JP2003523497A - 加熱装置及び加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、放射によって炉内でブランクに熱を伝達し、作業前に炉内でブランク及び他の金属材料を加熱する方法に関する。本発明の方法によれば、放射の大部分が炉の壁に当たり、ブランクに伝達される前に壁で反射される。好ましくは、炉は、炉の底部でも熱放射が反射するように設計される。ブランクに到達する放射の少なくとも５０％が反射された放射である。本発明は、また、少なくとも一つの炉底部材(1)と、少なくとも一つの炉トップ部材(4)とを備え、前記トップ部材(4)が、側壁(5,6,7,8)を有し、側壁の少なくとも一部が、お互いに向かって対向する壁が傾斜するように傾斜されているブランク等の加熱炉に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、ビレットや連続処理に用いられる金属材料の加熱方法及び過熱装置
に関する。

【０００２】 他の工程で圧延や加工をすべき鋼及び他の金属合金のキャストビレットは、こ
れらの工程の前に加熱しておく必要があり、この方法はビレットヒーティングと
呼ばれている。また、鋼、アルミニウム及び他の金属で形成されているプレート
も圧延や他の加工の前に加熱する必要がある。次の工程を達成するために必要な
ブランクの温度は、合金の組成物や他の要因に応じて変わり、アルミニウム合金
の場合は、４００℃から１２００〜１３００℃まで達し、また、高い作業温度で
用いられる合金の場合はそれ以上である。次の工程のために良い状況を作り出す
ために、ブランクの温度は可能な限り均一にするべきである。

【０００３】 熱源が燃焼又は電気抵抗要素である加熱炉を用いることは公知技術であり、ビ
レットを加熱するためにはウォーキングビーム炉がしばしば使用される。電気的
に加熱される炉の中で均一な熱分布を得るために、電気抵抗要素は、炉の壁や屋
根に配置され、また、しばしば、炉の殆どの部分を覆う。また、タングステンラ
ンプのような他の種類の電気的に加熱する熱源が、幾つかの特別な目的のために
限られた範囲で利用される。

【０００４】 多くの場合ウォーキングビーム炉やプッシャー型炉である従来の炉では、ブラ
ンクはウォーキングビーム上又は「冷却」底部上に置かれる。これによって、特
に、初期の加熱段階で、ブランクの温度に大きな変化が生じる。このため、ブラ
ンクはしばしば変形し、時々、バナナのように見える。また、これらの種類の炉
は、殆どの場合、温度の変更に長い遅れを持ち、ある動作温度から他の動作温度
へ設定し直すのに時間がかかる。

【０００５】 冶金学上進歩した合金に進む場合、ブランクを均一に同時に加熱することは、
最終結果に対して非常に重要である。均質な断面を持つブランクに対してHF加熱
が時々用いられる。このHF加熱の利点は、ヒーターが小型であることにあり、ま
た、HF加熱の欠点は、この場合、均一な過熱を達成することが困難であることに
ある。必要とされる水冷却は、非常に多くのエネルギーを消費し、大型のコンデ
ンサーバッテリーを使わない限り、力率（cos Φ）が低くなる。

【０００６】 熱源がタングステン電球及び空冷式反射体を有するIR放熱器であるヒーターを
用いることも公知である。これらの使用は、例えば、押出成型前のアルミニウム
ブランクの予加熱のような、４００℃〜５００℃迄の典型的に温度が低い応用物
に限られる。既に、これらの温度「逆放射(counter radiation)」が問題となっ
ており、ランプと反射体に対して十分に空冷を高める必要があり、その結果、効
率が低くなる。

【０００７】 本発明の目的は、前記した欠点を回避することができ、また、本質的に低減さ
せることができるビレット及び他の金属材料用加熱装置を得ることにある。従っ
て、本発明の目的の一つは、ビレットや他の材料を急速に均一に加熱することを
可能にし、加熱後の温度の均一化のための時間を可能な限り短くすることにある
。本発明のさらに別の目的は、ブランクや合金の変更のための温度の再設定や他
の調整を早くすることを可能にすることにある。バランスのよい温度に早く到達
することもは、さらなる目的である。また、本発明の目的は、全体効率を良くす
ることによって他の種類の加熱装置と比較してエネルギーを節約できるようにす
ることにある。以下の説明で、ビレット及びブランク並びにビレット及びブラン
クの加熱が、他の金属本体や加工前の金属材料の加熱の様々な状況を含めて理解
される。

【０００８】 本発明による装置は、フードの形状をしたモジュールを備え、必要に応じた数
の一つ又は複数の前記モジュールが加熱すべきブランクを覆うように配置されて
いる。本発明によるモジュールは、繊維材料で形成されたフードを備えている。
フードの内部には、一つ又はそれ以上の電気加熱要素が設けられており、絶縁壁
からのIR放射の反射によって、ブランク全体が左右対称に加熱される。要素モジ
ュール及び壁は、可能な限りブランクへ均一に熱を伝達するように設計されてい
る。バッチ炉の場合、ブランクの長さに応じて多数の要素モジュールが使用され
、連続炉の場合には、炉の内部で必要な時間に応じて多数の要素モジュールが使
用される。モジュールやフードは、ブランクを適用な支持手段又は他の手段で、
炉の底部に直接置かれないように配置した場合に、ブランクの側部及び底部に熱
放射を反射するように底部が設計された炉の上方に配置される。これを達成する
ために、装置は、モジュールの壁の殆どの部分及び炉の底部が垂直面に対して角
度をもち、反射した放射熱がブランクに向くように形成される。

【０００９】 提案した設計の利点の一つは、早い温度再設定を可能にし柔軟性があることに
ある。これは、必要とする温度が異なる幾つかの合金を処理する製造では特別に
重要である。また、最適な低重量と有効な絶縁を選択することにより、早く熱バ
ランスを得ることを可能にする。これにより、予め保持加熱を行うことなく、設
定作業温度に早く達するのでエネルギが節約される。要素の交換や覆っている壁
の修理のための重大な停止は、大型のウォーキングビーム炉やプッシュ型炉を使
用する場合に比べて小さくなる。提案した設計の幾つかのユニットは、前記した
種類の中の一つの大型炉と置き換えることを目的としている。より高い温度のた
めに、最も、そして経済的に殆ど実行可能な解決方法は、セラミックファイバー
で作られた反射体を有するセラミック要素である。

【００１０】 本発明による加熱方法及び加熱装置及びその実施例は、特許請求の範囲に記載
した特徴を備えている。 本発明は、添付図面に示された実施例を参照した説明により、以下により詳細
に説明される。

【００１１】 本発明による加熱装置は、図１〜図５に示したユニットを備えている。重要な
部分は、加熱のためにブランクが置かれる底部材１である。底部材１は底面２を
備え、この底面２は立てられた全周エッジ３によって囲まれており、このエッジ
３が底部材１の４つの側壁を形成している。好ましくは、ブランクは何らかの支
持手段上に置かれ、放射がブランクの下側で底部材１の底の頂部から反射し得る
ようにされる。一つ又はそれ以上のトップ部材４が、底部材１の上を覆うように
置かれる。トップ部材４の側壁５，６，７，８は、対向する壁が、相互にそれら
の内側に向けて伸びるように傾斜されている。トップ部材の最上部には一つ又は
それ以上の放射エレメントがあり、放射エレメントは、傾斜した側壁によって画
定された範囲内で伸びている。放射エレメントは、ホルダ手段１０に設けられ、
それらと共に一つのユニットを形成する。好ましくは、放射エレメントは、１４
００℃以上、好ましくは約１４５０℃の動作温度を有する電気抵抗要素である。
各トップ部材４に一つの放射エレメントがあり、底部材１とトップ部材４とで一
緒に閉鎖した空間を画定している。本発明の他の実施例では、トップ部材と底部
材とは一緒に入口開口及び出口開口を有するトンネルを画定する。

【００１２】 図５に示すように炉の断面は、底部材１と、底部材１の上に置かれた二つのト
ップ部材４Ａ，４Ｂとを有する。各トップ部材４には、電気抵抗要素を備えたエ
レメントユニット１０Ａ，１０Ｂがある。ブランク１１は、炉の中に入れられ、
二つの支持部材１２Ａ，１２Ｂの上に置かれる。炉の底部材１は矩形形状をして
おり、図面に示すように、底部材１の内側側壁は、トップ部材の側壁と同様に傾
斜している。ブランク１１の全ての側部は反射放射にさらされる。熱源は、幾つ
かの少ない位置に集中していてもよく、各トップ部材に一つでもよい。反射によ
って均等で均一な加熱を得るようにブランク全体に亘って熱が分布される。好ま
しくは、ブランクに到達する総熱放射の５０％以上が反射された放射熱である。

【００１３】 放射エレメントは、時間単位で必要な量の放射熱を生み出すために高い出力で
なければならない。従って、好ましくは、放射エレメントは、要素の加熱部分１
４が少なくとも８本のシャンク（１４Ａ−１４Ｄ）を有するように曲げられたワ
イヤー型又はバンド型の電気抵抗要素として形成される。電気抵抗要素は、二つ
のコネクタ１３，１５を有する。シャンクは相互に連結され、時間単位で高い出
力を得るために三次元の蛇行形状にされる。十分に高い温度を得るために、電気
抵抗要素は、好ましくは、珪化モリブデン(molybdenum disilicide)又は他のセ
ラミック材料から形成される。

【００１４】 本発明によって、短時間で非常に良好な温度均一性が達成される。そして、そ
れは、図７のグラフから明らかである。この図は、ブランクにおける温度Ｔの最
大測定差を時間ｈの関数として示しており、本発明による炉内の状況は実線で示
されており、同じ炉でブランクの底への反射を防ぐために底部をシールドしたも
のを点線で示している。比較することにより、電気加熱ウォーキングビーム炉に
おけるブランクの温度が相当変化し得ることが分かる。ガス又はオイルで燃やし
た炉では、変化はより大きくさえある。

【００１５】 ブランクの底への反射の重要性は図８のグラフから明らかである。図８は、ブ
ランクのトップと底部との間の温度差ＡＴを時間ｈの関数として示している。ブ
ランクの底への反射をシールドしていない本発明による通常の加熱をラインｔ１
で示す。温度の均一性が、ブランクの底の反射を防いだラインｔ２の場合より非
常に良いことが明らかである。

【００１６】 上述した本発明の実施例は限定的なものではなく、発明の概念の範囲内で、実
施例は上述したことに加えて、様々な方法で変形可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ビレットヒーター用のエレメントユニットを示す図である。

【図２】 ビレットヒーター用のフードを示す図である。

【図３】 ビレットヒーターの底部材を示すである。

【図４】 エレメントユニットを装着したフードを下方から見た図である。

【図５】 本発明による炉の断面図である。

【図６】 図１〜図５の炉用電気抵抗要素の一実施例を示す図である。

【図７】 本発明によって加熱されたブランクにおける温度の均一化を示すグ
ラフである。

【図８】 ブランクの底側における反射効果を示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年３月２１日（２００２．３．２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 アンデルソン，ヤン スウエーデン国 エス−734 36 ハルス タハマル，ツーレヴエゲン ３ ビイ Ｆターム(参考） 4K045 AA07 BA02 BA03 RA01 RA07 RB04 4K063 AA08 AA12 BA02 BA03 CA03 CA06 FA04 FA09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射によって炉内のブランクに熱を伝達し、放射の大部分が炉の壁に当たりブ
   ランクへ伝達される前に壁によって反射される加熱炉において、 少なくとも一つの炉底部材(1)と、少なくとも一つの炉トップ部材(4)とを備え
   、 前記トップ部材(4)が、少なくとも一部がお互いに向かって内側に傾斜する側
   壁(5,6,7,8)を備え、 トップ部材(4)の上側部分に、一つ又はそれ以上の放射エレメント(9)があり、 放射エレメント(9)が、傾斜した壁によって画定された領域内で三次元にのび
   るロッド又はストリップ(14)の形状を有する ことを特徴とする加熱炉。
2. 【請求項２】 熱放射が、炉の底部によっても反射される ことを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
3. 【請求項３】 ブランクに到達する放射の少なくとも５０％が反射された放射である ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱炉。
4. 【請求項４】 エレメント(9)の動作温度が、１４００℃以上、好ましくは約１４５０℃であ
   る ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の加熱炉。
5. 【請求項５】 一つ又はそれ以上のエレメントが、少なくとも８つの曲がった形態のシャンク
   (14A-14D)を備えている ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の加熱炉。