JP2010037572A - 熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】鋼線材料の加熱及び冷却の熱処理を連続して行う熱処理装置を、エネルギー消費を抑えつつ鋼線材料の脱炭や酸化を防ぐことができるものとする。
【解決手段】ワイヤ(鋼線材料)wを還元雰囲気にてバーナー11で加熱する加熱炉1と、加熱したワイヤwをバーナー12で雰囲気温度を調整しつつエアーaを噴いて撹拌した砂の流動層zに通して冷却する冷却炉2と、加熱炉1と冷却炉2との間で鋼線材料wを中間温度まで冷却する接続炉(接続空間)3を備えた熱処理装置において、接続炉3内の雰囲気組成をセンサ(COセンサ6)で検知して弁5の開閉によりバイパス管4を流れるガス量を調整することで、接続炉3内の雰囲気組成をフィードバック制御し、加熱炉1内を還元雰囲気に保ってワイヤ(鋼線材料)wの脱炭や酸化を防ぐ。
【選択図】図1
【解決手段】ワイヤ(鋼線材料)wを還元雰囲気にてバーナー11で加熱する加熱炉1と、加熱したワイヤwをバーナー12で雰囲気温度を調整しつつエアーaを噴いて撹拌した砂の流動層zに通して冷却する冷却炉2と、加熱炉1と冷却炉2との間で鋼線材料wを中間温度まで冷却する接続炉(接続空間)3を備えた熱処理装置において、接続炉3内の雰囲気組成をセンサ(COセンサ6)で検知して弁5の開閉によりバイパス管4を流れるガス量を調整することで、接続炉3内の雰囲気組成をフィードバック制御し、加熱炉1内を還元雰囲気に保ってワイヤ(鋼線材料)wの脱炭や酸化を防ぐ。
【選択図】図1
Description
本発明は、鋼線材料の加熱および冷却を連続して行う熱処理装置に関する。
スチールワイヤ等の製造工程においては、鋼線材料の伸線による加工硬化を除去して更なる伸線加工を行うための熱処理として、伸線加工した鋼線材料を加熱炉に送って還元雰囲気にて雰囲気温度約1000℃で加熱してオーステナイト化し、次いで接続炉で750〜800℃に冷却した後、冷却炉に送って雰囲気温度約600℃で流動砂(ジルコン)の層を通して冷却しパーライト化する連続熱処理が一般的に行われている。
そして、そのような連続熱処理を行うために、図3に示すように、鋼線材料wを還元雰囲気にてバーナー11による燃焼で雰囲気温度を約1000℃に保って加熱する加熱炉1と、この加熱炉1で加熱した鋼線材料wをバーナー12による燃焼で雰囲気温度を約600℃に調整しつつ、エアー(空気)aを噴いて撹拌したジルコンの砂の流動層zに通して冷却(徐冷)する冷却炉2とを備え、冷却炉2に排気口8が設けられ、また、加熱炉1と冷却炉2の間に、加熱炉1で加熱した鋼線材料wを冷却炉2に直接送るのではなく、バーナー13による燃焼で雰囲気調整(酸素を消化)しつつ空気中で750〜800℃まで冷却(急冷)して冷却炉2へ送る接続炉3が配置された熱処理装置が使用されている。
この熱処理装置では、加熱炉1は、炉内がバーナー11による燃焼で約1000℃という高温になるため、酸化雰囲気であると、鋼線材料w表面の炭素(C)が酸化してCOやCO2を発生し、脱炭してしまったり、鋼線材料w自体が酸化されてしまったりする。そのため、加熱炉1内は還元雰囲気(不完全燃焼雰囲気)に保つ必要がある。しかし、この熱処理装置は、冷却炉2に流動砂z撹拌用のエアーaが噴かれ、それが冷却炉2から接続炉3に漏れる。そのため、接続炉3内はO2濃度がある程度高くなる。そして、その接続炉3内のO2濃度に高いガス(空気)が加熱炉1へ漏れたのでは、加熱炉1内を還元雰囲気に保つことができなくなり、また、接続炉から加熱炉1に漏れる空気が多いと加熱炉1内の温度が部分的に低下し、温度分布が不均一になってしまって、加熱本来の目的を達成できなくなってしまう。また、接続炉3も、接続炉3内は加熱炉1内に比べれば温度が低いが、O2濃度が高いと鋼線材料wが酸化の影響を受ける。そのため、従来は、加熱炉1を強制的に加圧条件にしたり、冷却炉2を強制的に減圧条件にすることによって加熱炉1への空気の漏れを防止するようにしており、また、接続炉3内の雰囲気をバーナー13による燃焼で調整するようにしている。
また、それとは別に、バーナーで加熱する複数段の加熱炉(加熱室)で加熱帯が構成され、その加熱帯の終段部に引き続いて冷却帯が配置された熱処理装置(熱処理炉)において、加熱帯および冷却帯での雰囲気ガス組成管理が厳密に行われるよう、加熱帯の終段部と冷却帯とを結ぶバイパス管(ガス循環路)を設け、そのバイパス管を流れるガスの組成をセンサ(ガス分析計)で検知してバーナーの空燃比をフィードバック制御するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
実公平2−35805号公報
上述のように、バーナーで鋼線材料を加熱する加熱炉と、加熱した鋼線材料をエアーで撹拌した砂の流動層に通して冷却する冷却炉との間に、バーナーによる燃焼で雰囲気調整しつつ鋼線材料を中間温度まで冷却する接続炉を配置した熱処理装置では、加熱炉内を還元雰囲気(不完全燃焼雰囲気)に保つとともに接続炉内の雰囲気調整を行って鋼線材料の脱炭や酸化を防ぐ必要があり、そのために、加熱炉を強制的に加圧条件にしたり冷却炉を減圧条件にすることで加熱室への空気の漏れ(逆流)を防止し、また、接続炉内の雰囲気をバーナーによる燃焼で調整することが従来から行われているが、その場合、加熱炉を強制的に加圧条件にしたり冷却炉の減圧条件を高めるためにエネルギーロスが大きく、また、接続炉内の雰囲気調整のためのバーナーの使用によるエネルギーロスも大きい。
また、加熱帯の終段部からバイパス管を通って冷却帯へ流れるガスの組成を検知して加熱炉のバーナーの空燃比をフィードバック制御することで加熱帯および冷却帯の雰囲気ガス組成管理を行うものでは、雰囲気ガス組成管理と雰囲気温度管理とが両立せず、加熱および冷却の本来の機能に支障が生ずる恐れがある。
本発明は、鋼線材料を還元雰囲気にて加熱する加熱炉と、該加熱炉で加熱した鋼線材料を、エアーを噴いて撹拌した砂の流動層に通して冷却する冷却炉と、これら加熱炉と冷却炉を接続する接続炉(接続空間)を備えた熱処理装置において、エネルギー消費を抑えつつ加熱炉内を還元雰囲気に保つとともに接続炉内の雰囲気調整を行って鋼線材料の脱炭や酸化を防ぐことができるようにすることを目的とする。
本発明の熱処理装置は、鋼線材料を還元雰囲気にて加熱する加熱炉と、加熱炉で加熱した鋼線材料をエアーを噴いて撹拌した砂の流動層に通して冷却する冷却炉と、これら加熱炉と冷却炉を接続する接続空間を備えた熱処理装置であって、接続空間と冷却炉とを接続するバイパス管と、バイパス管を開閉する弁と、接続空間の雰囲気組成を検知するセンサと、センサの検知信号に基づいて弁を開閉し接続空間の雰囲気組成をフィードバック制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
この熱処理装置では、加熱炉と冷却炉との間の接続空間の雰囲気組成をセンサで検知し、その検知信号に基づいて弁を開閉することで、バイパス管を通って接続空間から冷却炉へ流れるCOを含んだ空気の量を調整し、接続空間の雰囲気組成をフィードバック制御することができる。
そのため、接続空間のO2濃度が上昇し、COが不足気味で、接続空間での酸化が懸念され、また、接続炉から加熱炉へO2濃度の高い空気が漏れて加熱炉内を還元雰囲気に保てなくなるような状況になったときには、バイパス管の弁を開き、あるいは弁の開度を大きくして、バイパス管を通って接続空間から冷却炉へ流れるO2濃度の高い空気の流量を多くし、それにより、接続空間のO2濃度が酸化の懸念のないレベルに戻り、また、接続空間の圧力が下がって加熱炉から接続空間に漏れるCO濃度の高い空気の量が増え、そのため、接続空間のO2濃度が下がり、接続空間から加熱炉へ漏れる空気のO2濃度が下がるとともに漏れ量も少なくなって、加熱炉内がCOで満たされた還元雰囲気に保たれるとともに均一な温度に保たれるようにすることができる。
また、接続空間のO2濃度が低下し、COが過剰気味で、接続空間での冷却不足(冷却炉から漏れ入る撹拌用エアーの量が不足気味)が懸念される状況となったときには、バイパス管の弁を閉じ、あるいは弁の開度を小さくして、バイパス管を通って接続空間から冷却炉へ流れる空気を遮断し、あるいは流量を少なくし、それにより、接続空間の圧力が上がって加熱炉から接続空間へ漏れるCO濃度の高い空気の量が少なくなり、そのため、接続空間が冷却不足の懸念のない雰囲気に戻るようにすることができる。
こうして加熱炉内を還元雰囲気に保つとともに接続炉内の雰囲気調整を行って鋼線材料の脱炭や酸化を防ぐようにすることができる。そして、加熱炉を強制的に加圧条件にしたり、冷却炉の減圧条件を高めることによって冷却炉側から加熱室側への空気の漏れ(逆流)を防止することをしなくてもよくなり、また、接続炉内の雰囲気をバーナーによる燃焼で調整するようなことをしなくてもよくなり、そのため、エネルギー消費を抑えることができる。
この熱処理装置において、センサは、O2またはCOの少なくとも一方を検知対象とするものであるのがよい。
そのようにO2またはCOの少なくとも一方を検知してフィードバック制御することで、加熱炉内を還元雰囲気に保つことができ、接続炉内を酸化の懸念のないよう雰囲気調整することができる。
そして、この熱処理装置は、加熱炉内が炉内ガスの熱膨張により加圧状態に保たれ、冷却炉内が炉内ガスの排気(自然排気あるいは吸引排気)により減圧状態に保たれ、接続空間が弁の開閉によるフィードバック制御により還元雰囲気に保たれるのがよい。
加熱炉内が炉内ガスの熱膨張により加圧状態に保たれ、冷却炉内が炉内ガスの排気により減圧状態に保たれることで、エネルギー消費を抑えつつ加熱炉を加圧条件にするとともに冷却炉を減圧条件にすることができて、バイパス管を通って接続空間から冷却炉への空気(COを含んだガス)の流量調整によるフィードバック制御が容易となる。そして、弁の開閉によるフィードバック制御により、エネルギー消費を抑えつつ接続空間を還元雰囲気に保つことができる。
このように本発明によれば、鋼線材料を還元雰囲気にて加熱する加熱炉と、該加熱炉で加熱した鋼線材料を導入され排出されるエアーによって撹拌されて流動する砂の流動層に通して冷却する冷却炉と、これら加熱炉と冷却炉を接続する接続空間を備えた熱処理装置において、エネルギー消費を抑えつつ加熱炉内を還元雰囲気に保つとともに接続空間の雰囲気調整を行って鋼線材料の脱炭や酸化を防ぐようにすることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1及び図2は本発明の実施形態の一例に係る熱処理装置を示している。図1は熱処理装置の弁開状態における概略図、図2は熱処理装置の弁閉状態における概略図である。
図1及び図2は本発明の実施形態の一例に係る熱処理装置を示している。図1は熱処理装置の弁開状態における概略図、図2は熱処理装置の弁閉状態における概略図である。
この実施形態の熱処理装置は、スチールワイヤの製造工程においてワイヤ(鋼線材料)wの伸線による加工硬化を除去して更なる伸線加工を行うために、加熱及び冷却の熱処理を連続して行うものであって、伸線加工後のワイヤ(鋼線材料)wを還元雰囲気にてバーナー11による燃焼で雰囲気温度を約1000℃に保って加熱する加熱炉1と、加熱したワイヤ(鋼線材料)wをバーナー12による燃焼で雰囲気温度を約600℃に調整しつつ、エアー(空気)aを噴いて撹拌したジルコンの砂の流動層zに通して冷却(徐冷)する冷却炉2を備え、これら加熱炉1と冷却炉2の間に、加熱炉1と冷却炉2とを接続し、加熱炉1で加熱された鋼線材料wを空気中で750〜800℃まで冷却(急冷)して冷却炉2へ送る接続炉(接続空間)3を備えている。
この熱処理装置は、伸線加工したワイヤ(鋼線材料)wを加熱炉1に送って還元雰囲気にて雰囲気温度約1000℃で加熱してオーステナイト化し、次いで接続炉(接続空間)3で750〜800℃に急冷した後、冷却炉2に送って雰囲気温度約600℃で流動層zを通して徐冷しパーライト化する。
そして、この熱処理装置には、接続炉(接続空間)3と冷却炉2とを上部で接続するバイパス管4が設けられ、このバイパス管4の途中に、管内部の通路(バイパス通路)を開閉する弁(バイパス弁)5が設けられている。また、接続炉(接続空間)3の雰囲気組成(雰囲気ガスの組成)を検知するため、CO濃度を検知するCOセンサ6が接続炉(接続空間)3に設けられ、COセンサ6の検知信号に基づいて弁(バイパス弁)5を開閉し接続炉(接続空間)3の雰囲気組成(CO濃度)をフィードバック制御するよう、制御装置(コンピュータ)7が配置されている。また、冷却炉2には、冷却炉2内の空気を吸引排気する排気口8が設けられている。
この熱処理装置では、加熱炉1と冷却炉2との間の接続炉(接続空間)3のCO濃度をCOセンサ6で検知し、その検知信号に基づいて弁(バイパス弁)5を開閉(開度調整)することで、バイパス管4を通って接続炉(接続空間)3から冷却炉2へ流れるCOを含んだ空気の量を調整し、接続炉(接続空間)3の雰囲気組成を還元雰囲気にフィードバック制御する。
加熱炉1内は炉内ガスの熱膨張により加圧状態に保たれ、冷却炉2内は炉内ガスの排気(自然排気あるいは吸引排気)により減圧状態に保たれる。そのため、弁(バイパス弁)5を開くとバイパス管4を通って接続炉(接続空間)3から冷却炉2へと空気(COを含んだガス)が流れ、その分、加熱炉1から接続炉(接続空間)3へ漏れるCO濃度の高い空気の量が増える。したがって、COセンサ6の検知信号に基づいて弁(バイパス弁)5を開閉(開度調整)することで、接続炉(接続空間)3の雰囲気組成をフィードバック制御することができる。
加熱炉1は、炉内がバーナー11による燃焼で約1000℃という高温になるため、酸化雰囲気であると、鋼線材料wの表面の炭素(C)が酸化してCOやCO2を発生し、脱炭してしまったり、鋼線材料wそれ自体が酸化されてしまったりする。そのため、加熱炉1内は還元雰囲気(不完全燃焼雰囲気)に保つ必要がある。しかし、この熱処理装置は、冷却炉2に流動層zの砂撹拌用のエアーaが噴かれ、それが冷却炉2から接続炉(接続空間)3に漏れる。そのため、接続空間3内はO2濃度がある程度高くなる。そして、その接続炉(接続空間)3内のO2濃度に高いガス(空気)が加熱炉1へ漏れたのでは、加熱炉1内を還元雰囲気に保つことができなくなり、また、その空気の流入によって加熱炉1内の温度が部分的に低下し、温度分布が不均一になってしまって、加熱の所期の目的を達成できなくなってしまう。また、接続炉(接続空間)3も、加熱炉1内に比べれば温度が低いとはいえ、O2濃度が高いと鋼線材料wが酸化の影響を受ける。この実施形態の熱処理装置では、接続炉(接続空間)3のCO濃度を検知するCOセンサ6の検知信号に基づくフィードバック制御により接続炉(接続空間)3の雰囲気組成が還元雰囲気に保たれ、それにより加熱炉1もまた還元雰囲気に保たれるため、抑鋼線材料の脱炭や酸化を防ぐことができる。
また、この実施形態の熱処理装置では、加熱炉1内が炉内ガスの熱膨張により加圧状態に保たれ、冷却炉2内が炉内ガスの排気(自然排気あるいは吸引排気)により減圧状態に保たれ、加熱炉1側への空気の逆流は少ないため、加熱炉1内の温度分布が空気の逆流によって不均一になる恐れがない。
この実施形態の熱処理装置のフィードバック制御による雰囲気調整は具体的には次の通りである。
まず、接続炉(接続空間)3のO2濃度が上昇し、COが不足気味で、接続炉(接続空間)3での酸化が懸念され、また、接続炉(接続空間)3から加熱炉1へO2濃度の高い空気が漏れて加熱炉1内を還元雰囲気に保てなくなるような状況になったときには、図1に示すように弁(バイパス弁)5が開き、あるいは弁(バイパス弁)5の開度が大きくなって、排気に吸われてバイパス管4を通って接続炉(接続空間)3から冷却炉2へO2濃度の高い空気が流れ、あるいはO2濃度の高い空気の流量が増加して、それにより、接続炉(接続空間)3のO2濃度が酸化の懸念のないレベルに戻り、また、接続炉(接続空間)3の圧力が下がって、加熱炉1から接続炉(接続空間)3に漏れるCO濃度の高い空気の量が増える。そのため、接続炉(接続空間)3はO2濃度が下がって還元雰囲気になるとともに、接続炉(接続空間)3から加熱炉1へ漏れる空気のO2濃度が下がり、漏れ量も少なくなって、加熱炉1内がCOで満たされた還元雰囲気に保たれる。
また、接続空間のO2濃度が低下し、COが過剰気味で、接続空間での冷却不足(冷却炉から漏れ入る撹拌用エアーの量が不足気味)が懸念される状況となったときには、図2に示すように弁(バイパス弁)5が閉じ、あるいは弁(バイパス弁)5の開度が小さくなって、バイパス管4を通って接続炉(接続空間)3から冷却炉1へ流れる空気が遮断され、あるいは流量が少なくなって、それにより、接続炉(接続空間)3の圧力が上がって、加熱炉1から接続炉(接続空間)3へ漏れるCO濃度の高い空気の量が少なくなり、そのため、接続炉(接続空間)3が冷却不足となる懸念のない雰囲気に戻る。
こうしてフィードバック制御により接続炉(接続空間)3内が還元雰囲気に保たれ、加熱炉1内がCOで満たされた還元雰囲気に保たれる。そのためワイヤ(鋼線材料)wの脱炭や酸化を防ぐことができる。
また、この熱処理炉では、加熱炉1内は炉内ガスの熱膨張により加圧状態に保たれ、冷却炉2内は炉内ガスの排気(自然排気あるいは吸引排気)により減圧状態に保たれる。そのため、エネルギー消費を抑えつつ加熱炉1を加圧条件にするとともに冷却炉2を減圧条件にすることができ、加熱炉1への空気の漏れ(逆流)を防止できる。
なお、この例では接続炉(接続空間)3の雰囲気組成(雰囲気ガスの組成)を検知するセンサとしてCO濃度を検知するCOセンサ6を用いているが、センサはこれに限るものではなく、O2またはCOの少なくとも一方を検知対象とするものであればよい。本発明はその他様々な態様で実施できることは言うまでもない。
1 加熱炉
2 冷却炉
3 接続炉(接続空間)
4 バイパス管
5 弁(バイパス弁)
6 COセンサ
7 制御装置(コンピュータ)
8 排気口
11 バーナー
12 バーナー
a エアー(空気)
w ワイヤ(鋼線材料)
z 流動層
2 冷却炉
3 接続炉(接続空間)
4 バイパス管
5 弁(バイパス弁)
6 COセンサ
7 制御装置(コンピュータ)
8 排気口
11 バーナー
12 バーナー
a エアー(空気)
w ワイヤ(鋼線材料)
z 流動層
Claims (3)
- 鋼線材料を還元雰囲気にて加熱する加熱炉と、該加熱炉で加熱した鋼線材料をエアーを噴いて撹拌した砂の流動層に通して冷却する冷却炉と、これら加熱炉と冷却炉を接続する接続空間を備えた熱処理装置であって、
前記接続空間と前記冷却炉とを接続するバイパス管と、該バイパス管を開閉する弁と、前記接続空間の雰囲気組成を検知するセンサと、該センサの検知信号に基づいて前記弁を開閉し前記接続空間の雰囲気組成をフィードバック制御する制御装置を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 前記センサは、O2またはCOの少なくとも一方を検知対象とするものである請求項1記載の熱処理装置。
- 前記加熱炉内が炉内ガスの熱膨張により加圧状態に保たれ、前記冷却炉内が炉内ガスの排気により減圧状態に保たれ、前記接続空間が前記弁の開閉によるフィードバック制御により還元雰囲気に保たれる請求項1又は2記載の熱処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008198550A JP2010037572A (ja) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | 熱処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2008198550A JP2010037572A (ja) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | 熱処理装置 |
Publications (1)
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ID=42010427
Family Applications (1)
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JP2008198550A Pending JP2010037572A (ja) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | 熱処理装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017062096A (ja) * | 2015-09-25 | 2017-03-30 | 大同特殊鋼株式会社 | 雰囲気熱処理炉のバーナ燃焼状態判定方法および装置 |
CN114807572A (zh) * | 2021-01-28 | 2022-07-29 | 张正 | 一种新型不锈钢固溶热处理炉 |
-
2008
- 2008-07-31 JP JP2008198550A patent/JP2010037572A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017062096A (ja) * | 2015-09-25 | 2017-03-30 | 大同特殊鋼株式会社 | 雰囲気熱処理炉のバーナ燃焼状態判定方法および装置 |
CN114807572A (zh) * | 2021-01-28 | 2022-07-29 | 张正 | 一种新型不锈钢固溶热处理炉 |
CN114807572B (zh) * | 2021-01-28 | 2023-12-01 | 丽水龙东不锈钢有限公司 | 一种不锈钢固溶热处理炉 |
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