JP2008303448A

JP2008303448A - 竪型炉の冷却システム

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Publication number: JP2008303448A
Application number: JP2007153773A
Authority: JP
Inventors: Toyoji Tokugawa; 豊治徳川
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: JP5224019B2

Abstract

【課題】材料の熱処理後に竪型炉の炉体内部の温度を急速に低下させる竪型炉の冷却システムを提供する。
【解決手段】竪型炉は、周壁(2a)及び底壁(2b)を有するとともに上端に開口を有し、熱処理される材料(14)を吊り下げた状態で収容可能な炉体(2)と、炉体(2)の開口に配置される炉蓋(10)とを具備する。竪型炉に適用され、炉体(2)の内部を冷却する竪型炉の冷却システムは、周壁(2a)及び底壁(2b)のうち何れかの部位を貫通する少なくとも１つの冷却ダクト(16)と、冷却ダクト(16)に接続され、冷却ダクト(16)を通じて炉体(2)の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置(18)とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、竪型炉の冷却システムに関する。

航空機エンジンのシャフト等に用いられる長尺で大型の棒状の金属材料（被熱処理材）については、その焼き入れや焼き戻し等の熱処理が竪型炉を用いて実施される。
具体的には、竪型炉は炉体を有し、炉体は周壁及び底壁を有する。炉体は上端に開口を有し、当該開口には炉蓋が配置される。被熱処理材は、炉蓋から吊設治具を介して吊り下げられた状態で竪型炉の炉体内に収容され、炉体の周壁に取り付けられた発熱体によって加熱される。
特開平7−278647号公報

通常、竪型炉では、バッチ処理で材料を繰り返し熱処理する。この場合、例えば９００℃以上の温度で１回目の熱処理を実行した後に、自然放熱により炉体内部の温度が十分に低下するのを待っていた。そして、例えば、炉体内部の底近傍の温度が約２００℃以下になってから、２回目の材料を炉内に配置し、熱処理を実行していた。
これは自然放熱の場合、炉体の内部高さが例えば７ｍもあるため、炉体内部の底近傍の温度が約２００℃以下になっていないと、炉体内部の温度のばらつきが上下間で非常に大きく、２回目の熱処理において材料の均一な加熱ができなくなるからである。

しかしながら、自然放熱の場合、炉体内部の底近傍の温度が約２００℃以下になるまでには２時間以上かかり、製品の生産効率の低下を招いていた。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、材料の熱処理後に竪型炉の炉体内部の温度を急速に低下させる竪型炉の冷却システムを提供することにある。

本発明によれば、周壁及び底壁を有するとともに上端に開口を有し、熱処理される材料を吊り下げた状態で収容可能な炉体と、前記炉体の開口に配置される炉蓋とを具備する竪型炉に適用され、前記炉体の内部を冷却する竪型炉の冷却システムであって、前記周壁及び前記底壁のうち何れかの部位を貫通する少なくとも１つの冷却ダクトと、前記冷却ダクトに接続され、前記冷却ダクトを通じて前記炉体の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置とを備えることを特徴とする竪型炉の冷却システムが提供される（請求項１）。

好ましくは、冷却システムは、前記底壁の近傍にて前記周壁をそれぞれ貫通する複数の前記冷却ダクトを備え、前記冷却ダクトは、前記周壁の周方向に互いに離間して配置され、且つ、前記周壁の径方向に対し実質的に同一の傾斜角度にて傾斜した軸線をそれぞれ有する（請求項２）。

本発明の請求項１の竪型炉の冷却システムによれば、冷却ガス供給装置が冷却ダクトを通じて炉体内部に冷却ガスを供給することにより、炉体内部が急速に冷却される。従って、材料の熱処理を短時間で実行することが可能となり、最終製品の生産効率が向上する。
また、冷却ガスを供給して炉体内部を冷却することにより、自然放熱の場合に比べて、炉体内部の温度のばらつきが抑制される。このため、炉体内部の温度を２００℃よりも高い温度で、次の材料の熱処理を開始することができ、準連続的に材料を熱処理することが可能になる。

請求項２の竪型炉の冷却システムによれば、複数の冷却ダクトを互いに周方向に離間して配置し、各冷却ダクトが炉体の径方向に対して実質的に同一の傾斜角度にて傾斜した軸線を有することより、炉体内部に供給された冷却ガスが、周壁の内周面に沿って螺旋状に上昇する。これにより、周壁の内周面が冷却ガスによって効率的に冷却される。この結果として、この冷却システムによれば、炉体内部がより急速に冷却され、最終製品の生産性が一層向上する。

図１は、本発明の第１実施形態の冷却システムを適用した竪型炉の断面図である。
竪型炉は炉体２を有し、炉体２は、円筒状の周壁２ａ及び底壁２ｂを有するとともに上端に開口を有する。具体的には、炉体２は有底円筒状の金属製の炉殻４と、炉殻４の内面全域を所定の厚さで覆うように配置された断熱材６とにより構成されている。断熱材６には、例えば、耐熱レンガやセラミックファイバーが用いられるが、好ましくは、熱伝導率が低いセラミックファイバーが用いられる。また、炉体２の周壁２ａの内面には、加熱装置として電熱線８が配置されている。

炉体２の内部の高さは例えば７ｍ程度であり、炉体２は、床面に掘られたピット内に殆ど埋没した状態で配置される。炉体２の上端部は、床面よりも上方に突出し、炉体２の開口には炉蓋１０が配置される。炉蓋１０は、クレーンにより取り外し可能である。炉蓋１０には、吊設治具１２を介して熱処理される材料１４が吊り下げられ、竪型炉では、炉体２内に材料１４が吊り下げられた状態で収容され、熱処理される。

なお、材料１４の吊り下げ方法は特に限定されず、炉蓋１０に貫通孔を設け、当該貫通孔を通じてクレーンに吊り下げてもよい。
竪型炉の冷却システムは、冷却ダクト１６を有し、例えば冷却ダクト１６は、金属製の管により構成される。冷却ダクト１６は床面からピットの底まで上下に延び、そして、炉殻４の周壁４ａを底壁４ｂ近傍にて径方向に貫通している。更に、冷却ダクト１６は、底壁４ｂに沿って炉体２の径方向中央部まで延びてから上方に向かって曲がっており、断熱材６を貫通して炉体２の内側に開口している。

冷却ダクト１６の入口には、冷却ダクト１６を通じて炉体２の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置１８が接続され、冷却ガス供給装置１８は床面上に配置されている。冷却ガス供給装置１８は、例えばブロワ等の送風機により構成され、冷却ガスとしては、空気や窒素等を用いることができる。
以下、上述した第１実施形態の冷却システムの使用方法の一例について説明する。

通常、竪型炉では、バッチ処理で材料１４を繰り返し熱処理する。バッチ処理の場合、クレーンを操作して１回目の材料１４を炉体２の内部に配置してから、電熱線８に通電し、例えば９００℃以上の所定の温度で材料１４を所定時間加熱する。加熱後、炉蓋１０をクレーンにより吊り上げ、これにより炉体２から材料１４を取り出す。
それから、冷却ガス供給装置１８を作動させ、冷却ダクト１６を通じて冷却ガスを炉体２の内部に供給する。供給される冷却ガスの流量は、例えば３５ｍ^３／分である。冷却ガスにより、炉体２の内部は強制的に冷却され、炉体２の内部の底近傍の温度が例えば２００℃以下になったときに、２回目の材料１４を炉体２の内部に配置する。この後、上述した操作を繰り返す。

上述した第１実施形態の竪型炉の冷却システムによれば、冷却ガス供給装置１８が冷却ダクト１６を通じて炉体２の内部に冷却ガスを供給することにより、炉体２の内部が急速に冷却される。このため、材料１４の交換に要する時間が短縮され、材料１４の熱処理を短時間で実行することが可能となり、最終製品の生産効率が向上する。
また、冷却ガスを供給して炉体２の内部を冷却することにより、自然放熱の場合に比べて、炉体２の内部の温度のばらつきが抑制される。このため、炉体２の内部の温度が２００℃よりも高い温度で次の材料１４を炉体２の内部に配置し、熱処理を開始しても、材料１４が不均一に加熱されることが防止される。このため、炉体２の内部の温度を従来のように低下させる必要がなく、準連続的に材料１４を熱処理することが可能になる。

本発明は上記した第１実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、冷却ダクト１６により貫通される炉体２の部位は特に限定されず、炉体２の周壁２ａ及び底壁２ｂの何れかの部位を貫通していればよい。ただし、炉体２の内部の温度は、底近傍で最も低下し難いので、炉体２の内部の底近傍に冷却ガスを供給可能に冷却ダクト１６を設けるのが好ましい。

また、第１実施形態では、冷却ガスの流量は３５ｍ^３／分であったけれども、冷却ガスの流量は、冷却速度と冷却ガス供給装置１８の消費動力とを考慮して適宜設定することが可能である。
更に、第１実施形態では、１本の冷却ダクト１６によって冷却ガスを供給したけれども、炉体２を貫通する複数の冷却ダクトを設け、これら複数の冷却ダクトを通じて冷却ガスを供給してもよい。この場合、以下に説明する第２実施形態のように配管することにより、１つの冷却ガス供給装置１８により、複数の冷却ダクトを通じて冷却ガスを供給可能である。

図２は、第２実施形態の冷却システムを適用した竪型炉の断面図を示す。第２実施形態の冷却システムは、冷却ダクト２０が、環状の部分（環状部２０ａ）と、環状部２０ａから延びる４つの先端部２０ｂとを有する。
これら先端部２０ｂは、炉体２の周壁２ａをそれぞれ貫通し、互いに炉体２の周方向に離間している。より詳しくは、図３に示したように、先端部２０ｂは、炉体２の周方向に等間隔で配置され、本実施形態では、９０度間隔で設けられている。また、各先端部２０ｂの軸線は、炉体２の径方向に対して実質的に同一の所定の傾斜角度にて傾斜している。傾斜角度は、例えば約３０度であり、実質的に同一とは、製造上の誤差を含む範囲内にあるという意味である。

第２実施形態の冷却システムでは、複数の先端部２０ｂを互いに周方向に離間して配置し、各先端部２０ｂが炉体２の径方向に対して実質的に同一の傾斜角度にて傾斜した軸線を有することより、炉体２の内部に供給された冷却ガスが、周壁２ａの内周面に沿って炉体２の内部を螺旋状に上昇する。これにより、周壁２ａの内周面が冷却ガスによって効率的に冷却される。この結果として、この冷却システムによれば、炉体２の内部がより急速に冷却され、最終製品の生産性が一層向上する。

第１実施形態の冷却システムを適用した竪型炉の概略的な断面図である。第２実施形態の冷却システムを適用した竪型炉の概略的な断面図である。図２のIII-III線に沿う断面図である。

符号の説明

２炉体
２ａ周壁
２ｂ底壁
１０炉蓋
１６冷却ダクト
１８冷却ガス供給装置

Claims

周壁及び底壁を有するとともに上端に開口を有し、熱処理される材料を吊り下げた状態で収容可能な炉体と、前記炉体の開口に配置される炉蓋とを具備する竪型炉に適用され、前記炉体の内部を冷却する竪型炉の冷却システムであって、
前記周壁及び前記底壁のうち何れかの部位を貫通する少なくとも１つの冷却ダクトと、
前記冷却ダクトに接続され、前記冷却ダクトを通じて前記炉体の内部に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置と
を備えることを特徴とする竪型炉の冷却システム。
前記底壁の近傍にて前記周壁をそれぞれ貫通する複数の前記冷却ダクトを備え、
前記冷却ダクトは、前記周壁の周方向に互いに離間して配置され、且つ、前記周壁の径方向に対し実質的に同一の傾斜角度にて傾斜した軸線をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載の竪型炉の冷却システム。