JP2002146437A

JP2002146437A - 熱間加工用支持体

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Publication number: JP2002146437A
Application number: JP2000341123A
Authority: JP
Inventors: Masaru Okamoto; 優岡元; Hiroshi Mori; 博森; Hiroaki Nihonmatsu; 浩明二本松; Setsuo Kuromatsu; 節夫黒松
Original assignee: KUROMATSU DENKI SEISAKUSHO KK; NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Current assignee: KUROMATSU DENKI SEISAKUSHO KK; NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-05-22
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: JP4270739B2

Abstract

(57)【要約】【課題】交換対応性があり、炉心管内の各部分におけ
る要求特性に応じた材質を用いることができるために長
期安定性に優れる熱間加工用支持体、及び該熱間加工用
支持体を使用するために信頼性に優れる誘導加熱炉を提
供する。【解決手段】被加熱体４を炉心管１１の外部から誘導
コイルによって加熱する熱間加工用支持体１である。被
加熱体４を載置する第一支持部材２と、当該第一支持部
材２を保持する第二支持部材３からなり、当該第一支持
部材２を被加熱体４の搬送方向に対し、複数に分割す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、建設機
械、電機製品、農業機械等の各種部品を、例えば鍛造
（塑性）加工によって製造する際に、被加熱体であるビ
レット材等の鋼材を加熱するために使用される熱間加工
用支持体及び該熱間加工用支持体を使用した誘導加熱炉
に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種機械部品を温熱間鍛造加工によっ
て製造する際には、被加熱体であるビレット材が、予
め、加熱炉によって加熱された後に、鍛造加工されるよ
うになっている。このような鍛造加工用加熱炉として
は、燃焼式加熱炉に替わって、図４に示すような、誘導
加熱炉が普及している。誘導加熱炉は、ビレット材４が
搬送される炉心管１１にコイルを巻回した構造をとり、
当該コイルに通電することによって、炉心管内を搬送さ
れるビレット材４が電磁誘導加熱される仕組みとなって
いる。即ち、当該炉心管１１は被加工材であるビレット
材４を熱間加工する際の支持体として機能している。

【０００３】そのような熱間加工用支持体は、目的に
応じて、実公平２−４１２０号公報、実公昭６２−１３
７２２号公報に開示されたような単管構造、特開平１０
−２７２５３４号公報に開示されたような二重管構造
等、種々の形状のものが用いられるが、これらの熱間加
工用支持体を構成する材質としては、熱効率を向上さ
せ、強度を確保する観点から、高熱伝導率、高強度、高
輻射率を有し、アルカリ、アルミニウム、炭酸ガス、酸
化雰囲気等に対する耐磨耗性に優れる、炭化珪素質の耐
火セラミックを使用することが好ましいとされている
（特開平１０−２７２５３４号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱間
加工用支持体の材料として炭化珪素質の耐火セラミック
を用いた場合でも、耐食性、耐衝撃性が不足しているた
めに該支持体が腐食し、或いは破損する等の問題が生じ
る場合があり、未だ熱間加工用支持体を構成する材料と
しての必要条件を充分に満足しているとは言えなかっ
た。

【０００５】そのような腐食、破損等は、後に説明す
るように、熱間加工用支持体の加熱温度が高いほど発生
しやすく、特に炉心管の出口から１００〜５００ｍｍの
領域において、大きさ２０〜１００ｍｍ程度の損耗が局
部的に発生することが分かっている。従来、誘導加熱炉
の炉心管は、一本の長さが３００〜８００ｍｍ程度の熱
間加工用支持体を複数本並べることにより構成されてい
るが、その一部のみが損耗し、健全な部分が多く残って
いる支持体を、一本丸ごと交換しなければならないこと
が問題となっていた。

【０００６】そこで、実用新案登録第３０５７１９８
号公報には、熱間加工用支持体を底部材とその他の部分
に分割し、該底部材に、一体的に作られた、被加熱体を
摺動させるレールを設けた誘導加熱装置が開示されてい
る。これは、分割された底部材の２本のレール上の突起
により被加熱体を支えるが、レール部分に破損や消耗が
生じた場合には、底部材のみを交換できるようにするこ
とで、破損等があっても交換作業が簡易に行え、経済性
及び省資源性の向上が図られるとされている。

【０００７】しかしながら、この誘導加熱装置では、
レール部分に破損や消耗が生じた場合には分割された底
部材のみを交換できるが、熱間加工用支持体全長におい
て一律に同じ材質及び同じ長さの底部材を用いており、
前述したような、破損等が生じやすい部分とそうでない
部分を考慮していないと思われる。従って、破損等が生
じることが前提であり、破損が生じやすい部分について
は度々交換を要することになると考えられる。しかも、
一律に同じ長さの底部材を用いていることから、破損し
た部分のみを無駄なく交換することはできないと考えら
れる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、交換対応性及び耐反応性の高い熱間
加工用支持体及び該熱間加工用支持体を使用してなる誘
導加熱炉を提供することにある。

【０００９】即ち、本発明によれば、被加熱体を炉心
管の外部から誘導コイルによって加熱する熱間加工用支
持体であって、被加熱体を載置する第一支持部材と、当
該支持部材を保持する第二支持部材からなり、当該第一
支持部材が、被加熱体の搬送方向に対し、複数に分割さ
れていることを特徴とする熱間加工用支持体、が提供さ
れる。

【００１０】本発明の熱間加工用支持体は、前記第一
支持部材の表層として、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニ
ア、又は炭化クロムのうち少なくとも１種からなること
が好ましい。前記第一支持部材の長さとしては、１０〜
３００ｍｍであることが好ましい。また、前記第一支持
部材は、単層若しくは複層にて構成されていてもよく、
第一支持部材が複層にて構成されている場合には、その
表層の厚みは、２ｍｍ以上であることが好ましい。第二
支持部材としては、炭化珪素質、窒化珪素質、若しくは
金属珪素含浸炭化珪素質の焼結体からなることが好まし
い。更に、本発明によれば、上記した熱間加工用支持体
を使用してなる誘導加熱炉、が提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、誘導加熱炉の一般的な構
成について図面を参照しながら概説した上で、本発明の
熱間加工用支持体１について詳細に説明する。但し、本
発明は図示の実施例に限定されるものではない。

【００１２】図４は、誘導加熱炉の一般的な構成を示
す縦断面図である。誘導加熱炉は、炉心管内部を電磁誘
導により加熱する加熱炉であって、例えば円筒状のビレ
ット材４等を鍛造加工するために用いられるものであ
る。

【００１３】誘導加熱炉は、炉心管１１を外殻１４で
固定してなる複数の熱間加工用支持体１（以下、単に
「支持体」という。）からなり、各支持体は、ビレット
材４を所定温度に加熱するために必要な長さになるよう
に、所定の個数が並列されている。また、各支持体１
は、ビレット材４を連続的に送り込めるように炉心管１
１開口部が一致するように、水平方向に並列されてい
る。

【００１４】炉心管１１は、図示の如くビレット材４
が送り込まれる側の開口端にフランジ部１１ａが設けら
れる場合もあるが、フランジ部１１ａ以外は一定の厚さ
を有する管状構造になっている。また、炉心管１１の外
周面は、全体にわたって、断熱材１２によって覆われて
いる。

【００１５】炉心管１１には、断熱材１２を介して銅
製のコイル導管１３が巻回されている。このコイル導管
１３は、断面四角形の中空パイプ状になっており、その
外周面は絶縁材によって被覆されている。更に、コイル
導管１３の内部には、冷却水が通流されるようになって
いる。

【００１６】炉心管１１は、ノンアスベスト等の耐熱
材によって構成された外殻１４の中心部に、水平状態に
架設されて、各端部がアルミナセメント１５によって、
外殻１４に固定されている。

【００１７】誘導加熱炉においては、コイル導管１３
への通電による電磁誘導によって炉心管１１内部が加熱
される。従って、誘導加熱炉入口側の炉心管１１開口部
からプッシャー、ピンチローラー等によって炉心管１１
内にビレット材４を連続的に送り込むことにより、例え
ば図３に示すような炉心管構造を有する誘導加熱炉にお
いては、ビレット材４が、各支持体２１・２２・２３の
炉心管１１内を順番に通過し、順次加熱され、最後の支
持体２３における炉心管１１内では、１２００℃程度の
高温に加熱される。

【００１８】図３は、誘導加熱炉において、３本の支
持体２１・２２・２３によって炉心管１１を構成した場
合の模式図である。例えば、この炉心管内でビレット材
４を１２００℃まで温めていく場合には、およそ第２支
持体２２の中間部分において、その温度は１１００℃を
超えることになる。誘導加熱炉の支持体は、目的に応じ
た材質を用いてはいるが、この１１００℃以上になる領
域において、溶損や摩耗による腐食が観察されている。

【００１９】そこで、本発明の熱間加工用支持体１
は、図１、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、
被加熱体を載置する第一支持部材２と、該第一支持部材
２を保持する第二支持部材３から構成し、該第一支持部
材２を被加熱体の搬送方向に対し、複数に分割するよう
にする。このようにすることで、腐食の予想される温度
領域に交換対応性の高い前記第一支持部材２を配置して
おくことができ、無駄なく容易に炉心管を修復すること
ができる。本発明の熱間加工用支持体は、誘導加熱炉の
炉心管全長において使用できることはもちろんである
が、炉心管の一部にのみ使用してもよい。前述したよう
に、支持体の損耗の生じやすいのは炉心管が高温になる
出口側であり、この部分に本発明の支持体を適宜使用す
ればよいと考えられる。即ち、実際の誘導加熱炉それぞ
れに応じて、コストが最小限になるように従来の支持体
と、本発明の支持体を組み合わせてもよいということで
ある。

【００２０】このとき、第一支持部材２としては、窒
化珪素、炭化珪素、ジルコニア又は炭化クロムのうち少
なくとも１種からなることが好ましい。第一支持部材２
は、加熱されたビレット材４による溶損や摩耗に強く耐
反応性の高い、これらの材質材質により作製されてお
り、しかも、炉心管１１内の要求特性の厳しい部分に対
応できる、幾つかの材質により作製されているので、そ
の要求特性に応じ、且つコスト面を考慮した上で、適
宜、各材質の支持部材を配置することができる。尚、こ
れらの材質は、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、炭化
クロムの順でより耐反応性が高くなるので、その順に温
度条件的に厳しい部分に当てはめていくと好適となる。

【００２１】また、第一支持部材２の長さとしては、
１０ｍｍから３００ｍｍであることが好ましく、更に
は、損耗の生じやすい温度領域においては、第一支持部
材２の長さとして、２０ｍｍから１００ｍｍであること
が好ましい。

【００２２】誘導加熱炉においては、前述したよう
に、支持体が１１００℃以上になる領域において損耗が
発生し、特に最高温度付近、即ち、炉心管出口付近にお
いて損耗が激しくなる。その損耗は、加熱炉の設計及び
処理する被加熱体４の径により変化するが、炉心管出口
から約１００ｍｍから５００ｍｍ程度の部分で顕著とな
り、損耗の状態としては、支持部材の表層が被加熱体と
接触している形状で削られるように摩耗していく。その
損耗は、被加熱体の搬送方向に対して、２０ｍｍから１
００ｍｍ程度の大きさで発生することが、これまでに使
用された炉心管の観察により分かっている。

【００２３】これらのことより、損耗が発生しにくい
部分においては、第一支持部材２を３００ｍｍまで長く
することにより、該支持部材の生産コストを下げ、第一
支持部材２の安定性を向上させることができる。これ以
上長くすると、一つの支持部材中に破損の発生の可能性
が高くなり、破損の生じた部分だけ交換できるという本
発明の効果を失うことになる。また、第一支持部材２が
１０ｍｍより短いと、第二支持部材３上に該第一支持部
材２を安定的に保持することは困難となり、また、被加
熱体４による衝撃に対する抵抗も弱くなってしまう。更
に、損耗が発生しやすい部分においては、第一支持部材
２を２０から１００ｍｍの長さの部材とすると、その発
生する損耗に応じて、無駄なく部材を交換でき、また、
載置される温度に応じた材質により作製された該支持部
材を適宜用いることができることとなる。

【００２４】本発明の熱間加工用支持体１における実
施形態としては、特に制限はないが、例えば図２
（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、第一支
持部材２として、被加熱体４に接する面がＶ字形をして
いるものが好ましい。本発明において想定している被加
熱体４は円柱形状のものであるので、図６（ａ）、図６
（ｂ）に示すように、第一支持部材２がＵ字状若しくは
平板状であると一点での接触となり接触面圧が上昇し損
耗しやすくなるからである。これに対し、第一支持部材
２がＶ字状であれば、図５に示すように、接触面５が２
点となり接触面圧が低下することから損耗をより防ぐこ
とができることとなる。

【００２５】また、第一支持部材２を支える第二支持
部材３としては、第一支持部材２の安定性の面から該第
一支持部材２の下面と同一の形状をとり、できるだけ隙
間なく接することができる形状をとることが好ましく、
図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、Ｕ
字状、半円状、若しくはＶ字状の形状であることが好ま
しい。これは、第二支持部材３の周囲を包んでいる加熱
コイル１３が円形状をしているため、第二支持部材３も
円形状に近い方が断熱層を多くとれるためである。

【００２６】支持体を単に短く分割するだけでは、被
加熱体が該支持体上を圧力かけながら移動していく際
に、その衝撃や摩擦により分割体が移動したり、破損す
る可能性が大きく、その場合には、誘導コイルに偏った
荷重がかかり、コイルの変形や破損につながる可能性が
ある。本発明では、以上説明した実施形態のように、荷
重、衝撃に対する対策として第二支持部材３を使用し、
耐反応性を第一支持部材２にて付与するという構成を採
用することにより、使用に耐えうる安定性を実現し、更
に長寿命を実現することができた。

【００２７】本発明において、第一支持部材２は、単
層若しくは複層にて構成されていてもよい。複層で構成
される場合には、前述したように、その表層面が窒化珪
素、炭化珪素、ジルコニア又は炭化クロムのうち少なく
とも１種からなることが好ましい。表層ではない、第二
支持部材３に接する層においても、表層と同様の材質で
あってもよく、また、後述する第二支持部材３と同様の
材質であってもよい。複層で構成された第一支持部材２
の作製方法としては、あらかじめ分割しておいた各成形
体をそれぞれ焼成し、次いで、該各成形体を適当に加工
して組み合せるとよい。このように、第一支持部材２が
複層に構成されている場合は、第一支持部材２の表層の
厚みは、２ｍｍ以上であることが好ましい。該表層は、
被加熱体と接触するため、耐反応性及び耐衝撃性を必要
とするためである。

【００２８】また、本発明の第二支持部材３として
は、窒化珪素質、炭化珪素質、若しくは金属珪素含浸炭
化珪素質の焼結体からなることが好ましい。第二支持部
材３は、支持部材を載置する支持体の構成部分であるた
め、少なくとも被加工材の加熱条件（温度、雰囲気等）
における強度と高い熱伝導率を有する材質で構成するこ
とが必要であり、この他にも耐熱性、耐衝撃性、及び耐
食性を備えた材質で構成することが好ましく、均一かつ
速やかな加熱を担保するべく比熱が小さい材質により構
成することが好ましい。

【００２９】従って、本発明においては支持体の第二
支持部材３を耐火セラミックの中でも特に上記特性に優
れる炭化珪素質（以下、「ＳｉＣ質」と記す。）、窒化
珪素質（以下、「Ｓｉ₃Ｎ₄質」と記す。）、若しくは金
属珪素含浸炭化珪素質（以下、「Ｓｉ−ＳｉＣ質」と記
す。）からなる焼結体により構成することとした。な
お、本発明の支持体は第二支持部材３上面に支持層を形
成するため、第二支持部材３については耐摩耗性や被加
工材との反応性を考慮する必要はない。

【００３０】ＳｉＣ質焼結体としては、例えばＳｉＯ
₂結合のＳｉＣ焼結体やＳｉ₃Ｎ₄結合のＳｉＣ焼結体等
が、Ｓｉ₃Ｎ₄質焼結体としては、例えばＳｉ₃Ｎ₄原料粉
末に、イットリア等の焼結助剤を添加混合して成形後、
焼成して得られるＳｉ₃Ｎ₄焼結体等が挙げられる。

【００３１】上記いずれの焼結体もＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄
のみで構成されている必要はなく、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄を
主成分とするもの、具体的にはＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄が７５
重量％以上焼結体中に含まれているものであれば足り
る。なお、第二支持部材３としてより高い熱伝導性が要
求される場合にはＳｉＣ質焼結体を、耐衝撃性が要求さ
れる場合にはＳｉ₃Ｎ₄質焼結体を選択することが好まし
い。

【００３２】Ｓｉ−ＳｉＣ質焼結体とは、金属Ｓｉ及
びＳｉＣを構成成分として含む焼結体をいい、例えば本
出願人が既に開示した、ＳｉＣ粉体、黒鉛粉、有機質バ
インダー及び、水分又は有機溶剤を含有してなる成形用
原料を成形し、当該成形体を金属Ｓｉ雰囲気で、かつ減
圧の不活性ガス雰囲気又は真空中において、１３５０〜
２５００℃で焼成してなるＳｉ−ＳｉＣ質焼結体等が挙
げられる（特開平５−２７０９１７号公報）。Ｓｉ−Ｓ
ｉＣ質焼結体は熱伝導性、強度に優れるため、本発明の
支持体を構成する第二支持部材３として特に好適に用い
ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によ
れば、熱間加工用支持体を、被加熱体と接触する第一支
持部材と前記第一支持部材を保持する第二支持部材から
構成することにより、被加熱体に接触する支持部材を分
割することができる。そのことによって、熱間加工用支
持体に損耗等の不良が発生した場合に、コストを最小限
に抑えた上で不良部分を交換することができる。更に、
炉心管内の各部分における要求特性に応じた熱間加工用
支持体によって炉心管を構成することができる。この結
果、本発明の熱間加工用支持体及び本発明の熱間加工用
支持体を使用してなる誘導加熱炉は、長期安定性及び信
頼性の向上が図られるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱間加工用支持体の一実施形態を示
す斜視図である。

【図２】本発明の熱間加工用支持体の一実施形態
（ａ）第二支持部材がＵ字状のもの、（ｂ）第二支持部
材が半円状のもの、（ｃ）第二支持部材がＶ字状のも
の、を示す断面図である。

【図３】誘導加熱炉の炉心管構造を示す模式図であ
る。

【図４】誘導加熱炉の一実施形態を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の熱間加工用支持体における第一支持
部材の一実施形態を示す断面図である。

【図６】従来の誘導加熱炉における第一支持部材の一
実施形態（ａ）第一支持部材が円形状のもの、（ｂ）第
一支持部材が平板状のもの、を示す断面図である。

【符号の説明】

１…熱間加工用支持体、２…第一支持部材、３…第二支
持部材、４…被加熱体（ビレット材）、５…接触面、１
０…加熱ブロック、１１…炉心管、１１ａ…フランジ
部、１２…断熱材、１３…コイル導管、１４…外殻、１
５…セメント、２１…第一支持体、２２…第二支持体、
２３…第三支持体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡元優愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者森博愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者二本松浩明岐阜県可児郡御嵩町美佐野3040番地エヌジーケイ・アドレック株式会社内 (72)発明者黒松節夫兵庫県姫路市勝原区山戸166番地２株式会社黒松電機製作所内Ｆターム(参考） 3K059 AB17 AB19 AB25 AB27 AC54 AC62 AD15 AD28 AD35 AD40 CD44 CD55 CD75 CD79 4E087 AA09 AA10 FB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱体を炉心管の外部から誘導コイル
によって加熱する熱間加工用支持体であって、被加熱体を載置する第一支持部材と、当該第一支持部材
を保持する第二支持部材からなり、当該第一支持部材が、被加熱体の搬送方向に対し、複数
に分割されていることを特徴とする熱間加工用支持体。
【請求項２】前記第一支持部材の表層が、窒化珪素、
炭化珪素、ジルコニア、又は炭化クロムのうち少なくと
も１種からなる請求項１に記載の熱間加工用支持体。
【請求項３】前記第一支持部材の長さが、１０〜３０
０ｍｍである請求項１又は２に記載の熱間加工用支持
体。
【請求項４】前記第一支持部材が、単層若しくは複層
にて構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載
の熱間加工用支持体。
【請求項５】前記第一支持部材の表層の厚みが、２ｍ
ｍ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱間
加工用支持体。
【請求項６】前記第二支持部材が、窒化珪素質、炭化
珪素質、若しくは金属珪素含浸炭化珪素質の焼結体から
なる請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱間加工用支
持体。
【請求項７】請求項１〜６に記載の熱間加工用支持体
を使用してなることを特徴とする誘導加熱炉。