JP2010286172A

JP2010286172A - 加熱炉

Info

Publication number: JP2010286172A
Application number: JP2009140262A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Yamamura; 典山邨
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2010-12-24

Abstract

【課題】環状の被加熱物に生じる熱変形を抑制することができるとともに、炉内の熱損失を低減することができる加熱炉を提供する。
【解決手段】円筒状の外側炉壁３の内周内方に内側炉壁４を配置し、外側炉壁３の内周面３ａには外側発熱体５を、内側炉壁４の外周面４ａには内側発熱体６をそれぞれ配置する。環状の被加熱物Ｗの外周面が外側炉壁３の内周面３ａに対向するとともに、当該被加熱物Ｗの内周面が内側炉壁４の外周面４ａに対向した状態で炉床２に載置された当該被加熱物Ｗを、その外周側から外側発熱体５により加熱処理するとともに、内周側から内側発熱体６により加熱処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、環状の金属製品の加熱に用いられる加熱炉に関する。

従来、金属製品等の熱処理に用いられる加熱炉には、炉内のグリッド上に被加熱物を載置し、被加熱物の外側に配置したヒータにより炉内を昇温することで被処理物を加熱、熱処理を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２６５８７号公報

しかし、特許文献１に記載の加熱炉を用いて、例えば大型ベアリングの軌道輪のような環状の被加熱物を加熱しようとすると、以下のような問題が生じる。すなわち、被加熱物は、その外周部の外側に配置されたヒータにより加熱されるので、被加熱物の内周部と外周部とをそれぞれ処理温度まで昇温するのに時間差が発生し、被加熱物の熱変形が大きいという問題が生じる。
また、被加熱物の内周部より内側の炉内中央部には、加熱する必要のない余分な加熱空間が存在するため、炉内での熱損失が大きいという問題が生じる。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、環状の被加熱物に生じる熱変形を抑制することができるとともに、炉内の熱損失を低減することができる加熱炉を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の加熱炉は、軸線を上下方向に向けた状態で設けられた筒状の外側炉壁と、前記外側炉壁の内周内方に設けられ、前記外側炉壁との間で環状空間を形成した筒状または柱状の内側炉壁と、前記環状空間の下部側を閉塞するとともに、被加熱物の外周面が前記外側炉壁の内周面に対向するとともに当該被加熱物の内周面が前記内側炉壁の外周面に対向した状態で当該被加熱物を載置する炉床と、前記環状空間の上部側に開閉可能に設けられた蓋体と、前記外側炉壁の内周に配置され前記被加熱物をその外周側から加熱する外側発熱体と、前記内側炉壁の外周に配置され前記被加熱物をその内周側から加熱する内側発熱体と、を備えていることを特徴とする。

このような構成の加熱炉によれば、被加熱物の外周面が外側炉壁の内周面に対向するとともに、当該被加熱物の内周面が内側炉壁の外周面に対向した状態で炉床に載置された当該被加熱物を、その外周側から外側発熱体により加熱するとともに、内周側から内側発熱体により加熱することができる。したがって、被加熱物の内周部と外周部とをそれぞれ処理温度まで昇温するときの時間差を短縮することができ、被加熱物に生じる熱変形を抑制することができる。
また、外側炉壁の内周内方に内側炉壁を配置するようにしたので、炉内中央部の余分な加熱空間を減少させることができる。したがって、加熱空間を必要最小限の大きさにすることができ、炉内での熱損失を低減することができる。

また、前記炉床が、前記内側炉壁の軸線回りに回転駆動される環状の回転床部を有することが好ましい。この場合には、環状の被加熱物をその軸線が内側炉壁の軸線とほぼ一致する状態となるように炉床に載置することにより、回転床部によって、当該被加熱物を内側炉壁の軸線回りに自転させることができる。したがって、炉内温度の不均一や外側発熱体または内側発熱体の配置等に起因して、当該被加熱物に対する加熱の度合が不均一になる部分が生じたとしても、加熱の度合いが不均一な部分に対して被加熱物を相対移動させることができ、被加熱物に局部的な加熱の過不足が生じるのを防止できる。この結果、被加熱物全体として均一に加熱処理することができる。

本発明に係る加熱炉によれば、被加熱物の内周部と外周部とをそれぞれ処理温度まで昇温するときの時間差を短縮することができるため、被加熱物に生じる熱変形を抑制することができる。また、加熱空間を必要最小限の大きさにすることができるため、炉内での熱損失を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る加熱炉の構成を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る加熱炉の構成を示す断面図である。この加熱炉１は、例えば、大型のベアリングの軌道輪等の大径環状の被加熱物Ｗを熱処理すべく加熱するために用いられるものである。

図１において、加熱炉１は、床面に掘られたピットＰに収容設置されたピット炉であり、炉内を昇温することで被加熱物Ｗの加熱処理を行うバッチ式の炉を構成している。
加熱炉１は、円筒状の外側炉壁３と、外側炉壁の内周内方に設けられた円筒状の内側炉壁４と、外側炉壁３と内側炉壁４との間に形成された環状空間からなる炉室Ｒの下部側を閉塞する環状の炉床２と、前記炉室Ｒの上部側を開閉する環状の蓋体である上蓋７とを備えている。

外側炉壁３は、断熱材および耐火煉瓦等によって形成されており、ピットＰの底面に載置されたベース盤３０から立設された複数の支柱（図示せず）によって、その軸線Ｘを上下方向に向けた状態で支持されている。
内側炉壁４は、断熱材および耐火煉瓦等によって形成されており、ピットＰの底面に載置された円環状の中心ベース盤４０から立設された複数の支柱９によって支持されている。また、内側炉壁４は外側炉壁３と同軸に設けられている。さらに、内側炉壁４は、その外径寸法が被加熱物Ｗの内径寸法よりも小さくなるように形成されている。これにより、被加熱物Ｗの内周面が内側炉壁４の外周面４ａに対向した状態で、当該被加熱物Ｗを炉床２に載置させることができる。

外側炉壁３の内周面３ａには、外側発熱体５が配置されている。外側発熱体５は、外側炉壁３の内周面３ａの全周に亘って取り付けられた多数のロッドヒータにより構成されており、被加熱物Ｗを炉床２に載置した状態で被加熱物Ｗの外周面全体が外側発熱体５に対向して配置されるようになっている。これにより、外側発熱体５は、被加熱物Ｗをその外周側から加熱することができる。

内側炉壁４の外周面４ａには、内側発熱体６が配置されている。内側発熱体６は、内側炉壁４の外周面４ａの全周に亘って取り付けられた多数のロッドヒータにより構成されており、被加熱物Ｗを炉床２に載置した状態で被加熱物Ｗの内周面全体が内側発熱体６に対向して配置されるようになっている。これにより、内側発熱体６は、被加熱物Ｗをその内周側から加熱することができる。

上蓋７は、断熱材等によって形成された環状の部材である。上蓋７は、炉室Ｒの上部開口からその内部に挿入されて上部開口を閉塞するとともに、外側炉壁３の外周側に固定された開閉機構８によって、炉室Ｒの上部開口を開閉可能とされている。

開閉機構８は、上蓋７の上面側に水平に延びるとともに当該上蓋７がワイヤによって吊り下げられているアーム８ａと、アーム８ａを回動自在に支持している回動軸部８ｂと、上蓋７を上下方向に昇降させるためのエアシリンダ８ｃとを有している。
エアシリンダ８ｃは、アーム８ａに設けられた複数の滑車に巻き掛けられたワイヤによって上蓋７に接続されており、その伸縮動作によって、上蓋７をアーム８ａに設けられたガイド８ｄに沿って上下方向に昇降可能に構成されている。

上蓋７は、開閉機構８によって、炉室Ｒ内に挿入され上部開口を閉塞する閉塞位置（図１の実線で示す位置）と、アーム８ａ直下まで上昇し外側炉壁３から完全に抜き出された状態である上昇位置（図１の破線で示す位置）との間を昇降する。
アーム８ａは、回動軸部８ｂの軸回りに回動自在であり、エアシリンダ８ｃの作動によって上蓋７が上昇位置にある場合、このアーム８ａを回動させることで、上蓋７を炉室Ｒの上方から側方に退避させることができ、外側炉壁３の上端開口を開くことができる。

このように、加熱炉１は、上蓋７を炉室Ｒの上方から退避させて開くことができるので、炉室Ｒ内に環状の被加熱物Ｗを収容したり、加熱後の被加熱物Ｗを取り出すことができ、大型のベアリングの軌道輪等といった大径環状の被加熱物Ｗの加熱を行うことができる。

炉床２は、内側炉壁４の軸線Ｘ回りに回転駆動される回転床部１０と、被加熱物Ｗを載置する環状の支持部材２０とを有している。支持部材２０は、回転床部１０の上面１０ａに一体回転可能に配置されている。

図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。なお、図２においては、後述する支持ローラ１１、およびガイドローラ１３の態様を示しており、その他の部分は省略して示している。図１および図２を参照して、回転床部１０は、断熱材および耐火煉瓦等によって環状に形成されており、その軸線が内側炉壁４の軸線Ｘと一致するように配置されている。回転床部１０は、ピットＰの底面に載置されたベース盤３０に設けられた複数の支持ローラ１１によって支持されている。

ベース盤３０は、図２に示すように、中心ベース盤４０から放射状に延びる矩形板状に形成された部材であり、その周方向に沿って例えば６個等配されている。支持ローラ１１は、これらベース盤３０それぞれから立設されたブラケット１１ａに回転自在に固定されており、回転床部１０の下方に位置するように周方向に沿って例えば６箇所に等配されている。

各支持ローラ１１は、当該支持ローラ１１が転走する軌道１２ａが形成された環状の軌道部材１２を、内側炉壁４の軸線Ｘ回りに回転可能に支持している。軌道部材１２は、その上面１２ｂに回転床部１０が一体に固定された環状の部材であり、その内外周面は回転床部１０の内外周面とほぼ面一となるように形成されている。

複数の支柱９の外側面それぞれには、軌道部材１２の内周面１２ｃを転走するガイドローラ１３が設けられている。支柱９は、中心ベース盤４０の周方向に等配されて立設されている。ガイドローラ１３は、これら支柱９の外側面に突設されたブラケット１３ａそれぞれに回転自在に固定されており、これら６つのガイドローラ１３の外接円の軸線が内側炉壁４の軸線Ｘと一致しかつ前記外接円が軌道部材１２の内周面１２ｃの径寸法と一致するように配置されている。このため、軌道部材１２が支持ローラ１１上で回転すると、各ガイドローラ１３は、軌道部材１２の回転軸線と、内側炉壁４の軸線Ｘとがほぼ一致した状態となるように軌道部材１２を保持しつつ軌道部材１２の内周面１２ｃを転走する。

以上のように、軌道部材１２は、ガイドローラ１３によってその回転軸線が内側炉壁４の軸線Ｘに一致するように保持されつつ、支持ローラ１１によって内側炉壁４の軸線Ｘ回りに回転可能に支持されている。
また、軌道部材１２の外方には、軌道部材１２の外周面１２ｄ全周に亘って固定された図示しないアタッチメント付きチェーンに係合して当該軌道部材１２および回転床部１０を回転駆動する駆動装置１４が設けられている。
回転床部１０は、軌道部材１２の上面１２ｂに一体に固定されており、上記構成によって、軌道部材１２とともに内側炉壁４の軸線Ｘ回りに回転駆動される。

回転床部１０の上面１０ａに配置された支持部材２０は、回転床部１０の外径に一致する外径に形成された環状のグリッドにより構成されており、回転床部１０の上面１０ａの上方を覆っている。この支持部材２０は、炉床２に載置される被加熱物Ｗを支持した状態で回転床部１０とともに一体回転可能とされている。

以上の構成によって、本実施形態の加熱炉１は、環状の被加熱物Ｗをその軸線が内側炉壁４の軸線Ｘとほぼ一致させた状態となるように炉床２に載置するとともに、回転床部１０を回転駆動することにより、炉床２に載置される環状の被加熱物Ｗを内側炉壁４の軸線Ｘ回りで自転させつつ熱処理を行うことができる。

回転床部１０の外周面１０ｂと、外側炉壁３の内周面３ａとの間には、回転床部１０が回転するのを許容するための僅かな隙間が設けられている。前記隙間は、炉室Ｒと炉外との間を連通しているため、炉室Ｒ内の熱が逃げてしまい、当該加熱炉１の処理効率を低下させるため、本実施形態の加熱炉１では、この隙間をシールするためのシール機構を有している。すなわち、このシール機構は、軌道部材１２の外周面１２ｄに設けられ、ジルコンサンド等の耐火粉末１６ａが貯められた上方に開口する外側環状溝部１６と、外側炉壁３の下面から突設され先端が耐火粉末１６ａに接した状態で外側環状溝部１６に挿入された外側環状板１７とにより構成されている。

上記シール機構は、外側環状板１７、外側環状溝部１６に貯められた耐火粉末１６ａ、および軌道部材１２（回転床部１０）の外周面によって、上記隙間が炉外へ連通するのを遮断することができる。さらに、回転床部１０（軌道部材１２）が回転したとしても、これらと共に回転する外側環状溝部１６に貯められた耐火粉末１６ａと、外側環状板１７とが相対回転するため、外側環状板１７が耐火粉末１６ａに接したまま相対回転することができる。よって、上記隙間の連通を遮断したまま回転床部１０の回転を許容することができる。

回転床部１０の内周面１０ｃと、内側炉壁４の外周面４ａとの間にも、回転床部１０が回転するのを許容するための僅かな隙間が設けられているが、上記と同様、軌道部材１２の内周面１２ｃに設けられ、ジルコンサンド等の耐火粉末１８ａが貯められた上方に開口する内側環状溝部１８と、固定床部７の下面から突設され先端が耐火粉末１８ａに接した状態で内側環状溝部１８に挿入された内側環状板１９からなるシール機構を有しているので、隙間の連通を遮断したまま回転床部１０の回転を許容することができる。
なお、上記両環状溝部１６，１８に貯められた耐火粉末１６ａ，１８ａとして、本実施形態では、ジルコンサンドを用いたが、他の耐火粉末、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミックス粉末を用いてもよい。

上記のように構成された加熱炉１によれば、環状の被加熱物Ｗの外周面が外側炉壁３の内周面３ａに対向するとともに、当該被加熱物Ｗの内周面が内側炉壁４の外周面４ａに対向した状態で炉床２に載置された当該被加熱物Ｗを、その外周側から外側発熱体５により加熱するとともに、内周側から内側発熱体６により加熱することができる。したがって、被加熱物Ｗの内周部と外周部とをそれぞれ処理温度まで昇温するときの時間差を短縮することができ、被加熱物Ｗに生じる熱変形を抑制することができる。
また、外側炉壁３の内周内方に内側炉壁４を配置するようにしたので、炉内中央部の余分な加熱空間を減少させることができる。したがって、加熱空間を必要最小限の大きさにすることができ、炉内での熱損失を低減することができる。

また、本実施形態の加熱炉１において、環状の被加熱物Ｗをその軸線が内側炉壁４の軸線Ｘとほぼ一致する状態となるように炉床２に載置することにより、回転床部１０およびその上面１０ａに一体回転可能に配置された支持部材２０によって、被加熱物Ｗを内側炉壁４の軸線Ｘ回りに自転させることができる。したがって、炉内温度の不均一や外側発熱体５または内側発熱体６の配置等に起因して、当該被加熱物Ｗに対する加熱の度合が不均一になる部分が生じたとしても、加熱の度合いが不均一な部分に対して被加熱物Ｗを相対移動させることができ、被加熱物Ｗに局部的な加熱の過不足が生じるのを防止できる。この結果、被加熱物Ｗ全体として均一に加熱処理することができる。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、内側炉壁４を筒状に形成している場合について例示したが、柱状に形成することも可能である。
また、上記実施形態では、本発明をピット炉に適用した場合を例示したが、ボトムアップ型やベル型等の他の加熱炉に対しても本発明を適用することができる。

１加熱炉
２炉床
３外側炉壁
３ａ内周面
４内側炉壁
４ａ外周面
５外側発熱体
６内側発熱体
７上蓋（蓋体）
１０回転床部
Ｗ被加熱物
Ｘ軸線

Claims

軸線を上下方向に向けた状態で設けられた筒状の外側炉壁と、
前記外側炉壁の内周内方に設けられ、前記外側炉壁との間で環状空間を形成した筒状または柱状の内側炉壁と、
前記環状空間の下部側を閉塞するとともに、被加熱物の外周面が前記外側炉壁の内周面に対向するとともに当該被加熱物の内周面が前記内側炉壁の外周面に対向した状態で当該被加熱物を載置する炉床と、
前記環状空間の上部側に開閉可能に設けられた蓋体と、
前記外側炉壁の内周に配置され前記被加熱物をその外周側から加熱する外側発熱体と、
前記内側炉壁の外周に配置され前記被加熱物をその内周側から加熱する内側発熱体と、
を備えていることを特徴とする加熱炉。
前記炉床が、前記内側炉壁の軸線回りに回転駆動される環状の回転床部を有する請求項１に記載の加熱炉。