JP4988388B2

JP4988388B2 - 雰囲気制御型誘導加熱炉

Info

Publication number: JP4988388B2
Application number: JP2007059069A
Authority: JP
Inventors: 昌邦田口
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2027-03-08
Also published as: JP2008224058A

Description

本発明は、雰囲気制御型誘導加熱炉に関する。

雰囲気制御下で鋼材の熱処理を行なう熱処理炉では、従来はラジアントチューブ、バーナ、間接加熱法を用いて鋼材を加熱していたが、昇降温の効率化向上のために誘導加熱法が採用されるようになっている。このとき、例えば特許文献１に示すように、熱処理炉の外側に外気遮断壁を設けて外気の侵入を防止し、例えば特許文献１〜４に示すように誘導コイルと鋼材の間に断熱材を配置して加熱された鋼材からの放熱を押さえている。

特開平６−８８１９４号公報特開平４−５９９３１号公報特開平５−２５５４４号公報特開平１１−２５７８７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたように外側に外気遮断壁を設けると、装置が大型化し、更に外気遮断壁の開閉機構を設ける必要も生じ、装置構成が複雑化するとともに製作費も増大するという問題が生じる。また、特許文献２、３に記載されたように誘導コイルの近傍に熱処理炉を構成する金属部材が存在すると、鋼材の加熱時に金属部材も同時に加熱されるため、金属部材を冷却するための冷却機構を設ける必要が生じ、装置構成が複雑化するとともに製作費も増大するという問題が生じる。更に、熱処理炉の昇降温の効率化を図る場合、軽量、単位体積当たりの熱容量が小さなセラミックファイバー系の断熱材の使用が好ましいが、セラミックファイバー系の断熱材を金物を使用せずに強固に内張りすることは困難となっている。そこで、特許文献４に示すように接着剤を使用することが提案されているが、接着剤で断熱材を固定した場合、接着強度の経時変化が大きいため、使用中に断熱材が剥離するという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、コンパクトで密閉性に優れ、セラミックファイバー系の断熱材が金物を使用せずに強固に内張された雰囲気制御型誘導加熱炉を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る雰囲気制御型誘導加熱炉は、誘導加熱手段の内側を通過する金属帯板を熱処理する雰囲気制御型誘導加熱炉において、
前記誘導加熱手段の内側に設けられ、繊維強化プラスチックで形成されて、内部を雰囲気制御ガスが流れる炉殻と、
前記炉殻の内面に配置された無機繊維質ブロックと、
前記炉殻の内面側に一側端部が固定され他側部が前記無機繊維質ブロックを貫通して該無機繊維質ブロックの表側に露出する複数の耐熱性無機材料系の取付け部材とを有し、
前記無機繊維質ブロックは、前記取付け部材の該無機繊維質ブロックの表側に露出した部分同士を結び合わせて締め付けることにより前記炉殻の内面に固定され、
前記取付け部材は、前記炉殻に形成された掛止穴に装着されてストッパーとなる鍔部と、該鍔部に一側端部が連結されて前記無機繊維質ブロックを貫通して突出する紐部材とを有し、前記掛止穴は前記炉殻の内面側に形成されて前記鍔部が嵌入可能な挿入部と、前記挿入部に連通して前記紐部材が連結された前記鍔部が掛止可能で横行可能な横行部を備え、前記炉殻への前記取付け部材の固定は、前記鍔部に前記紐部材と共に取り付けられ前記鍔部から取り除き可能なロッドを用いて行われ、しかも、前記鍔部および前記紐部材で前記無機繊維質ブロック内に存在する領域は、水ガラスで硬化されている。

本発明に係る雰囲気制御型誘導加熱炉において、前記無機繊維質ブロックは、セラミックファイバーブランケットを用いて構成することができる。

また、前記炉殻の内面側には、前記ストッパー（鍔部）を嵌入させて掛止可能な掛止穴が所定の間隔で並べて設けられていることが好ましい。

本発明に係る雰囲気制御型誘導加熱炉において、前記雰囲気制御ガスは、還元性ガスおよび非酸化性ガスのいずれか１とすることが好ましい。
ここで、前記雰囲気制御ガスは、窒素ガス、水素ガス、およびアンモニアガスの混合ガスとすることができる。

本発明に係る雰囲気制御型誘導加熱炉において、前記炉殻が気密性を有することが好ましい。
そして、前記炉殻の耐熱温度は３５０℃以上４５０℃以下、前記金属帯板の熱処理温度は６２０℃以上７５０℃以下であって、前記無機繊維質ブロックの厚みは５０ｍｍ以下であることが好ましい。

請求項１〜７記載の雰囲気制御型誘導加熱炉においては、炉殻の内面に配置された無機繊維質ブロックは、炉殻に一側端部が固定され、他側が無機繊維質ブロックを貫通して無機繊維質ブロックの表側に露出する取付け部材の露出した部分同士を結び合わせて締め付けることにより固定されるので、高温下でも締め付け力が低下せず使用中に無機繊維質ブロックが脱落するのを防止でき、雰囲気制御型誘導加熱炉を安定して使用することができる。
そして、無機繊維質ブロックを使用するので、雰囲気制御型誘導加熱炉を軽量化でき昇降温の効率化を向上させることができる。また無機繊維質ブロックは断熱特性が高いため、厚みを薄くでき、雰囲気制御型誘導加熱炉をコンパクトに構成することができる。

請求項２記載の雰囲気制御型誘導加熱炉においては、無機繊維質ブロックとして、軽量で断熱特性に優れたセラミックファイバーブランケットを用いるので、雰囲気制御型誘導加熱炉を軽量化できるとともに、無機繊維質ブロックの厚みを薄くでき雰囲気制御型誘導加熱炉のコンパクト化を更に図ることができる。

そして、請求項１記載の雰囲気制御型誘導加熱炉においては、取付け部材の一側端部にストッパーとなる鍔部を設けるため、取付け部材の無機繊維質ブロックからの引き抜けを防止できる。
請求項１記載の雰囲気制御型誘導加熱炉においては、鍔部および紐部材の無機繊維質ブロック内に存在する領域が水ガラスで硬化されているので、取付け部材の自立性が向上し、取付け部材の取り扱いが容易になる。

請求項１記載の雰囲気制御型誘導加熱炉においては、取付け部材の炉殻の内面側への固定が容易になって、無機繊維質ブロックの取付けを効率的に行なうことができる。
請求項１記載の雰囲気制御型誘導加熱炉においては、立設させた紐部材に沿ってロッドが取付けられるので、無機繊維質ブロックに紐部材を容易に貫通させることができる。

請求項６記載の雰囲気制御型誘導加熱炉においては、炉殻が気密性を有するので、炉殻の軽量化およびコンパクト化を図ることができる。
そして、請求項１記載の雰囲気制御型誘導加熱炉においては、炉殻が繊維強化プラスチックで形成されるので、気密性を備え、軽量で高強度の炉殻を容易に得ることができる。
請求項７記載の雰囲気制御型誘導加熱炉においては、無機繊維質ブロックの厚みは５０ｍｍ以下とするので、炉殻をコンパクトにしても、炉殻内で金属帯板が通過する有効領域の体積を大きくすることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る雰囲気制御型誘導加熱炉の斜視図、図２は同雰囲気制御型誘導加熱炉の炉殻の一内面に配置した無機繊維質ブロックの状態を示す斜視図、図３は同雰囲気制御型誘導加熱炉の取付け部材の斜視図、図４（Ａ）、（Ｂ）は同雰囲気制御型誘導加熱炉の炉殻の内面側に取付け部材を固定する際に使用する掛止穴の斜視図、平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＰ−Ｐ矢視断面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＱ−Ｑ矢視断面図、図５は同雰囲気制御型誘導加熱炉の炉殻の一内面に取付け部材を固定した状態を示す説明図、図６（Ａ）〜（Ｄ）は同雰囲気制御型誘導加熱炉の炉殻の一内面に無機繊維質ブロックを配置する際の工程を示す説明図である。

図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る雰囲気制御型誘導加熱炉１０は、その両端部が雰囲気制御型誘導加熱炉１０の上流側および下流側にそれぞれ設けられた図示しない雰囲気制御型熱処理炉にフランジ（図示せず）を介してそれぞれ連結しており、上流側から下流側に向けてその内側を通過する金属帯板の一例である薄鋼板１１を前後に設けられた雰囲気制御型熱処理炉とともに熱処理するものである。そして、雰囲気制御型誘導加熱炉１０は、通過する薄鋼板１１を外側から取り囲むように配置された枠状の鉄心１２および鉄心１２に設けられた誘導コイル１３とを備えた誘導加熱手段１３ａと、鉄心１２の内側に設けられ内部を雰囲気制御ガスの一例である還元性ガス、例えば、窒素ガス、水素ガス、およびアンモニアガスの混合ガスが流れる炉殻１４と、炉殻１４の内面に配置（内張り）された無機繊維質ブロック１５と、炉殻１４の内面側に一側端部が固定され他側部が無機繊維質ブロック１５を貫通して無機繊維質ブロック１５の表側に露出する複数の耐熱性無機材料系の取付け部材１６とを有している。なお、無機繊維質ブロック１５は、取付け部材１６の無機繊維質ブロック１５の表側に露出する部分同士を結び合わせて締め付けることにより炉殻１４の内面に固定されている。以下詳細に説明する。

炉殻１４は、断面が、例えば長方形の筒体１７を有し、筒体１７の両端部に前後の雰囲気制御型熱処理炉と連結するためのフランジが取付けられている。ここで、筒体１７は、繊維強化プラスチックの一例である炭素繊維強化エポキシ樹脂製の板材１８、１９を組み合わせ接着剤で固着して形成されている。板材１８、１９自体はガス非透過性（気密性）を有するので、それぞれ対向する側壁を構成する一対の板材１８と一対の板材１９を接着剤を用いて組み立てた筒体１７も気密性を有し、炉殻１４の気密性を保つことができる。このため、炉殻１４（筒体１７）内に窒素ガス、水素ガス、およびアンモニアガスの混合ガスを流しても、混合ガスが外部に漏れ出すのが防止できる。

無機繊維質ブロック１５は、セラミックファイバーブランケットの一例であるアルミナファイバーブランケット２０、２０ａ〜２０ｅを積層させて構成されている。軽量で断熱特性に優れたブランケット材を使用することで、無機繊維質ブロック１５を軽量化できるとともに、無機繊維質ブロック１５の必要厚みも薄くでき、雰囲気制御型誘導加熱炉１０の軽量化とコンパクト化が達成できる。
ここで、無機繊維質ブロック１５の必要厚みとは、炉殻１４を構成する板材１８、１９の内表面の温度を板材１８、１９の耐熱温度以下に保つことが可能な無機繊維質ブロック１５の厚みを指す。例えば、炭素繊維強化エポキシ樹脂製の板材１８、１９の耐熱温度は３５０℃以上４５０℃以下となるので、薄鋼板１１の熱処理温度が６２０℃以上７５０℃以下の場合、無機繊維質ブロック１５の厚みは５０ｍｍ以下とできる。

図３に示すように、取付け部材１６は、炉殻１４を構成する板材１８、１９の内面側に固定されるストッパーの一例である鍔部２１と、鍔部２１に連結し無機繊維質ブロック１５を貫通して無機繊維質ブロック１５の表側に露出する紐部材２２とを有している。ここで、鍔部２１は、例えば、セラミッククロスの一例であるアルミナクロス（厚みが５〜６ｍｍ）を円板状（直径が８〜１５ｍｍ）に切り出して形成する。また、紐部材２２は、例えば、セラミックロープの一例であるアルミナロープ（直径が３〜８ｍｍ）を所定長さに切り出して形成する。なお、所定長さとは、鍔部２１に紐部材２２を連結させる際の止め代、無機繊維質ブロック１５の厚み、および結び作業の作業性を考慮して無機繊維質ブロック１５の表側に露出させる長さの総和である。そして、鍔部２１と紐部材２２の固定は、例えば、鍔部２１の中央部に孔２３を形成しこの孔２３に紐部材２２の一方側を挿通させ一方側の端部に掛止用の結び目２４を形成することにより行なう。

また、取付け部材１６の鍔部２１と、無機繊維質ブロック１５内に紐部材２２を貫通させた際に無機繊維質ブロック１５内に存在する領域には、水ガラスを含浸させ乾燥させて硬化させている。更に、取付け部材１６を炉殻１４を構成する板材１８、１９の内面側に固定する際には、紐部材２２の側面に接触して一端部が鍔部２１に当接し他端部が紐部材２２の他端から、例えば４０〜６０ｍｍ長さ突出するロッドの一例である針金２５（直径が３〜４ｍｍ）を、例えば粘着テープ２６を用いて紐部材２２に取付ける。

図４（Ａ）〜（Ｄ）、図５に示すように、炉殻１４を構成する板材１８、１９の内面側には、鍔部２１を嵌入させて鍔部２１を掛止可能な掛止穴２７が所定の間隔で並べて設けられている。ここで、掛止穴２７は、板材１８、１９の内面側に垂直に形成され、鍔部２１が嵌入可能な挿入部２８と、挿入部２８の側面の上部側と連通して水平に伸び紐部材２２が挿通可能な横行溝２９と、挿入部２８の側面の下部側と連通して水平に伸び上部が横行溝２９の底部に連通して挿入部２８に嵌入した鍔部２１が横行可能な横行部３０とを有している。

以上のような構成とすることにより、紐部材２２に針金２５が併設された状態の取付け部材１６の鍔部２１を、板材１８、１９に形成された掛止穴２７の挿入部２８に嵌入し、鍔部２１を横行部３０、針金２５が併設された紐部材２２を横行溝２９内でそれぞれ移動させることで鍔部２１を横行部３０の端部まで移動させることができ、鍔部２１を横行部３０の両側上面で掛止することができる。このとき、紐部材２２を無機繊維質ブロック１５に貫通させた際に紐部材２２で無機繊維質ブロック１５内に存在する領域と、鍔部２１は水ガラスを用いて硬化させてあるので、鍔部２１の横行部３０内での移動を容易に行なうことができる。その結果、図５に示すように、板材１９の内面側に紐部材２２に針金２５が併設された状態の取付け部材１６を立設することができる。

また、取付け部材１６が立設した板材１８、１９の内面の上方から、アルミナファイバーブランケット２０を下降させると、針金２５に誘導されて取付け部材１６の紐部材２２をアルミナファイバーブランケット２０に容易に貫通させることができる。このため、紐部材２２に所定枚数のアルミナファイバーブランケット２０ａ〜２０ｅを順次貫通させることで無機繊維質ブロック１５を板材１８、１９の内面側に配置することができる。そして、紐部材２２に所定枚数のアルミナファイバーブランケット２０、２０ａ〜２０ｅが貫通されると、粘着テープ２６を外して針金２５を紐部材２２から取り除き、紐部材２２の無機繊維質ブロック１５の表側に露出した部分で近接するもの同士を結び合わせて締め付けることにより、無機繊維質ブロック１５を板材１８、１９の内面（炉殻１４の内面）に固定することができる。

続いて、本発明の一実施の形態に係る雰囲気制御型誘導加熱炉１０において、炉殻１４の内面に無機繊維質ブロック１５を配置する方法について説明する。
先ず、図５に示すように、板材１９の内面側に形成された掛止穴２７に対して、紐部材２２に針金２５が併設された状態の取付け部材１６を立設していく。そして、全ての掛止穴２７に対して取付け部材１６の取付けが完了すると、図６（Ａ）に示すように、取付け部材１６が立設された板材１９の内面の上方から、アルミナファイバーブランケット２０を下降させて、針金２５が併設された紐部材２２にアルミナファイバーブランケット２０を貫通させることで、板材１９の内面をアルミナファイバーブランケット２０で覆う。これにより、第１層目のアルミナファイバーブランケット２０の配置が終了する。なお、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、板材１９に立設された取付け部材１６のうち一部は省略して記載している。

次いで、図６（Ｂ）に示すように、第１層目を構成するアルミナファイバーブランケット２０の一側を覆うように、第２層目の一部を構成するアルミナファイバーブランケット２０ａの位置調整を行なって、立設している紐部材２２に貫通させる。このとき、第２層目の一部を構成するアルミナファイバーブランケット２０ａの長手方向を、例えば、第１層目のアルミナファイバーブランケット２０同士の継目の方向に対して直交するようにする。そして、図６（Ｃ）に示すように、一側がアルミナファイバーブランケット２０ａを覆い、他側が第１層目を構成するアルミナファイバーブランケット２０の一部を覆うように位置調整をしたアルミナファイバーブランケット２０ｂを立設している紐部材２２に貫通させる。これによって、板材１９の一側に第３層目の一部を構成するとともに、アルミナファイバーブランケット２０ａとともに第２層の一部が構成される。

続いて、図６（Ｄ）に示すように、一側が第２層目の一部を構成するアルミナファイバーブランケット２０ｂを覆い、他側が第１層目を構成するアルミナファイバーブランケット２０の一部を覆うように位置調整をしたアルミナファイバーブランケット２０ｃを立設している紐部材２２に貫通させる。また、一側が第２層目の一部を構成するアルミナファイバーブランケット２０ｃを覆い、他側が第１層目を構成するアルミナファイバーブランケット２０の一部を覆うように位置調整をしたアルミナファイバーブランケット２０ｄを立設している紐部材２２に貫通させる。そして、アルミナファイバーブランケット２０ｄで第２層目の一部を構成している領域を覆うように位置調整をしたアルミナファイバーブランケット２０ｅを立設している紐部材２２に貫通させる。これにより、板材１９の内面側に、アルミナファイバーブランケット２０、２０ａ〜２０ｅで構成された３層からなる無機繊維質ブロック１５が配置される。

板材１９の内面側への無機繊維質ブロック１５の配置が完了すると、無機繊維質ブロック１５の表面から突出している各紐部材２２から粘着テープ２６を外して針金２５と紐部材２２を分離させ、針金２５を取り除く。次いで、紐部材２２の無機繊維質ブロック１５の表側に露出した部分で近接するもの同士を結び合わせて締め付ける。これにより無機繊維質ブロック１５が板材１９の内面側に押圧されて固定される。
なお、板材１８の内面側に対しても同様に無機繊維質ブロック１５の固定を行なう。そして、内面側に無機繊維質ブロック１５が固定された板材１８、１９を組み合わせて接着剤で接合することにより、炉殻１４が形成される。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、雰囲気制御ガスを、非酸化性ガス、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、または窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスとすることができる。

本発明の一実施の形態に係る雰囲気制御型誘導加熱炉の斜視図である。同雰囲気制御型誘導加熱炉の炉殻の一内面に配置した無機繊維質ブロックの状態を示す斜視図である。同雰囲気制御型誘導加熱炉の取付け部材の斜視図である。（Ａ）、（Ｂ）は同雰囲気制御型誘導加熱炉の炉殻の内面側に取付け部材を固定する際に使用する掛止穴の斜視図、平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＰ−Ｐ矢視断面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＱ−Ｑ矢視断面図である。同雰囲気制御型誘導加熱炉の炉殻の一内面に取付け部材を固定した状態を示す説明図である。（Ａ）〜（Ｄ）は同雰囲気制御型誘導加熱炉の炉殻の一内面に無機繊維質ブロックを配置する際の工程を示す説明図である。

符号の説明

１０：雰囲気制御型誘導加熱炉、１１：薄鋼板、１２：鉄心、１３：誘導コイル、１３ａ：誘導加熱手段、１４：炉殻、１５：無機繊維質ブロック、１６：取付け部材、１７：筒体、１８、１９：板材、２０、２０ａ〜２０ｅ：アルミナファイバーブランケット、２１：鍔部、２２：紐部材、２３：孔、２４：結び目、２５：針金、２６：粘着テープ、２７：掛止穴、２８：挿入部、２９：横行溝、３０：横行部

Claims

誘導加熱手段の内側を通過する金属帯板を熱処理する雰囲気制御型誘導加熱炉において、
前記誘導加熱手段の内側に設けられ、繊維強化プラスチックで形成されて、内部を雰囲気制御ガスが流れる炉殻と、
前記炉殻の内面に配置された無機繊維質ブロックと、
前記炉殻の内面側に一側端部が固定され他側部が前記無機繊維質ブロックを貫通して該無機繊維質ブロックの表側に露出する複数の耐熱性無機材料系の取付け部材とを有し、
前記無機繊維質ブロックは、前記取付け部材の該無機繊維質ブロックの表側に露出した部分同士を結び合わせて締め付けることにより前記炉殻の内面に固定され、
前記取付け部材は、前記炉殻に形成された掛止穴に装着されてストッパーとなる鍔部と、該鍔部に一側端部が連結されて前記無機繊維質ブロックを貫通して突出する紐部材とを有し、前記掛止穴は前記炉殻の内面側に形成されて前記鍔部が嵌入可能な挿入部と、前記挿入部に連通して前記紐部材が連結された前記鍔部が掛止可能で横行可能な横行部を備え、前記炉殻への前記取付け部材の固定は、前記鍔部に前記紐部材と共に取り付けられ前記鍔部から取り除き可能なロッドを用いて行われ、しかも、前記鍔部および前記紐部材で前記無機繊維質ブロック内に存在する領域は、水ガラスで硬化されていることを特徴とする雰囲気制御型誘導加熱炉。
請求項１記載の雰囲気制御型誘導加熱炉において、前記無機繊維質ブロックが、セラミックファイバーブランケットを用いて構成されていることを特徴とする雰囲気制御型誘導加熱炉。
請求項１又は２記載の雰囲気制御型誘導加熱炉において、前記炉殻の内面側には、前記掛止穴が所定の間隔で並べて設けられていることを特徴する雰囲気制御型誘導加熱炉。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の雰囲気制御型誘導加熱炉において、前記雰囲気制御ガスが、還元性ガスおよび非酸化性ガスのいずれか１であることを特徴とする雰囲気制御型誘導加熱炉。
請求項４記載の雰囲気制御型誘導加熱炉において、前記雰囲気制御ガスが窒素ガス、水素ガス、およびアンモニアガスの混合ガスであることを特徴とする雰囲気制御型誘導加熱炉。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の雰囲気制御型誘導加熱炉において、前記炉殻が気密性を有することを特徴とする雰囲気制御型誘導加熱炉。
請求項１記載の雰囲気制御型誘導加熱炉において、前記炉殻の耐熱温度は３５０℃以上４５０℃以下、前記金属帯板の熱処理温度は６２０℃以上７５０℃以下であって、前記無機繊維質ブロックの厚みは５０ｍｍ以下であることを特徴とする雰囲気制御型誘導加熱炉。