為分散劑，例如，可列舉出硝酸、鹽酸、硫酸等無機酸；草酸、檸檬酸、醋酸、蘋果酸、乳酸等有機酸；甲醇、乙醇、丙醇等醇類；聚羧酸銨等表面活性劑等。作為溶劑，例如，可以使用甲醇、乙醇、丁醇、丙醇等醇類；丙二醇、聚丙二醇、乙二醇等~■醇類；以及水等。生坯成型體70中含有的有機成分的合計量優(yōu)選相對于100質(zhì)量份生坯成型體70為1(T25質(zhì)量份，更優(yōu)選為15 20質(zhì)量份。有機成分的量低于10質(zhì)量份時，生坯成型體70的成型性容易變得不充分，燒成后的氣孔率容易變小。另一方面，有機成分的量超過25質(zhì)量份時，燒成體上容易產(chǎn)生裂紋?！礋蔂t〉
一邊參照圖2 —邊說明本發(fā)明的燒成爐的實施方式。圖2所示的燒成爐10包括:收容生坯成型體70的爐主體1，爐主體I內(nèi)的燃燒器(第I加熱裝置)la，將從爐主體I排出的氣體中包含的含碳物質(zhì)燃燒的后燃燒器(第2加熱裝置)，連通爐主體I的氣體出口 Ib與后燃燒器2的第I配管Pl，連通后燃燒器2與爐主體I的氣體入口 Ic的第2配管P2，以及在第I配管Pl的中途配設(shè)的流量調(diào)節(jié)閥5。

爐主體I優(yōu)選為可以將爐內(nèi)氣氛升溫至1500°C以上的爐。在爐主體I內(nèi)設(shè)置以LPG等為燃料的燃燒器la，可以通過燃燒熱使爐內(nèi)溫度升溫。雖然也取決于溫度條件、爐主體I的結(jié)構(gòu)，由于燃料的燃燒，爐內(nèi)的氧被消耗，從第I配管Pl排出的氣體的氧濃度降低到Γ δ體積％左右。需要說明的是，在此處例示了在爐主體I內(nèi)設(shè)置有燃燒器Ia的燃氣爐，但也可以使用電爐來代替燃氣爐。后燃燒器2在包含第I配管P1、第2配管P2的循環(huán)路徑的中途設(shè)置。通過第I配管Pl將爐主體I內(nèi)的氣體供給到后燃燒器2，由此可以使該氣體中包含的含碳物質(zhì)燃燒。該氣體中包含的含碳物質(zhì)來源于生坯成型體的原料中所含有的有機粘結(jié)劑或添加物。通過后燃燒器2的燃料和含碳物質(zhì)的燃燒，循環(huán)路徑內(nèi)的氣體的氧被消耗。通過調(diào)節(jié)第I配管Pl內(nèi)的氣體流量、后燃燒器2的燃燒條件，可以將通過第2配管P2返送到爐主體I中的氣體的氧濃度調(diào)整至廣5體積％。流量調(diào)節(jié)閥5配設(shè)在第I配管Pl的中途，可以根據(jù)流過爐主體I內(nèi)或第I配管Pl內(nèi)的氣體中所包含的含碳物質(zhì)的濃度來調(diào)節(jié)開度。作為測定氣體中的含碳物質(zhì)的量的裝置，可以利用烴測量儀、CO測量儀等。可以根據(jù)這些測定值手動調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥5的開度，也可以通過自動控制系統(tǒng)來調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥5的開度。作為自動控制系統(tǒng)，例如，使用具有如下裝置的系統(tǒng)即可:可計算應供給到后燃燒器2的氣體的流量的計算機、將流過爐主體I內(nèi)或第I配管Pl內(nèi)的氣體的含碳物質(zhì)的濃度測定值傳輸給計算機的裝置和根據(jù)計算機輸出的信號調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥5的開度的裝置。<燒成體的制造方法>
以下說明包括使用燒成爐10將生坯成型體70燒成而獲得蜂窩過濾器結(jié)構(gòu)體(燒成體)的工序的燒成體的制造方法。本實施方式的方法包括原料制備工序、成型工序、第I加熱工序和第2加熱工序。原料制備工序是制備含有無機化合物源粉末(無機化合物)、有機粘結(jié)劑和溶劑的原料組合物的工序。成型工序是將原料組合物成型而獲得生坯成型體70的工序。第I加熱工序是一邊將氧濃度I飛體積％ (優(yōu)選1.5^3.0體積％)的氣體導入到收容有生坯成型體70的爐主 體I內(nèi)，一邊升高爐主體I內(nèi)的溫度,獲得殘留有含碳物質(zhì)的成型體的工序。在第I加熱工序中，優(yōu)選的是，以廣30°C /小時的升溫速度，將爐內(nèi)氣氛升溫至 500 900。。。在存在氧的900°C的氣氛下放置第I加熱工序后的成型體時，設(shè)定第I加熱工序的處理條件，使得燒成中的成型體的中心部的溫度比爐內(nèi)氣氛的溫度高20°C以上。該溫度差更優(yōu)選為2(T50°C。該溫度差低于20°C意味著成型體內(nèi)殘留的含碳物質(zhì)的量少，在燒成過程中，不能充分保持成型體的形狀，另一方面，超過50°C時，在燒成過程中，容易發(fā)生由于該發(fā)熱而導致成型體破裂的不良情況。需要說明的是，爐主體I內(nèi)的氣氛溫度和燒成中的成型體的中心部的溫度例如可以使用熱電偶來測定。第I加熱工序中的處理條件(例如氧濃度、升溫速度和到第2加熱工序的轉(zhuǎn)移溫度)可以通過實施下述升溫試驗來決定:準備作為試料的具有與生坯成型體70相同組成和形狀的生坯成型體，將該試料在規(guī)定的條件下升溫至900°C之后，在900°C下保持，使試料內(nèi)殘留的含碳物質(zhì)燃燒的升溫試驗。在將溫度保持在900°C的階段中，試料的中心部的溫度Tl與爐內(nèi)的氣氛溫度T2 (=900°C)之差AT (=T1-T2)小于20°C時，進一步降低氧濃度，或進一步提高升溫速度，再次進行升溫試驗即可。另一方面，AT超過50°C時，進一步增大氧濃度，或進一步降低升溫速度，再次進行升溫試驗即可。一旦通過一次或多次升溫試驗確定第I加熱工序的處理條件之后，不需要每次在以間歇式燒成生坯成型體70時實施升溫試驗。例如,在改變生坯成型體70的組成等時，再次實施上述升溫試驗，調(diào)整第I加熱工序的處理條件即可。到第二加熱工序的轉(zhuǎn)移溫度根據(jù)生坯成型體70中含有的無機化合物的燒結(jié)性來決定即可。例如，使用容易燒結(jié)的無機化合物時，在較低的溫度下(500°C以上且低于700°C)轉(zhuǎn)移到第2加熱工序中即可。另一方面，使用難以燒結(jié)的無機化合物時，可以在較高的溫度下(700°C以上且900°C以下)轉(zhuǎn)移到第2加熱工序中。需要說明的是，該轉(zhuǎn)移溫度低于900°C時，在上述升溫試驗中，優(yōu)選盡可能快地由轉(zhuǎn)移溫度升溫至900°C，升溫速度設(shè)定為8(Tl00°C /小時即可。第2加熱工序，在第I加熱工序后，在爐主體I內(nèi)不導入氧濃度I飛體積％的氣體而進一步升高爐主體I內(nèi)的溫度，獲得燒成體的工序。為了停止上述氣體的導入，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥5即可。需要說明的是，在第2加熱工序中，只要存在用于使成型體內(nèi)殘留的含碳物質(zhì)燃燒的氧即可，可以不特別地控制爐主體I內(nèi)的氧濃度。在第2加熱工序中，優(yōu)選以5(Tl00°C /小時的升溫速度將爐內(nèi)氣氛升溫至130(Tl650°C，在該溫度下保持10分鐘 24小時。第2加熱工序之后，以f500°C /小時的降溫速率降低爐內(nèi)溫度，在變成室溫左右時，回收爐主體I內(nèi)的燒成體。根據(jù)本實施方式的方法，通過將氧濃度低于空氣的氣體(氧濃度I飛體積％)導入到爐主體I內(nèi)，可以防止有機粘結(jié)劑早期燃燒，在第2加熱工序中即將發(fā)生無機化合物的燒結(jié)之前可以使足以保持成型體的形狀的量的含碳物質(zhì)殘留。由此，在由生坯成型體70獲得燒成體的過程中，可以充分抑制成型體變形，且可制造尺寸精度高的燒成體。以上詳細說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明不限于上述實施方式。例如，在上述實施方式中例示了圓柱體的生坯成型體70，但成型體的形狀、結(jié)構(gòu)不限于此。生坯成型體70的外形形狀例如也可以是四角柱等角柱、橢圓柱。另外，貫通孔70a的配置也可以不是正方形配置，例如可以是大致三角形配置、大致六邊形配置等。此外，貫通孔70a的形狀也可以不是正方形，例如可以是大致三角形、大致六邊形、大致八邊形、大致圓形。<成型體的內(nèi)部溫度的測定>
準備圖1所示形狀的生坯成型體，進行確認第I加熱工序后的成型體內(nèi)殘留的含碳物質(zhì)的量的試驗。表I中示出了本試驗中準備的生坯成型體的原料組成。其中，表中的POAAE是聚氧化亞烷基烷基醚，使用二一 ^ (注冊商標，日油株式會社制)。[表 I]
權(quán)利要求
1.方法，其為由蜂窩形狀的生坯成型體制造該形狀的燒成體的方法，包括如下工序: 制備含有無機化合物、有機粘結(jié)劑和溶劑的混合物的原料制備工序， 將所述混合物成型而獲得所述生坯成型體的成型工序， 一邊將氧濃度I飛體積％的氣體導入到收容了所述生坯成型體的爐內(nèi)，一邊升高所述爐內(nèi)的溫度，獲得殘留有含碳物質(zhì)的成型體的第I加熱工序， 在所述第I加熱工序之后，在所述爐內(nèi)不導入氧濃度I飛體積％的氣體而進一步升高所述爐內(nèi)的溫度，獲得燒成體的第2加熱工序， 其中，設(shè)定所述第I加熱工序的處理條件，使得在存在氧的900°C的氣氛下放置所述第I加熱工序后的所述成型體時,該成型體的中心部的溫度比爐內(nèi)的氣氛的溫度高20°C以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述爐內(nèi)的氣氛溫度達到50(T90(TC時，停止將氧濃度f 5體積％的氣體導入到所述爐內(nèi)，結(jié)束所述爐內(nèi)的氧濃度控制。
3.燒成爐，其包括: 收容成型體的爐主體， 將所述爐主體內(nèi)的氣氛加熱的第I加熱裝置， 將包含含碳物質(zhì)的氣體加熱而使該物質(zhì)燃燒的第2加熱裝置， 連通所述爐主體的氣體出口與所述第2加熱裝置的第I配管， 連通所述第2加熱裝置與所述爐主體的氣體出口的第2配管， 根據(jù)所述爐主體內(nèi)的氣體中包含的含碳物質(zhì)的量，控制通過所述第I配管供給到所述第2加熱裝置的氣體的流量的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燒成爐，其進一步包括測定所述爐主體內(nèi)的氣體中所包含的含碳物質(zhì)的量的裝置。
全文摘要
本發(fā)明的燒成體的制造方法包括制備含有無機化合物、有機粘結(jié)劑和溶劑的混合物的原料制備工序，將混合物成型而獲得生坯成型體的成型工序，一邊將氧濃度1~5體積%的氣體導入到爐主體1內(nèi)一邊升溫，獲得殘留有含碳物質(zhì)的成型體的第1加熱工序，在第1加熱工序之后，在爐主體1內(nèi)不導入氧濃度1~5體積%的氣體而進一步升溫，獲得燒成體的第2加熱工序，其中，設(shè)定第1加熱工序的處理條件，使得在存在氧的900℃的氣氛下放置第1加熱工序后的成型體時，該成型體的中心部的溫度比爐主體1內(nèi)的氣氛的溫度高20℃以上。
文檔編號F27B5/16GK103180269SQ20118005252
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者山西修, 鈴木敬一郎 申請人:住友化學株式會社