JP5956635B1

JP5956635B1 - 加熱装置

Info

Publication number: JP5956635B1
Application number: JP2015056115A
Authority: JP
Inventors: 友道宮▲崎▼
Original assignee: 株式会社ワイエイシイデンコー
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: JP2016176627A

Abstract

【課題】炉口フレーム部材のたわみを防止する。【解決手段】被加熱物を加熱する加熱装置であって、上記被加熱物を加熱するヒータと、上記被加熱物を支持する支持部材と、上記被加熱物の搬入及び搬出の少なくとも一方がなされる炉口の少なくとも一部を構成するとともに、上記支持部材及びヒータの少なくとも一方を支持する炉口フレーム部材と、を備え、上記炉口フレーム部材は、冷却流体の流通により、炉口フレーム部材の上部よりも下部のほうが温度が低くなるように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば焼入が施される鋼板をワークとして、焼入温度まで加熱する処理等を行うのに適した加熱装置に関するものである。

最近、自動車等の車両の軽量化を図るために、車両の各部に用いる鋼板として高炭素鋼からなる薄鋼板を用いて、該薄鋼板に熱間プレスを施すことにより強度を確保することが行われるようになっている。素材鋼板に熱間プレスを施す際には、素材鋼板を８５０℃ないし９５０℃程度の焼入温度まで加熱した後、プレス加工を行うと同時に急冷して焼入を行う。

鋼板を焼入温度まで加熱する加熱装置としては、例えば、複数の加熱炉ユニットを垂直方向に積み上げてなる多段式加熱炉であって、各加熱炉ユニットは、垂直方向に断熱材を挟んで重ねられたプレート状の上部ヒーター及び下部ヒーターと、前記上部ヒーターの一方の端部上に水平方向に延びるように配置された第１の支持パイプと、前記上部ヒーターの他方の端部上に水平方向に延びるように配置された第２の支持パイプと、前記第１及び第２の支持パイプ上に架け渡された複数のワーク支持棒と、を備え、前記第１及び第２の支持パイプの中に冷却水が流れるように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−７７５６６号公報

上記のような加熱装置では、支持パイプ（炉口フレーム部材）に冷却水を流すことで熱変形の軽減を図れるとしても、ワークや、ワーク支持棒、ヒーター、ヒーター支持部材等の荷重が支持パイプにかかることによる支持パイプのたわみ自体を抑制することはできない。

本発明は、上記の点に鑑み、炉口フレーム部材のたわみを防止することが容易にできる加熱装置の提供を目的としている。

本発明は、
被加熱物を加熱する加熱装置であって、
上記被加熱物を加熱するヒータと、
上記被加熱物を支持する支持部材と、
上記被加熱物の搬入及び搬出の少なくとも一方がなされる炉口の少なくとも一部を構成するとともに、上記支持部材及びヒータの少なくとも一方を支持する炉口フレーム部材と、
を備え、
上記炉口フレーム部材は、冷却流体の流通により、炉口フレーム部材の上部よりも下部のほうが温度が低くなるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、加熱装置において、炉口フレーム部材のたわみを防止することが容易にできる。

本発明に係る加熱装置の一実施形態の外観を示した斜視図である。図１に示した加熱装置におけるシャッター１３０を省略した正面図である。図２のIII−III線に沿って断面した断面図である。

以下、図１から図３を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、高炭素鋼等からなる薄板状の素材鋼板を被加熱物である板状のワーク３００として、熱間プレス加工を施す焼入温度まで加熱する鋼板焼入用の加熱装置１００に本発明を適用する例を示す。ここで、本実施形態では、ワーク３００を搬入する側（図１の左手前側）を加熱装置１００の正面側とし、加熱済みのワーク３００を搬出する側（図１の右奥側）を加熱装置１００の背面側として説明する。

加熱装置１００は、炉体１１０を備えている。上記炉体１１０は、例えば、１辺が１００ｍｍ程度の角形鋼管が接合されて成る直方体状の枠体や断熱材（不図示）が、外装パネル１１１で覆われて成っている。炉体１１０における加熱装置１００の正面側には、加熱装置１００内にワーク３００を搬入するための複数（図示の例では７つ）の炉口１２０が上下方向に並べて形成されている。また、炉体１１０における加熱装置１００の背面側には、上記搬入用の炉口１２０にそれぞれ対応する、加熱装置１００内から加熱処理が完了したワーク３００を搬出するための炉口１２０が上下方向に並べて形成されている。上記炉口１２０は、それぞれ断面の輪郭が長方形状を呈する横長の形状に形成され、互いに対応する搬入用の炉口１２０と搬出用の炉口１２０とは同じ高さ位置に設けられている。各炉口１２０には、シャッター軸１３１回りに回動して上記炉口１２０を開閉するシャッター１３０が設けられている。

加熱装置１００の炉体１１０内には、搬入用の炉口１２０及び搬出用の炉口１２０にそれぞれ対応する複数（図示の例では７つ）の加熱室１２１が、上下方向に多段に並べた状態で形成されている。炉体１１０内には、また、各加熱室１２１の内部を上下から加熱する複数のヒータ２２２が配置されている。より詳しくは、図示の例では、炉体１１０の内側に形成された直方体状の空間の最上部及び最下部に、最上部の加熱室１２１を上方から加熱するヒータ２２２、及び最下部の加熱室１２１を下方から加熱するヒータ２２２が、それぞれの熱放射面を水平方向に沿わせた状態で配置されている。また、上記２つのヒータ２２２の間の空間を７つの加熱室１２１に仕切るように、６つのヒータ２２２がそれぞれの熱放射面を水平方向に沿わせた状態で配置されている。

上記ヒータ２２２は、平面状の熱放射面を表裏両面に有して、表裏両面から熱線を放射する電気ヒータからなっている。本実施形態で用いるヒータ２２２は、全体がパネル状を呈するように構成されて遠赤外線を放射する電気ヒータである。これらのヒータ２２２としては、発熱エレメント(発熱抵抗体)の放射面に遠赤外線放射物質をコーティングした面状のパネル型ヒータを用いることができる。このようなパネル型ヒータを用いる場合には、該ヒータ２２２を、炉口フレーム部材２１１に対して固定された、例えば耐熱性絶縁物からなるヒータブラケット２２１の上で支持することができる。また、ヒータ２２２として、発熱導体を収容する溝が形成された多数の碍子を並べて、これらの碍子の溝内に遠赤外線を放射する発熱導体（抵抗体）を通すことにより多数の碍子をフレキシブルな板状を呈するように編み上げた構造を有するラジアント型のパッドヒータを用いる場合には、該ヒータ２２２を、炉口フレーム部材２１１に対してブラケットを介するなどして固定された、セラミック等の耐熱性絶縁物からなる支持管等のヒータ支持部材の上に載せた状態でフラットに支持するようにしてもよい。

図２及び図３に示されているように、各加熱室１２１の内部には、搬入されたワーク３００を載せて支持するワーク支持装置２３０が配置されている。各ワーク支持装置２３０は、ワーク３００の搬入・搬出方向に沿って延び、相互間に間隔を隔てた状態で平行に並べて配置された、複数（図示の例では３本）のワーク支持部材２３２を備えて、上記複数のワーク支持部材２３２の上にワーク３００を載せた状態で支持するように構成されている。上記ワーク支持部材２３２は、横断面の輪郭形状が正方形、長方形、他の多角形、または円形を呈する金属製のパイプを用いて構成されていて、各加熱室１２１の下部に配置されたヒータ２２２の上方に、該ヒータ２２２との間に隙間を保持した状態で配置され、その両端が炉口フレーム部材２１１に支持部材ブラケット２３１を介して固定されている。なお、ワーク支持部材２３２としては、上記のような金属製のパイプ等の上部に複数の柱状（ピン状）部材が適当間隔で設けられて、ワーク３００との接触面積が小さくなるようにしたものが用いられるなどしてもよい。

上記炉口フレーム部材２１１は、図２に示すように、フレーム部材ブラケット２１２に支持されて炉体１１０に取り付けられている。より詳しくは、上記炉口フレーム部材２１１には、フレーム部材ブラケット２１２と当接する部分に炉口フレーム部材２１１の長手方向の長孔が形成され、炉口フレーム部材２１１とフレーム部材ブラケット２１２とが、段付ボルト、またはスペーサに挿通されたボルトによって結合されるとともに、炉口フレーム部材２１１の長さが、炉体１１０の側壁との間にわずかな隙間が形成される程度に設定されることにより、炉口フレーム部材２１１の端部が左右方向にスライド可能になっている。これにより、炉口フレーム部材２１１の長さが温度変動に応じて容易に伸縮し得るようになっている。なお、炉口フレーム部材２１１の支持方法は特に限定されず、両端または一端を強固に固定するなどしてもよいが、上記のようにスライド可能に支持される場合には、炉口フレーム部材２１１の熱膨張による圧縮応力の低減等を容易にできる。

炉口フレーム部材２１１は、断面の輪郭が長方形の角筒状に形成されている。炉口フレーム部材２１１の内部には、下壁の上面（内面）に接するように例えば金属製の２本の冷却管２１３が配設されている。上記冷却管２１３は、炉口フレーム部材２１１内に固定されるとともに、炉体１１０の側壁を貫通して側方に突出し（図１、図２）、図示しない冷却水の循環回路に接続されるようになっている。ここで、複数の炉口フレーム部材２１１のうち、最上部と最下部の炉口フレーム部材２１１’は、両端部以外の部分を直接またはブラケット等を介して間接的に炉体１１０に固定して変形を抑制することが容易にできるので、必ずしも冷却管２１３を設けなくてもよい。なお、炉口フレーム部材２１１の上壁や他の一部または全周が、例えばファイバー状やシート状のセラミック等の断熱材で覆われるなどしてもよい。これによって、炉口フレーム部材２１１の変形をより小さく抑えることが容易にできる。

上記のように構成された加熱装置１００は、熱間プレス加工を行うプレス加工機の直前に配置されて、プレス加工を施す一連の素材鋼板をワーク３００として加熱室１２１内で加熱する。ワーク３００を加熱する際には、搬入用の炉口１２０のシャッター１３０を所定の順序で順次開いて、搬送装置（図示せず。）のフォークの上に載せて保持したワーク３００を、開かれた炉口１２０から図３の矢印Ａ方向に加熱室１２１内に搬入し、ワーク支持装置２３０のワーク支持部材２３２の上に載せる。加熱室１２１内にワークを搬入した後、シャッター１３０を閉じた状態を所定時間維持することにより加熱室１２１内に搬入されたワーク３００を加熱する。

一連の加熱室１２１内へのワーク３００の搬入は時間をずらして行われ、一連の加熱室１２１内でのワーク３００の加熱は一定時間ずつずれたタイミングで完了する。各加熱室１２１内にワーク３００を搬入した後、ワークの加熱が完了した何れかの加熱室１２１に対して設けられた搬出用の炉口１２０のシャッター１３０を開いて、開かれた炉口１２０から搬送装置のフォークを加熱室１２１内に挿入し、加熱が完了したワーク３００をワーク支持装置２３０から持ち上げて、該ワーク３００を加熱室１２１から図３の矢印Ｂ方向に搬出する。搬出されたワークは次工程の加工機に搬送される。

ここで、上記のように冷却管２１３が炉口フレーム部材２１１の下壁に接するように設けられていることによって、炉内の温度が例えば９００℃程度の高温状態のときに、炉口フレーム部材２１１の下壁の温度は上壁の温度よりも低くなる。そこで、炉口フレーム部材２１１は、上方に凸に湾曲する方向の力が作用するので、ワーク支持部材２３２及びワーク３００や、ヒータ２２２（及びヒータ支持部材等）の荷重の影響が軽減または相殺され、炉口フレーム部材２１１の熱変形やクリープ現象による変形が防止される。具体的には、例えば、１０００℃で１００時間加熱した際のひずみを±２ｍｍ以内に抑えることができる。それ故、搬送装置によってワーク３００が取り出される際に搬送装置のフォークとワーク３００とが接触して搬送不良を生じるリスクが低減される。また、シャッター１３０の下端部と炉口フレーム部材２１１及び外装パネル１１１との例えば１５ｍｍ程度のオーバラップ代以上に炉口フレーム部材２１１及び外装パネル１１１の中央部付近が下方に落ち込むよう変形して隙間が生じることによる温度（温度精度）の低下が防止される。上記のような炉口フレーム部材２１１の変形を防止する効果は、炉口フレーム部材２１１の両端をスライド可能に支持することによって炉口フレーム部材２１１のたわみが大きくなりがちな場合には、特に有効である。

しかも、上記のように炉口フレーム部材２１１内に冷却管２１３を設ける場合には、さらに、冷却水を炉口フレーム部材２１１内全体に流さず、冷却管２１３を用いて最小限の流量を必要な部分だけに流すことによって、冷却に必要な水量を低減することもできる。また、変形する炉口フレーム部材２１１と冷却機能を有する冷却管２１３とを分離することによって、冷却管２１３が破損して漏水するリスクを低減することも容易にできる。

なお、上記の例では、２本の冷却管２１３が炉口フレーム部材２１１の下壁だけに接するように配設される例を示したが、炉口フレーム部材２１１の下壁の温度が上壁の温度よりも低くなるように冷却程度を異ならせるためには、例えば上壁に接する所定本数の冷却管２１３を設けるとともに、それよりも多くの及び／又は大径（内径）の冷却管２１３を下壁に接するように設けるなどしてもよい。また、上壁に接する冷却管２１３に流れる冷却水の流量よりも下壁に接する冷却管２１３に流れる冷却水の流量を大きくしたり、上壁に接する冷却管２１３に流れる冷却水の温度よりも下壁に接する冷却管２１３に流れる冷却水の温度が低くなるようにするなどしてもよい。上記のように冷却水の温度に差を持たせるためには、例えば冷却水が炉口フレーム部材２１１の下壁に接する冷却管２１３に流れた後に、上壁に接する冷却管２１３に流れるようにしてもよい。また、冷却管２１３の配置を下壁側に偏らせて配置するなどしてもよい。また、これらを種々組み合わせてもよい。

また、上記のように冷却管２１３に冷却水を流す場合には冷却水の漏出を防止することが容易にできるが、これに限らず、例えば炉口フレーム部材２１１の内部に冷却水を流すとともに、その冷却水の流路を上下に分ける仕切を設け、上側の流路と下側の流路とで、冷却水の流路断面積を異ならせるなどして、上記のように流量や温度等を異ならせるようにしてもよく、これによっても、炉口フレーム部材２１１の変形を抑制する効果は得られる。

また、上記の例では、ワーク３００の搬入用の炉口１２０と搬出用の炉口１２０とが設けられる例を示したが、搬入用と搬出用とは特に固定的に区別しなくてもよく、例えば１つの炉口１２０から搬入、及び搬出が行われるなどしてもよい。

また、冷却管２１３には、冷却水に限らず種々の冷却液や冷却気体などの冷却流体を流すようにしてもよい。

また、冷却管２１３としては、円筒形状のパイプに限らず、角パイプや扁平パイプなどが用いられてもよい。また、必要な冷却能力が得られれば、必ずしも金属製でなくてもよい。

また、上記の実施形態では、加熱室１２１内を加熱するヒータ２２２として遠赤外線ヒータを用いたが、他のヒータを用いる場合にも本発明を適用することができる。

また、上記の実施形態では、７つの加熱室１２１を有する鋼板焼入用の加熱装置１００に本発明を適用したが、他の数の加熱室１２１を有する鋼板焼入用の加熱装置にも本発明を適用することができる。

また、上記の説明では、熱間プレス加工を施す高炭素鋼板をワークとして加熱するとしたが、他の鋼板を焼入温度まで加熱する処理や、その他の加熱を行う加熱装置にも本発明を適用することができるのはもちろんである。

１００加熱装置
１１０炉体
１１１外装パネル
１２０炉口
１２１加熱室
１３０シャッター
１３１シャッター軸
２１１炉口フレーム部材
２１１’ 炉口フレーム部材
２１２フレーム部材ブラケット
２１３冷却管
２２１ヒータブラケット
２２２ヒータ
２３０ワーク支持装置
２３１支持部材ブラケット
２３２ワーク支持部材
３００ワーク

Claims

被加熱物を加熱する加熱装置であって、
上記被加熱物を加熱するヒータと、
上記被加熱物を支持する支持部材と、
上記被加熱物の搬入及び搬出の少なくとも一方がなされる炉口の少なくとも一部を構成するとともに、上記支持部材及びヒータの少なくとも一方を支持するパイプ形状の炉口フレーム部材と、
を備え、
上記炉口フレーム部材は、冷却流体の流通により、炉口フレーム部材の上部よりも下部のほうが温度が低くなるように構成されていることを特徴とする加熱装置。
請求項１の加熱装置であって、
上記炉口フレーム部材の内部に冷却管を備え、上記冷却管内に冷却流体が流通されるように構成されていることを特徴とする加熱装置。
請求項２の加熱装置であって、
上記冷却管が、上記炉口フレーム部材の下壁のみに接するように設けられること、
上記炉口フレーム部材の上壁に接する冷却管よりも下壁に接する冷却管の方が本数が多くなるように設けられること、
上記炉口フレーム部材の上壁に接する冷却管よりも下壁に接する冷却管の方が内径が大きくなるように設けられること、
上記炉口フレーム部材の上壁に接する冷却管よりも下壁に接する冷却管の方が冷却流体の流量が大きくなるように設けられること、
上記炉口フレーム部材の上壁に接する冷却管よりも下壁に接する冷却管の方が冷却流体の温度が低くなるように設けられること、及び
上記冷却管が、上記炉口フレーム部材の上壁よりも下壁側に偏らせて設けられること、
のうちの少なくとも何れかであることを特徴とする加熱装置。
請求項１から請求項３の何れか１項の加熱装置であって、
上記炉口フレーム部材の少なくとも一部が断熱材で覆われていることを特徴とする加熱装置。