電気炉概要

電気炉の用途

電気炉は主に金属やセラミック、ガラスの溶解や焼成などに用いられています。身近なところでは趣味の陶芸や陶器の焼成用に、工業用ではガラス製品から最新の半導体や宇宙開発用ロケットの耐熱板まで、日用品から生産設備の部品まであらゆる物の焼成に使用されております。
焼成には電気炉とガス炉を選択できますが、今では安全で、精度の良い制御が行える電気炉が幅広く使われています。


電気炉の構造

電気炉の加熱部の事を炉体と呼んでいます。炉体は温度を上げる発熱体と、それを保温する断熱材の組み合わせで構成されています。これに温度制御装置と電源部を組み合わせると、電気炉一式が出来上がります。この基本ベースに用途に合わせ、ガス導入口、排気口、真空・雰囲気容器、炉心管、昇降装置等を組み合わせ、試料焼成に最適な炉を構築します。


雰囲気による分類

大気炉
 (酸化雰囲気炉)

一般的な炉は大気中(空気中)で焼成します。発熱体の関係上、最高温度は1800℃ぐらいが限度です。炉の構造は比較的簡単です。


ガス雰囲気炉

炉内をガス雰囲気(窒素、酸素、水素、混合ガスなど)にして試料を焼成します。試料の酸化を嫌うときや、特殊な焼成に用います。炉の構造により最高温度は3000℃程度。ガス(雰囲気)の純度により、炉に気密性が求められ大気炉に比べ高価な炉になります。


真空炉

炉内を真空にして焼成する炉です。真空度は低真空から高真空域まで指定でき、その真空度によって付帯設備が変わってきます。温度は高温域まで可能ですが、減圧に耐える密閉ケースが必要なために、炉は非常に高価なものになります。


構造による分類

箱形炉

炉内が箱形(立方体)の炉です。使いやすさは一番ですが、炉体が大きくなると試料の出し入れに手間がかかり、取扱いに不向きな面もあります。


ルツボ炉

上部に蓋がついている炉です。試料の出し入れを上から行います。管状型、箱型が有ります。大型のものはピットの中に入れ、試料のセットを容易にしているものなどがあります。


管状炉

炉内が円筒状で、横型、縦型、縦横兼用型が有ります。また試料のセットが容易な割形もあります。大型のものは割形とし、キャスターやレールを付けて試料のセットを容易にしています。


連続炉
 (トンネル炉)

試料を自動で連続的に入り口から出口へ搬送し、焼成する炉です。炉体のゾーン分けと、搬送スピードにより、入口から出口までに温度条件を付けることが出来ます。搬送にはチェーンコンベアやプッシャーを使っているものが多く、単一製品の量産に向いています。


炉底昇降炉
 (エレベーター炉)

試料を載せている装置の下部が昇降します。温度分布が良く、また大量の試料でもセットが容易なため、比較的中型以上の炉に採用されている例が多いです。


ロータリーキルン

試料を回転させながら焼成を行う炉です。粉体の焼成などに向いており、試料を攪拌させるために焼きムラがありません。自動の試料投入装置と搬出装置を設ければ、連続炉と同じ働きをし、小型で済むと言われています。


台車炉

試料が載った台車ごと焼成する炉です。試料は台車に載せて出し入れしますので、試料のセットは比較的簡単です。大型炉で試料重量が重い時に有効です。


ヒーターの種類による分類

抵抗加熱炉

各種抵抗線に電流を流し発生するジュール熱による加熱方式の炉です。


誘導加熱炉

コイルから磁力線を発生させ、対象物を加熱させます。短時間で昇温できますが、試料に対し設備が大きくなり、ランニングコストも高くつきます。


直通電型電気炉

電極に直接電気を流し、温度を上げます。
アーク加熱・ソルトバス等。


発熱体の種類

金属発熱体

ニクロム線、カンタル線、白金線などがこの代表です。
ニクロム線、カンタル線(最高温度1200℃)は抵抗変化が少なく使いやすい発熱体です。
白金線(最高温度1500℃)は高価で低電圧大電流のためにトランスが必要です。小試料や局部的に温度を上げたいときに有効です。


炭化ケイ素

棒状、または筒状の発熱体です。最高温度1600℃ 使用期間による経年変化と温度による抵抗変化が大きく、ヒーター交換時は同一回路のヒーターは全品交換の必要があります。価格的には比較的安価。
商品名 シリコニット、テコランダム


二ケイ化モリブデン

主にU字型の発熱体、最高温度1800℃、1000℃以下の低温には不向きなのとガス雰囲気中では発熱体の持つ最高温度がでません。価格は高価です。
商品名 カンタル・スーパー


ランタンクロマイト

棒状の発熱体、大気中で最高温度(1900℃)を達成、急速昇温は出来ません。
商品名 ケラマックス


モリブデン

雰囲気、真空中で使用できる金属ヒーター。一度温度を上げると強度が弱くなりますので、取扱に注意が必要です。


カーボン 
 (グラファイト)

雰囲気、真空中で使用、大気中では燃えてしまいます。形状に自由性が有ります。最高温度3000℃


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