JP2002310561A

JP2002310561A - 加熱炉

Info

Publication number: JP2002310561A
Application number: JP2001105849A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Hayashi; 和範林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】熱効率に優れる加熱炉を提供すること。【解決手段】加熱炉内壁が、準結晶合金よりなる断熱
反射体であり、特に、前記断熱反射体の表面粗度（Ｒ
ａ）が１０ミクロン以下である加熱炉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の物体の加
熱、溶解、熱処理などに用いる加熱炉に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電気炉や熱処理炉などの加熱炉は、被加
熱物の周りに抵抗発熱体、火炎バーナー、ハロゲンラン
プやアークランプなどの発熱体を配置し、被加熱物およ
び発熱体を取り囲むように保温材や反射体を配置する構
造である。保温材や反射体としては、耐火物などの無機
材料よりなる耐火れんがや金を蒸着したガラス等が用い
られる。

【０００３】このうち、保温材として耐火物などを用い
た加熱炉においては、耐火物の熱伝導率が小さく、炉体
内部の熱を外部に逃がしにくいという性質を利用したも
のである。一般の耐火物には発熱体から放出される熱や
光を反射する性質がないため、発熱体から放射されるエ
ネルギーは被加熱物のみではなく、炉体を構成する耐火
物にも吸収され、炉体保温のために使われる。小型の加
熱炉であれば、加熱体積および保温材の厚みが小さいた
め、炉体保温のために使われるエネルギーはそれほど大
きくないが、大型加熱炉の場合は、炉内温度を保持する
のに多くのエネルギーを投入する必要があるばかりでな
く、熱慣性が大きくなるため、所定の温度に達するまで
に時間がかかるという欠点があった。

【０００４】この問題を解決するために、特開平８−２
１０７８２号公報には、炉壁の内側に黒色顔料を混入し
た耐火れんがを用いて加熱効率を向上させる方法が開示
されている。また、特開平７−１０６２６２号公報に
は、加熱炉容器の壁部に真空室を設けて断熱性をもたせ
ることにより熱効率を向上させる方法が開示されてい
る。また、準結晶合金と耐火性酸化物を混合したものを
熱障壁として用いることが、特開平７−３３５９号公報
に開示されているが、この目的は、熱伝導率の小さい耐
火性酸化物を固定するための結合材料として準結晶合金
を利用したものである。

【０００５】また、反射体として、金を蒸着したガラス
を用いた加熱炉においては、金が高い赤外線輻射率を持
つという性質を利用したものである。しかし、ガラスを
用いた場合、大型の加熱炉を形成することが困難であ
り、さらに蒸着する金が高価であることから、コストが
かかるという欠点があった。この問題点を解決するため
に、特開平８−１４７６４号公報には、アルミニウムま
たはその合金を反射体とした電気炉が開示されている。

【０００６】また、特開平１１−２９３３３４号公報
に、高温耐剥離性、高温耐摩耗性及び耐ビルドアップ性
を目的として準結晶合金からなる断熱層を有する熱処理
炉用ハースロールが開示されているが、この目的は、熱
処理炉の中に設置されたロールの軸方向の温度分布を適
正化させるための断熱材料として準結晶合金を利用した
ものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】黒色顔料を混入した耐
火れんがを用いる方法では、通常の耐火れんがを使用し
た加熱炉に比べ、耐火れんがへの熱吸収が大きくなるた
め、熱輻射も大きくなり、加熱炉としての熱効率は向上
する。しかし、加熱温度が１０００℃以下で使用する場
合は、耐火れんがからの熱輻射による寄与は小さいた
め、被加熱材の加熱効率は十分とは言えない。また、炉
壁に真空室を設けた断熱構造の加熱炉では、炉壁に圧力
容器としての性質も要求されることから、炉壁構造が複
雑で、製造コストも高くなるという欠点があった。アル
ミニウムまたはその合金を反射体とした電気炉の場合、
一般にアルミニウムおよびその合金は熱伝導率が大きい
ため、炉外への熱損失が大きく、被加熱物を加熱または
保温するためのエネルギーを損失するという欠点があっ
た。

【０００８】上記の問題を解決するためには、断熱性に
優れ、発熱体から放出される熱及び光などの輻射を効率
的に反射することができる特性をもつ材料を加熱炉内面
に適用すればよい。本発明は、熱伝導率が小さく、かつ
反射率が高いという特性の加熱炉内面をもち、発熱体か
ら放出される熱及び光などの輻射を効率的に利用できる
加熱炉を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明者は、種々、検討を重ねた結果、熱伝導率が
小さく、かつ反射率が高いという加熱炉内壁に必要な二
つの特性を同時に満足する材料として、準結晶合金が好
適であるとの結論に達した。本発明の要旨は、加熱炉内
壁として、準結晶合金よりなる断熱反射体を使用し、特
に、前記断熱反射体の表面粗度（Ｒａ）が１０ミクロン
以下であることを特徴とする加熱炉にある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において準結晶合金を用い
たのは、熱伝導率がセラミックス並みに低いにもかかわ
らず、金属と同様の光沢性をもち、表面性状が高温まで
変化しないという特性をもつからである。このような特
性をもつ準結晶合金を断熱反射体として用いると、発熱
体より放出される光及び熱などの輻射は、直接、被加熱
物に到達する分だけでなく、該断熱反射体から反射され
た分も被加熱物に到達するようになり、有効に利用され
る。

【００１１】準結晶合金として、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｂ、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｓｉ、及びＰｄの１種又は
２種以上を５〜４５原子％含有し、残部がＡｌおよび不
可避的不純物からなるものを用いることが好ましい。Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｓｉ及
びＰｄの１種又は２種以上は、準結晶相を形成するため
に５原子％以上を含有することが好ましく、また、多す
ぎるとＡｌとの金属間化合物が主体の構造となり、準結
晶合金の特性を示さなくなるため、これらの１種又は２
種以上の上限を４５原子％とすることが好ましい。

【００１２】断熱反射体の形成方法としては、小型の加
熱炉であれば、準結晶合金よりなるバルク成形体から機
械加工により形成する方法が可能である。この際、加熱
空間を形成するように一体物として加工しても良いし、
複数のユニット状に分割された部品を組み立てて加熱空
間を形成しても良い。

【００１３】一方、大型の加熱炉の場合、準結晶合金よ
りなるバルク成形体から機械加工で形成する方法では、
手間やコストがかかることから、加熱炉を形成する容器
の内壁にタイル状に分割された準結晶合金よりなる断熱
反射体を隙間無く貼りつける方法を用いることができ
る。また、溶射法により、加熱炉内壁に準結晶合金皮膜
を形成し、断熱反射体とする方法も用いることができ
る。溶射法を用いる場合、緻密で密着性の良い皮膜が形
成できる爆発溶射法、プラズマ溶射法または高速フレー
ム溶射法等が好適である。溶射法で断熱反射体を形成す
る場合、準結晶合金皮膜の厚みとして、０．２mm以上１
０mm以下が好ましい。これは、厚みが０．２mm未満で
は、十分な断熱性を確保できず、熱損失が大きくなるた
め、加熱炉の効率が悪化するためである。一方、厚みが
１０mmを越えると、溶射皮膜の内部応力が高まり、皮膜
破壊の危険性が増大するばかりでなく、断熱特性も飽和
することから、これ以上厚みを大きくしても工業的に意
味をなさないからである。

【００１４】また、準結晶合金よりなる断熱反射体の表
面粗度（Ｒａ）が１０ミクロン以下になるよう表面加工
することが好ましい。これは、表面粗度（Ｒａ）が１０
ミクロンを越えると、発熱体から放出される熱及び光な
どの輻射が、断熱反射体の表面凹凸部で乱反射を起こし
て凹部に吸収される量が多くなり、被加熱物に有効に反
射されないためである。表面粗度（Ｒａ）の下限は特に
定めないが、表面加工の手間と時間がかかることから、
１ミクロン以上とすることが好ましい。表面加工法とし
て、グラインダーやエメリー紙などによる機械的研磨
法、または適当な研磨液を用いた化学的研磨法や電解研
磨法など、いずれの方法を用いてもよい。加熱炉に用い
る発熱体として、抵抗発熱体、火炎バーナー、ハロゲン
ランプやアークランプなどを用いることが出来る。

【００１５】

【実施例】（実施例１）図１に、本発明による加熱炉の
一実施例を模式的に示す。加熱炉は、その外側から順
に、加熱炉容器１、準結晶合金よりなる断熱反射体２、
抵抗発熱体３、被加熱物４および被加熱物保持台５より
構成される。

【００１６】加熱炉容器１は、厚み１０mmのステンレス
容器であり、寸法は、奥行き８００mm、幅５００mm、高
さ５００mmである。この内面に、高速フレーム溶射法を
用い、酸素流量が５７ｍ³／hr、灯油量が２３リットル
／min 、粉末供給ガス流量が１．４ｍ³／hr、粉末供給
速度が３kg／hrの条件で、Ａｌが７０原子％、Ｃｏが原
子１０％、Ｆｅが１３原子％およびＣｒが７原子％の準
結晶合金よりなる厚み５mmの断熱反射体２を形成した
後、該断熱反射体２の表面粗度（Ｒａ）が３ミクロンと
なるように、表面をエメリー紙を用いて研磨した。炉体
内部に抵抗発熱体３を組み込み、箱形加熱炉を形成し、
本発明例１とした。

【００１７】長さ２００mm、幅１００mm、高さ２００mm
の鋼材を、上記の本発明例である加熱炉と、比較例１と
して本発明による加熱炉と同様の内容積を持ち、厚み１
００mmの耐火物よりなる従来の箱形加熱炉に装入して加
熱し、比較を行った。鋼材の温度が１０００℃まで上昇
する時間は、本発明例１では１８分間であったのに対
し、比較例１では３５分間であり、本発明による加熱炉
の性能が優れていた。

【００１８】（実施例２）図２に、本発明例２として真
空中または雰囲気ガス中で加熱を行う場合の加熱炉の一
実施例を示す。ステンレス製の管状の容器６は、長さ３
００mm、内径１２０mm、肉厚１５mmである。長さ３００
mm、幅３９mm、厚み１０mmの、Ａｌが６５原子％、Ｃｕ
が原子１９％、Ｆｅが８原子％およびＣｒが８原子％の
準結晶合金よりなる板状成形体を１６枚用い、セラミッ
ク系接着剤を用いて管状の容器６の内面に同心円状に貼
り付けて断熱反射体２を形成し、該断熱反射体２の表面
粗度（Ｒａ）が１ミクロンとなるように、その表面をエ
メリー紙を用いて研磨した。その内側に螺旋状抵抗発熱
体７、真空排気装置９に接続された直径５０mm、肉厚２
mmの石英管８を加熱炉内に配置し、加熱炉を形成した。

【００１９】長さ１００mm、直径１０mmの鋼製丸棒を石
英管８に収容し、０．０１Torrまで排気後、加熱を行っ
た。鋼製丸棒の温度が８００℃に達するまでの時間を、
本発明例２による加熱炉を用いて加熱した場合と、比較
例２として本発明による加熱炉と同じ内径を持ち、厚み
５０mmの耐火物よりなる従来の管状加熱炉を用いて加熱
した場合で比較を行った。本発明例２では８分間であっ
たのに対し、比較例２では１４分間であり、本発明によ
る加熱炉の性能が優れていた。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、発熱体から放出される
光及び熱などの輻射を効率的に利用できることから、熱
効率に優れる加熱炉が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加熱炉の一実施例を示す図で、
（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。

【図２】本発明による加熱炉の別の実施例を示す図で、
（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。

【符号の説明】

１：加熱炉容器２：準結晶合金よりなる断熱反射体３：発熱体４：被加熱物５：被加熱物保持台６：管状容器７：発熱体８：石英管９：真空排気装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K051 AA03 AA04 AA05 AB03 BB00 BD01 4K061 AA01 AA02 AA05 BA02 CA00 CA08 DA01 DA05 DA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉体内部に発熱体を有する加熱炉におい
て、加熱炉内壁が準結晶合金よりなる断熱反射体である
ことを特徴とする加熱炉。
【請求項２】前記断熱反射体の表面粗度（Ｒａ）が１
０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１に記載
の加熱炉。