JP2012017498A - 焼鈍用冷却装置、焼鈍システム、及び被焼鈍物冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被焼鈍物を焼鈍する過程において、被焼鈍物を、設定温度に加熱した後、冷却する際に、被焼鈍物の冷却に用いる雰囲気ガスを有効に利用することができ、雰囲気ガスの使用量を大幅に削減することができる焼鈍用冷却装置、焼鈍システム、及び被焼鈍物冷却方法の提供を目的とする。
【解決手段】被焼鈍物被覆体２２で被覆した被焼鈍物Ｗを、焼鈍炉１１で設定温度まで加熱した後に被焼鈍物被覆体２２の内部空間Ａに充満させた雰囲気ガスで冷却する焼鈍用冷却装置２１であって、雰囲気ガスを、内部空間Ａと連通する連通路３４の流入部３６から連通路３４に流入させるとともに、連通路３４の流出部３７から内部空間Ａに流出させて循環する循環手段３２と連通路３４を通過する雰囲気ガスを冷却する冷却手段３０とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、箱型焼鈍炉内を加熱して所定の加熱温度に保った後に被焼鈍物を冷却する焼鈍用冷却装置、該焼鈍用冷却装置を備えた焼鈍システム、及び被焼鈍物冷却方法に関する。

焼鈍の中でも例えば、箱型焼鈍炉による焼鈍の場合、炉内を設定温度まで昇温する加熱工程、この設定温度に炉内温度を保つ均熱工程、炉体を適宜、外すなどして被焼鈍物を冷却する冷却工程の３つに処理プロセスに分けられる。

このうち、冷却工程に要する時間は、上述した一連の工程全体に要する時間の半分以上の割合を占めており、冷却時間の短縮化を図ることが焼鈍時間の短縮に直接的に寄与することが明らかでる。

例えば、冷却時間の短縮化を図ることを目的として、下記特許文献１において「ベル型焼鈍炉の冷却方法およびその構造」が提案されている。

特許文献１における「ベル型焼鈍炉の冷却構造」は、炉床ベース（１）に載置したコイル（Ｗ）等の処理材を覆うインナーカバー（４）と、該インナーカバー（４）を覆うクーリングカバー（６）を備え、前記クーリングカバー（６）を耐圧構造とするとともに、該クーリングカバー（６）とインナーカバー（４）との間に、バッフルプレート（７）を配設している。

さらに、前記クーリングカバー（６）の頂部に冷却ファン（９）を設けるとともに、炉床ベース（１）に循環ファン（５）を設けた構成であり、前記インナーカバー（４）内およびインナーカバー（４）とクーリングカバー（６）が形成する空間内に冷却用の雰囲気ガス流入手段として流入管（Ｐ１，Ｐ２）を備えるとともに、排気手段として排気管（Ｐ３，Ｐ４）を備えている。

この構成によれば、冷却工程において流入管（Ｐ１，Ｐ２）から冷却用の雰囲気ガスを流入して、排気管（Ｐ３，Ｐ４）から雰囲気ガスの流出量を調節することができる。

そして、循環ファン（５）を運転してインナーカバー（４）内の雰囲気ガスを強制循環させ、コイル（Ｗ）からの放熱を効率よくインナーカバー（４）に伝達し、同様に冷却ファン（９）を運転してバッフルプレート（７）によりクーリングカバー（６）内の冷却用の雰囲気ガスを循環させ、インナーカバー（４）からの放熱を効率よくクーリングカバー（６）に伝えて冷却を実施することによって、冷却時間を短縮することができるとされている。

しかしながら、特許文献１における「冷却方法およびその構造」は、冷却工程の間、常に新しい雰囲気ガスを流入管（Ｐ１，Ｐ２）からインナーカバー（４）内に流入し続ける必要があり、雰囲気ガスの使用量が増えるという問題があった。

詳しくは、前記「冷却方法およびその構造」は、流入管（Ｐ１，Ｐ２）から冷却用に流入した雰囲気ガスをクーリングカバー（６）内に循環させた後、排気管（Ｐ３，Ｐ４）から排気するものである。

よって、排気管（Ｐ３，Ｐ４）からの排気分に相当する新しい雰囲気ガスを流入管（Ｐ１，Ｐ２）からインナーカバー（４）内に流入し続ける必要があり、結果的に雰囲気ガスの使用量が増えるという問題が生じることになる。

これにより、雰囲気ガスの使用コストがかかるという問題も生じることになる。その他にも、冷却工程で使用する雰囲気ガスを大量に保管、管理しておく必要があるため、そのための保管スペースが嵩むことや管理に手間を要するなどの問題も生じることになる。

特開平０６−２７１９４５号公報

そこで本発明では、被焼鈍物を焼鈍する過程において、被焼鈍物を、設定温度に加熱した後、冷却する際に、被焼鈍物の冷却に用いる雰囲気ガスを有効に利用することができ、雰囲気ガスの使用量を大幅に削減することができる焼鈍用冷却装置、焼鈍システム、及び被焼鈍物冷却方法の提供を目的とする。

本発明は、被焼鈍物被覆体で被覆した被焼鈍物を、焼鈍炉で設定温度まで加熱した後に前記被焼鈍物被覆体の内部空間に充満させた雰囲気ガスで冷却する焼鈍用冷却装置であって、長さ方向の両端が前記内部空間と連通する連通路を形成し、前記連通路の長さ方向の一端を、前記内部空間から前記連通路に前記雰囲気ガスを流入させる流入部に設定するとともに、前記連通路の長さ方向の他端を、前記連通路から前記内部空間に雰囲気ガスを流出させる流出部に設定し、前記連通路に、前記雰囲気ガスを、前記流入部から前記連通路に流入させ、前記連通路を通過した後、前記流出部から前記内部空間に流出させて循環する循環手段と、前記連通路を通過する前記雰囲気ガスを冷却する冷却手段とを備えたことを特徴とする。

この発明の態様として、前記流出部を、前記内部空間における前記被焼鈍物を配置する被焼鈍物配置領域の中に備えることができる。

さらにまた、この本発明は、被焼鈍物を、被焼鈍物被覆体で被覆するとともに、焼鈍炉で設定温度に加熱した後、前記被焼鈍物被覆体の内部空間に充満させた雰囲気ガスで冷却する被焼鈍物の冷却方法であって、前記被焼鈍物を冷却している間、前記雰囲気ガスを、前記内部空間と連通する連通路の長さ方向の一端に設けた流入部から前記連通路に流入させるとともに、該連通路の長さ方向の他端に設けた流出部から前記内部空間に流出させることによって循環させ、前記連通路を循環している前記雰囲気ガスを、前記連通路の途中で冷却することを特徴とする。

なお、前記被焼鈍物被覆体は、例えば、上述したように前記焼鈍炉、或いは、前記インナーカバーで構成することができ、さらに、これら前記焼鈍炉と前記インナーカバーとの双方で構成することができ、その他にも被焼鈍物を被覆する被覆体であれば特に限定しない。

この本発明によれば、被焼鈍物を焼鈍する過程において、被焼鈍物を、設定温度に加熱した後、冷却する際に、被焼鈍物の冷却に用いる雰囲気ガスを有効に利用することができ、雰囲気ガスの使用量を大幅に削減することができる焼鈍用冷却装置、焼鈍システム、及び被焼鈍物冷却方法を提供することができる。

本実施形態の焼鈍システムの構成を示す説明図。 本実施形態のガス循環冷却ユニットの外観図。 他の実施形態の焼鈍システムの構成を示す説明図。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
本実施形態の焼鈍システム１は、図１、及び図２に示すように、インナーカバー２２で被覆した被焼鈍物としてのコイルＷを、ベル型焼鈍炉１１で設定温度まで加熱した後にインナーカバー２２の内部空間Ａに充満させた雰囲気ガスで冷却するシステムである。

焼鈍システム１は、長さ方向の両端が前記内部空間Ａと連通する連通管３４を形成し、前記連通管３４の長さ方向の一端を、前記内部空間Ａから前記連通管３４に雰囲気ガスの流入を許容する流入部３６に設定するとともに、前記連通管３４の長さ方向の他端を、前記連通管３４からインナーカバー２２の内部空間Ａに雰囲気ガスの流出を許容する流出部３７に設定している。

焼鈍システム１は、前記連通管３４に、前記雰囲気ガスを前記流入部３６から前記連通管３４に流入させ、前記連通管３４を通過した後、前記流出部３７から前記内部空間Ａに流出させる循環用ポンプ３２と、前記連通管３４を通過する雰囲気ガスを冷却する冷却機３０とを備えている。

焼鈍システム１の構成について詳述すると、焼鈍システム１は、ベル型焼鈍炉１１と、焼鈍用冷却装置２１とで構成している。

ベル型焼鈍炉１１は、図１に示すように、炉体１２を耐熱煉瓦でベル型に構成し、炉体１２の外周面には燃焼バーナー１３を備え、これら燃焼バーナー１３は、図示しないが４つ備え、それぞれ炉体１２の周方向に配設している。

焼鈍用冷却装置２１は、図１に示すように、主に、被焼鈍物として、例えば、線材を巻き回したコイルＷを設置する炉床２３と、インナーカバー２２と、ガス循環冷却ユニット２６で構成している。

さらに、焼鈍用冷却装置２１は、熱伝達率を向上させるとともに、炉内の温度分布が均一になるよう充満させたアルゴンガスなどの雰囲気ガスを攪拌する攪拌ファン２７と、炉床２３の上面に取り付けられ、載置したコイルＷの温度測定用の熱電対２８とを備えている。

攪拌ファン２７は、ファン部２７ａとモータ部２７ｂとで構成し、後述のモータ収容孔２５ａにモータ部２７ｂを収容した状態で設置している。

炉床２３は、平面視したときの中央部に攪拌ファン２７のモータ部２７ｂの収容を許容するモータ収容孔２５ａが形成された炉床本体２５と、モータ収容孔２５ａにモータ部２７ｂが収容された状態で炉床本体２５の上面から突き出す攪拌ファン２７のファン部２７ａよりも上側に配置された平坦状のコイル載置台２４とで構成している。
なお、インナーカバー２２と炉床２３とでこれら内部に構成される内部空間Ａにおけるコイル載置台２４の上方には、コイルＷを載置可能な空間が構成され、該空間をコイル配置領域Ｚに設定している。

インナーカバー２２は、コイルＷの酸化を防ぐためにコイルＷを被覆可能に底部が開口した釣鐘形状で形成している。インナーカバー２２の下端部は、コイルＷを被覆した状態で、炉床本体２５の外周縁に設置されているが、これらインナーカバー２２の下端部と炉床本体２５との間には、グラスファイバー等の鉱物繊維、水、砂、油等の介在物３８を介在させることによって、内部空間Ａを密封空間として構成することができる。

続いて、図２に示すように、ガス循環冷却ユニット２６は、雰囲気ガスが流れる方向に沿って上流側から順に、流入側流量調節バルブ２９、冷却機３０、圧力計３１、循環用ポンプ３２、流出側流量調節バルブ３３を備えている。そして、それぞれを、間に配置した連通管３４によって連結している。連通管３４の内部には、雰囲気ガスが流れる連通路が構成されている。

さらに、ガス循環冷却ユニット２６は、循環用ポンプ３２を駆動する電源３９を備えており、その他にも、適宜、冷却機３０を通過する前後の雰囲気ガスの温度を計測する温度計（図示省略）、これら温度計や圧力計３１の計測値を基に、連通管３４を流れる雰囲気ガスの流量を調節する演算回路（図示省略）を適宜備えることができる。

ガス循環冷却ユニット２６の流入側流量調節バルブ２９よりも上流側である流入側部分、及び流出側流量調節バルブ３３よりも下流側である流出側部分にも連通管３４，３４を連結しており、流入側部分に接続した連通管３４を流入側連通管３４ｉｎで構成するとともに、流出側部分に接続した連通管３４を流出側連通管３４ｏｕｔで構成している。

流入側連通管３４ｉｎ、及び、流出側連通管３４ｏｕｔは、いずれもフレキシブルパイプで形成し、先端部には接続プラグ３５が接続されている。

流入側連通管３４ｉｎ、及び、流出側連通管３４ｏｕｔの各接続プラグ３５，３５は、炉床２３に接続され、連通管３４の内部の連通路と内部空間Ａとが連通されている。

詳しくは、流入側連通管３４ｉｎの接続プラグ３５は、炉床本体２５に接続され、前記流入部３６を構成している。一方、流出側連通管３４ｏｕｔの接続プラグ３５は、炉床本体２５に接続され、前記流出部３７を構成している。

冷却機３０は、アルミ製の管を複数並べた空冷タイプのラジエータで構成している。なお、冷却機３０は、空冷式タイプに限らず、水冷式、油冷式のタイプのものであってもよい。

循環用ポンプ３２は、雰囲気ガスを内部空間Ａとガス循環冷却ユニット２６との間で循環させる装置であり、冷却した雰囲気ガスを前記内部空間Ａに環流する。

流入側流量調節バルブ２９は、内部空間Ａから流入した雰囲気ガスの冷却機３０側へ流れる流量を調節するバルブであり、流出側流量調節バルブ３３は、冷却機３０で冷却した雰囲気ガスの内部空間Ａの側へ流れる流量を調節するバルブである。
圧力計３１は、循環用ポンプ３２に流れ込む直前の雰囲気ガスの圧力を計測する。

このように構成した焼鈍システム１は、焼鈍準備工程、加熱工程、均熱工程、冷却工程を経てコイルＷの焼鈍を行うことができる。
焼鈍準備工程では、冷間圧延後に洗浄したコイルＷをコイル配置領域Ｚに配置する。詳しくは、コイルＷは、該コイルＷ間にスペーサＳを介在させながら例えば、３段程度に積み重ねた状態でコイル載置台２４に設置する。その後、これらコイルＷをインナーカバー２２で覆い、さらにインナーカバー２２の外側から炉体１２で覆う。

加熱工程では、ベル型焼鈍炉１１に備えた燃焼バーナー１３でコイルＷをインナーカバー２２の外側から加熱する。この加熱工程では、炉内を例えば、３００度程度の温度でコイルＷを加熱する。
均熱工程では、炉内を所定の温度に保つ。

冷却工程では、ベル型焼鈍炉１１を取り外し、内部空間Ａに充満させた雰囲気ガスでコイルＷを冷却する。その冷却工程の間、攪拌ファン２７により雰囲気ガスを攪拌させるとともに、内部空間Ａとガス循環冷却ユニット２６との間で、雰囲気ガスの循環を行う。

詳しくは、循環用ポンプ３２により、雰囲気ガスを、流入部３６を通じて流入側連通管３４ｉｎに流入させるとともに、前記連通管３４に備えた冷却機３０により冷却し、冷却後の雰囲気ガスを、流出部３７を通じて前記内部空間Ａへ流出させる雰囲気ガスの循環を行う。
やがてコイルＷの温度が５０度程度にまで低下すると、冷却工程を終了する。

以上により、焼鈍が完了し、インナーカバー２２を取り外して焼鈍後のコイルＷを取り出すことができる。

このような構成のベル型焼鈍炉１１は、以下のように様々な作用、効果を得ることができる。
焼鈍用冷却装置２１は、上述したように、インナーカバー２２の内部空間Ａに充満させておいた雰囲気ガスを前記流入部３６から流入側連通管３４ｉｎへ流入させ、冷却機３０で冷却した後、再度、流出側連通管３４ｏｕｔから流出部３７を通じて内部空間Ａに流出するという雰囲気ガスの循環を循環用ポンプ３２によって行うことが可能となる。

すなわち、冷却工程の間、常に新しい雰囲気ガスを外界から内部空間Ａに供給し続けることなく、連通管３４の内部の連通路と、内部空間Ａとが一体に連通した一つの空間内において雰囲気ガスを循環させながらコイルＷを冷却することができる。

よって、雰囲気ガスの使用量を内部空間Ａと連通路との間を循環させるに必要な量に留めておくことができ、冷却中、常に外部から新しい雰囲気ガスを内部空間Ａに供給し続ける場合と比較して雰囲気ガスの使用量を格段に削減することができる。

従って、雰囲気ガスのコストを削減することができる。さらに、冷却工程で使用する雰囲気ガスを大量に保管、管理しておく必要がないため、雰囲気ガスを保管しておく保管スペースが嵩むことがなく、管理に要する手間を解消することができる。

また、冷却機３０により冷却された雰囲気ガスを、内部空間Ａに供給し続けることが可能となるため、冷却工程に要する時間の大幅な短縮を図ることができる。

この発明の構成と、上述した実施形態との対応において、
被焼鈍物被覆体は、インナーカバー２２に対応し、以下同様に、
循環手段は、循環用ポンプ３２に対応し、
冷却手段は、冷却機３０に対応し、
連通路、循環手段、及び、冷却手段は、ガス循環冷却ユニット２６に対応し、
被焼鈍物配置領域は、コイル配置領域Ｚに対応するものとする。

本発明は、上述した実施形態に限定せず、様々な実施形態で構成することができる。
例えば、他の実施形態として、図３に示すように、焼鈍システム２は、流出側連通管３４ｏｕｔを、インナーカバー２２の内部空間Ａにおいて炉床本体部２５の下部から炉床本体部２５、及び、コイル載置台２４を通じてコイル配置領域Ｚに至るように配索している。さらに、焼鈍システム２は、流出側連通管３４ｏｕｔの接続プラグ３５をコイル配置領域Ｚに向けて雰囲気ガスが流出するように炉床２３のコイル載置台２４に流出部３７として取り付けている。

上記構成により、冷却機３０を通過後の冷却後の雰囲気ガスを流出部３７を通じてコイルＷに対して直接、注入することができるため、コイルＷを冷却する時間の大幅な短縮を図ることができる。

また、本発明の焼鈍システムは、上述した本実施形態の焼鈍システム１，２のように、焼鈍用冷却装置２１とベル型焼鈍炉１１（炉体１２）とで構成し、前記焼鈍用冷却装置２１における被焼鈍物被覆体を、被焼鈍物の酸化を防ぐインナーカバー２２で構成した実施形態に限定せず、焼鈍用冷却装置２１における被焼鈍物被覆体を、ベル型焼鈍炉１１で構成した実施形態としてもよい。

すなわち、この焼鈍用冷却装置２１は、インナーカバー２２を備えずにベル型焼鈍炉１１（炉体１２）の内部に直接、雰囲気ガスを充満させて上述したような冷却工程を行う構成であってもよい。
この構成の場合、ベル型焼鈍炉１１自体に本発明の被焼鈍物被覆体としての機能を備えることができる。

１，２…焼鈍システム
１１…ベル型焼鈍炉
２１…焼鈍用冷却装置
２２…インナーカバー
２３…炉床
２６…ガス循環冷却ユニット
３０…冷却機
３２…循環用ポンプ
３４…連通管
３６…流入部
３７…流出部
Ｗ…コイル
Ｚ…コイル配置領域

Claims (3)

1. 被焼鈍物被覆体で被覆した被焼鈍物を、焼鈍炉で設定温度まで加熱した後に前記被焼鈍物被覆体の内部空間に充満させた雰囲気ガスで冷却する焼鈍用冷却装置であって、
   長さ方向の両端が前記内部空間と連通する連通路を形成し、
   前記連通路の長さ方向の一端を、前記内部空間から前記連通路に前記雰囲気ガスを流入させる流入部に設定するとともに、前記連通路の長さ方向の他端を、前記連通路から前記内部空間に雰囲気ガスを流出させる流出部に設定し、
   前記連通路に、
   前記雰囲気ガスを、前記流入部から前記連通路に流入させ、前記連通路を通過した後、前記流出部から前記内部空間に流出させて循環する循環手段と、
   前記連通路を通過する前記雰囲気ガスを冷却する冷却手段とを備えた
   焼鈍用冷却装置。
2. 前記流出部を、
   前記内部空間における前記被焼鈍物を配置する被焼鈍物配置領域の中に備えた
   請求項１に記載の焼鈍用冷却装置。
3. 被焼鈍物を、被焼鈍物被覆体で被覆するとともに、焼鈍炉で設定温度に加熱した後、前記被焼鈍物被覆体の内部空間に充満させた雰囲気ガスで冷却する被焼鈍物の冷却方法であって、
   前記被焼鈍物を冷却している間、
   前記雰囲気ガスを、前記内部空間と連通する連通路の長さ方向の一端に設けた流入部から前記連通路に流入させるとともに、
   該連通路の長さ方向の他端に設けた流出部から前記内部空間に流出させることによって循環させ、
   前記連通路を循環している前記雰囲気ガスを、前記連通路の途中で冷却する
   被焼鈍物の冷却方法。

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