JP4085307B2 - 誘導加熱装置用の断熱性ガス密封且つ真空密封チャンバ - Google Patents

誘導加熱装置用の断熱性ガス密封且つ真空密封チャンバ Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保護雰囲気中または真空中を連続的に進む金属製品の電磁誘導による加熱に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温被覆ライン（亜鉛めっき、アルミメッキ等用）または連続的熱処理ライン（例えば、焼きなましライン）で行われる様な、保護雰囲気中での熱処理用の電磁誘導加熱装置は、長い間知られている。
【０００３】
一般的に、これらプラントには、２つの誘導加熱装置が用いられる。即ち、１つは、縦方向フラックスを有する装置（製品の進行方向に電磁束を作るために、中を電流が通り、進行する製品をとり囲む幾つかの巻回（several turns）から成る誘導子）であり、また、1つは横方向フラックス（誘導子の巻回が製品の表面に平行な面に設置され、その結果磁気束がこの表面に垂直になる）を有する装置である。
【０００４】
これら装置を１つ使用するか、または複数使用するかは、処理される製品（以下、「被処理製品」とする）のタイプにより選択される。このようにして、縦方向のフラックスを有する誘導は、一般的に、その温度が７５０℃前後（キューリー点）であることが必要な磁気製品に適しており、一方、横方向のフラックスを有する誘導は、より高温での熱処理、特に非磁気製品により適している。
【０００５】
さらに、非被覆品が含まれ、それが酸化される危険性があるような温度で処理しなければならない場合、誘導加熱は、水素と窒素の混合気の様な、保護雰囲気下で実行されなければならない。その結果、加熱装置は、特に、その中を被処理製品が通過し、製品の酸化を防ぐために完全に気密でなければならないチャンバを有する。
【０００６】
従来のこのタイプの誘導加熱の装置においては、誘導加熱装置は保護雰囲気中で使用され、そこでは、加熱装置は密封されたチャンバのすぐ内側に配置される。したがって、この密封は、誘導手段の全周にわたってなされるが、これには、特にこれらの誘導子のメンテナンス作業において、多くの欠点があり、それは、チャンバの取り外しを必要としており、あるいは誘導子に供給する電流の流入・リターン用、並びに誘導子を冷却する水回路の流入・リターン用の通路を密封する必要がある。
【０００７】
上記問題を解決するため、例えば、欧州特許公告第０８２２７３３号において述べられているような装置が知られ、そこでは、誘導手段から成る加熱装置及び、進行する製品の周りで、進行する製品と誘導子の間に置かれるガス密封チャンバが使用され、前記チャンバは、製品の進行方向、誘導子の上流及び下流に配置される。
【０００８】
この欧州特許出願では、密封されたチャンバは、実際の誘導手段により取り囲まれたその中央部に、断熱性且つ電気絶縁性の布の、一枚またはそれ以上の層から成り、且つ少なくとも１００℃で、決して７５０℃を超えない温度に耐えることができるガス密封フィルムで被覆されている（縦方向のフラックスを有する誘導により作動する装置）。
【０００９】
他方、横方向または縦方向フラックスを有する誘導加熱装置を使用して、７５０℃以上の温度に製品を加熱（例えば、ステンレス鋼の光輝焼きなまし用）する場合が含まれるとき、この書類に開示されたスリーブは、もはやその様な温度では効果的ではなく、誘導子が損傷する危険性があり、一般に１００℃以上では操作すべきではない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、断熱シールドに取付けられた電気絶縁性（即ち、磁気束に対して透過性）のガス密封且つ真空密封チャンバを設けることにより、前記問題点を克服することを目的とし、それにより、誘導手段及び電磁誘導加熱装置のどのような磁気回路でも保護することが可能となり、そして、これは、後者 (電磁誘導加熱装置)がどのように操作されるかには関係がない（縦方向フラックスまたは横方向フラックス）。
【００１１】
本発明によれば、このガス密封且つ真空密封チャンバは、進行する被加熱製品の周りで、製品と誘導加熱手段の間に配置される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、電磁誘導により、前記チャンバの内側を進行する製品を加熱するための装置内で使用されるように意図された、本発明によるガス密封（gastight）且つ真空密封（vacuum-tight）チャンバは、少なくとも前記誘導加熱手段により囲まれた中央部に、電気絶縁性のガス気密及び真空密封材料で作られたシース（sheath）を有し、前記シースの内側面が、断熱材料製タイルのマトリックス及び液体の流れにより冷却される複数の管により保護され、前記複数の管は前記タイルのマトリックス中に閉じ込められていることを特徴とする。
【００１３】
熱シールドの役割は、鞘を形成する材料のために１００℃近くの温度、一方被加熱製品はおよそ１，２００℃の温度にあることを保証することである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴と利点は、実施例を説明する添付図面を参照した以下の記載により明らかになるが、本発明はそれらの特徴に限定されるものではない。図中：
−図１は、本発明のチャンバの断面図であり、
−図２は、図１の細部の部分拡大図であり、
−図３は、図１のIII−III線に沿った断面図であり、
−図４は、図３の細部のIV-IV線に沿った部分断面図であり、
−図５は、本発明のチャンバからなる熱処理プラントの部分説明図である。
【００１５】
図１〜図４に示される様に、本発明の電気絶縁性ガス密封且つ真空密封チャンバは、熱シールド２に連結された細長いシース１の形状をしている。
【００１６】
前記シースの内側に区画されたスペース３は、被処理製品の形状に従って形作られる。例えば、図１〜図４に説明されている平行六面体（parallelepipedal）の形状のシースは、一般的に、この装置を被処理ストリップに適用する例を示す。
【００１７】
もちろん、このタイプのチャンバは、また、（処理）材料が進行するものであれ、そうでないものであれ、どのような他の（処理）材料（鋼製ワイヤ，銅，アルミニウム，他）にも使用可能である。
【００１８】
したがって、シース１は、進行する被処理製品を囲む様に意図され、被処理製品と加熱装置の誘導手段の間に置かれる。それは、誘導手段の全高上に拡張することができるが、これら誘導子を越えて、それらの上流又は下流に伸びるシースは、終端のピースが誘導磁束の反射（return）によって加熱されない様に、選択されるのが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、通常のガス密封且つ真空密封の手段は、それぞれシースの入口及び出口に設けられ、それにより、シースの端で加熱されるストリップが入り且つ連続的動きの中で出て行く。これらは従来の設計では、図面には示されて来なかった。
【００２０】
図１に示される様に、本発明のシース１は、磁気束に対して透過性である材料から作られ、したがって、電気絶縁性である。
【００２１】
本発明の一実施例によれば、前記シースは、エポキシ樹脂または類似材料のフィラメント巻線により作られる。
【００２２】
しかしながら、他の実施例は、本発明の範囲から更に離れることなしに可能であり、また、磁気束に対して透過性の材料であれば、シースを作るのにこれらの材料を使用することも可能である。このようにして、例えば、本発明によれば、セラミックまたはガラス製のシースを作ることもできる。
【００２３】
前記シースの内部スペース３が、製品の処理中に製品が酸化するのを防ぐことができる保護雰囲気（一般的には窒素と水素の混合物で構成される）で満たされるので、シース１はガス密封で且つ真空密封であることが必要である。
【００２４】
さらに、シースが、誘導磁束により誘導される電流の源（origin）とならない様に、シースはまた、非導電性でなければならない。
【００２５】
また、シースは、以下に述べられる様に、セラミックまたは類似材料で作られるタイル５のマトリックス中に閉じ込められた複数の管４を有する熱シールド２を支持するため、優れた機械特性、特には優れた剛性を有する。
【００２６】
これは、熱シールド２が、シース１の内側全表面に置かれた複数の管４のアセンブリからなり、その中を、液体、特には水が、シースを冷やすために流れるからである。
【００２７】
図１〜図４に示される実施例では、前記冷却管は、シース１の内側全表面に均等に分配されている。
【００２８】
本発明の他の有利な特徴（図３参照）によれば、管４は、厚さが薄い（およそ０．５ｍｍ）ステンレス鋼で構成されるのが好ましく、それらは、複数のヘアピン曲がり（コイル巻き形状）を形成する。これらの管は、また、電気絶縁性、したがって、磁気束に対して透過性である材料、例えばガラスまたはエポキシ−ガラスから作られても良い。
【００２９】
さらに、セラミックまたは他の同等の絶縁材料（コンクリート，他）で作られたタイル５のマトリックスは、被処理製品からの熱輻射を遮断するように各冷却管４の間に置かれる。
【００３０】
前記タイルは、管４の表面または間に取り付けることができ、そうして後者（管）を閉じ込めるマトリックスを形成することができるような、特に幾何学的形状を有し、その結果、前記管は進行する製品と直面することが無い。
【００３１】
タイル５を形成する材料（セラミック，コンクリート，他）は非常に良好な断熱材であるため、タイルは、加熱された製品から輻射される熱流を遮断する。
【００３２】
さらに、前記タイル５に閉じ込められた管４に到着した、前記製品により輻射された少量の熱は、前記管中を流れる冷却用液体との熱交換により取り出すことができる。
【００３３】
管４及びタイル５のアセンブリからなる熱シールド２は、ネジ６または類似の取り付け手段によりシース１の内側面に機械的に取り付けられる。
【００３４】
有利なことには、積層ガラス板７（例えば、約３ｍｍの厚さを有する）がこの熱シールドとシース１の間に挿入され、こうして、配置、即ち管４とタイル５の前記シースへの取り付けが容易になり、前記積層板７はそれ自身、セラミックまたは類似の材料で作られた構造（fabric）の２つの薄層８及び９の間に配置される。
【００３５】
もちろん、この熱シールドの最適効率を得るために、それが組立られる時、シース１と熱シールド２の間と、また管４とタイル５の間とに、できるだけ小さなクリアランスが確保されねばならない。
【００３６】
本発明による絶縁及び密封チャンバを、進行するストリップの熱処理用プラントに適用する一例が以下に説明される。
【００３７】
この例では、プラントは、水素含量の高い保護雰囲気下を進行するステンレス鋼ストリップの加熱用に設計されている。このタイプの熱処理は、一般的には、約１，１５０℃の加熱温度を必要とする。これを達成するために、図５に示される様な、電磁誘導による加熱装置が用いられる。
【００３８】
この加熱装置は、その中を電流が通る少なくとも１本のコイル１０を有し、このコイルは、横方向の磁気束が前記ストリップの主面に垂直となるように、進行する処理ストリップ１１の表面に平行な面に置かれる。さらに、本発明のチャンバ１２は、前記の様に、ストリップの周りに置かれ、ストリップとコイル１０の間に、そして前記ストリップの進行方向、前記コイルの巻回（turns）の上流及び下流方向、に垂直な面に設置するのが好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
前記チャンバの熱シールドを構成する管１３は、それから、セラミックまたは類似材料で作られたタイルのマトリックス１４内を通過した、ストリップにより輻射された少量の熱を取り除くため、冷却用液体の入口及び出口用のコレクターに接続される。このようにして、このチャンバにより、二重の機能を実行することが可能となる。即ち、それは、ストリップを処理する際に必要とされるガス密封（または真空密封）ボックスの役割を果たし、また、それにより前記シースを効率的に保護することができるようになる。
【００４０】
このチャンバはまた、前記チャンバの密封を破ることなく、誘導コイル中（特にそのメンテナンス中に）に直接介在させることができる。このようして、本発明のチャンバは、保護雰囲気を用いる、または真空中で操作される、如何なるプラントにも完全に適合する。
【００４１】
もちろん、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、それらの全ての変形を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のチャンバの断面図である。
【図２】 図１の細部の部分拡大図である。
【図３】 図１のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】 図３の細部のIV−IV線に沿った部分断面図である。
【図５】 本発明のチャンバからなる熱処理プラントの部分説明図である。
【符号の説明】
１…シース
２…熱シールド
３…スペース
４，１３…管（冷却管）
５…タイル
６…ネジ
７…積層ガラス板
８，９…薄層
１０…コイル
１１…被処理ストリップ
１２…チャンバ
１４…マトリックス

Claims (7)

  1. 電磁誘導により、チャンバの内側を進む製品を加熱するための装置内で使用されるように意図された、ガス密封且つ真空密封チャンバであって、前記チャンバは、少なくとも前記誘導加熱手段により囲まれた中央部に、電気絶縁性のガス密封且つ真空密封の材料で作られたシースを有し、前記シースの内側面が、断熱材料製タイルのマトリックス及び液体の流れにより冷却される複数の管により保護され、前記タイルは、管の表面または間に取り付けることができ、そうして管を閉じ込めるマトリックスを形成することができるような幾何学的形状を有し、前記複数の管は前記タイルのマトリックス中に閉じ込められていることを特徴とする、誘導加熱装置用の断熱性ガス密封且つ真空密封チャンバ。
  2. 前記シース（１）が、エポキシ樹脂又は類似材料のフィラメント巻線により作られていることを特徴とする、請求項１に記載のチャンバ。
  3. 前記シース（１）がセラミックまたはガラスで作られていることを特徴とする、請求項１に記載のチャンバ。
  4. 前記管（４）が前記シースの全内側面上に均等に分配されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のチャンバ。
  5. 前記管（４）が、特に厚さが薄いステンレス鋼で作られた複数のヘアピン曲がりを形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のチャンバ。
  6. 前記管（４）が、前記電気絶縁性、したがって磁気束に対して透過性である、ガラス製またはエポキシガラス製であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のチャンバ。
  7. 前記管と前記タイルの前記シースへの設置、したがって取り付けを容易にするように、積層ガラス板（７）が前記シース（１）と、前記管（４）及び前記タイル(５)との間に置かれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のチャンバ。
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