JP2009236326A - 熱処理炉の稼動管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の熱処理炉を用いて、それぞれの熱処理炉を連続稼動させることなく、熱処理に使用して余った熱を、無駄なく有効に活用することができる熱処理炉の稼動管理システムを提供する。
【解決手段】複数の熱処理炉１、４、７をそれぞれ熱受給路１０ａ、１０ｂ、１０ｃで連結し、これら熱処理炉の間で、熱処理炉の放出熱を、熱の供給が必要な工程を行なう別の熱処理炉に熱受給路を通じて供給するに際し、放出熱を受給する第１熱処理炉１と第２熱処理炉４を連結した熱受給路１０ａに設置された熱受給用送風ファン１１ａの送風量、または、第１熱処理炉１の送風ファン１ｂの送風量を制御装置１３により制御することにより、第２熱処理炉４への放出熱の供給量を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理炉の稼動管理システムに関し、さらに詳しくは、複数の熱処理炉を用いて、それぞれの熱処理炉を連続稼動させることなく、熱処理に使用して余った熱を、無駄なく有効に活用することができる熱処理炉の稼動管理システムに関するものである。

石膏鋳造法により金型を製造する際には、例えば、鋳物の熱処理や金型の余熱などの各種熱処理が行なわれる（例えば、特許文献１参照）。これら熱処理を行なう熱処理炉は、１回の工程を終えた後は、初期の温度条件に戻すために、ある程度の時間が経過した後に新たな工程を行なうようにして、連続稼動しないことが一般的である。したがって、１回の工程が終了した後に熱処理炉に残っていた熱（余熱）は、次の新たな工程を行なうまでの間に気中に放出されていた。即ち、熱処理炉の余熱はそのまま無駄に捨てられるだけで、有効に活用されていなかった。

熱処理炉とは異なるが、燃焼炉の排熱を有効に利用するシステムとしては、燃焼炉の排気通路の途中に蓄熱体を設け、この蓄熱体に燃焼炉への給気通路を通過させる構造にしたシステムが提案されている（特許文献２参照）。このシステムでは、排気熱を蓄熱体に蓄熱して、この蓄熱によって燃焼炉に新たに供給される空気を加熱して、排熱を有効利用するようにしている。しかしながら、この提案のシステムは、基本的に１つの燃焼炉に注目して排熱を活用しようとするものであり、蓄熱体の蓄熱性能によってその効果に大きな差が生じるという問題があった。しかも、排熱の利用効果を向上させるには、１つの燃焼炉をできるだけ連続稼動させる必要があった。
特開２００７−６９４００号公報 特開平６−１８０１１５号公報

本発明の目的は、複数の熱処理炉を用いて、それぞれの熱処理炉を連続稼動させることなく、熱処理に使用して余った熱を、無駄なく有効に活用することができる熱処理炉の稼動管理システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の熱処理炉の稼動管理システムは、加熱手段と送風手段とを備えた複数の熱処理炉をそれぞれ熱受給路で連結し、これら熱処理炉の間で熱処理炉の放出熱を、熱の供給が必要な工程を行なう別の熱処理炉に前記熱受給路を通じて供給することを特徴とするものである。

ここで、前記複数の熱処理炉に対して、少なくとも１つの熱処理炉が熱の放出のみをする工程を行なう際に、別の少なくとも１つの熱処理炉が熱の供給が必要な工程を行なうように工程サイクルを設定し、熱の放出のみをする工程を行なっている熱処理炉の放出熱を供給することもできる。

前記熱受給路に熱受給用送風手段を設けることもできる。この場合に、放出熱を供給する熱処理炉と放出熱が供給される熱処理炉との温度に基づいて、放出熱を受給する熱処理炉を連結した熱受給路に設置された熱受給用送風手段の送風量、または、放出熱を供給する熱処理炉の送風手段の送風量を制御することにより、前記放出熱の供給量を調節することもできる。或いは、前記複数の熱処理炉の工程サイクルの経過時間に基づいて、放出熱を受給する熱処理炉を連結した熱受給路に設置された熱受給用送風手段の送風量、または、放出熱を供給する熱処理炉の送風手段の送風量を制御することにより、前記放出熱の供給量を調節することもできる。また、本発明では、前記熱受給路を断熱材により被覆した仕様にすることもできる。

本発明の熱処理炉の稼動管理システムによれば、加熱手段と送風手段とを備えた複数の熱処理炉をそれぞれ熱受給路で連結したので、これら熱処理炉の間で、いずれかの熱処理炉の放出熱を、熱の供給が必要な工程を行なう別の熱処理炉に前記熱受給路を通じて供給することで、それぞれの熱処理炉を連続稼動させなくても、余った熱（放出熱）を無駄に捨てることなく、別の熱処理炉で有効に活用することができる。これにより、複数の熱処理炉全体としては、所定の工程を行なうための熱消費量を削減することが可能なる。

以下、本発明の熱処理炉の稼動管理システムを、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示するように、この実施形態では第１熱処理炉１、第２熱処理炉４、第３熱処理炉７の稼動管理を行なうようになっている。第１熱処理炉１は、鋳物の第１熱処理を行なう炉であり、給気路２ａにはヒータ１ａおよび送風ファン１ｂが備わり、排気路２ｂには排気ダンパ３が備わっている。また、給気路２ａと排気路２ｂとを連結する循環路２ｃが設けられている。循環路２ｃ（排気路２ｂ）には温度センサ１２ａが取り付けられている。

第２熱処理炉４は、金型の予熱を行なう炉であり、給気路５ａにはヒータ４ａおよび送風ファン４ｂが備わり、排気路５ｂには排気ダンパ６が備わっている。また、給気路５ａと排気路５ｂとを連結する循環路５ｃ（排気路５ｂ）が設けられている。循環路５ｃには温度センサ１２ｂが取り付けられている。

第３熱処理炉７は、鋳物の第２熱処理を行なう炉であり、給気路８ａにはヒータ７ａおよび送風ファン７ｂが備わり、排気路８ｂには排気ダンパ９が備わっている。また、給気路８ａと排気路８ｂとを連結する循環路８ｃが設けられている。循環路８ｃ（排気路８ｂ）には温度センサ１２ｃが取り付けられている。

第１熱処理炉１の循環路２ｃ、第２熱処理炉４の循環路５ｃ、第３熱処理炉７の循環路８ｃはそれぞれ、熱受給路１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより連結されている。それぞれの熱受給路１０ａ、１０ｂ、１０ｃには、熱受給用送風ファン１１ａ、１１ｂ、１１ｃが設けられ、また、その表面は断熱材１４により被覆されている。熱受給用送風ファン１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、設置されたそれぞれの熱受給路１０ａ、１０ｂ、１０ｃの何れの方向にも送風できるようになっている。

それぞれのヒータ１ａ、４ａ、７ａ、送風ファン１ｂ、４ｂ、７ｂ、排気ダンパ３、６、９、熱受給用送風ファン１１ａ、１１ｂ、１１ｃの動作は制御装置１３により制御される。制御装置１３には、温度センサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃにより測定された温度データが入力される。また、それぞれの熱処理炉１、４、７の炉内温度データも制御装置に入力されるようになっている。

第１熱処理炉１、第２熱処理炉４、第３熱処理炉７による熱処理の温度チャート（炉内温度の経時変化）を図３に例示する。図３において、実線（Ａ線）、点線（Ｂ線）、一点鎖線（Ｃ線）がそれぞれ、第１熱処理炉１、第２熱処理炉４、第３熱処理炉７の炉内温度の経時変化を示している。

第１熱処理炉１では、稼動から２時間でＴ４℃まで加熱し後、Ｔ４℃を１０時間維持して１回の熱処理が終了し、その１２時間後に新たな熱処理を行なう。このように１工程サイクルが２４時間に設定され、稼動開始から１２時間は熱の供給が必要な工程を行なう。そして、その後の１２時間は供給された熱の放出のみをする工程、即ち、図３のＡ１、Ａ２における余熱を放出熱として放出する工程を行なう。

第２熱処理炉４では、稼動から２時間でＴ２℃まで加熱し後、Ｔ２℃を１０時間維持して１回の熱処理が終了し、その１２時間後に新たな熱処理を行なう。このように１工程サイクルが２４時間に設定され、稼動開始から１２時間は熱の供給が必要な工程を行なう。そして、その後の１２時間は供給された熱の放出のみをする工程、即ち、図３のＢ１、Ｂ２における余熱を放出熱として放出する工程を行なう。

第３熱処理炉７では、稼動から１時間でＴ１℃まで加熱し、続く１３時間でＴ３℃まで加熱し、Ｔ３℃を１６時間維持して１回の熱処理が終了し、その１８時間後に新たな熱処理を行なう。このように１工程サイクルが４８時間に設定され、稼動開始から３０時間は熱の供給が必要な工程を行なう。そして、その後の１８時間は供給された熱の放出のみをする工程、即ち、図３のＣ１における余熱を放出熱として放出する工程を行なう。

尚、第１熱処理炉１、第２熱処理炉４、第３熱処理炉７での熱の供給が必要な工程においても、排気熱が放出熱となる。

次に、本発明によって熱処理炉の放出熱を、熱の供給が必要な別の熱処理炉に供給する手順を、第１熱処理炉１の放出熱を第２熱処理炉４に供給する場合を例にして、図２に基づいて説明する。

図２に例示する第１熱処理炉では、熱処理が終了してヒータ１ａによる加熱を停止しているが、炉内に熱が残っている状態にある。一方、第２熱処理炉４では、熱処理を行なっていて新たな熱の供給が必要な状態にあり、送風ファン４ｂによって送り込んだ外気をヒータ４ａで加熱して炉内に熱を供給している。そこで、第１熱処理炉１では、排気ダンパ３を閉じた状態にして送風ファン１ｂを稼動するとともに、熱受給路１０ａに設置した熱受給用ファン１１ａを、第１熱処理炉１から第２熱処理炉４に向かって送風するように稼動させる。

これにより、熱の放出のみをする工程を行なっている第１熱処理炉１の炉内の余熱が放出熱として、循環路２ｃおよび熱受給路１０ａを通じて第２熱処理炉４の循環路５ｃに導かれる。この循環路５ｃに導かれた放出熱は、さらに送風ファン４ｂの送風により第２熱処理炉４の炉内に供給される。そのため、第２熱処理炉４では、熱の供給が必要な工程を行なうに際して、ヒータ４ａの加熱温度を低く抑えることが可能になり、或いは、加熱時間を短くすることが可能になる。

第２熱処理炉４に対する第１熱処理炉１の放出熱の供給量は、第１熱処理炉１の送風ファン１ｂの送風量、または、熱受給用ファン１１ａの送風量を制御することにより行なう。これらの送風量は、第１熱処理炉１側にある温度センサ１２ａにより測定された温度データと、第２熱処理炉４側にある温度センサ１２ｂにより測定された温度データとに基づいて制御される。

例えば、温度センサ１２ａの温度データと温度センサ１２ｂの温度データとを比較して温度センサ１２ａの温度データ（第１熱処理炉１の放出熱の温度）が、温度センサ１２ｂの温度データ（第２熱処理炉４側の温度）よりも高いことを確認しつつ、第２熱処理炉４の炉内温度が必要な時間で必要な温度になるように、送風量の大きさを調整する。ここで、温度センサ１２ａの温度データ（第１熱処理炉１の放出熱の温度）が、第２熱処理炉４が目標とする炉内温度よりも低くなった場合は、放出熱の供給を停止する。第１熱処理炉１および第２熱処理炉４の炉内温度データに基づいて放出熱の供給量を制御してもよい。

熱受給用ファン１１ａを設けずに、第１熱処理炉１の送風ファン１ｂの送風のみによって、放出熱を第２熱処理炉４に供給することもできるが、この実施形態のように熱受給用ファン１１ａを設けることで、損失を最小限にして迅速かつ大量に、放出熱を供給することが可能になる。熱受給用ファン１１ａの送風量は、例えば、１０ｍ^３／ｍｉｎ〜２０ｍ^３／ｍｉｎ程度である。放出熱を供給する際には、送風ファン１ｂの送風量も熱受給用ファン１１ａの送風量と同等に設定する。

放出熱を供給する際の損失を抑えるには、熱受給路１０ａを短くすればよく、例えば、１ｍ以下にすることが好ましい。しかしながら、熱処理炉１、４の設置スペースの制約によって、熱受給路１０ａが長くなる場合には、その表面を断熱材１４により被覆して損失を抑えることができる。もちろん、熱受給路１０ａが１ｍ未満であっても、その表面を断熱材１４で被覆してもよい。また、それぞれの循環路２ｃ、５ｃの表面を断熱材１４で被覆してもよい。

また、第１熱処理炉１が、熱の放出のみをする工程を行なっている場合だけでなく、熱処理を行なっている稼動中であっても、その排出熱を放出熱として熱の供給が必要な工程を行なう第２熱処理炉４に供給することができる。この場合も、既述した同様の制御を行なえばよい。

また、第１熱処理炉１からだけでなく、第３熱処理炉７からの放出熱を同様に第２熱処理炉４に供給することもできる。このように、本発明では、複数の熱処理炉１、４、７の間で、いずれかの熱処理炉の放出熱を、熱の供給が必要な工程を行なう別の熱処理炉に熱受給路１０ａ、１０ｂ、１０ｃを通じて供給することで、それぞれの熱処理炉１、４、７を連続稼動させなくても、余熱を放出熱としてを無駄に捨てることなく、別の熱処理炉で有効に活用することができる。したがって、複数の熱処理炉１、４、７全体としては、所定の工程を行なうための熱消費量を削減することが可能なる。

図４は、第１熱処理炉１、第２熱処理炉４、第３熱処理炉７に対して、少なくとも１つの熱処理炉が熱の放出のみをする工程を行なう際に、別の少なくとも１つの熱処理炉が熱の供給が必要な工程を行なうように工程サイクルを設定して、それぞれの熱処理炉１、４、７の炉内温度の経時変化を示している。ここで、工程サイクル経過時間１２（ｈ）時点で、第１熱処理炉１の熱処理が終了している。そして、図４のＡ１における第１熱処理炉１の余熱を放出熱として、既述した手順によって、熱が必要な工程を行なっている第２熱処理炉４に供給している。そのため、第２熱処理炉４では、熱の供給が必要な工程を行なうに際して熱消費量を抑えることができる。

工程サイクル経過時間２０（ｈ）時点では、第３熱処理炉７の熱処理が終了している。そして、図４のＣ１における第３熱処理炉７の余熱を放出熱として、既述した同様の手順によって、熱が必要な工程を行なっている第２熱処理炉４、第１熱処理炉１に供給している。そのため、第２熱処理炉４および第１熱処理炉１では、熱の供給が必要な工程を行なうに際して、それぞれヒータ４ａ、１ａの加熱温度を低く抑えることが可能になり、或いは、加熱時間を短くすることが可能になる。

図４のように予めそれぞれの熱処理炉１、４、７の工程サイクルを設定しておけば、温度センサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが測定する温度データではなく、これら熱処理炉１、４、７が工程サイクルを行なっている経過時間に基づいて、稼動管理することもできる。即ち、熱の放出のみをする工程を行なって放出熱を供給する熱処理炉と、熱の供給が必要な工程を行なって放出熱が供給される熱処理炉とを連結した熱受給路に設置された熱受給用送風手段の送風量、または、放出熱を供給する熱処理炉の送風手段の送風量を、予め設定された工程サイクルの経過時間によって制御することにより、放出熱の供給量を調節することが可能になる。

図５に別の実施形態を例示する。この実施形態は、図１に例示した実施形態の熱受給用送風ファン１１ａ、１１ｂ、１１ｃを、切換弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆに置き換えたものであり、その他の構成は同じである。これら切換弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆの動作は制御装置１３により制御される。

次に、この実施形態によって、第１熱処理炉１の放出熱を第２熱処理炉４に供給する場合を、図６に基づいて説明する。

図６に例示する第１熱処理炉では、排気ダンパ３を閉じた状態にして送風ファン１ｂを稼動する。循環路２ｃと熱受給路１０ｂとの連結部に設けた切換弁１５ｂは、切換弁１５ｂの上流側の循環路２ｃと下流側の循環路２ｃのみが連通するように作動させる。循環路２ｃと熱受給路１０ａとの連結部に設けた切換弁１５ａは、切換弁１５ａの上流側の循環路２ｃと熱受給路１０ａのみが連通するように作動させる。循環路５ｃと熱受給路１０ａとの連結部に設けた切換弁１５ｃは、循環路５ｃと熱受給路１０ａとが連通するように作動させる。循環路２ｃと熱受給路１０ｃとの連結部に設けた切換弁１５ｄは、切換弁１５ｄの上流側の循環路５ｃと下流側の循環路５ｃのみが連通するように作動させる。

これにより、第１熱処理炉１の炉内の余熱が放出熱として、循環路２ｃおよび熱受給路１０ａを通じて第２熱処理炉４の循環路５ｃに導かれる。この循環路５ｃに導かれた放出熱は、さらに送風ファン４ｂの送風により第２熱処理炉４の炉内に供給される。そのため、第２熱処理炉４では、熱の供給が必要な工程を行なうに際して、ヒータ４ａの加熱温度を低く抑えることが可能になり、或いは、加熱時間を短くすることが可能になる。

既述した実施形態では、３つの熱処理炉１、４、７の稼動管理を行なっているが、熱処理炉の数は複数であればよい。また、それぞれの熱処理炉１、４、７は異なる熱処理を行なう炉に限らず、それぞれが同じ熱処理を行なう熱処理炉であってもよく、熱処理の種類や熱処理の種類の組合せは特に限定されない。

本発明の熱処理炉の稼動管理システムを例示する全体概要図である。 図１の第１熱処理炉の放出熱を、第２熱処理炉に供給する例を示す説明図である。 それぞれの熱処理炉による熱処理の温度チャートを例示するグラフ図である。 本発明による熱処理炉間の放出熱の供給状態を例示するグラフ図である。 本発明の熱処理炉の稼動管理システムの変形例を示す全体概要図である。 図５の第１熱処理炉の放出熱を、第２熱処理炉に供給する例を示す説明図である。

符号の説明

１ 第１熱処理炉
１ａ ヒータ
１ｂ 送風ファン
２ａ 給気路
２ｂ 排気路
２ｃ 循環路
３ 排気ダンパ
４ 第２熱処理炉
４ａ ヒータ
４ｂ 送風ファン
５ａ 給気路
５ｂ 排気路
５ｃ 循環路
６ 排気ダンパ
７ 第３熱処理炉
７ａ ヒータ
７ｂ 送風ファン
８ａ 給気路
８ｂ 排気路
８ｃ 循環路
９ 排気ダンパ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 熱受給路
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 熱受給用送風ファン
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 温度センサ
１３ 制御装置
１４ 断熱材
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ 切換弁

Claims (6)

1. 加熱手段と送風手段とを備えた複数の熱処理炉をそれぞれ熱受給路で連結し、これら熱処理炉の間で熱処理炉の放出熱を、熱の供給が必要な工程を行なう別の熱処理炉に前記熱受給路を通じて供給する熱処理炉の稼動管理システム。
2. 前記複数の熱処理炉に対して、少なくとも１つの熱処理炉が熱の放出のみをする工程を行なう際に、別の少なくとも１つの熱処理炉が熱の供給が必要な工程を行なうように工程サイクルを設定し、熱の放出のみをする工程を行なっている熱処理炉の放出熱を供給する請求項１に記載の熱処理炉の稼動管理システム。
3. 前記熱受給路に熱受給用送風手段を設けた請求項１または２に記載の熱処理炉の稼動管理システム。
4. 放出熱を供給する熱処理炉と放出熱が供給される熱処理炉との温度に基づいて、放出熱を受給する熱処理炉を連結した熱受給路に設置された熱受給用送風手段の送風量、または、放出熱を供給する熱処理炉の送風手段の送風量を制御することにより、前記放出熱の供給量を調節する請求項３に記載の熱処理炉の稼動管理システム。
5. 前記複数の熱処理炉の工程サイクルの経過時間に基づいて、放出熱を受給する熱処理炉を連結した熱受給路に設置された熱受給用送風手段の送風量、または、放出熱を供給する熱処理炉の送風手段の送風量を制御することにより、前記放出熱の供給量を調節する請求項３に記載の熱処理炉の稼動管理システム。
6. 前記熱受給路を断熱材により被覆した請求項１〜５のいずれかに記載の熱処理炉の稼動管理システム。

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