JP2021181854A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス性を向上させた熱処理炉を提供すること。【解決手段】熱処理炉は、被加熱物としてのワークを収容して環状のフランジを端部に形成したチャンバと、チャンバの内部空間を加熱するための加熱手段と、チャンバのフランジに接触する環状の第１接触面を有し、フランジとの隙間を封止する環状の第１パッキンを第１接触面に設け、第１パッキンを冷却する第１冷却水路を内部に有したプレート部材と、プレート部材の第１接触面とは反対側の第２接触面に接触する台座と、を備え、プレート部材は、チャンバのフランジおよび台座に対して取外し可能に接触する。【選択図】図１

Description

本開示は、被加熱物としてのワークをチャンバに収容して熱処理する熱処理炉に関する。

熱処理炉の一例として、インナーカバーとアウターカバーとを備えたベル型焼鈍炉がある。特許文献１および特許文献２のベル型焼鈍炉では、内側のインナーカバーはＯリングで台座とシールされるが、高温の排気ガス中に設けられるのでＯリングの耐熱性が問題となる。このため、Ｏリングを冷却するための冷却水路が台座の内部に設けられる。

特開平９−８２６５６号公報 特開平７−２９８４１号公報

しかしながら、熱処理炉を長期間使用すると冷却水路が詰まったり、腐食によってひび割れて水漏れする等、冷却水路の補修が必要となる場合がある。その補修作業には水路の一部を切り取って外したり、溶接し直したりする必要があり、非常に手間がかかる。そこで、インナーカバーのシール部分を含めて熱処理炉のメンテナンス性を向上させることが求められている。

本開示は、前記課題を解決するものであり、メンテナンス性を向上させた熱処理炉を提供することを目的とする。

本開示の一態様の熱処理炉は、被加熱物としてのワークを収容して環状のフランジを端部に形成したチャンバと、前記チャンバの内部空間を加熱するための加熱手段と、前記チャンバの前記フランジに接触する環状の第１接触面を有し、前記フランジとの隙間を封止する環状の第１パッキンを前記第１接触面に設け、前記第１パッキンを冷却する第１冷却水路を内部に有したプレート部材と、前記プレート部材の前記第１接触面とは反対側の第２接触面に接触する台座と、を備え、前記プレート部材は、前記チャンバの前記フランジおよび前記台座に対して取外し可能に接触する。

前記構成によれば、第１冷却水路の補修が必要となったときに、新たな冷却水路を有するプレート部材に交換するだけで済み、熱処理炉のメンテナンス性を向上させることができる。

前記熱処理炉において、前記プレート部材の前記第２接触面には前記台座との隙間を封止する環状の第２パッキンをさらに設けてもよい。前記構成によれば、プレート部材と台座の隙間をより確実に封止することができる。

前記熱処理炉において、前記第１冷却水路は、前記第１パッキンと前記第２パッキンの間の高さに配置されてもよい。前記構成によれば、第１冷却水路によって第１パッキンと第２パッキンの両方を冷却することができる。

前記熱処理炉において、前記チャンバは、前記フランジの内部に第２冷却水路を有してもよい。前記構成によれば、第１冷却水路だけでなく第２冷却水路で第１パッキンを冷却することができ、第１パッキンの耐熱性をさらに向上させることができる。

前記熱処理炉は、インナーカバーとしての前記チャンバと、前記チャンバの外側に設けたアウターカバーとを備えたベル型焼鈍炉としての熱処理炉であって、前記プレート部材は、前記チャンバの前記フランジの下方に配置され、前記台座は、前記プレート部材の下方に配置されてもよい。前記構成によれば、インナーカバーの炉気シールをパッキンで行うベル型焼鈍炉に適用することができる。

本開示によれば、熱処理炉のメンテナンス性を向上させることができる。

実施形態１における熱処理炉の縦断面図 実施形態１におけるスペーサの斜視図 実施形態１におけるプレート部材およびその周辺の縦断面図（取外し前の状態） 実施形態１におけるプレート部材およびその周辺の縦断面図（取外し後の状態） 実施形態１におけるプレート部材の平面図 実施形態２におけるプレート部材およびその周辺の縦断面図（取外し前の状態） 実施形態１の変形例におけるプレート部材の縦断面図 実施形態１の別の変形例におけるプレート部材の縦断面図

以下、本開示に係る熱処理炉の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本開示に含まれる。

（実施形態１）
図１は、実施形態１における熱処理炉２の概略構成を示す縦断面図である。

熱処理炉２は、被加熱物としてのワークＳを内部に収容して加熱するための炉体である。実施形態１の熱処理炉２は、特にインナーカバー４とアウターカバー６とを備えるベル型焼鈍炉であり、加熱手段としてバーナ８を用いて、ワークＳをインナーカバー４に収容した状態でインナーカバー４の外側から間接加熱する。

図１に示す熱処理炉２は、炉床３と、インナーカバー４と、アウターカバー６と、バーナ８と、排気口１０とを備える。

被加熱物であるワークＳは、チャンバとしてのインナーカバー（マッフル）４に収容される。ワークＳとしては、例えば、鋼板の製造過程で薄く帯状に延ばした金属ストリップ（鋼帯）をドーナツ状に巻き取って、コイル材としたものが挙げられる。コイル材としてのワークＳは通常、インナーカバー４の内部において、炉床３の上部に位置する載置板１２の上に、図２で示されるスペーサ１４を介して、上下方向に積載される。スペーサ１４は、円板形状の上板１６と、円板形状の下板１８と、上板１６及び下板１８とを連結して上板１６及び下板１８の周方向に複数配列されている連結部材２０とを備える。スペーサ１４は全体としてドーナツ形状を有し、インナーカバー４内の雰囲気ガスをワークＳの径方向に流通可能な構成となっている。

釣鐘（ベル）状のインナーカバー４は、ワークＳを覆うように配置され、さらに、釣鐘状のアウターカバー６が、インナーカバー４を覆うように配置されている。

バーナ８は、インナーカバー４およびその内部空間を加熱するための加熱手段である。バーナ８は、アウターカバー６の下部側面において対称位置に一対として設けられている。バーナ８は、インナーカバー４とアウターカバー６との間の空間２２に火炎を形成し、空間２２内のガス及びバーナ８近傍のインナーカバー４を加熱する。バーナ８は、火炎の燃焼量を調節する、もしくはＯＮ／ＯＦＦ制御によって制御される。バーナ８で加熱された空間２２内のガスは、インナーカバー４及びアウターカバー６に熱を伝達しながら、排気口１０から排出される。

インナーカバー４内の下部には、循環ファン２４が設けられている。循環ファン２４は、インナーカバー４内の雰囲気ガスを循環させている。循環ファン２４は、炉床３の下方に設けられたモータ２６と連結されており、モータ２６によって回転される。インナーカバー４内の雰囲気ガスは、インナーカバー４とワークＳの外側面との空間２８を、下方から上方に移動し、ワークＳの内側面で形成された空間３０を、上方から下方に移動することによって、インナーカバー４内を循環する。

図１に示すように、インナーカバー４はその土台部分にフランジ３２を有する。フランジ３２は、平面視で円環状の形状を有するインナーカバー４の端部である。フランジ３２は、プレート部材３４によって下方から支持される。

プレート部材３４は、インナーカバー４を支持するための平面視で円環状の部材である。プレート部材３４は、フランジ３２と炉床３との間に設けられており、フランジ３２および炉床３に対して取外し可能に接触している。

プレート部材３４の構成について、図３Ａ、図３Ｂおよび図４を用いて説明する。図３Ａは、プレート部材３４の取外し前の状態を示す縦断面図であり、図３Ｂは、プレート部材３４の取外し後の状態を示す縦断面図である。図４は、プレート部材３４の平面図である。

図３Ｂに示すように、プレート部材３４は、互いに対向する第１接触面３６および第２接触面３８を有する。第１接触面３６はプレート部材３４の上面であり、第２接触面３８はプレート部材３４の下面である。第１接触面３６はインナーカバー４のフランジ３２に接触し、第２接触面３８は炉床３に接触する。

第１接触面３６には第１凹部４０が設けられている。第１凹部４０には第１パッキン４２が配置されている。同様に、第２接触面３８には第２凹部４４が設けられており、第２凹部４４には第２パッキン４６が配置される。

第１パッキン４２および第２パッキン４６はともに、インナーカバー４の内部空間と外部空間との間を封止して炉気シールを行うための部材である。第１パッキン４２はプレート部材３４とフランジ３２との間を封止し、第２パッキン４６はプレート部材３４と炉床３との間を封止する。第１パッキン４２および第２パッキン４６はともに平面視で円環状の形状を有しており、実施形態１では汎用的なゴム製のＯリングが用いられる。

実施形態１のプレート部材３４は、第１プレート３４Ａと第２プレート３４Ｂとを備える。第１プレート３４Ａはプレート部材３４の上側半分を構成し、第２プレート３４Ｂはプレート部材３４の下側半分を構成する。第１プレート３４Ａおよび第２プレート３４Ｂは例えば図中Ａの部分で溶接して互いに固定される。第１プレート３４Ａは、第１接触面３６および第１凹部４０を形成し、第２プレート３４Ｂは、第２接触面３８および第２凹部４４を形成する。

第１プレート３４Ａと第２プレート３４Ｂの間には、第１冷却水路４８が形成されている。第１冷却水路４８は、第１パッキン４２および第２パッキン４６を冷却するためにプレート部材３４の内部に設けられた水路である。第１冷却水路４８は、第１パッキン４２を収容する第１凹部４０の下方、かつ第２パッキン４６を収容する第２凹部４４の上方に配置される。

プレート部材３４はさらに、外側に突出したフランジ部５２を備える。フランジ部５２には貫通孔が形成されており、当該貫通孔には図３Ａに示すように、固定部材としてのボルト５４が挿通される。ボルト５４は炉床３に立設されており、ナット５５によって締められる。フランジ部５２はプレート部材３４の円周外側に設けているが、円周内側に設けてもよく、あるいはその両方に設けてもよい。

ボルト５４およびナット５５を設けることで、炉床３に対してプレート部材３４を取外し可能に固定することができる。これにより、プレート部材３４の位置決めができ、第２パッキン４６による炉気シールを行うことができる。

プレート部材３４は、インナーカバー４のフランジ３２に対しては固定されていない。プレート部材３４とフランジ３２を固定するための固定部材は設けられておらず、インナーカバー４はプレート部材３４に対して自重で接触し、第１パッキン４２による炉気シールを行う。インナーカバー４の自重が加わると第２パッキン４６のシール性も向上する。

プレート部材３４の平面視における構成を図４を用いて説明する。図４では、第１冷却水路４８を点線で図示するとともに、第１冷却水路４８における水の流れを矢印で示している。

図４に示すように、プレート部材３４は仕切り板５６を有する。仕切り板５６は、第１冷却水路４８を仕切る部材である。仕切り板５６の近傍には、給水管５８および排水管６０が設けられる。給水管５８は、第１冷却水路４８へ給水するための部材であり、排水管６０は、第１冷却水路４８から排水するための部材である。

排水管６０の近傍にはエアー抜き管６２が設けられている。エアー抜き管６２は、第１冷却水路４８を流れる水の上方に溜まる空気を抜くための部材である。実施形態１のエアー抜き管６２は排水管６０の近傍、かつ排水管６０の上方に設けられる。

プレート部材３４にはさらに、２つの水抜き管６４、６６が設けられている。水抜き管６４、６６は、メンテナンスの際に第１冷却水路４８の途中で排水可能とする部材である。

図４に示す例では、固定部材としてのフランジ部５２およびボルト５４は均等に３か所に設けられているが、その他の位置や数でもよい。

上述した構成によれば、プレート部材３４をフランジ３２および炉床３に対して取外し可能に接触させており、特に炉床３に対して溶接等で固定していない。これより、図３Ａに示す固定部材としてのナット５５をボルト５４から外せば、図３Ｂに示すように、プレート部材３４をフランジ３２だけでなく炉床３から容易に取り外すことができる。熱処理炉２の長期間の使用によってプレート部材３４の第１冷却水路４８が詰まった場合には、プレート部材３４自体を新たなものに交換することで、新たな冷却水路に容易に交換することができる。プレート部材３４を炉床３に対して溶接等により半恒久的に固定した場合に比べて、プレート部材３４の補修作業にかかる時間を大幅に短くすることができ、熱処理炉２のメンテナンス性を向上させることができる。

上述したように、実施形態１の熱処理炉２は、チャンバとしてのインナーカバー４と、加熱手段としてのバーナ８と、台座としての炉床３とを備える。インナーカバー４は、被加熱物としてのワークＳを収容して環状のフランジ３２を端部に形成する。バーナ８は、インナーカバー４の内部空間を間接的に加熱する。プレート部材３４は、インナーカバー４のフランジ３２に接触する第１接触面３６を有した環状の部材である。プレート部材３４は、フランジ３２との隙間を封止する環状の第１パッキン４２を第１接触面３６に設け、第１パッキン４２を冷却する第１冷却水路４８を内部に有する。炉床３は、プレート部材３４の第１接触面３６とは反対側の第２接触面３８に接触する。当該構成において、プレート部材３４は、インナーカバー４のフランジ３２および炉床３に対して取外し可能に接触する。

上記構成によれば、第１パッキン４２を第１冷却水路４８で冷却することで第１パッキン４２の耐熱性を向上させることができ、高温下でも汎用的なＯリングを使用してインナーカバー４の炉気シールを行うことができる。また、第１冷却水路４８を有するプレート部材３４をインナーカバー４のフランジ３２および炉床３に対して取外し可能に接触させることで、経年劣化により第１冷却水路４８が詰まったり、腐食してひび割れたりする等、第１冷却水路４８の補修が必要となったときに、新たな冷却水路を有するプレート部材に交換するだけで済む。このようにして、熱処理炉２のメンテナンス性を向上させることができる。

また、実施形態１の熱処理炉２では、プレート部材３４の第２接触面３８には炉床３との隙間を封止する環状の第２パッキン４６をさらに設けている。このような構成によれば、プレート部材３４と炉床３の隙間をより確実に封止することができる。

また、実施形態１の熱処理炉２では、第１冷却水路４８は、第１パッキン４２と第２パッキン４６の間に配置される。このような構成によれば、第１冷却水路４８によって第１パッキン４２と第２パッキン４６の両方を冷却することができる。

なお、第１冷却水路４８は、第１パッキン４２と第２パッキン４６の間に限らず、図６や図７に示す変形例のように、第１パッキン４２と第２パッキン４６に対して側方にずれた位置にあってもよい。このような場合でも、第１冷却水路４８を第１パッキン４２と第２パッキン４６の間の高さに配置すれば、第１パッキン４２と第２パッキン４６の両方を冷却することができる。図６、図７では便宜的に、図３Ｂと同じ符号を用いているが、構成要素が同一であることを示すものではない。また図６、図７では、プレート部材３４以外の構成の図示を省略している。

また、実施形態１の熱処理炉２では、プレート部材３４は、第１接触面３６を形成する環状の第１プレート３４Ａと、第２接触面３８を形成する環状の第２プレート３４Ｂとを備え、第１プレート３４Ａと第２プレート３４Ｂの間に第１冷却水路４８を形成する。このような構成によれば、第１プレート３４Ａと第２プレート３４Ｂを溶接することにより、第１冷却水路４８を有する中空のプレート部材３４を簡単に作ることができる。

また、実施形態１の熱処理炉２はさらに、炉床３に対してプレート部材３４を着脱可能に固定する固定部材としてのボルト５４およびナット５５を備える。このような構成によれば、プレート部材３４を炉床３に対して取外し可能に固定することができる。

また、実施形態１の熱処理炉２は、インナーカバー４と、インナーカバー４の外側に設けたアウターカバー６とを備えたベル型焼鈍炉である。プレート部材３４は、インナーカバー４のフランジ３２の下方に配置され、炉床３は、プレート部材３４の下方に配置される。このような構成によれば、インナーカバー４の炉気シールを第１パッキン４２で行うベル型焼鈍炉を実現することができる。

（実施形態２）
本発明に係る実施形態２の熱処理炉について説明する。なお、実施形態２では、主に実施形態１と異なる点について説明し、実施形態１と重複する記載は省略する。

実施形態１では、プレート部材３４に第１冷却水路４８を設けていたが、実施形態２では、第１冷却水路４８に加えて、インナーカバーのフランジに別の冷却水路を設ける点が、実施形態１と異なる。

図５は、実施形態２にかかる熱処理炉のプレート部材３４およびインナーカバー７０のフランジ７２を示す図である。図５に示すように、フランジ７２は、その内部に第２冷却水路７４を有する。図５に示すプレート部材３４の取外し前の状態において、第２冷却水路７４は第１パッキン４２の近傍に位置しており、第１パッキン４２を上方から冷却する。

このように、第１冷却水路４８に加えて第２冷却水路７４を設けることで、２つの冷却水路４８、７４で第１パッキン４２を上下から冷却することができ、第１パッキン４２の耐熱性をさらに向上させることができる。

以上、上述の実施形態１、２を挙げて本開示の発明を説明したが、本開示の発明は上述の実施形態１、２に限定されない。例えば、上記実施形態１、２では、熱処理炉がインナーカバー４、７０とアウターカバー６とを備えたベル型焼鈍炉である場合について説明したが、このような場合に限らず、横型焼鈍炉など、広く、炉気シール機構を有する熱処理炉に適用してもよい。また、インナーカバー４、７０はワークＳを収容するチャンバであればよく、炉床３は当該チャンバを外気と遮断する部材であればよく、ベース部材や扉であってもよい。

また、上記実施形態１、２では、インナーカバー４、７０のフランジ３２、７２は円環状である場合を例示したが、このような場合に限らず環状であれば、四角形や多角形など他の断面形状でもよい。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、各実施形態における要素の組合せや順序の変化は、本開示の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

本開示は、ベル型焼鈍炉などのあらゆる熱処理炉に適用可能である。

２ 熱処理炉
３ 炉床（台座）
４ インナーカバー（チャンバ、マッフル）
６ アウターカバー
８ バーナ（加熱手段）
１０ 排気口
１２ 載置板
１４ スペーサ
１６ 上板
１８ 下板
２０ 連結部材
２２ 空間
２４ 循環ファン
２６ モータ
２８ 空間
３０ 空間
３２ フランジ
３４ プレート部材
３４Ａ 第１プレート
３４Ｂ 第２プレート
３６ 第１接触面
３８ 第２接触面
４０ 第１凹部
４２ 第１パッキン
４４ 第２凹部
４６ 第２パッキン
４８ 第１冷却水路
５２ フランジ部
５４ ボルト（固定部材）
５５ ナット（固定部材）
５６ 仕切り板
５８ 給水管
６０ 排水管
６２ エアー抜き管
６４、６６ 水抜き管
７０ インナーカバー
７２ フランジ
７４ 第２冷却水路
Ｓ ワーク

Claims (5)

1. 被加熱物としてのワークを収容して環状のフランジを端部に形成したチャンバと、
   前記チャンバの内部空間を加熱するための加熱手段と、
   前記チャンバの前記フランジに接触する環状の第１接触面を有し、前記フランジとの隙間を封止する環状の第１パッキンを前記第１接触面に設け、前記第１パッキンを冷却する第１冷却水路を内部に有したプレート部材と、
   前記プレート部材の前記第１接触面とは反対側の第２接触面に接触する台座と、を備え、
   前記プレート部材は、前記チャンバの前記フランジおよび前記台座に対して取外し可能に接触する、熱処理炉。
2. 前記プレート部材の前記第２接触面には前記台座との隙間を封止する環状の第２パッキンをさらに設けた、請求項１に記載の熱処理炉。
3. 前記第１冷却水路は、前記第１パッキンと前記第２パッキンの間の高さに配置される、請求項２に記載の熱処理炉。
4. 前記チャンバは、前記フランジの内部に第２冷却水路を有する、請求項１から３のいずれか１つに記載の熱処理炉。
5. インナーカバーとしての前記チャンバと、前記チャンバの外側に設けたアウターカバーとを備えたベル型焼鈍炉としての請求項１から４のいずれか１つに記載の熱処理炉であって、
   前記プレート部材は、前記チャンバの前記フランジの下方に配置され、
   前記台座は、前記プレート部材の下方に配置される、熱処理炉。

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