JP2009243877A

JP2009243877A - 熱風循環炉

Info

Publication number: JP2009243877A
Application number: JP2009164365A
Authority: JP
Inventors: Kiyofumi Kurita; 清文栗太; Noboru Sasaki; 昇佐々木; Yukiharu Itakura; 行治板倉
Original assignee: Nippon Furnace Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Furnace Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2009-07-13
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: JP4378432B2

Abstract

【課題】小型でありながら連続処理が可能でかつ大量処理できるようにする。また、均等加熱が可能で、同じ温度の熱風を使って加熱帯と均熱帯を構成可能とする。
【解決手段】熱源５と回転炉床２とを備える炉体１と、回転炉床２の上に備えられ放射方向にワークを搬入搬出可能に載置すると共に循環流が上下方向に通過可能なワーク載置棚２４を備えるワーク載置台２３と、炉体１の天井４付近に備えられて炉体１の内側から外側に放射状に循環流を炉体内全域に形成する軸流ファン１１と、炉内をワーク載置台２３が設置されている外周側領域６とそれよりも内側の内方側領域７とに分離すると共に炉体１の炉床２付近及び天井４付近で循環流が反転する通路９，１０を区画する環状仕切り８とを有するようにしている。より好ましくは環状仕切り８の内側には入口側θ_１の開口よりも出口側の開口θ_２を狭めて軸流ファン１１から吐出された高温ガスの風速の一部を高めてワーク載置台２３に供給するゾーン分離用の仕切り１２を有することである。
【選択図】図１

Description

本発明は熱風を循環させてワークを所定の熱処理温度まで加熱する熱風循環炉に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えばアルミニウム合金のＴ６熱処理のような、比較的サーマルヘッドのとり難い材料の熱処理に好適な熱風循環炉に関する。

従来、ファンにより強制的に循環させられる熱風によってワークを加熱する熱風循環式の熱処理炉としては、例えば図９に示すようなものがある（特開２００２−１７３７０８号）。この高速昇温炉は、耐火材から成る炉室２内に上下端開口の筒状のワーク収容室３を同軸的に配置し、炉底部に設置されたバーナＢにて生成された熱風を循環ファン（シロッコファン）４により渦流として強制的に対流させることによって、ワークＷを高速で昇温するようにしたものである。熱風は、ワーク収容室３の底部からワーク収容室３内に流入して循環ファン４でワーク収容室３とその周囲の耐火壁２１との間の循環通路５に吐出されて下降するような循環を形成するように設けられている。また、ワーク収容室３の第２ワーク搬送口３５に扉７を設け、扉７を閉じることにより、炉室２とワーク収納室３との間の全周にわたって熱風が均一に循環される循環通路を確保するようにしている。この炉へのワークＷの出し入れは、第１ワーク搬送口２２の扉Ｄと炉室２内のワーク収容室３の扉７とを開くことにより行われるものであり、熱処理をバッチ処理とするものである。

また、連続処理炉としては、図示していないがトンネル型の長い処理炉が一般的であり、一端のワーク搬入口から搬入したワークが他端のワーク搬出口へ向けて移動する間に所定温度にまで加熱されるようにしている。

特開２００２−１７３７０８号

しかしながら、図９の高速昇温炉はバッチ処理であるため、ワークの搬入・搬出のたびに大量の炉内熱風が流出しかつ炉外の冷たい空気が流入して炉室２内が冷却されるため、熱効率が悪いと共に処理時間が余分にかかってしまう問題がある。

また、この高速昇温炉に用いられている循環ファン４は、シロッコファンであり、かつブレードが剥き出しとされた構造となっていることから、実際には循環流が発生せず、高速には加熱できない問題がある。シロッコファンは周囲のケーシングのデザインによって風量が決まるものであり、ブレードがむき出しでケーシングがないと風量がでない。したがって、ブレードをむき出しにしたシロッコファンを設置しても静圧回収できず、ファンの周囲の空気をかき混ぜるだけで、炉内全体に行き渡る循環流は起こらない。また、仮にケーシングを設けて風量が得られるようにした場合にも、熱風の循環流が渦流となるため、循環流の偏りが生じ、ワークに対して均一に接触できないことから加熱むらが生じ易い問題がある。更に、ワークを中央に配置し周囲に循環通路を設けるようにしているため、デッドスペースが多くなり、炉体容積の割に処理できるワーク量が少なく、加熱効率が悪いという問題がある。

しかも、渦流となって循環する熱風により加熱するため、炉内を加熱帯と均熱帯とに分けることができないので、昇温に時間がかかり、特にアルミニウム合金のようなサーマルヘッドを大きくとることができないワークの場合にはその影響が大きい。例えば、アルミ合金の熱処理は、焼入れ（溶体化処理）をアルミの融点（軟化点）に近い温度で行うので、サーマルヘッドを大きくとることはできず、対流伝熱による加熱に依存するしかない。つまり、炉温と被加熱物とのサーマルヘッドを大きくとれば昇温時間を短縮することができるが、アルミ熱処理炉の場合は一般の熱処理炉とは異なって、被加熱物の溶損や変形のおそれがあるためサーマルヘッドを大きくとることができない。サーマルヘッドが小さいと放射伝熱による加熱の比率が低下し、対流伝熱による加熱の比率が高くなる。一般的には５００℃程度の中温領域のＴ６処理においては、バスケットを使用した場合の伝熱量は対流伝熱が８５％、放射伝熱が１５％程度である。斯様に、放射伝熱による加熱が限界炉温の存在によって制限されるので、ワークの昇温は必然的に対流伝熱による加熱に依存することになる。対流伝熱による加熱能力は周知のように加熱流体の流量と流速の関数として決定されるので、炉内熱風循環ファンの適切な設計が非常に重要である。しかしながら実際の炉の設計においては、熱風循環ファンの流量あるいは流速を無制限に高めることはできず、炉体サイズとの関係から大型ファンの設置には限界がある。

また、トンネル型の連続処理炉の場合には、大型化してしまう問題がある。特に、アルミニウム合金のような、比較的サーマルヘッドのとり難い材料の熱処理に用いる場合には、加熱に時間がかかるため、炉長が長大化する傾向がある。

一方で、生産形態は常に変化、多様化しており、以前のような大型連続炉による生産コスト低減だけにとどまらず、自動車のモデルや生産台数等との関係でさまざまな熱処理設備が要求されている。このため熱処理炉の単独設備としてではなく、たとえば鋳造ラインの最終工程に設置する高性能な専用工業炉が求められている。例えば、鋳造ラインの端に処理量の小さな炉を設置して、鋳造したら冷却せずにそのまま熱処理をして常温から加熱する無駄をなくすことが望まれる。また、アルミの鍛造品（加熱してプレス。緻密になる）においても、一次加熱、二次加熱、焼き入れ、焼き戻しを行うために、１品ずつワークを加熱する必要がある。この場合には、ワークを１品１品毎に装入・搬送・搬出できる処理量の小さい炉が望まれる。このことはアルミ製品に限らず、その他の非鉄金属合金や鉄鋼においても同様である。このような要望に対して大量処理を前提とする大形の従来のトンネル型の連続熱処理炉では容易に応ずることができない。

そこで、本発明は、小型でありながら処理量が多い、連続処理の熱風循環炉を提供することを目的とする。また、本発明は、均等加熱が可能な熱風循環炉を提供することを目的とする。更に、本発明は、加熱帯と均熱帯を構成可能な熱風循環炉を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明にかかる熱風循環炉は、熱源と回転炉床とを備える炉体と、前記回転炉床の外周側寄りの部位に前記炉体の周壁に沿って備えられると共に放射方向に前記ワークを搬入搬出可能に載置しかつ熱ガスの循環流が上下方向に通過可能な通気性の素材ないし構造から成るワーク載置棚を内部に備える通気性の構造から成る環状のワーク載置台と、前記炉体内を前記ワーク載置台が設置されている外周側領域とそれよりも内側の内方側領域とに区画すると共に前記回転炉床付近及び前記天井付近に前記内方側領域と前記外周側領域とを連通させる上下の通路をそれぞれ設ける環状仕切りと、前記炉体の天井付近に備えられ前記熱源から熱を受けた熱ガスをファンの外周から中心部に向かって吸い込み前記環状仕切りの内側である前記内方側領域を通して前記回転炉床に向けて吐出する軸流ファンとを備え、前記熱ガスは前記軸流ファンによって前記内方側領域に吐出され、前記環状仕切りの内側を前記環状仕切りに沿って前記回転炉床付近の前記下の通路を経て前記環状仕切りの外側の前記外周側領域に放射状に流出され、前記ワーク載置台の前記ワーク載置棚を通過して上昇し、再び前記熱源で昇温されてから前記軸流ファンに吸い込まれる循環流を形成するようにしている。

軸流ファンは外周の雰囲気をあまり攪拌せずに吸い込み、軸方向（炉底方向）に吹き出す特性があり、ほぼ同じ所を循環させることができる。したがって、熱源から供給される熱風は軸流ファンによって炉中央の空間に吐出され、環状仕切りの内側を環状仕切りに沿って回転炉床付近の通路を経て環状仕切りの外側に流出し、ワーク載置台のワーク載置棚を通過して上昇し、再び熱源で加熱されあるいは熱源から供給される熱風と混合されて昇温されてから軸流ファンに吸い込まれる循環流、即ち炉体の内側から外側に放射状に循環流を炉内全域に形成する。そして、炉内の雰囲気が一定の循環を行うのであれば、特定のバーナの出力を特定のゾーンに供給することが可能となる。例えば、加熱帯、均熱帯といった複数のゾーンを設けてそれぞれにバーナを備え、各ゾーンの温度に従い別々に出力を制御することが可能となる。これにより、ゾーン毎に要求される熱量例えば新しく投入したワークによる温度降下が著しい加熱帯と温度降下が少ない均熱帯とでそれぞれ必要とする熱量を分けて供給し、加熱帯と均熱帯にそれぞれ供給される熱ガスの温度を同じにしてあるいは所望の温度差を設定して供給できる。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱風循環炉において、ワーク載置台が複数段のワーク載置棚を有するようにしている。この場合には、上昇する熱風によって次々にワーク載置棚のワークを加熱できるので、大量に処理できる。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の熱風循環炉において、ワーク載置台が、一度に処理する分のワークを載置するスペース毎に周方向に区画する仕切りによって周方向に隔離されると共に、鉛直方向にはワーク載置棚を介して連通するようにしている。この場合には、ワーク縦一列ごとの熱風流路が仕切りによって確保されるため、軸流ファンによって形成された循環流がワークとの接触によっても乱れることなくほぼ同じ所を循環可能である。

更に、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１つに記載の熱風循環炉において、ワーク載置台の各段のワーク載置棚毎にワークの出し入れを可能とする装入口並びに抽出口を炉体の周壁に有するようにしている。この場合には、必要なワークが収納されているスペースだけを開放し、ワークを取り出すことができるので、ワーク装入ないし抽出時に生じる熱ロスが少なくなる。

更に、請求項５記載の発明は、請求項４記載の熱風循環炉において、装入口と抽出口とは各々独立して開閉する扉を有し、装入口と抽出口との間にはワーク載置台のワーク収容スペースが少なくとも１つ存在する間隔が設定されているものである。この場合には、ワークの抽出（取り出し）時並びにワーク装入時に炉外と連通するワーク収容スペースは、装入口並びに抽出口に臨むワーク収容スペースに限られるため、余分な熱が逃げない。また、装入口と抽出口とが同時に開放されても、これらの間に少なくとも１つのワーク収容スペースが存在するため、装入口と抽出口とが直接連通することはない。

以上の説明より明らかなように、請求項１記載の発明にかかる熱風循環炉によると、デッドエリアとなる炉の中央を利用して軸流ファンが設置できるので、炉内スペースを有効利用でき、無駄なスペースが生ぜずに、炉がコンパクトになる。しかも、環状のワーク載置台は回転炉床の外周部に配置されているので、もっとも長いワーク載置棚を構成できるので、炉の据付面積の割に大量のワークを処理できる。

また、軸流ファンによる熱ガスの放射状の循環は、ファン外周の雰囲気をあまり攪拌せずにほぼ同じ所を循環させるので特定のバーナの出力を特定のゾーンに供給することができることから、加熱帯と均熱帯とにそれぞれサーミスタとバーナとを設けて各ゾーンの温度に従い別々にバーナ出力を制御すれば、加熱帯のみ必要な熱量を供給することができる。これにより新しく投入したワークによる均熱帯の温度降下は起こらず、加熱帯のみ必要な熱量を供給することができる。加えて軸流ファン（軸に沿って吐出する）は周囲にケーシングがなくとも均等な風量がでることから、均等加熱ができる。

更に、請求項２記載の発明にかかる回転炉床式熱風循環炉によると、ワーク載置棚数分だけ同時に処理できるワーク数を増やし、大量処理を可能にできる。

また、請求項３記載の発明にかかる回転炉床式熱風循環炉によると、ワーク縦一列ごとの熱風流路が確保されるため、軸流ファンによって形成された循環流がワークとの接触によっても乱れることなくほぼ同じ所を循環可能である。このために、１台の軸流ファンでもゾーン分離が更に容易となる。

また、請求項４記載の発明にかかる回転炉床式熱風循環炉によると、必要なワークが収納されているスペースだけを開放し、ワークを取り出すことができるので、ワーク装入ないし抽出時に生じる熱ロスが少なくなる。

また、請求項５記載の発明にかかる回転炉床式熱風循環炉によると、ワークの取り出し時並びにワーク装入時に炉外と連通するワーク収容スペースは、装入口並びに抽出口に臨むワーク収容スペースに限られるため、余分な熱が逃げない。また、装入口と抽出口とが同時に開放されても、これらの間に少なくとも１つのワーク収容スペースが存在するため、装入口と抽出口とが直接連通することはない。

本発明の熱風循環炉の一実施形態を示す原理図で、正面図である。同熱風循環炉の側面図である。同熱風循環炉の平面図である。同熱風循環炉の斜視図である。本発明の熱風循環炉をアルミのＴ６熱処理炉に適用した一実施例を示す中央縦断面図である。同Ｔ６熱処理炉の横断面図である。同Ｔ６熱処理炉の平面図である。同Ｔ６熱処理炉の正面図である。従来の熱処理炉の平面図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１から図４に本発明の熱風循環炉の一実施形態を示す。この熱風循環炉は、炉体１の炉床２部分がターンテーブルで構成され、その上に据え付けられたワーク載置台２３に被加熱物（図示省略。本明細書ではワークと呼ぶ）を載せて炉床２が１回転する間に所定の加熱を完了させ、順次取り出せるようにした連続加熱炉である。

炉体１は、耐火耐熱材などからなる円筒形の周壁（炉壁）３と、天井４と、これらとは分離され回転可能な炉床２とから成り、周壁３の外側に熱源５を備える。回転炉床２を囲う周壁３並びに天井４は、炉の図示省略している支持構造材に据え付けられ固定されている。

炉内は、ワーク載置台２３が設置されている外周側領域６とそれよりも内側の内方側領域７とに、環状仕切り８で区画されて分離されている。この環状仕切り８は、炉床２から天井４までの全域を完全に仕切るのではなく、回転炉床２付近及び天井４付近に循環流が反転する上下の通路９、１０をそれぞれ設けるように備えられている。即ち、環状仕切り８で内方側領域７と外周側領域６とに分離された炉内を炉床付近の下部通路（開口）９と天井付近の上部通路（開口）１０とによって連通させ、軸流ファン１１の駆動によって外周側領域６と内方側領域７との間をガスが循環できるように設けられている。

軸流ファン１１は、天井４付近の炉体中央に炉床２に向けて備えられ、熱ガスをファン外周方向から中心方向へ向けて吸い込み炉床２へ向けて吐出することにより、内方側領域７→下部通路９→外周側領域６→上部通路１０→内方側領域７へと炉体の内側から外側へ放射状に流れる循環流を炉体内全域に形成する。軸流ファン１１は外周の雰囲気をあまり攪拌せずに吸い込み、軸方向即ち本実施形態の場合には炉床２の方向に吹き出す特性がある。更に、ファンの吸込側や吐出側にガイドを付けることにより一層整流効果が高くなる。この特性より、炉内の雰囲気は、ほぼ同じ所を循環させることができる。したがって、軸流ファンは一台でも適切なガイドや仕切りを設ければ、ゾーンの分離が可能である。尚、図示していないが軸流ファンの駆動源は好ましくは炉体１の外に配置され、炉内に配置されるファンの回転軸を天井４から炉外に突き出させてチェーンとスプロケットなどを介在させて回転させるようにしている。

そこで、環状仕切り８の内側の内方側領域７には、必要に応じてゾーン分離をより確実なものとするなどのために仕切りが設けられることがある。本実施形態の場合には、循環流が流入する入口側よりも出口側の開口を狭めた仕切り１２が取り付けられている。この場合には、仕切り１２によって区画された内方側領域７の天井付近での入口開口角度θ_１に対し、炉床４付近の出口開口角度θ_２が絞られており、開口面積の減少分だけ循環ガスの流速の増大が図られ、軸流ファン１１から吐出された高温ガスの一部を風速を高めてワーク載置台２３に供給することができる。また、炉内全域で循環流の風速（加熱状態）に変化を持たせる必要はないがより明確なゾーン分離の必要性があるときには、入口開口角度θ_１と出口開口角度θ_２とが同じ角度でまっすぐに仕切られる仕切り（図示省略）が用いられる。この場合には、軸流ファンから吐出される熱風量は均等であり、仕切りの入り口側開口面積に応じた量が導入されると共に入り口側開口面積よりも狭い出口側開口から吐出される。このため、出口側開口面積が狭まった分だけ、熱風の速度が増速されてワーク載置台の下から吐出され、ワーク載置棚を通過して上昇する。即ち、熱風の一部が一部領域に他の領域よりも循環流が高速となる領域を形成できるので、対流伝熱を主体とする加熱においては同じ温度の循環ガスを使って加熱帯と均熱帯を形成できる。

尚、炉中央のデットスペースには、該空間を埋める円筒体１４が配置されて、流れが乱れるのを防ぐようにしている。

本実施形態の場合には、環状仕切り８は天井４に据え付けられた軸流ファン１１のカバー１３を利用して天井４に吊り下げられている。即ち、軸流ファン１１の回転軸を支える天井４の軸受け部を覆うカバー１３に例えば３枚の板状のステー１５を介して環状仕切り８が吊り下げられている。更に、この環状仕切り８の内側に径方向に配置される放射状の仕切り１２が取り付けられ、更にこの仕切り１２を介して内側に炉内中央のデッドスペースを埋める円筒体１４が取り付けられて天井４に吊り下げられている。これら環状仕切り８、仕切り１２並びに円筒体１４は、溶接やリベット止めなどで互いに接合されて一体となって天井４に取り付けられたカバー１３を介して炉体１に固定されている。しかし、円筒体１４並びに環状仕切り８は、炉床２の回転中心と同軸に配置されるので、炉床２の回転とは無関係に定位置にあることが要求されるゾーン分離用の仕切り１２とは異なり、必ずしも固定的な炉体側例えば天井４などに取り付け支持させることはない。即ち、場合によっては、円筒体１４並びに環状仕切り８は、炉床２の上に起立させるようにして設置しても良い。

炉床２には、下降してくる熱風を滑らかに上方へ反転させて上昇流に変換せさる反転部２８が外周側領域６と内方側領域７とにかけて環状に設けられている。本実施形態では、反転部２８は横断面形状半円形の凹部で形成されている。ここで、炉床２の反転部２８はワーク載置台２３の据え付けと循環流の流れる位置とを考慮して、炉床２の周縁部と中央部を残した領域に形成されている。そして、反転部２８の外側の縁はワーク載置台２３のほぼ中央に位置し、内側の縁は炉床２の中央のデッドスペースを埋める円筒体１４付近に位置するように形成され、ワーク載置台２３のほぼ中央から熱風が上昇してくるように設けられている。尚、反転部２８は円筒体１４に半円形に反り返るスカートを備えることによっても形成できる。この場合には、炉床２を構成する耐火耐熱材に対して炉床２の外周縁部を除いて均一な深さからなる単純な形状の凹部を設ければ足りるので、炉床２の製作が容易となる。スカート部は、例えば円筒体１４と同じ材料で形成して溶接などで一体化され、円筒体１４ともども炉床２の上に据え付けられる。

外周側領域６の回転炉床２の上には環状のワーク載置台２３が周壁３に沿って備えられている。このワーク載置台２３は、放射方向にワークを搬入搬出可能に載置すると共に循環流が上下方向に通過可能なワーク載置棚２４を備える。ワーク載置棚２４は、好ましくは複数段設けられ、処理量の確保が図られる。また、ワーク載置台２３には、ワーク縦一列ごとの熱風流路確保のために仕切り２５を設けることが好ましい。本実施形態の場合には、放射方向に仕切り２５を配置してワーク載置台２３を周方向に区画してワーク収容スペース２２を作り出すようにしている。ここで、ゾーンの仕切りはリークが問題となるものではないので、薄い鉄板を炉床２から天井４へ向かう溝・スリットに差し込むようにして設置だけで十分であり、この場合には仕切り２５の自由な伸び縮みを可能として支持できる。例えば、ワーク載置台２３の内側と外側とに配置されている鉛直方向に延びる溝形鋼や鉛直方向に開口するスリット等に鋼板から成る仕切り２５を差し入れることによって、伸縮可能に支持されている。尚、炉内に配置されるワーク載置台２３、環状仕切り８、ゾーン分離用の仕切り１２並びに円筒体１４などは、循環させる熱ガスの温度・組成に応じた適宜材料、例えば耐熱鋼などで構成されることは言うまでもない。

また、各ワーク載置棚２４は熱風の流通がスムースになるような通気性の素材ないし構造とされている。例えば、径方向あるいは周方向若しくはその双方に間隔をあけて配置された棒材、あるいはメッシュないしパンチングメタルなどで構成することが好ましい。更に、場合によっては、ワーク載置棚２４の外周縁と内周縁とを形成する枠材によってワークの内端外端の両端を受け支えるようにしても良い。即ち、外周環と内周環との２重環だけでワーク載置棚２４を構成しても良い。このような、バスケットがなくともワークが支持可能なワーク載置棚とすれば、バスケットを加熱するための熱量が不要となり、燃料原単位の向上とワーク昇温時間の短縮が可能となる。また、バスケットの製作コストおよびメンテナンスコストも不要となる。

炉体の周壁１には、図示していないがワークの出し入れを可能とする装入口２０並びに抽出口２１が備えられる。本実施形態の場合には、ワーク載置台２３の各段のワーク載置棚２４毎にワークの取り出しを可能とする装入口２０並びに抽出口２１が備えられている。装入口２０と抽出口２１とは図３に示すように、各々独立して開閉する扉２６，２７を有し、装入口２０と抽出口２１との間にはワーク載置台２３のワーク収容スペース２２が少なくとも１つ存在する間隔が設定されていることが好ましいが、場合によってはスペースをあけずに隣接させて配置するようにしても良い。装入口２０および抽出口２１は、場合によっては共用で一個所に設けられても良いし、さらには１つの扉の中に更に個別のワーク載置棚２４毎の扉を設けるようにしても良い。装入口２０と抽出口２１とが少なくとも１つのワーク収容スペース２２を設けずにワーク収容スペース２２分の隙間より狭い間隔で配置されたとしても、両口２０，２１の間に仕切り２５が存在すれば、装入口２０と抽出口２１とはある程度分離される。

熱源５としては、バーナの使用が好ましいが、場合によってはラジアントチューブや電熱ヒータなどを用いることも可能である。バーナを用いる場合には、炉体の周壁の外に配置され、炉体中央に配置されている軸流ファンに対してほぼ接線方向に燃焼ガスを噴射するように据え付けられている。ここで、炉内に生じる循環流を複数のゾーンに分離する場合には、各ゾーン毎に熱源としてのバーナ５を配置して、各々独立してその出力を制御できるようにすることが好ましい。この場合には、炉内の雰囲気が一定の循環を行うことと相まって特定のバーナの出力を特定のゾーンに供給することが可能となり、各ゾーン毎に温度設定をしたり、あるいは各ゾーン毎に必要な熱量を供給してゾーン毎の温度差が生じないようにすることも可能である。

尚、加熱ゾーン１７と均熱ゾーン１６には、温度センサ例えばサーミスタが設置され、外周側領域６のワーク載置台２３に供給される直前の循環ガスの温度が設定温度となるように熱源５が制御されている。

以上のように構成された熱風循環炉によれば、熱源５から供給される熱風は軸流ファン１１によって炉中央の空間・内方側領域７に吐出され、環状仕切り８の内側を環状仕切り８に沿って下降し回転炉床２付近の下部通路９を経て環状仕切り８の外側の外周側領域６に流出し、ワーク載置台２３のワーク載置棚２４を通過しながら上昇して、再び炉天井４付近の熱源５で加熱されあるいは熱源５から供給される熱風と混合されて昇温されてから軸流ファン１１に吸い込まれ、再び内方側領域７へ吐出される。即ち、軸流ファン１１によって循環される炉内雰囲気は、内方側領域７と外周側領域６との間で上から見て放射状にほぼ同じ所を循環する。

したがって、ゾーンの分離が可能であり、特定のバーナの出力を特定のゾーンに供給することが可能となる。更にこのゾーン分離は、軸流ファン１１の吐出側あるいは吸入側に適切なガイドを配置することにより一層厳密なものとできる。そこで、例えば環状仕切り８の内側に仕切り１２を設けることによってあるいは図示していないが軸流ファン１１の吸入側にガイドを配置することによって、一台の軸流ファン１１から供給される循環流でありながら互いに独立した複数のゾーンを形成できる。例えば、加熱帯１７、均熱帯１６といった複数のゾーンを設けてそれぞれにバーナ５を備え、各ゾーン１６，１７の温度に従い別々に出力を制御することが可能となる。これにより、ゾーン１６，１７毎に要求される熱量例えば新しく投入したワークによる温度降下が著しい加熱帯１７と温度降下が少ない均熱帯１７とでそれぞれ必要とする熱量を分けて供給し、加熱帯１７と均熱帯１６にそれぞれ供給される熱ガスの温度を同じにしてあるいは所望の温度差を設定して供給できる。

このとき、軸流ファン１１から吐出される熱風量は均等であり、仕切り１２の入り口側開口面積に応じた量が導入される。したがって、入口開口角度θ_１と出口開口角度θ_２とが異なり、入口開口角度θ_１に比べて出口開口角度θ_２が狭くなるように絞られている図示の仕切り１２を用いる場合には、出口側開口面積が狭まった分だけ、熱風の速度が増速されてワーク載置台２３の下から吐出される。即ち、熱風の一部が一部領域に他の領域よりも循環流が高速となる領域を形成できるので、対流伝熱が支配的となる加熱温度領域例えばアルミニウムのＴ６処理等においては、同じ温度の循環ガスを使ってもその流速の差によって加熱帯と均熱帯を形成できる。依って、サーマルヘッドをとらないで加熱帯１７と均熱帯１６とを設定できる。この場合には、軸流ファンから吐出される熱風量は均等であり、仕切りの入り口側開口面積に応じた量が導入されると共に入り口側開口面積よりも狭い出口側開口から吐出される。このため、出口側開口面積が狭まった分だけ、熱風の速度が増速されてワーク載置台の下から吐出され、ワーク載置棚を通過して上昇する。即ち、熱風の一部が一部領域に他の領域よりも循環流が高速となる領域を形成できるので、対流伝熱を主体とする加熱においては同じ温度の循環ガスを使って加熱帯と均熱帯を形成できる。

ワーク載置棚２４を通過して上昇する熱風・熱ガスはその際にワークを加熱する。そして、回転炉床２が１回転する間に所望の熱処理を完了する。

ここで、各ワーク載置棚２４へのワークの装入と各ワーク載置棚２４からのワークの抽出は、ワーク収容スペース２２の１つ分の間隔をあけてワーク載置棚２４毎に設けられた装入口２０と抽出口２１によって別々に行われる。しかも、装入口２０と抽出口２１との間には少なくとも１つのワーク収容スペース２２が存在するように、装入口２０と抽出口２１とが配置されている。したがって、ワークの取り出し時並びにワーク装入時に炉外と連通するワーク収容スペース２２は、装入口２０並びに抽出口２１に臨むワーク収容スペース２２に限られるため、余分な熱が逃げない。また、装入口２０と抽出口２１とが同時に開放されても、これらの間に少なくとも１つのワーク収容スペース２２が存在するため、装入口２０と抽出口２１とが直接連通することもない。

図５〜図８に本発明の熱風循環炉をアルミＴ６熱処理炉として実施した一例を示す。この回転炉床形アルミＴ６熱処理炉は、炉体１の炉床２がターンテーブル３１上に構成され、その上に据え付けられたワーク載置台２３に載せられたワークに対して炉床が１回転する間にＴ６熱処理を完了し、順次取り出せるようにした連続加熱炉である。

炉体１は、耐火耐熱材からなる円筒形の炉壁（周壁）３、天井４及びこれらとは分離された回転炉床２とから成る。回転炉床２の外縁と周壁３の内周面との間には、これらが回転炉床２の回転中に接触しないように隙間があけられ、その隙間部分に水シール３０が備えられている。水シール３０は、水面を利用して高温ガスの流出並びに冷気の侵入を阻止するものであり、環状の水槽の中に貯められている水に回転炉床２の縁と固定周壁３の縁がそれぞれ浸されてガスが漏れ出ないように設けられている。

炉床２は、ターンテーブル３１の上に載置されることによって回転可能に支持されている。この炉床２は、周縁部と中央を除いてその間に低く抉られた環状凹部から成る反転部２８を備える共に、炉床中央のデッドスペースを埋める円筒体１４を配置させることによって、下降してくる熱風を反転部２８に沿って滑らかに反転させて上昇流に変換せさるように設けられている。ここで、半円形の凹部から成る反転部２８の外側の終端はワーク載置台２３のほぼ中央で垂直に立ち上がるような形状を成し、ワーク載置台２３のほぼ真下から熱風が上昇してくるように設けられている。

ターンテーブル３１は、スラストベアリング３２とアンギュラ形ラジアルベアリング３３とを併用して水平回転可能に支持されている。ターンテーブル３１を回転させる駆動機構３４は、ターンテーブル３１の周縁に固定されているチェーン３５と、これに噛み合うスプロケット３６並びに該スプロケット３６を駆動するギャードモータ３７とによって構成され、所定速度でターンテーブル３１ひいてはその上の回転炉床２とワーク載置台２３を回転させる。これら回転駆動機構３４やワーク搬送用の駆動機構が炉内に存在せず、またワークの乗継ぎのための機構も炉内に存在しないことから、高温に晒されることがなく、駆動が安定する上に高温用部品を使わなくとも済むので設備コストも安価となる。ここで、炉床の回転角は在炉ワーク数で決定される。また、回転炉床２を囲う周壁３は、炉の支持構造材３８に据え付けられ固定されている。

炉体１の周壁３には、ワークの出し入れを可能とする装入口２０並びに抽出口２１が各段のワーク載置棚毎に各々独立して開閉するように隣合わせて設けられている。装入口２０と抽出口２１とは各々独立して開閉する扉２６，２７を有し、装入口２０と抽出口２１との間には、ワーク載置台２３のワーク収容スペース２２が少なくとも１つ存在する間隔が設定されている。炉内で昇温の完了した抽出直前のワークと次に熱処理される装入直後の低温ワークとが隣り合うので、低温ワークの影響による抽出直前のワークの温度低下を防ぐために、この２つのワークの間にワークの存在しないワーク収容スペース２２が設けられている。尚、扉２６，２７は、ヒンジ３９によって炉体・周壁３に旋回可能に取り付けられ、アクチュエータ４０の駆動によって開閉するように設けられている。

熱源としてはバーナ５，５’が使用されており、炉体の周壁３に据え付けられ、燃焼ガスを炉体中央に配置されている軸流ファン１１に対してほぼ接線方向に噴射するように据え付けられている。バーナ５，５’は、加熱帯１７並びに均熱帯１６のそれぞれに配置されると共に同様に各ゾーンに設置された温度センサ（図示省略）によって検出された各ゾーン１７，１６の温度に従い図示していないコントローラで別々にバーナ出力を制御するように設けられている。

炉体の天井４には、軸流ファン１１が周りから吸い込んだ炉内ガスを炉床２に向けて吐出するように設置されている。軸流ファン１１のモータ４１は周壁３の外壁面に設置され、チェーン駆動によって軸流ファン１１のシャフト４２を駆動するように設けられている。尚、図中の符号４３はチェーンカバーである。

ワーク載置台２３は、放射方向にワークを搬入搬出可能に載置する円環状の複数段（例えば３〜５段）のワーク載置棚２４を備え、外周側領域６の回転炉床２の上に周壁３に沿って据え付けられている。ワーク載置棚２４は、簀の子状に金属製の棒４４を一定ピッチで放射状に並べて構成され、循環流が上下方向に通過可能とされている。

炉内は環状仕切りによってワーク載置台が設置されている外周側領域６とそれよりも内側の内方側領域７とに分離され、炉床２付近及び天井４付近で循環流が反転する通路９，１０が形成されている。

ワーク載置台２３の縦方向にはワーク縦一列ごとの熱風流路を確保するためにワーク載置棚２４を縦に貫通する仕切り２５を設け、独立したワーク収容スペース２２を形成してその中に流れる熱風が他のワーク収容スペース２２へ流れ込まないように設けられている。ここで、仕切り２５はリークが問題となるものではないので、薄い鉄板を鉛直方向に延びる溝・スリット（図示省略）に差し込んで自由に伸び縮み可能なように保持するようにして設置されている。

環状仕切り８の内側には、この環状仕切り８と円筒体１４との間の空間を外周側領域６の加熱帯１７に繋がる空間と均熱帯１６に繋がる空間とに仕切ると共に加熱帯１７に繋がる空間の出口開口を入口開口よりも狭める仕切り１２が配置されている。この仕切り１２は、加熱帯１７に繋がる空間側の入口開口角度θ_１を１８０゜、炉床４付近の出口開口角度θ_２を１２０゜に絞り、軸流ファン１１から内方側領域７に吐出された熱ガスを２分して、加熱帯１７に供給される熱ガスの速度を均熱帯１６に供給される熱ガスの速度よりも速い速度で供給するように設けられている。これにより、すばやく昇温するために大量の熱量投入と高速の熱ガス循環が必要な加熱帯１７と、熱量的には飽和した均熱帯１６における熱ガス循環とを１台の循環ファン１１で行うようにしている。開口面積の減少分だけ循環ガスの流速の増大が図られる。

尚、本実施例の炉は扉２６，２７の開閉をアクチュエータ４０の制御によって行い、装入口２０及び抽出口２１から真っ直ぐ前進後退させることでワークの出し入れが行えるので、炉内へのワークの装入・抽出はロボットで行うことができ、装入・抽出コンベア等の付帯設備を省略できる。

以上のように構成されたアルミＴ６熱処理炉によると、バーナ５，５’から供給される熱風は軸流ファン１１によって炉中央の空間・内方側領域７に吐出され、環状仕切り８の内側を環状仕切り８に沿って回転炉床２付近の通路９を経て環状仕切り８の外側の外周側領域６に流出し、ワーク載置台２３のワーク載置棚２４を通過して上昇する間にワークを加熱し、再び熱源５，５’で加熱されあるいは熱源５，５’から供給される熱風と混合されて設定温度まで昇温されてから軸流ファン１１に吸い込まれる循環流、即ち炉内の外周側領域６と内方側領域７との間を放射状に循環する循環流を炉内全域に形成する。このとき、炉内の雰囲気が一定の循環を行うので、特定のバーナの出力を特定のゾーンに供給すること、即ち加熱帯バーナ５の出力を加熱帯１７に、均熱帯バーナ５’の出力を均熱帯１６にそれぞれ供給が可能となる。そこで、加熱帯バーナ５と均熱帯バーナ５’とを、各ゾーンの温度に従い別々に出力を制御することにより、新しく投入したワークによる温度降下が著しい加熱帯１７と温度降下が少ない均熱帯１６とでそれぞれ必要とする熱量を分けて供給し、加熱帯１７と均熱帯１６にそれぞれ供給される熱ガスの温度を同じにして供給される。

このとき、軸流ファン１１から吐出される熱風量は均等であり、ゾーン分離用の仕切り１２の入り口側開口面積に応じた量が導入される。したがって、仕切り１２によって入口側開口が均等に仕切られた（入口開口角度θ_１＝１８０゜）均熱帯１６と加熱帯１７とにそれぞれ繋がる空間に供給される熱風の量は等しい。そして、加熱ゾーン１７に繋がる空間では出口側開口が狭く（出口開口角度θ_２＝１２０゜）絞られているので、出口側開口面積が狭まった分だけ、熱風の速度が増速されてワーク載置台２３の下から吐出される。ここで、アルミニウムのＴ６処理のように対流伝熱が支配的となる加熱温度領域においては、同じ温度の循環ガスを使ってもその流速の差によって加熱帯１７におけるワークの昇温が熱ガスの速度が増すほどに早く上がることから、加熱帯１７と均熱帯１６を形成できる。依って、サーマルヘッドをとらないで加熱帯と均熱帯とを設定できる。

これにより、炉床外周部のワークに熱風を理想的な流れで吹きつけることができ、対流伝熱による加熱能力が向上し、ワーク間の加熱時間差を縮小し、トータルの昇温時間を短縮できる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施例ではバスケットレス回転炉床形アルミ合金熱処理炉に適用した例を挙げて主に説明したがこれに限られず、その他の非鉄合金の熱処理や鉄鋼などの熱処理などにも適用可能であるし、バスケットにワークを入れて搬入・搬出する場合でも実施可能である。

１炉体
２炉床
３周壁
４天井
５，５’ 熱源
６外周側領域
７内方側領域
８環状仕切り
９下部通路
１０上部通路
１１軸流ファン
１２ゾーン分離用の仕切り
１６均熱ゾーン
１７加熱ゾーン
２０装入口
２１抽出口
２２ワーク収容スペース
２３ワーク載置台
２４ワーク載置棚
２５仕切り

Claims

熱源と回転炉床とを備える炉体と、前記回転炉床の外周側寄りの部位に前記炉体の周壁に沿って備えられると共に放射方向に前記ワークを搬入搬出可能に載置しかつ熱ガスの循環流が上下方向に通過可能な通気性の素材ないし構造から成るワーク載置棚を内部に備える通気性の構造から成る環状のワーク載置台と、前記炉体内を前記ワーク載置台が設置されている外周側領域とそれよりも内側の内方側領域とに区画すると共に前記回転炉床付近及び前記天井付近に前記内方側領域と前記外周側領域とを連通させる上下の通路をそれぞれ設ける環状仕切りと、前記炉体の天井付近に備えられ前記熱源から熱を受けた熱ガスをファンの外周から中心部に向かって吸い込み前記環状仕切りの内側である前記内方側領域を通して前記回転炉床に向けて吐出する軸流ファンとを備え、前記熱ガスは前記軸流ファンによって前記内方側領域に吐出され、前記環状仕切りの内側を前記環状仕切りに沿って前記回転炉床付近の前記下の通路を経て前記環状仕切りの外側の前記外周側領域に放射状に流出され、前記ワーク載置台の前記ワーク載置棚を通過して上昇し、再び前記熱源で昇温されてから前記軸流ファンに吸い込まれる循環流を形成することを特徴とする熱風循環炉。
前記ワーク載置台は複数段の前記ワーク載置棚を有することを特徴とする請求項１記載の熱風循環炉。
前記ワーク載置台は、一度に処理する分のワークを載置するスペース毎に周方向に区画する仕切りによって周方向に隔離されると共に、鉛直方向には前記ワーク載置棚を介して連通することを特徴とする請求項１または２記載の熱風循環炉。
前記ワーク載置台の各段のワーク載置棚毎に前記ワークの出し入れを可能とする装入口並びに抽出口を前記炉体の周壁に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の熱風循環炉。
前記装入口と前記抽出口とは各々独立して開閉する扉を有し、前記装入口と前記抽出口との間には前記ワーク載置台のワーク収容スペースが少なくとも１つ存在する間隔が設定されていることを特徴とする請求項４記載の熱風循環炉。