JP2005221132A - 誘導加熱炉の炉壁構造 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の技術にて横型誘導炉の炉壁を構築する場合、グラスファイバーで補強した積層耐火ボードは耐熱性が４００℃程度に過ぎず、セラミックファイバー等を原料とした断熱材では耐火支柱の引張強度が小さく、支持することが困難である。耐火セメントは１３００℃以上の耐熱性があるが、横型炉では円筒構造とする必要があり薄板の加熱炉には使用できず、縦型炉でも炉壁構造の拘束力不足のため、短い周期での炉壁修繕工事が必要になるという問題を解決する。
【解決手段】誘導コイル２の内側に補強用グラスファイバー等により強度を上げた積層材製の耐火ボードによる炉殻４を設置し、当該炉殻の内側にセラミックファイバー等を原料とした断熱材５を配置する。炉殻の外側は、冷却のため、空気または窒素等の気体、または冷却水を流通させることが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は誘導加熱炉の炉壁構造に関するものであり、特に薄手鋼板のような被加熱物の熱処理に有効で、しかも４００℃を超える比較的高温での熱処理が可能な誘導加熱炉の炉壁構造に関する。

誘導加熱炉の炉壁構造としては、誘導コイル近傍に導電性材料が使用できないため、鉄板製等の炉殻を使用せず耐火断熱材または耐火セメントで構築したものが一般的である。
このような炉壁構造を採用することにより炉内の被加熱物から誘導コイルへの輻射伝熱を抑制し、熱による誘導コイルの損傷を防止している。
縦型誘導炉の場合、このような炉壁構造では、圧縮強度、引張強度ともに小さいセラミックファイバー等を原料とした断熱材を支持するために耐火支柱にて支持する方法（特許文献１）や、引張強度が小さい耐火セメントを支持するため縦型構造とし、耐火セメント自体の圧縮強度により炉壁を支持する方法（特許文献２）等が行われていた。
また横型誘導炉の場合、このような炉壁構造では、補強用グラスファイバー等により強度を上げた積層材製の耐火ボードを使用する方法、引張強度が小さい耐火セメントを横型炉にて支持するため円筒構造とし、耐火セメント自体の圧縮強度により炉壁を支持する方法等が行われていた。
実公昭５３−３９６８６号公報 特公昭５３−９４３３号公報

従来の技術にて横型誘導炉の炉壁を構築する場合、補強用グラスファイバー等により強度を上げた積層材製の耐火ボードを使用する方法と、耐火セメントを円筒構造とする方法があった。
しかしながら、補強用グラスファイバー等により強度を上げた積層材製の耐火ボードは耐熱性が４００℃程度であり、これを超える温度が必要な場合は使用できない。
耐火セメントでは１３００℃以上の耐熱性があるが、横型炉では円筒構造とする必要があるため、被加熱物の形状が薄板の場合、使用できないという問題があった。
また、従来の技術にて縦型誘導炉の炉壁を構築する場合、セラミックファイバー等を原料とした断熱材を耐火支柱にて支持する方法と、耐火セメント用いてそれ自身の圧縮強度により炉壁を支持する方法があった。

セラミックファイバー等を原料とした断熱材を使用する場合、耐火支柱では引張強度が小さいため、当該断熱材を長期に渡って安定して支持することが困難である。さらには、当該炉内雰囲気を炉外雰囲気から遮断することが非常に困難であるという問題があった。
また、縦型誘導炉にて耐火セメントを炉壁に用いる場合、特に薄手鋼板のような被加熱物の熱処理に用いる炉では炉壁構造を維持するための拘束力が不足するため、長期に渡って炉壁を維持することが困難であり、短い周期での炉壁修繕工事が必要になるという欠点があった。

本発明は上述の課題を解決するためのもので、以下の構成よりなる。
（１） 誘導加熱コイルの内側に非導電性の構造材料を用いて形成された炉殻を設置し、当該炉殻の内側に断熱材を設置し、当該断熱材の内側に被加熱物が配置されることを特徴とする誘導加熱炉の炉壁構造。
（２） 炉殻を自然空冷、強制空冷、または水冷等の手段により冷却することを特徴とする（１）に記載の誘導加熱炉の炉壁構造。
（３） 誘導加熱コイルの外側に、誘導加熱炉全体を覆うケースを設置することを特徴とする（１）または（２）に記載の誘導加熱炉の炉壁構造。
（４） 誘導加熱炉全体を覆うケースと炉殻の間、即ち誘導加熱コイルが設置された空間に空気または不活性ガス等を流通させる機能を有することを特徴とする（３）に記載の誘導加熱炉の炉壁構造。

以上説明してきたように、本発明では補強用グラスファイバー等により強度を上げた積層材製の耐火ボードにより炉殻を構築するが、当該耐火ボードは圧縮強度、引張強度ともに優れた特性を待たせることができるため、縦型炉、横型炉を問わず強度及び耐久性が比較的高い炉殻を作成可能であり、当該炉内雰囲気を炉外雰囲気から遮断することも容易である。
また、当該炉殻の内側に耐熱性が比較的高いセラミックファイバー等を原料とした断熱材を配置することにより、耐熱性が比較的低い当該断熱ボードの炉内側表面の温度を４００℃以下とすることが可能となる。
以上の効果により、特に薄手鋼板のような被加熱物の熱処理に使用され、しかも４００℃を超える比較的高温での熱処理が可能な誘導加熱炉用の炉壁を構築しうると言う効果がある。

上述の課題の解決に向けて研究を行った結果、発明者は、誘導コイルの内側に補強用グラスファイバー等により強度を上げた積層材製の耐火ボードによる炉殻を設置し、当該炉殻の内側にセラミックファイバー等を原料とした断熱材を配置する方法が有効であることを見出した。
上述の補強用グラスファイバー等により強度を上げた積層材の基材としては、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、または無機質系樹脂等が使用可能である。
なお、上述の補強用グラスファイバー等により強度を上げた積層材製の耐火ボードによる炉殻の外側は、冷却のため、空気または窒素等の気体を用いた自然対流または強制空冷、または冷却水を流通させることが望ましい。
本発明は、薄手鋼板のような被加熱物の４００℃を超える比較的高温での熱処理に用いる誘導加熱炉に適し、特に横型誘導加熱炉に最適の形態である。
また、炉内雰囲気を炉外雰囲気から容易に遮断可能であることから、例えば水素等を使用した還元焼成処理を行う誘導加熱炉にも最適な形態である。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に基づく薄手鋼板熱処理用横型誘導加熱炉の炉壁構造を示す断面図である。
被加熱物１は、本実施例では薄手鋼板であり、図１の左から右へ向かって炉内を通過することによって、熱処理が行われる。この際の炉内温度は、４００℃を超える温度（例えば８００℃）である。
被加熱物１を誘導加熱するための誘導加熱コイル２が、被加熱物１を取り囲むように設置されている。誘導加熱コイル２には誘導加熱用電源装置３から所定の電力が投入され、これにより被加熱物１が誘導加熱される。
誘導加熱コイル２を被加熱物１および炉内雰囲気ガスの高温から保護するため、被加熱物１と誘導加熱コイル２の間に炉殻４を設置する。炉殻４の外側表面は、自然空冷により冷却されている。

この炉殻４は誘導加熱コイル２の内側に位置するため、鋼板等の導電性材料は使用できない。そこで、炉殻４を構成する材料としては、補強用グラスファイバーにより強度を上げた積層材製の耐火ボードが適当である。幅１５００ｍｍ程度の炉殻を構成する場合、適用される積層材に強度にもよるが、炉殻４の厚みは概ね１０ｍｍ程度となる。
炉殻４を構成する積層材は、耐熱性が４００℃程度であり、これを超える温度に曝されると強度低下または耐電圧性劣化が起こる。本実施例の炉内温度は８００℃であるため、炉殻４の内側に断熱材５を設置する。断熱材５を構成する材料としては、５０ｍｍ程度の厚みを持ったセラミックファイバー製ブランケットが適当である。
以上、説明した炉壁構造によって、炉内温度８００℃に対して炉殻４の内側表面温度を３８０℃程度に抑えることが可能であり、炉殻４は長期に渡って必要な強度および耐電圧性を維持することが可能となり、長期に渡って安定して稼動しうる薄手鋼板熱処理用横型誘導加熱炉を構築できた。

炉内雰囲気ガスとしては、空気、窒素等の不活性なガス、水素等の還元性ガス、水蒸気等の適用が考えられる。たとえば、水素を炉内雰囲気ガスとして適用する場合、その漏洩防止が必要となる。このような場合に適用可能な実施例を図２に示す。
図２に示す実施例は、図１に示す実施例を元にして考案されたものであり、誘導加熱コイル２の外側で、かつ誘導加熱の影響を受けない位置にケース６を設置している。このケース６と炉殻４の間の空間には窒素等の不活性なガスを流通させており、炉殻４から漏れ出てきた炉内雰囲気ガスとあわせて安全に処理する。
なお、上記の実施例では炉殻４の外側表面は自然空冷により冷却されているが、冷却用空気を炉壁４の外側表面に吹き付ける方法でも構わない。あるいは、炉殻４の外側表面に接して水冷用ジャケットを設置し、これに冷却水を循環させる方法を採用しても構わない。
また、上記の実施例では炉殻４と誘導加熱コイル２の間に空間を持っているが、これらを密着させ、誘導加熱コイル２内を流通している誘導加熱コイル用冷却水により炉殻４の冷却を兼用させる方法も考えられる。

本発明に基づく実施例の薄手鋼板熱処理用横型誘導加熱炉の炉壁構造を示す断面図である。 図１に示される炉壁構造に追加して、誘導加熱コイルまでを覆うケースを設置した例を示す図である。

符号の説明

１ 被加熱物（鋼板）
２ 誘導加熱コイル
３ 誘導加熱用電源装置
４ 炉殻
５ 断熱材
６ ケース
７ 窒素導入口
８ 窒素排出口

Claims (4)

1. 誘導加熱コイルの内側に非導電性の構造材料を用いて形成された炉殻を設置し、当該炉殻の内側に断熱材を設置し、当該断熱材の内側に被加熱物が配置されることを特徴とする誘導加熱炉の炉壁構造。
2. 炉殻を自然空冷、強制空冷、または水冷等の手段により冷却することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱炉の炉壁構造。
3. 誘導加熱コイルの外側に、誘導加熱炉全体を覆うケースを設置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導加熱炉の炉壁構造。
4. 誘導加熱炉全体を覆うケースと炉殻の間、即ち誘導加熱コイルが設置された空間に空気または不活性ガス等を流通させる機能を有することを特徴とする請求項3に記載の誘導加熱炉の炉壁構造。
   

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