JP2021025079A - 電磁誘導加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークに焼入れなどの熱処理を行うために、所定の温度(例えば750℃〜1000℃)まで加熱することを可能とする電磁誘導加熱装置を提供する。【解決手段】本発明の電磁誘導加熱装置1は、ワークWの周囲を取り囲むように配置された巻回してなる誘導コイル4を備えた加熱装置本体2を有する電磁誘導加熱装置1であって、加熱装置本体2は内部が長手方向に中空部となるように誘導コイル4を巻回して構成されており、前記中空部にワークWが長手状に連なるように配備されていて、前記ワークWは長手状の保温管5内に長手状に連なるように挿入された上で、前記保温管5の中空部に保温管5が挿入される構成となっている。【選択図】図1
Description
本発明は、炭素鋼などのワークに焼入れなどの熱処理を行うために、所定の温度(例えば750℃〜1000℃)まで加熱することを可能とする電磁誘導加熱装置に関する。
従来より、電磁誘導加熱装置は様々な分野に用いられており、例えば、鉄鋼の分野では鋳片を所定の温度にするために、電磁誘導加熱装置を備えた鋳型が開発されている。
例えば、特許文献1には、連続鋳造用鋳型の溶融金属入側から加熱帯に続けて冷却帯を設けた鋳型であって、前記加熱帯は、導電性物質からなり内部に冷却媒体流路を有しかつ周方向に複数に分割されたセクターにより形成された鋳型部材と、該鋳型部材の外周に設けた加熱コイルと、鋳型部材の内面側に設けた内張り材とにより構成した連続鋳造用加熱鋳型に関する技術が開示されている。
例えば、特許文献1には、連続鋳造用鋳型の溶融金属入側から加熱帯に続けて冷却帯を設けた鋳型であって、前記加熱帯は、導電性物質からなり内部に冷却媒体流路を有しかつ周方向に複数に分割されたセクターにより形成された鋳型部材と、該鋳型部材の外周に設けた加熱コイルと、鋳型部材の内面側に設けた内張り材とにより構成した連続鋳造用加熱鋳型に関する技術が開示されている。
様々な分野に用いられている電磁誘導加熱装置であるが、一つの用途として、ワークを所定の温度まで上昇させた後、そのワークに対して焼入れを行うような熱処理を施すことがある。
焼入れの種類によっては、ワークの温度を750℃〜1000℃程度に上昇させる必要があるが、ここに大きな問題が生じることになる。
焼入れの種類によっては、ワークの温度を750℃〜1000℃程度に上昇させる必要があるが、ここに大きな問題が生じることになる。
周知のごとく、炭素鋼(例えばS45C)などは、温度上昇とともに熱変態を起こし、非磁性体となってしまう。炭素鋼であれば、A1変態点を超えると、徐々に磁力に反応しなくなる。そのような状況下で、電磁誘導加熱を効果的に行うためには、高周波の交番磁力(例えば数kHz)を高い出力(数百kw)で付与する必要があり、コスト的に見合う焼入れが実現できないといった実情が存在した。
本発明は、上記したような実情に鑑みて、低周波数の交番磁力を低出力で付与するものの、効果的な焼入れなどを実現可能な温度までワークを確実に昇温することが可能な電磁誘導加熱装置を提供することを目的とする。
本発明にかかる電磁誘導加熱装置の形態は、ワークの周囲を取り囲むように配置された巻回してなる誘導コイルを備えた加熱装置本体を有する電磁誘導加熱装置であって、前記加熱装置本体は、内部が長手方向に中空部となるように誘導コイルを巻回して構成されており、前記中空部に加熱対象であるワークが長手状に連なるように配備され、前記ワークは、長手状でパイプ形状とされた保温管内に連なるように挿入され、その上で、前記保温管の中空部に前記保温管が挿入される構成となっていることを特徴とする。
好ましくは、前記保温管の長手方向両端は、フェライトコアで構成された蓋体により閉塞されるとよい。
好ましくは、前記加熱装置本体の中空部に、複数の保温管が挿入されるとよい。
好ましくは、前記加熱装置本体の中空部に、複数の保温管が挿入されるとよい。
本発明の電磁加熱誘導装置によれば、炭素鋼などのワークに対して、効果的な焼入れなどを実現可能な温度までワークを確実に昇温することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明にかかる電磁誘導加熱装置1の斜視模式図である。本発明の電磁誘導加熱装置1の本体(加熱装置本体2と呼ぶこともある)は、長手方向に長く中心部が空洞とされた円柱状の芯体3と、この芯体3に円筒状に巻回された誘導コイル4とを有する。
芯体3は磁力を通過する硬質で且つ耐熱性を有する材料で形成されており、フェライトコアなどで形成されている。芯体3は長手方向に長い円筒状とされており、中心部は長手方向軸心に沿って空洞とされている。言い換えれば、芯体3はパイプ形状を呈するものとなっている。
図1は、本発明にかかる電磁誘導加熱装置1の斜視模式図である。本発明の電磁誘導加熱装置1の本体(加熱装置本体2と呼ぶこともある)は、長手方向に長く中心部が空洞とされた円柱状の芯体3と、この芯体3に円筒状に巻回された誘導コイル4とを有する。
芯体3は磁力を通過する硬質で且つ耐熱性を有する材料で形成されており、フェライトコアなどで形成されている。芯体3は長手方向に長い円筒状とされており、中心部は長手方向軸心に沿って空洞とされている。言い換えれば、芯体3はパイプ形状を呈するものとなっている。
この芯体3の周りには、誘導コイル4が設けられている。誘導コイル4は、被覆電線を芯体3の周りに複数層に亘り巻回して形成されている。この誘導コイル4に交番電流を流すことで、誘導コイル4内に配置されたワークWを電磁誘導加熱することになる(詳細は後述)。
上記した誘導コイル4には、熱を発生するため空冷するための装置や水冷するための水冷パイプが設けられている。
上記した誘導コイル4には、熱を発生するため空冷するための装置や水冷するための水冷パイプが設けられている。
加熱装置本体2を構成する誘導コイル4には、単相交流又は三相交流が流れるようになっている。誘導コイル4に流れる電流は、商用電力から供給された交流をインバータへ供給し、コンデンサを有する増幅器などを介して、加熱装置本体2の誘導コイル4へ供給される。
インバータは商用電力から供給された交流電力の周波数を500Hz以下の低周波数に変換するものとなっている。ここで誘導コイル4に供給される周波数変換後の交流電流の出力は、25kw程度の省電力のものとなっており、製鉄所の電気炉などで用いられる電磁誘導加熱装置1(数kHz、数MW、すなわち、高周波数で高出力)とは明らかに異なり、非常に低電力で動作可能なものである。
インバータは商用電力から供給された交流電力の周波数を500Hz以下の低周波数に変換するものとなっている。ここで誘導コイル4に供給される周波数変換後の交流電流の出力は、25kw程度の省電力のものとなっており、製鉄所の電気炉などで用いられる電磁誘導加熱装置1(数kHz、数MW、すなわち、高周波数で高出力)とは明らかに異なり、非常に低電力で動作可能なものである。
このように低周波数の交番電流により、低周波数の交番磁場が発生することで、ワークWの深部において渦電流が発生するようになり、ワークWの内部から効果的に加熱が行われることとなる。
本発明の電磁誘導加熱装置1のワークWは、主に、短尺で円柱形状を呈するものが想定される。ワークの中心部に貫通孔が存在してもよい。ワークWはこの形状に限定はされないものの、以降の説明では、短尺で円柱形状を呈するワークWとして話を進める。
本発明の電磁誘導加熱装置1のワークWは、主に、短尺で円柱形状を呈するものが想定される。ワークの中心部に貫通孔が存在してもよい。ワークWはこの形状に限定はされないものの、以降の説明では、短尺で円柱形状を呈するワークWとして話を進める。
このワークWは、長手方向に連なるように並べたれた上で加熱装置本体2の中空部(パイプ状の芯体3の中心部)に挿入される。挿入された上で、上述した如く、交番電流を印加することで、ワークWの深部から渦電流が発生し、ワークWが内部より均一に加熱されることになる。
このような加熱装置本体2を用いることで、ワークWを加熱し、加熱したワークWに対して焼入れするなどの熱処理を行うことができる。
このような加熱装置本体2を用いることで、ワークWを加熱し、加熱したワークWに対して焼入れするなどの熱処理を行うことができる。
しかしながら、「発明が解決しようとする課題」で精説したように、焼入れにはワークWの温度を750℃〜1000℃程度に上昇させる必要がある場合がある。
とはいえ、周知のごとく、炭素鋼(例えばS45C)などは、温度上昇とともに熱変態を起こし、非磁性体となってしまう。炭素鋼であれば、A1変態点を超えると、徐々に磁力に反応しなくなる。そのような状況下のもとで、低周波数且つ低出力の交番電流を用いた電磁誘導加熱装置1を用いることは困難を極めていた。
とはいえ、周知のごとく、炭素鋼(例えばS45C)などは、温度上昇とともに熱変態を起こし、非磁性体となってしまう。炭素鋼であれば、A1変態点を超えると、徐々に磁力に反応しなくなる。そのような状況下のもとで、低周波数且つ低出力の交番電流を用いた電磁誘導加熱装置1を用いることは困難を極めていた。
しかしながら、出願人は、低周波の交番磁力を低出力で付与するといった特徴を備える電磁誘導加熱装置1を用いて、効果的な焼入れなどを実現可能な温度までワークWを昇温することを可能とした。
具体的には、図2、図3に示すように、ワークWを直線上に並べた上で、円筒状とされた保温管5の中に挿入し、ワークWが内部に入った保温管5全体を加熱装置の芯体3の中空部に挿入するようにしている。これにより、保温管5がワークWからの抜熱を抑制し、例えば、ワークWが炭素鋼(例えばS45C)の場合、600℃程度までしか上昇できなかった過去の事例に比して、本発明の電磁誘導加熱装置1によれば、700℃〜1000℃程度(例えば、750℃)までワークWを均一に昇温できるようになった。
具体的には、図2、図3に示すように、ワークWを直線上に並べた上で、円筒状とされた保温管5の中に挿入し、ワークWが内部に入った保温管5全体を加熱装置の芯体3の中空部に挿入するようにしている。これにより、保温管5がワークWからの抜熱を抑制し、例えば、ワークWが炭素鋼(例えばS45C)の場合、600℃程度までしか上昇できなかった過去の事例に比して、本発明の電磁誘導加熱装置1によれば、700℃〜1000℃程度(例えば、750℃)までワークWを均一に昇温できるようになった。
保温管5としては、磁力を透過可能なものであり、両端開口の筒管が好ましく、銅で製作することが好ましいが、チタンやセラミック材料を用いて、保温管5を製作しても何ら問題はない。保温管5の断面形状としては、丸形や四角型、三角形など様々なものが考えられ、ワークWが内部に遊嵌し且つ芯体3内に挿入可能な形状である必要がある。
この保温管5内にワークWを長手方向に並べるように挿入し、保温管5の両側に対してフェライトコアで構成された蓋体6で閉蓋することで、ワークWが保温管5から飛び出ることがなく、外部から印加される交番磁場がフェライトコアを通じて効果的にワークWへ伝播することになる。発生した熱が保温管の外に漏れ出る可能性も可及的に少なくなる。そのため、この蓋体6により、ワークWの均一昇温がより促進されることとなる。なお、作業性を考え、加熱装置本体2の中空部に複数本(例えば、2〜3本)の保温管5が挿入されるようにする(中空部の直径を設定する)とよい。
この保温管5内にワークWを長手方向に並べるように挿入し、保温管5の両側に対してフェライトコアで構成された蓋体6で閉蓋することで、ワークWが保温管5から飛び出ることがなく、外部から印加される交番磁場がフェライトコアを通じて効果的にワークWへ伝播することになる。発生した熱が保温管の外に漏れ出る可能性も可及的に少なくなる。そのため、この蓋体6により、ワークWの均一昇温がより促進されることとなる。なお、作業性を考え、加熱装置本体2の中空部に複数本(例えば、2〜3本)の保温管5が挿入されるようにする(中空部の直径を設定する)とよい。
以上述べたように、本発明の電磁誘導加熱装置1は、ワークWの周囲を取り囲むように配置された巻回してなる誘導コイル4を備えた加熱装置本体2を有する電磁誘導加熱装置1であって、加熱装置本体2は、内部が長手方向に中空部となるように誘導コイル4を巻回して構成されており、中空部に加熱対象であるワークWが長手状に連なるように配備されていて、ワークWは、長手状でパイプ形状とされた保温管5内に長手状に連なるように挿入され、その上で、前記保温管5の中空部に前記保温管5が挿入される構成を有するため、効果的な焼入れなどを実現可能な温度まで、ワークWを確実に昇温することが可能となる。
なお、今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された各実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や運転条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
例えば、本発明の電磁加熱誘導装置は、図1などでは、横置きの形で示しているが、縦置きに設置しても何ら問題はない。縦置きの場合、上方から下方にかけて連続的にワークWを移送させることができ、連続作業を行うことがより可能となる。
また、加熱装置本体2の構成は、本実施形態に限定されるものではない。様々な形式の誘導コイル4を用いることができる。本発明の特徴は、ワークWを保温管5に挿入した上で、電磁誘導加熱を行う点に大きな特徴があるといえる。
また、加熱装置本体2の構成は、本実施形態に限定されるものではない。様々な形式の誘導コイル4を用いることができる。本発明の特徴は、ワークWを保温管5に挿入した上で、電磁誘導加熱を行う点に大きな特徴があるといえる。
1 電磁誘導加熱装置
2 加熱装置本体
3 芯体
4 誘導コイル
5 保温管
6 蓋体
W ワーク
2 加熱装置本体
3 芯体
4 誘導コイル
5 保温管
6 蓋体
W ワーク
Claims (3)
- ワークの周囲を取り囲むように配置された巻回してなる誘導コイルを備えた加熱装置本体を有する電磁誘導加熱装置であって、
前記加熱装置本体は、内部が長手方向に中空部となるように誘導コイルを巻回して構成されており、
前記中空部に加熱対象であるワークが長手状に連なるように配備され、
前記ワークは、長手状でパイプ形状とされた保温管内に連なるように挿入され、その上で、前記保温管の中空部に前記保温管が挿入される構成となっていることを特徴とする電磁誘導加熱装置。 - 前記保温管の長手方向両端は、フェライトコアで構成された蓋体により閉塞されることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導加熱装置。
- 前記加熱装置本体の中空部に、複数の保温管が挿入されることを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁誘導加熱装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113548435A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-10-26 | 山东能源重装集团中传矿用设备制造有限公司 | 一种电磁感应淬火生产线 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS4738008U (ja) * | 1971-06-01 | 1972-12-27 | ||
JPH0664052A (ja) * | 1992-06-25 | 1994-03-08 | Miyaden:Kk | 金属球入り合成樹脂球体の製造方法及びその製造装置 |
JPH08225848A (ja) * | 1995-02-17 | 1996-09-03 | Kawasaki Steel Corp | 鋼スラブの誘導加熱方法およびその装置 |
JP2009155669A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Aichi Steel Works Ltd | 誘導加熱装置および該誘導加熱装置を用いた加熱方法 |
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2019
- 2019-08-02 JP JP2019143020A patent/JP2021025079A/ja active Pending
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A02 | Decision of refusal |
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