昔ながらの電気炉向け耐火物
株式会社 石川製作所では 古くから工業用電気炉向け部材の一端として、炉材となる耐火物を取り扱ってきました。
戦後まもなく、電熱機器の専門商社へと業界を大きく変化させたと同時に、丸型炉や角型熱板 等に代表される耐火物の販売を現在に至るまで継続して参りました。
当時、電気炉向け耐火物を製造する窯元が多く存在しました。
材料はシャモット(粘土)で、素焼きの陶器と同様です。
主成分は酸化ケイ素や酸化アルミニウム等で、天然に存在するありふれた材料から作られており、
その手軽さから多くの現場で作成･使用されました。
高度経済成長期を迎えてしばらくすると、発熱体の性能向上に合わせ、
より高温に耐えるセラミックスファイバー製のパネルヒーターやアルミナ製耐火煉瓦が台頭し、
昔ながらの耐火物は徐々に使われなくなりました。
しかしながら、手軽に使用できる耐火物の需要は根強く残っております。
現在においても、古い電気炉の保守や高コストのパネルヒーターまたはアルミナ製耐火煉瓦の代替品として、お客様から多くのご注文を頂いております。
電熱線一体成型のパネルヒーターは、電熱線が切れるとパネルごと交換しなければなりません。
耐火物は痛みが激しくない限り、電熱線の交換で対応出来る事からコストと保守･修理にかかる時間で優位性を保っております。
アルミ溶解炉をはじめ、焼成炉 乾燥炉 管状炉 坩堝炉など、規模を問わず使用実績がございます。
我々は、この根強い需要にお応えすべく、日本国内では珍しくなった耐火物製造業者と共に歩みを進めて参ります。
耐火物の製造現場と作例のご紹介
耐火物はどのように作成されているか、ほとんどの方が想像できなかったり、現場を見たことが無いと思います。
近代的な工場で次々と成形されて、短時間で大量生産されてるに決まっている。
小さな町工場で、昔ながらの流れ作業で作っているのではないか？
人それぞれ、様々な憶測が出てくるのではないでしょうか。
ところが、実際は完全な手作りなのです。
いわゆる陶芸と同じで、粉状の材料を水でこねて粘土状にして木型で成型、溝は手作業で掘り込み、天日乾燥を経て電気炉で焼成します。
工程を急ぐと成形不良や割れてしまったりと品質に影響が出てしまい、大量生産できません。
株式会社石川製作所は、事業の継続性と品質を守り続ける事を責務とし、窯元と連携して高品質の耐火物を皆様に販売いたします。
その現場と作例をご紹介いたします。
耐火物の作成現場
弊社と古くから付き合いがある、愛知県の神戸陶器です。
数年前に事業を引き継ぎ、瀬戸市に近い山あいに移転した直後の様子です。
瀬戸市周辺は瀬戸焼と呼ばれる食器や茶器の産地として有名です。
古くは鎌倉時代、南宋(中国)で陶法を学んだ加藤景正が良質な粘土を瀬戸地方で発見、山林からは薪を入手しやすい事からこの地で始まったと伝えられています。
近代においては、民生品向け以外にも工業用のセラミックス製品や一般磁器製の碍子を作成する企業が大小集まっています。
高度経済成長期を終え、日本のモノづくりが衰退した現代では数を減らしましたが、確かな基礎技術を引き継いだ力のある企業が、今もなお日本と世界を支え続けております。
神戸陶器も根強い耐火物需要に応じるべく、その一端を担って活動しております。
角型熱板と呼ばれる耐火物の手作り木型です。金型に比べ安価なのがメリットです。木型のみで複雑な形状を創り出すことは難しいので、成型後の手作業による溝加工が必須です。立体的な形状を創り出すには、加工手順と完成図を正確に想像する力が求められます。CADは用いず、基本的に図面も作成しません。
水を加えて混成した粘土を木型に踏み込んで成形します。体重をかけないといけませんのでとてもハードな作業です。
ただ体重をかければ良いという訳ではなく、型全体に粘土を行き渡らせ、空洞やひびを完全に無くすまで足裏の感覚を頼りに作業を行います。この作業は数十分続く事もあります。
角熱板の溝となる芯棒を引き抜いて溝を成形しながら、不要な仕切り壁やあまった粘土を粗削りします。型崩れせぬように、精神統一が求められる作業です。芯棒の引き抜きで無理な力をかけると粘土が芯棒に持っていかれて溝が歪んでしまいます。
角型熱板に用いる木型です。外形寸法に合わせた額縁の側面に、溝となる穴を空けて棒を差し込むと溝のベースとなります。寸法と溝数ごとに型が存在しますが、既存の型を流用して端面を切除する事により型が不要になる場合もあります。
二つ割丸型炉の木型です。木型の径が丸型炉の内径となり、肉厚を出せばその分外径を調整できます。高さは余った部分を切除する事で調整します。
丸炉には横溝と縦溝があり、横溝の場合は角熱板の型から粘土を抜いた後にこちらの木型に沿わせて円弧を作り出します。角熱板の木型から抜いた粘土の長さを合わせて丸型する製法は高い技術が求められます。
こちらは縦溝丸炉の木型です。高さ方向に対して溝が通っているので、横溝の成型方法より想像しやすいと思います。
ミシンの糸巻ボビンの様な形状で、穴に棒を通してから粘土をボビンの胴に肉を盛るように詰め込んで成型します。
あとは角熱板と同じように芯棒を抜いて、余った粘土を取り去ることで成型します。
角熱板の表面をかんなや自作の道具で均します。長年の経験と勘で焼成時の収縮を考慮し、絶妙な力加減で平面を創り出します。ここを見誤ると仕上がり外寸が狂ってしまうばかりでなく、互いに密着させて設置すると隙間が出来てしまうので炉内にピッタリと収まりません。
40年以上の経験を持つ、職人の技をご覧ください。
二つ割丸炉の溝を加工しています。彫刻刀のような道具も窯元の手作りです。溝の形状によって刃先の角度を変え、様々な道具を自由自在に扱います。
電熱線を溝に落とし込める立体的な溝は、削りすぎると寸法が狂うばかりでなく、仕切り壁が歪んだり割れてしまいます。職人の勘と経験で水平と立体を造形する高い技術が耐火物の品質を支えています。
小型の角熱板を成型しています。こちらの動画では手作業で木型に粘土を詰め込んで成型しています。
粘土が行き渡りにくい四隅は親指でしっかりと押し込み、余った粘土を取り去っては押し込む工程を十分に繰り返します。ひっくり返して裏面からも同様の工程を行います。
これにより密に粘土が詰まり、寸法公差と強度が高まります。
上半身の体重をしっかりかけて、リズミカルに繰り返し詰め込む作業はとても過酷です。
小型の角熱板 成形の続きです。裏面から粘土を詰め込んだのち、あふれた粘土を効率よく取り去ります。
平面となる部分は、木型の縁と面一で糸切りを使って切除します。
慎重に芯棒を抜き取って溝を成形し、木型から抜き取ります。
この後に上記の丸炉と同じ要領で、手作りの彫刻刀を用いて溝の開口加工を行います。
型から抜く際に、水分を含んだ粘土が自重で反ってしまう事がある為、緊張感が高まる作業です。
成形後に行う、天日乾燥の風景です。
乾燥炉を使って急激に乾燥させると成形不良やクラックを起こすため、昔ながらの天日乾燥と陰干しで十分に水分をとばします。
水分を多量に含んでいるため灰褐色ですが、乾燥が進むと徐々に色味が明るく変化します。
天日でも反りが発生するため、ある程度の重しをかけてじっくりと自然乾燥させます。電気炉で焼成を行う前の手を抜けない重要な工程で、天候に左右される時間のかかる作業です。
納期をいただく理由の一因となりますのでご了承ください。
天日乾燥を終えた、電気炉での焼成を待つ特注角熱板です。
天日乾燥後に屋内で一定期間陰干し状態を維持します。
この段階になると大部分の水分が抜けるため、寸法の収縮が落ち着き、本来の寸法と硬さに近づいてきます。
灰褐色から白に近いライトグレーへの変色は、水分が十分に抜け、焼成の準備が整った事を表しています。
乾燥工程を終えて、電気炉で焼成します。
神戸陶器では大小2台の電気炉で焼成しております。
炉内寸法に限りがあり、焼成する量に限度がありますが、少しでも納期を短縮する様に稼働スケジュールを設定しております。
※弊社ではこの様な電気炉作成も承ります。電気炉と制御盤一式でご対応可能ですのでお問い合わせください。
空の電気炉内の様子です。
底面には耐火物と同じ材質で出来たスノコの様なものを敷き、その上に焼成物を配置します。
底面と扉、左右と奥側の壁面に張り付けてあるものが電熱線です。電気を流すと1000℃以上に発熱します。
電熱線はオレンジ色になるまで赤熱し、蓋を閉めても熱が断熱材を突き抜けて電気炉自体が熱くなります。
夏場は工場が灼熱地獄となり、過酷な環境下で作業を行っています。
焼成物を電気炉内に配置します。
電気炉の炉内温度はなるべく均一になるように設計されておりますが、焼成物の量や形により空気の量や熱の回り方が異なります。
それぞれのクセを経験で見分けながら効率よく配置して、熱の巡りを考慮する事で満遍なく熱が入ります。
これにより、品質の向上を図ると同時に焼成ミスを可能な限り防止します。
ご覧の通り炉内が狭く、一度に焼成できる数には限りがあります。
生産能力に限界があります事をご理解下さい。
蓋を閉めて焼成を開始します。
製品の耐熱温度により材料の配合を決め、肉厚や形状とどれだけの量を同時に焼成するか、十分に検討した上で、焼成温度と時間を決定します。
耐熱温度は1000℃(普通) 1200℃(特) 1300℃(特々)の3種類があり、それぞれ焼成時間と温度が少しづつ異なりますので混在させて焼成できません。
炉内の温度は1200℃前後で、18時間程度焼き続けます。
小型の電気炉に入っていた耐火物が焼きあがりました。
水分が完全に抜け、主成分である酸化アルミニウムと酸化ケイ素が熱で変性する事で硬く焼き締まり、きれいな白色となります。
耐火物やセラミックス製品は、焼成後に蓋を開けて初めて完成失敗が分かります。
ごく稀に、割れや変形などが発生する場合がありますが、陶芸と同様で宿命ともいえる事象です。
納期でご迷惑をおかけする場合があります事をご留意ください。
長年にわたり従事してきた職人でも蓋を開けるときは緊張する様で、きれいに焼けた耐火物たちを目にすると喜びと安堵の気持ちがあふれると言います。
冷却後に変形や割れ、想定以上の熱収縮が無き事を確認して十分な梱包を施し、弊社やお客様の手元に直送されます。
これらの耐火物はパネルヒーターやアルミナ煉瓦の様にスベスベとした質感と異なり、多少ザラついた質感です。
製品の性質上、薄いクラック状の線が入る事がありますが、ほとんどの場合は品質に問題はありません。
特注 熱板の作例
弊社では規格品以外にも、各種形状の特注耐火物を作成可能です。
異形品も作成可能な場合があります。
下記に作例を掲載いたしますのでご覧ください。
大型の丸型熱板です。円筒状のワークを底面から加熱するのに適しています。
渦巻き状の溝は、電熱線の総延長を稼ぐ事が目的で、高い熱容量を組み込めます。効率の良い加熱、温度ムラの低減を熱設計に組み込んだ仕様です。
径は小さいですが、厚みを持たせた丸型熱板です。
重量がありますので安定した設置が可能です。
厚手の熱板は焼成時の熱の入り方に制限がありますので、お見積り時に窯元と相談となります。
成型を終える直前の特注角熱板です。
角熱板は長手方向に溝を切るのが一般的ですが、こちらは幅方向に切ってあります。
ワット密度の設計に合わせて溝径と溝数を規定した形状です。
角熱板を立てて使用する場合は、溝と地面が並行になるように設置してください。
焼成を終えて出荷を待つ角型熱板です。
弊社の規格品以外も縦寸 横寸 厚みに加え、溝径 溝数を指定した特注品が可能です。
こちらの熱板には取付穴がありませんが、両サイドのご希望の位置に設ける事が可能です。
天日乾燥中の、6角柱型羽根つき炉です。
内径は円形で縦溝のユニークな形状です。
両方に突き出た羽が炉体の回転を防ぎ、平面で炉体を支える安定した設置を目的とした設計です。
このような縦溝の炉は寝かせて使用します。
立てて使用してしまうと、電熱線が自重で垂れ下がり線同士が接触してショートしてしまいます。
立てて使用する場合は横溝をご用命ください。
焼成を終えた、8角柱型の炉です。
こちらは羽がありませんが、合わせ目に段付き加工が施されており、装置の化粧板と炉の内壁が面一になるような設計です。
両端の溝から外周に伸びる溝は、電熱線のリード導入孔です。
お好みの位置に炉内温度管理用の熱電対導入孔を設ける事も可能です。
片方の端部を円弧加工した縦溝二つ割丸炉です。
特殊な運用方法に対応するための炉口の異形加工、外周の段付き加工、電熱線リードを導入するスリット加工、各種形状の穴を設ける事も可能ですのでお問い合わせください。
こちらは横溝二つ割丸炉の炉口円弧加工品です。
二つ割の両ピース共に90°分立体的に抉りました。
ワークの炉内導入方法に合わせた立体加工を実現しました。
その他、フランジ付きの角パイプ型、土管の様な形のフランジ付き円柱形状も作成実績がございます。
珍しいものでは、円筒の外周に溝を掘った形状も実績がございますのでお問い合わせくださいませ。
特注耐火物のお見積依頼について
各種形状、単純な板状から異形品まで特注耐火物の作成を承ります。
原則、お客様には可能な限り詳細な略図を作成いただきます。
文章でのご依頼だと相違が発生してしまうためです。
ご依頼にあたり、ポイントを下記に記しますので参考にしてください。
●耐熱温度
下記の表を参考に耐熱温度を指定してください。
通常は考えられる最高使用温度に合わせますが、1ランク上を選んでいただくと、耐久性が増す可能性があります。
普通 | 高温用（特） | 高温用（特々） | |
アルミナ（Al2O3） | 31.00％ | 49.60％ | 55.00％ |
シリカ硅酸（SiO2） | 63.50％ | 45.30％ | 40.00％ |
酸化鉄（Fe2O3） | 2.20％ | 2.00％ | 1.80％ |
ケイ酸カルシウムCaO | 1.10％ | 1.10％ | 1.10％ |
最高使用温度 | 1,000℃ | 1,200℃ | 1,300℃ |
●角型熱板
・縦寸 横寸 厚さに加え、溝径と溝の本数をご指定下さい。
・ネジ止め孔が必要であれば、その位置やざぐり加工の有無をご指定下さい。
●二つ割丸炉
・縦使いの場合は縦溝、寝かせて使う場合は横溝か縦溝をご指定いただけます。
・縦使い専用で らせん溝 もご指定いただけます。
・外径 内径 高さに加え、溝径と溝の本数をご指定下さい。
●その他形状や共通事項
・熱電対導入孔や電熱線リード導入孔、またはスリット加工。
・溝のピッチ。
・異形品であれば角度なども詳細にご指定下さい。
・特注品にも電熱線を組み込めます。鋼種や線径、電圧 容量 などご相談可能です。
●注意事項
・製造上の都合上、ご希望通りの寸法を実現できない場合があります。
・なるべく近しい形状でご提案いたしますが、寸法の変更や、大型品の場合は分割対応になる場合があります。
・焼成物ですので、必ず多少の寸法公差が発生しますのでご注意ください。
・お見積は設計が伴います。お時間を頂きますのでご了承ください。特に納期が決まっている案件は特にご注意ください。
納期に合わせる事が不可となる場合があります。
・ご注文いただいた場合、納期は最善を尽くしてご対応いたします。
しかしながら、ごく稀に焼成時の割れや変形で再作成になる場合がありますので必ずご留意ください。
納期や工期に余裕を持っていただく様、お願いいたします。
●ご依頼方法
情報がまとまりましたら、下記バナーからメールフォームにてお問い合わせください。
後日、担当者からメールを差し上げます。
担当者に資料をお送りいただき、打ち合わせに入らせていただきます。