JP2011069509A - 加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱材を搬送する複数の搬送ローラが炉内外を貫通する加熱炉において、炉内からの伝熱によって各搬送ローラの軸受が確実に焼付けかない加熱炉を提供する。
【解決手段】断面が角形状で、炉床２、左右一対の炉壁３ｂ、および天井を有し、両端に開口する搬入口および搬出口を有する炉本体１と、該炉本体の炉内における炉床付近で、且つ被加熱材の搬送方向と直交する方向に軸方向が沿って左右一対の炉壁を貫通しており、互いに平行に配置された複数の搬送ローラＲと、を備え、該搬送ローラＲの両端に位置し且つ炉本体の各炉壁の外側に突出する一対の軸部１２のうち、一方の軸部には、係る軸部を回転可能に支持する軸受１４付近に少なくとも先端が達する冷却水用の通水孔２１が当該軸部の端面の中心部から軸心に沿って形成されていると共に、該冷却水用の通水孔には、その中心部に沿って冷却水用の給水パイプ２４が挿入されている、加熱炉Ｆ。
【選択図】図４

Description

本発明は、全体がほぼトンネル状で且つローラ搬送式の加熱炉に関する。尚、本発明の加熱炉には、熱処理炉や焼成炉なども含まれる。

トンネル状の炉室を水平に貫通する複数の搬送ローラの上を被熱処理材を搬送して熱処理する加熱炉において、上記炉室の熱が搬送ローラを伝熱して、係る搬送ローラの軸受を損傷する事態を防ぐため、炉壁と軸受との間に、搬送ローラを囲むようにカバーケースを設け、係るケース内に冷却液が循環する冷却装置を配置すると共に、この冷却装置の内側面に上記搬送ローラの向かって求心状に延びた複数の冷却フィンを突設した加熱炉用搬送ローラ支持装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記特許文献１に記載の加熱炉用搬送ローラ支持装置によれば、冷却装置および冷却フィンによって、搬送ローラの軸受付近が無接触で冷却されるため、軸受の焼付きを防ぐことが可能である。

しかし、炉壁と軸受との間に位置する搬送ローラを囲むように、カバーケース、その内側に配置され且つ内部を冷却液が循環する前記冷却装置、および係る装置の内側面に円盤状に突設した複数の冷却フィンを配設するため、構成要素が多く且つ構造が複雑となり、コスト高となり且つスペースが必要となる、という問題があった。しかも、搬送ローラの軸受付近を外側から無接触で冷却するので、冷却効率が低くなる。その結果、十分に軸受を冷却できず、約３００〜４００℃に加熱され得るため、該軸受の焼付きを確実には防げない、おそれがあった。
一方、搬送ローラの軸受付近を確実に冷却すべく、炉壁と軸受との間に位置する軸部に対し、冷却水を直に噴射した場合、係る冷却水の一部が軸受の内側に進入して、該軸受内の潤滑油が流出するため、一層焼付きを生じ易くなる。しかも、係る軸受の焼付きに伴って、軸部の端面側に取り付けた従動用スプロケットと係合している駆動用のチェーンへの負荷が増大する、というおそれもあった。

特開２００９−３０８４８号公報（第１〜９頁、図１〜４）

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、トンネル状で且つ被加熱材を搬送する複数の搬送ローラが炉内外を貫通する加熱炉において、炉内からの伝熱によって各搬送ローラの軸受が確実に焼付けかないようにした加熱炉を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、加熱炉における搬送ローラごとの軸部の端面の中心部から冷却水の通水孔を少なくとも軸受付近にまで形成し、搬送ローラの軸部を冷却水によって直接冷却する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の加熱炉（請求項１）は、断面が角形状で、炉床、左右一対の炉壁、および天井を有し、被加熱材の搬送方向の両端に開口する搬入口および搬出口を有する炉本体と、係る炉本体の炉内における炉床付近で、且つ被加熱材の搬送方向と直交する方向に軸方向が沿って左右一対の上記炉壁を貫通しており、互いに平行に配置された複数の搬送ローラと、を備え、係る搬送ローラの両端に位置し且つ上記炉本体の各炉壁の外側に突出する一対の軸部のうち、少なくとも一方の軸部には、係る軸部を回転可能に支持する軸受付近に少なくとも先端部が達する冷却水用の通水孔が当該軸部の端面の中心部から軸心に沿って形成されていると共に、上記冷却水用の通水孔には、その中心部に沿って冷却水用の給水パイプが挿入されている、ことを特徴とする。

これによれば、前記給水用のパイプの先端から吐出された冷却水は、搬送ローラの軸部に形成された前記冷却水用の通水孔の先端部に当たって直ちに逆流し、該通水孔の内壁面とパイプの外周面との間を軸部の端面に向かって流れつつ、係る軸部を直に冷却すると共に、係る軸部を介して、これを回転可能に支持している軸受をも確実に冷却できる。その結果、搬送ローラの炉内側からの伝熱してきた熱による軸受の昇温を防止ないし抑制できるので、その焼付きおよび前記チェーンへの負荷の増加などを確実に防止することが可能となる。

尚、前記加熱炉は、各種の材料を所定の温度帯に加熱するための加熱炉に限らず、加熱した金属材料を所定の温度帯まで加熱した後に急冷あるいは除冷するための熱処理炉、あるいは、セラミック材料を焼成するための焼成炉も含んでいる。
また、炉本体は、その炉床、炉壁、および天井が、それぞれ外側の鉄皮とその内面に貼り付けた耐火材との２重構造を有するものである。
更に、被加熱材のうち、被熱処理材には、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼の線材が例示され、係る線材は、前記加熱炉内で１１００℃台に加熱された後、搬出口側の位置で水の噴射による急冷を受ける熱処理を施される。
また、搬送ローラは、炉内に位置する太径のローラ本体の両端が延びる一対の軸部において、双方の軸部に冷却水用の通水孔と、その中心部に沿って挿入する給水用パイプとを左右対称に設けても良い。
更に、前記搬送ローラには、前記炉壁と軸受との間におけるその軸部に、複数の放熱フィンを突設した形態も含まれる。
また、複数の前記搬送ローラは、何れか一方の軸部ごとの端部に駆動用チェーンと係合する従動用のスプロケットをそれぞれ取り付けており、該スプロケットと係合するチェーン、該チェーンを無端回転させる駆動側のスプロケット、および該スプロケットを回転させるモータ（駆動源）などによって駆動される。
更に、前記冷却水用の通水孔は、軸部の端面における中心部に開口し、係る開口部から軸心に沿って形成され、その閉じた先端部は、前記軸受に支持される軸部の部分よりも炉壁側の位置まで延びた直線状の細長い孔である。
加えて、前記給水用のパイプの先端は、上記冷却水用の通水孔における閉じた先端部の直前付近まで、係る通水孔と同軸心状にして挿入されている。

また、本発明には、前記搬送ローラの軸部の端面における前記冷却水用の通水孔の開口部には、軸部とほぼ同軸心で且つ外側に向かって拡径した円錐形状の水切りが取り付けられている、加熱炉（請求項２）も含まれる。
これによれば、冷却水用のパイプから流された冷却水は、前記冷却水用の通水孔をその開口部に向かって流れた後、搬送ローラの軸部の端面から放出されるが、係る位置に取り付けた前記水切りによって、上記軸部の下側の外周面を伝って流れる事態を阻止される。その結果、軸受内に冷却水が進入しなくなるので、係る軸受の焼付きを一層確実に防ぐことが可能となる。

更に、本発明には、前記搬送ローラの軸部の端面における前記冷却水用の通水孔における開口部の下方には、前記炉本体における被加熱材の搬送方向に沿って、受水用の樋が配置されている、加熱炉（請求項３）も含まれる。
これによれば、各搬送ローラごとの軸部の端面から放出された前記冷却水を、排水することなく、受水用の上記樋によって回収できるので、係る冷却水を熱交換器に送水して再度冷却した後、複数回にわたり循環して再利用可能となる。

本発明の熱処理炉（加熱炉）の概略を示す垂直断面図。 図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図。 図２中で一点鎖線部分Ｙの搬送ローラの軸部付近を示す拡大図。 図３と同じ位置の軸部付近を示す垂直断面図。 本発明の熱処理炉の作用を示す垂直断面図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の熱処理炉（加熱炉）Ｆの概略で且つ被熱処理材（被加熱材）の搬送方向に沿った垂直断面図、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の矢視に沿った垂直断面図である。
熱処理炉Ｆは、図１，図２に示すように、断面が角形状で、炉床２、左右一対の炉壁３ａ，３ｂ、および天井４を、図示しない被熱処理材の搬送方向の全長に沿って有し、該搬送方向の両端に搬入口８および搬出口９を開口させた全体がほぼトンネル状の炉本体１を備えている。尚、係る炉本体１を構成する炉床２、左右一対の炉壁３ａ，３ｂ、および天井４は、それぞれ外側の鉄皮６と、それらの内側に貼り付けた耐火材７との２重構造を有している。また、熱処理炉Ｆは、被熱処理材を所定の温度帯に加熱するための加熱手段、あるいは該加熱手段から送給され熱媒体を炉内に取り入れる装置を有し、且つ搬出口９側の天井４には、熱処理のために用いる水または冷風の供給装置（何れも図示せず）を有している。
図１，図２に示すように、上記炉本体２の炉内の炉床２付近で、且つ被熱処理材の搬送方向と直交する方向に沿って炉壁３ａ，３ｂを水平に貫通すると共に、互いに平行にして複数の搬送ローラＲが配置されている。そのため、炉壁３ａ，３ｂの下部には、搬送ローラＲを貫通させる複数の貫通孔５が穿設されている。

搬送ローラＲは、図１，図２に示すように、中空部を内蔵する円筒形で且つ炉壁３ａ，３ｂの貫通孔５を貫通するローラ本体１０と、その両端から同軸心にして炉壁３ａ，３ｂの外側に延びた比較的細径の軸部１１，１２とを備えている。
図２で左側に位置する円柱形の軸部１１は、側面視が半円形で且つ上向きの軸受面を有する軸受１３に回転自在に支持されると共に、ローラ本体１０から伝熱による軸方向に沿った熱膨張に対応可能とされている。尚、上記軸受１３は、少なくとも軸部１１に接触する半円形の部分が比較的軟質の軸受合金からなる。
一方、図２で右側に位置する軸部１２は、軸受１４を貫通し且つこれに回転可能に支持されると共に、先端側に従動用のスプロケットＳが取り付けられている。係るスプロケットＳは、図２の前後方向に沿って配置され、側面視がほぼ長円形で且つその一端の内側に図示しないモータに駆動される駆動側のスプロケットが係合しているチェーンＣの上辺と係合している。係るチェーンＣは、各搬送ローラＲごとのスプロケットＳにも同様に係合している。
尚、上記軸受１３，１４は、フロアまたはこれから立設したコンクリートＧ上に取り付けられている。

図２中の一点鎖線部分Ｙを拡大した図３、およびその垂直断面図の図４に示すように、軸部１２は、ローラ本体１０に隣接する太径部１５、これに隣接し且つ円盤状に突出した複数の放熱フィン１６、中間の細径部１７、および最外側の細径部１８を同軸心で有している。
図４に示すように、軸受１４は、円環状に配置した複数のボールベアリングｂを介して、軸部１２の細径部１７，１８間を回転自在に支持している。また、細径部１８の先端側には、キー１９を介してスプロケットＳが固定されている。
上記軸部１２の中心部には、その端面に開口し、且つ先端部２２が太径部１５の中心部に達する円形断面で且つ冷却水用の細長い通水孔２１が軸心に沿って形成されている。係る通水孔２１の開口部で且つ軸部１２の端面には、該軸部１２とほぼ同軸心で且つ外側に向かって拡径する円錐形状の水切り２０が固定されている。
尚、上記水切り２０の最外部分は、スプロケットＳおよびチェーンＣよりも外側に少なくとも約２０ｃｍ以上離れており、望ましくは３０ｃｍ以上離れている。

図４に示すように、軸部１２に穿設した通水孔２１の中心部には、冷却水用の細長いパイプ２４が該通水孔２１と同軸状にして挿入され、該パイプ２４の先端は、通水孔２１の先端部２２の直前付近に位置している。係るパイプ２４は、図示しない冷却水用のタンクまたは水槽に基端が連通する給水管２６と連通している。係る給水管２６は、複数の搬送ローラＲごとの通水孔２１内に挿入された複数のパイプ２４と連通し、これらに対して冷却水を同時に送水可能としている。
図３，図４に示すように、前記軸部１２の端面における通水孔２１の開口部に取り付けた水切り２０の下方には、該水切り２０りの最外部に向けて開口する断面チャンネル状で且つ受水用の樋３０が、炉壁３ｂに沿って水平に配置されている。係る樋３０は、ステンレス鋼などの金属、あるいは耐熱性の樹脂からなる。

以下において、前記のような熱処理炉Ｆの作用について説明する。
予め、所定の線径に熱間圧延された後、レイングヘッドに通されて螺旋形状にされたオーステナイト系ステンレス鋼の線材（被熱処理材：図示せず）は、炉本体２の搬入口８から熱処理炉Ｆの炉内に順次搬入され、係る炉内の雰囲気温度の約１１００℃台に再加熱されつつ搬出口９側に送られる。
この間において、熱処理炉Ｆにおける複数の搬送ローラＲは、ローラ本体１０が炉内の雰囲気温度によって加熱され、その熱が軸部１１，１２側に伝熱される。このうち、前記軸受１３に支持された円柱形の軸部１１は、ローラ本体１０および軸部１１自体の膨張分を含めて軸方向に沿って膨張するが、係る軸部１１の膨張は、軸受１３に阻止されことなく、その外側に延びることで対処される。尚、軸部１１は、炉内の雰囲気温度が低下すると、元の長さに戻る。
一方、ローラ本体１０から軸部１２に伝達された前記熱は、その一部が放熱フィン１６を経て炉外に放出されるが、大部分の熱は、軸部１２の太径部１５から細径部１７，１８側に伝達される。

係る状態で、図５中で実線の矢印で示すように、給水管２６から搬送ローラＲごとの軸部１２に設けた冷却水用の通水孔２１の中心部に沿って挿入されたパイプ２４に冷却水ｗ１を送給する。すると、係る冷却水ｗ１は、パイプ２４の先端から吐出され、図５中の一点鎖線の矢印で示すように、通水孔２１の先端部２２に当たって反転した後、該通水孔２１の内壁面とパイプ２４の外周面との間を、軸部２１の端面側に送水される。係る冷却水ｗ１の流動過程において、ローラ本体１０から軸部１２の太径部１５および細径部１７，１８に伝達された前記熱は、当該冷却水ｗ１によって抜熱（降温）される。
その結果、軸部１２の少なくとも細径部１７，１８は、数１０℃程度に保たれる。これに伴って、係る軸部１２を支持する軸受１４も上記同様の温度に維持されるので、従来のような約３００〜４００℃に加熱され、軸受１４のボールベアリングｂ内の潤滑油が低減ないし溶出して、当該軸受１４が焼け付く事態を確実に防止することができる。

搬送ローラＲごとの軸部１２の通水孔２１を流れる間に前記伝熱により昇温した冷却水ｗ２は、図５に示すように、該通水孔２１から水切り２０を経て樋３０内に受水される。この際、冷却水ｗ２は、スプロケットＳ、チェーンＣ、および軸受１４に飛散して付着しない。そのため、搬送ローラＲの回転に悪影響を与えないと共に、軸受１４内の潤滑油の溶出も生じない。その結果、係る軸受１４の焼け付きを一層確実に阻止することができる。
尚、各搬送ローラＲ内から水切り２０を経て、樋３０に受水された冷却水ｗ２は、図示しないクーリングタワーなどの熱交換器に送られて、例えば、常温以下の温度に冷却される。更に、冷却された冷却水ｗ１は、貯水槽または給水タンクを経て、前記給水管２６から各搬送ローラＲの軸部１２の通水孔２１内に挿入された前記パイプ２４に循環して再送水される。そのため、水資源の有効利用も図り得る。
更に、前記炉本体１の炉内で約１１００℃台に加熱された前記非熱処理材は、複数の搬送ローラＲ上を搬出口９側に搬送され、搬出口９の直前における炉内で冷却水の噴射、あるいは冷風の吹き付けによる急冷を受ける熱処理を施されて、所要の特性を付与される。そのため、搬出口９の直前における炉本体１の前記天井４には、所要数の噴水用ノズル、あるいは送風ダクトの先端が配置されている。

以上において説明した熱処理炉Ｆによれば、前記給水用のパイプ２４の先端から吐出された冷却水ｗ１は、搬送ローラＲの軸部１２に形成された前記冷却水用の通水孔２１の先端部２２に当たって逆流し、パイプ２４の外周面と冷却水用の通水孔２１の内壁面との間を軸部１２の端面に向かって流れつつ、係る軸部１２を直に冷却すると共に、係る軸部１２を介して、これを支持している軸受１４も確実に冷却する。その結果、搬送ローラＲの炉内側から軸部１２に伝熱してきた熱による軸受１４の昇温を抑制でき、その焼付きおよび前記チェーンへＣの負荷の増加などを確実に防止できる。しかも、ローラ本体１０からの伝熱を受けて昇温した冷却水ｗ２は、軸部１２の端面に固定された水切り２０から樋３０内に受水され、前記スプロケットＳ、チェーンＣ、および軸受１４に対し、飛散して付着しないので、該スプロケットＳやチェーンＣの機能を低下させず、且つ軸受１４の焼け付きを確実に防止できる。更には、冷却水ｗ２の再利用も容易となる。

本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、前記冷却水用の通水孔２１およびその中心部に挿入するパイプ２４は、搬送ローラＲの両端に位置する一対の軸部にそれぞれ左右対称に配置しても良い。
また、前記冷却水用の通水孔２１は、パイプ２４の挿入状態に支障がなければ、円形の断面に限らず、各コーナーにアールを付けた正方形や正六角形などの正多角形の断面としても良い。
更に、前記冷却水用の通水孔２１の先端部２２は、少なくとも前記軸受１４により支持される前記細径部１７の付近に達する（位置する）ようにしても良い。
また、搬送ローラＲの軸部１２に突設した複数の前記放熱フィン１６を省略しても良い。
更に、本発明の加熱炉には、前記炉本体１の搬出口９の下流側に別の冷却ゾーンを配置し、炉本体２の炉内では、加熱のみを被加熱材に施す加熱炉も含まれる。
加えて、本発明の加熱炉には、炉本体１の炉内で未焼成のセラミックグリーンシートを焼成するための焼成炉も含まれる。

本発明によれば、炉内外を水平に貫通する複数の搬送ローラを有する熱処理炉などの加熱炉において、炉内の雰囲気温度により搬送ローラの軸部に伝熱された熱を、前記冷却水用の通水孔にパイプから送水された冷却水によって抜熱するため、上記軸部を支持する軸受の焼け付きを確実に防止でき、これに伴う悪影響を阻止することが可能となる。

１……………炉本体、 ２……………炉床、
３ａ，３ｂ…炉壁、 ４……………天井、
８……………搬入口、 ９……………搬出口、
１２…………軸部、 １４…………軸受、
２０…………水切り、 ２１…………冷却水用の通水孔、
２２…………上記孔の先端部、 ２４…………冷却水用のパイプ、
３０…………受水用の樋、 Ｒ……………搬送ローラ

Claims (3)

1. 断面が角形状で、炉床、左右一対の炉壁、および天井を有し、被加熱材の搬送方向の両端に開口する搬入口および搬出口を有する炉本体と、
   上記炉本体の炉内における炉床付近で、且つ被加熱材の搬送方向と直交する方向に軸方向が沿って左右一対の上記炉壁を貫通しており、互いに平行に配置された複数の搬送ローラと、を備え、
   上記搬送ローラの両端に位置し且つ上記炉本体の各炉壁の外側に突出する一対の軸部のうち、少なくとも一方の軸部には、係る軸部を回転可能に支持する軸受付近に少なくとも先端が達する冷却水用の通水孔が当該軸部の端面の中心部から軸心に沿って形成されていると共に、上記冷却水用の通水孔には、その中心部に沿って冷却水用の給水パイプが挿入されている、
   ことを特徴とする加熱炉。
2. 前記搬送ローラの軸部の端面における前記冷却水用の通水孔の開口部には、軸部とほぼ同軸心で且つ外側に向かって拡径した円錐形状の水切りが取り付けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
3. 前記搬送ローラの軸部の端面における前記冷却水用の通水孔における開口部の下方には、前記炉本体における被加熱材の搬送方向に沿って、受水用の樋が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱炉。

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