JP5615003B2 - 連続加熱冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、丸棒材が連続的に加熱及び冷却されうる装置に関する。

丸棒鋼の焼入れに、連続炉が用いられている。図７に、連続炉が用いられた従来の装置２が示されている。この装置２は、多数の搬送ローラ４、加熱炉６及び冷却装置８を備えている。図７には、７本の丸棒鋼１０も示されている。それぞれの丸棒鋼１０は、図７の右から左に向かって進行する。それぞれの搬送ローラ４は、丸棒鋼１０の進行方向と直交する方向に対して傾斜している。図示されていないが、搬送ローラ４は、その表面に７つの溝を備えている。それぞれの溝は、搬送ローラ４の周方向に延在している。この溝に丸棒鋼１０が嵌り込んだ状態で、搬送ローラ４が回転する。搬送ローラ４が傾斜していることと、この搬送ローラ４が溝を備えていることとにより、丸棒鋼１０には周方向へのモーメントが加わる。このモーメントにより、丸棒鋼１０は周方向に回転する。丸棒鋼１０は、回転しつつ進行する。加熱炉６を通過することにより、丸棒鋼１０は所定温度にまで加熱される。回転により、丸棒鋼１０はほぼ均一に加熱される。

冷却装置８は、７つの冷却器１２を備えている。それぞれの冷却器１２は、隣接する２つの搬送ローラ４の間に配置されている。冷却器１２と搬送ローラ４との干渉を避けるため、７つの冷却器１２は、図７中、上から下に向かって左から右に向かう方向に沿って配置されている。すなわち、７つの冷却器１２は、搬送ローラ４の軸方向に沿って並んでいる。加熱炉６を通過した丸棒鋼１０は、冷却装置８を通過する。冷却装置８において丸棒鋼１０は、急冷される。急冷により、丸棒鋼１０はマルテンサイト変態を起こす。マルテンサイト変態により、丸棒鋼１０は硬化する。

図７において、矢印Ｌａで示されているのは、一方側に位置する冷却器１２ａと、加熱炉６の炉体１４の出口１６との距離である。矢印Ｌｂで示されているのは、他方側に位置する冷却器１２ｂと、加熱炉６の炉体１４の出口１６との距離である。距離Ｌａは、距離Ｌｂよりも大きい。炉体１４から出た丸棒鋼１０は、室温に曝される。炉体１４から出た後、丸棒鋼１０の温度は徐々に下降する。一方側の丸棒鋼１０ａが炉体１４から出た後、冷却器１２ａに到達するまでの時間は長い。この丸棒鋼１０ａが冷却器１２ａに到達した段階では、この丸棒鋼１０ａの温度は低い。他方側の丸棒鋼１０ｂが炉体１４から出た後、冷却器１２ｂに到達するまでの時間は短い。この丸棒鋼１０ｂが冷却器１２ｂに到達した段階では、この丸棒鋼１０ｂの温度は高い。

図７に示された７本の丸棒鋼１０に関し、炉体１４の出口１６と冷却器１２との距離は、互いに異なっている。従って、これら７本の丸棒鋼１０に関し、冷却処理がなされる直前の温度は、互いに異なっている。温度の相違に起因して、マルテンサイト変態の程度がばらつき、丸棒鋼１０の品質がばらつく。同様の問題は、焼戻し等の他の熱処理においても生じている。

本発明の目的は、丸棒材の品質のバラツキが抑制されうる連続加熱冷却装置の提供にある。

本発明に係る連続加熱冷却装置は、複数の丸棒材を並列させて搬送するための搬送機と、これら丸棒材が通過する炉体を有する加熱炉と、この加熱炉の下流に位置する冷却装置とを備える。搬送機は、並列された多数の搬送ローラを備える。それぞれの搬送ローラは、丸棒材の進行方向と直交する方向に対して傾斜している。炉体の出口は、搬送ローラの軸方向に実質的に沿った形状を有する。冷却装置は、炉体の出口と実質的に平行に配置される。本発明では、中実の棒及び中空の管のいずれもが、「丸棒材」と称される。

好ましくは、炉体の入口は、出口と実質的に平行な形状を有する。

丸棒材の均一処理の観点から、上記炉体の出口と上記冷却装置との間の、上記搬送機の側方に、外気の流入を防止するための防風壁が立設されているのが好ましい。

上記防風壁は、床面から搬送ローラ上の丸棒材より上方にまで延設されるのが好ましい。

断熱効果の観点から、上記防風壁が、セラミックファイバからなるブロック体を有しているのが好ましい。

本発明に係る丸棒材の連続加熱冷却方法は、
炉体の出口が丸棒材の進行方向と直交する方向に対して傾斜した加熱炉を、複数の丸棒材が通過して、この丸棒鋼が加熱される工程
及び
これら丸棒材が上記炉体の出口と実質的に平行に配置されている冷却装置を通過して、この丸棒鋼が冷却される工程
を含む。

本発明に係る連続加熱冷却装置では、並列させて搬送される全ての丸棒材に関し、炉体の出口と冷却処理との距離がほぼ統一されている。これら丸棒材の全てに関し、冷却処理がなされる直前の温度は、ほぼ統一される。この装置により、品質のバラツキの少ない丸棒材が得られうる。

図１は、本発明の一実施形態に係る連続加熱冷却装置が丸棒鋼と共に示された平面図である。 図２は、図１の装置の一部が丸棒鋼と共に示された拡大平面図である。 図３は、図１の装置の加熱炉及び搬送ローラが丸棒鋼と共に示された拡大側面図である。 図４は、図１の装置の冷却器が丸棒鋼と共に示された拡大断面図である。 図５は、本発明の他の実施形態に係る連続加熱冷却装置が丸棒鋼と共に示された拡大平面図である。 図６は、図５の一部を断面にしたＶＩ−ＶＩ線矢視図である。 図７は、従来の連続加熱冷却装置の一部が丸棒鋼と共に示された平面図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１及び２に示された連続加熱冷却装置２０は、搬送機２２、加熱炉２４及び冷却装置２６を備えている。図１及び２には、複数の丸棒鋼１０も示されている。この実施形態では、丸棒鋼１０の数は７である。図１及び２において、右から左に向かう方向は、丸棒鋼１０の進行方向である。

搬送機２２は、多数の搬送ローラ２８を備えている。それぞれの搬送ローラ２８は、丸棒鋼１０の進行方向と直交する方向に対して傾斜している。図１において矢印θ１で示されているのは、搬送ローラ２８の傾斜角度である。この実施形態では、傾斜角度θ１は１５°である。図示されていないが、搬送機２２は駆動手段を備えている。典型的な駆動手段は、モーターである。この駆動手段により、搬送ローラ２８は、周方向に回転させられる。

図３は、図１の装置２０の加熱炉２４及び搬送ローラ２８が丸棒鋼１０と共に示された拡大側面図である。図３に示されるように、搬送ローラ２８は、その表面に７つの溝３０を備えている。それぞれの溝３０は、搬送ローラ２８の周方向に延在している。この溝３０に丸棒鋼１０が嵌り込んでいる。

加熱炉２４は、炉体３２を備えている。図３に示されるように、炉体３２は天壁３４、底壁３６及び一対の側壁３８を備えている。これらの壁３４、３６、３８により、炉室が形成されている。図３では、この炉室の内部に位置する丸棒鋼１０が示されている。図示されていないが、加熱炉２４は加熱手段を備えている。典型的な加熱手段は、ガスバーナーである。

図１及び２に示されるように、炉体３２の出口４０は、丸棒鋼１０の進行方向と直交する方向に対して傾斜している。図１において矢印θ２で示されているのは、出口４０の傾斜角度である。この実施形態では、傾斜角度θ２は１５°である。この傾斜角度θ２は、搬送ローラ２８の傾斜角度θ１と同一である。換言すれば、出口４０は、搬送ローラ２８の軸方向に沿った形状を有している。

図１に示されるように、炉体３２の入口４２は、丸棒鋼１０の進行方向と直交する方向に対して傾斜している。図１において矢印θ３で示されているのは、入口４２の傾斜角度である。この実施形態では、傾斜角度θ３は１５°である。この傾斜角度θ３は、搬送ローラ２８の傾斜角度θ１と同一である。換言すれば、入口４２は、出口４０と平行な形状を有している。

図２に示されるように、冷却装置２６は、加熱炉２４の下流に位置している。冷却装置２６は、複数の冷却器４４を備えている。この実施形態では、冷却装置２６は、７つの冷却器４４を備えている。これら冷却器４４は、１つの搬送ローラ２８と、この搬送ローラ２８と隣接する他の搬送ローラ２８との間に配置されている。それぞれの冷却器４４は、１本の丸棒鋼１０に対応している。

７つの冷却器４４は、図１中、上から下に向かって左から右に向かう方向に沿って配置されている。換言すれば、冷却装置２６は、丸棒鋼１０の進行方向と直交する方向に対して傾斜している。図１において矢印θ４で示されているのは、冷却装置２６の傾斜角度である。この実施形態では、傾斜角度θ４は１５°である。この傾斜角度θ４は、搬送ローラ２８の傾斜角度θ１と同一である。換言すれば、冷却装置２６は、搬送ローラ２８の軸方向に沿って配置されている。さらに換言すれば、冷却装置２６は、出口４０と実質的に平行に配置されている。冷却装置２６がこのように配置されているので、冷却器４４の搬送ローラ２８との干渉が生じない。

図示されていないが、冷却装置２６は配管を備えている。この配管を通じ、それぞれの冷却器４４に水が供給される。

図４は、図１の装置２０の冷却器４４が丸棒鋼１０と共に示された拡大断面図である。この冷却器４４は、断面円形である外筒４６と、断面円形である内筒４８とを備えている。外筒４６と内筒４８とは、同心に配置されている。内筒４８の内部に、丸棒鋼１０が通されている。外筒４６と内筒４８との間には、加圧状態にある水が供給される。内筒４８は、多数のノズル５０を備えている。このノズル５０から、丸棒鋼１０に向かって水が噴射される。

この装置２０が用いられた焼入れでは、まず加熱炉２４にてガスバーナーが燃焼する。燃焼により、炉室が所定温度に達する。搬送ローラ２８の回転により、丸棒鋼１０が進行する。搬送ローラ２８が傾斜しており、かつ丸棒鋼１０が搬送ローラ２８の溝３０に嵌っているので、丸棒鋼１０には周方向へのモーメントが加わる。このモーメントにより、丸棒鋼１０は周方向に回転する。丸棒鋼１０は、回転しつつ、入口４２から加熱炉２４に進入する。加熱炉２４において、丸棒鋼１０は徐々に昇温する。回転しているので、丸棒鋼１０はほぼ均一に加熱される。丸棒鋼１０は炉室内を進行し、出口４０から炉外へと出る。丸棒鋼１０はさらに進行し、冷却装置２６に達する。出口４０から冷却装置２６までの間、丸棒鋼１０は室温に曝される。従って、丸棒鋼１０の温度は徐々に下降する。しかし、冷却装置２６に達した時点において、丸棒鋼１０の温度は、Ａ３変態点以上である。この丸棒鋼１０に、冷却装置２６において、水が噴射される。水により丸棒鋼１０は急冷される。丸棒鋼１０は、マルテンサイト変態を起こす。

図２において、矢印Ｌａで示されているのは、一方側に位置する冷却器４４ａと、出口４０との距離である。矢印Ｌｂで示されているのは、他方側に位置する冷却器４４ｂと、の出口４０との距離である。距離Ｌａは、距離Ｌｂと等しい。一方側の丸棒鋼１０ａが炉体３２から出た後に冷却器４４ａに到達するまでの時間は、他方側の丸棒鋼１０ｂが炉体３２から出た後に冷却器４４ｂに到達するまでの時間と等しい。一方側の丸棒鋼１０ａが冷却器４４ａに到達した段階の温度は、他方側の丸棒鋼１０ｂが冷却器４４ｂに到達した段階の温度と等しい。図２から明らかなように、この装置２０では、７本の丸棒鋼１０の全てにおいて、出口４０と冷却装置２６との距離が統一されている。この装置２０では、７本の丸棒鋼１０の全てにおいて、冷却器４４に到達した段階の温度が、ほぼ統一される。この装置２０では、７本の丸棒鋼１０の全てにおいて、冷却後の組織がほぼ統一される。この装置２０により、高品質な丸棒鋼１０が得られる。

この装置２０では、丸棒鋼１０を回転させるの目的で、搬送ローラ２８が傾斜している。さらに、冷却装置２６が搬送ローラ２８同士の間に配置されるため、この冷却装置２６も必然的に傾斜する。この装置２０では、出口４０が傾斜しているので、冷却装置２６の傾斜に起因する不都合（丸棒鋼１０の品質のばらつき）が生じない。

出口４０の傾斜角度θ２と、冷却装置２６の傾斜角度θ４とが、多少異なってもよい。品質の安定の観点から、傾斜角度θ２と傾斜角度θ４との差（θ２−θ４）の絶対値は１０°以下が好ましく、５°以下が特に好ましい。理想的には、差（θ２−θ４）はゼロである。本発明では、差（θ２−θ４）の絶対値が１０°以下である場合に、「冷却装置２６と出口４０とが実質的に平行」と称される。

図１において、矢印Ｓａで示されているのは、一方側の丸棒鋼１０ａについての、入口４２から出口４０までの距離である。矢印Ｓｂで示されているのは、他方側の丸棒鋼１０ｂについての、入口４２から出口４０までの距離である。入口４２が出口４０と平行なので、距離Ｓａは距離Ｓｂと等しい。一方側の丸棒鋼１０ａが入口４２を通過してから出口４０を通過するまでの時間は、他方側の丸棒鋼１０ｂが入口４２を通過してから出口４０を通過するまでの時間と等しい。従って、一方側の丸棒鋼１０ａは、他方側の丸棒鋼１０ｂとほぼ同様の熱履歴を受ける。図１から明らかなように、この装置２０では、７本の丸棒鋼１０の全てにおいて、入口４２から出口４０までの距離が統一されている。この装置２０では、７本の丸棒鋼１０の全てにおいて、熱履歴がほぼ統一される。この装置２０では、７本の丸棒鋼１０の全てにおいて、冷却後の組織がほぼ統一される。この装置２０により、高品質な丸棒鋼１０が得られる。

出口４０の傾斜角度θ２と、入口４２の傾斜角度θ３とが、多少異なってもよい。品質の安定の観点から、傾斜角度θ２と傾斜角度θ３との差（θ２−θ３）の絶対値は１０°以下が好ましく、５°以下が特に好ましい。理想的には、差（θ２−θ３）はゼロである。本発明では、差（θ２−θ３）の絶対値が１０°以下である場合に、「入口４２と出口４０とが実質的に平行」と称される。

図５に示された連続加熱冷却装置６０は、その炉体３２の出口４０と冷却装置２６との間の、搬送ローラ２８の側方に、防風壁６２が立設されている。この連続加熱冷却装置６０は、防風壁６２を備えていること以外の構成は、図１及び図２に示された装置２０と差異はない。従って、図５において上記装置２０と同一部材には同一符号を付し、その説明を省略する。

前述のとおり、出口４０から冷却装置２６までの間、丸棒鋼１０は室温に曝され、その温度は徐々に下降する。出口４０から冷却装置２６までの間では、高温の丸棒鋼１０によって空気が加熱され、上昇気流が生じている。そして、搬送ローラ２８の側方から外気が流入している。特に最外位置を搬送される丸棒鋼１０、すなわち一方側の丸棒鋼１０ａ及び他方側の丸棒鋼１０ｂ、は上記外気によって冷却される。これらの丸棒鋼１０は特にその側部を冷却される。そこで、側方から搬送ローラ２８側への外気の巻き込みを阻止するために、出口４０から冷却装置２６までの間に上記防風壁６２が設けられている。防風壁６２の上流側端部は炉体３２の出口４０に接し、下流側端部は冷却装置２６に接しているのが好ましい。図５では、複数の冷却器４４を収容した冷却装置２６のハウジングまたは枠体を二点鎖線で示している

図６に示されるように、防風壁６２は床面に立設され、搬送ローラ２８上の丸棒鋼１０より上方まで延びている。防風壁６２には、搬送ローラ２８の軸部２８ａが貫通する孔６４が形成されている。この孔６４は上記軸部２８ａの直径よりわずかに大きい直径を有している。この孔６４には、上記軸部２８ａ回りを気密にシールするシール部材（図示しない）が装着されるのが好ましい。防風壁６２の内面は搬送ローラ２８の搬送部２８ｂの側端部に近接している。かかる構成の防風壁６２では、その内側への外気の進入路がほとんど存在しない。この防風壁６２は、側方からの外気の巻き込みを効果的に阻止することができる。

なお、上記「床面」とは、装置６０が設置されている床面のみならず、装置６０の搬送機２２の下面を覆う基板が存在すればその基板をも含んでいる。要するに、防風壁６２が、搬送ローラ２８上の丸棒鋼１０より下方に外気の進入路が形成されないように立設されていることを意味している。丸棒鋼１０より上方では、上昇気流が生じているため、外気が側方から進入して流下するおそれはない。

本実施形態では、防風壁６２が搬送機２２の両側方に設けられているが、かかる構成には限定されない。例えば、一方及び他方のうち、著しい外気流入が検出されたり予測される側にのみ設けてもよい。本実施形態では、防風壁６２が炉体３２から独立したものとして形成されている。しかし、炉体３２の側壁３８が下流方向に延長されることによって防風壁６２が形成されてもよい。または、側壁３８と低壁３６とが下流方向に延長されることによって防風壁６２が形成されてもよい。

防風壁６２は、断熱効果の高い材料から形成されるのが好ましい。例えば、セラミックファイバからなるブロック体、ボード等が好ましい。特にセラミックファイバブロックが好ましい。金属板にセラミックファイバブロックを貼設したものを用いてもよい。

以上説明された装置は、焼入れのみならず、焼戻し等の他の熱処理にも用いられうる。この装置は、種々の金属材料からなる丸棒材の熱処理に用いられうる。

１０・・・丸棒鋼
２０・・・連続加熱冷却装置
２２・・・搬送機
２４・・・加熱炉
２６・・・冷却装置
２８・・・搬送ローラ
３０・・・溝
３２・・・炉体
４０・・・出口
４２・・・入口
４４・・・冷却器
４６・・・外筒
４８・・・内筒
５０・・・ノズル
６０・・・連続加熱冷却装置
６２・・・防風壁
６４・・・孔

Claims (5)

1. 複数の丸棒材を並列させて搬送するための搬送機と、これら丸棒材が通過する炉体を有する加熱炉と、この加熱炉の下流に位置する冷却装置とを備えており、
   上記搬送機が、並列された多数の搬送ローラを備えており、
   それぞれの搬送ローラが、丸棒材の進行方向と直交する方向に対して傾斜しており、
   上記炉体の出口が、搬送ローラの軸方向と平行な形状を有しており、
   上記冷却装置が、上記炉体の出口と平行に配置されており、上記炉体の入口が、上記出口と平行な形状を有する連続加熱冷却装置。
2. 上記炉体の出口と上記冷却装置との間の、上記搬送機の側方に、外気の流入を防止するための防風壁が立設されている請求項１に記載の装置。
3. 上記防風壁が、床面から搬送ローラ上の丸棒材より上方にまで延びている請求項２に記載の装置。
4. 上記防風壁が、セラミックファイバからなるブロック体を有している請求項２又は３のうちのいずれかに記載の装置。
5. 並列して搬送される複数の丸棒材を連続加熱冷却する方法であって、
   炉体の出口が丸棒材の進行方向と直交する方向に対して傾斜した加熱炉を、上記複数の丸棒材が通過して、この丸棒材が加熱される工程、
   及び、
   これら丸棒材が上記炉体の出口と平行に配置されている冷却装置を通過して、この丸棒材が冷却される工程
   を含んでおり、
   上記炉体の入口が、上記出口と平行な形状を有する、丸棒材の連続加熱冷却方法。

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