JP6491216B2 - 対流加熱及び放射加熱を用いた炉 - Google Patents
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Description
本発明は、温度被制御部内に配置され、温度被制御部の温度を制御することによって(被覆された)基体の温度を制御する、数個の温度制御要素を備えた炉、特に連続炉に関する。さらに、本発明は、炉によって基体を焼き戻す方法に関する。
[発明の背景]
大容量の炉を提供するためには、トンネル炉や連続炉が使用される。連続炉とは連続的に処理を行う炉であり、この炉において、加熱される材料、例えば金属材料は入口で炉内に供給され、炉の加熱部を通過して、最終的に出口を抜けて取り出される。
[発明の目的及び概要]
本発明の目的は、材料の温度の制御をより効率的で正確に行う炉を提供することである。
本発明の第1の態様によれば、少なくとも1つの基体の温度を制御する炉、特に連続炉が提示されている。炉はハウジングと温度制御要素とを備えている。ハウジングは取入口と取出口とを備えていて、取入口と取出口との間には温度被制御部が形成されている。少なくとも1つの基体を担持する担持要素は、取入口を通って温度被制御部内に入り、温度被制御部から取出口へと通過する搬送方向に沿って可動である。温度制御要素は温度被制御部に熱的に結合されていて、温度被制御部の温度を制御する、すなわち放熱や吸収によって制御する。温度被制御部はガス注入口を備えてして、ガス注入口を通って、ガスが、温度被制御部の温度を制御するために吹き込み可能である、つまり対流によって制御可能である。
担持要素はハウジングを通過するように可動である。担持要素は、基体が載置されている担持部を備えている。担持要素は例えば矩形、円形、及び/または杯状の形状であってもよい。担持要素はセラミック材料等の耐高温材料でできていてもよい。担持要素は、頑強で非可撓、かつ非弾性の変形可能な材料でできている。さらに、担持要素は平坦な底部を備えていてもよく、この底部によって担持要素はハウジングの底部上に接触している。例えば、底部は、担持要素が底部に沿って摺動するように担持要素の底部とハウジングの底部との間の摩擦を小さくするために、粗さが小さく形成されている。別の実施形態では、担持要素は、担持要素とハウジングの底部との間の摩擦を小さくするために、自身の底部にローラを備えていてもよい。
従来用いていた方法では、連続炉は対流加熱を用いており、この場合、温度を正確に調節するには、ガスを高質量流量で温度被制御部内に供給しなければならない。よって、大量のガスを加熱しなければならないので、効率が低下してしまう。
別の実施形態によれば、取入口と取出口のうちの少なくとも1つは、バリアガスが、温度被制御部の周囲環境から、及び特に温度被制御部の上流側または下流側に配置された隣接する温度被制御部から、温度被制御部を分離するために、ガスによる障壁を生成するように注入可能である別のガス注入口を備えている。
担持要素の底部は、例えば穴からなるパターンや例えば網目や格子等の流路を、ガスが担持要素の底部を貫通して流れることによって、基体を対流によって加熱できるように備えていてもよい。さらに、ガスは、基体が底部の上方に浮遊できるように、担持要素の底部を貫通して流れる。
上述したように、実施形態によれば、力伝達要素は、駆動力が力伝達要素から担持要素に伝達可能な(直進)押出力であるように、担持要素に連結されている。
別の実施形態によれば、複数の力伝達要素を使用してもよい。例えば、担持要素に引張力を伝達する力伝達要素もあれば、担持要素に押出力を伝達する別の力伝達要素もある。
別の実施形態によれば、ハウジングは、別の取出口と別の温度被制御部とを備えており、別の温度被制御部は、取出口と別の取出口との間に搬送方向に沿って形成されている。よって、上述したように、ハウジングは、それぞれの取出口によって隔てられている複数の温度被制御部を備えていてもよい。各温度被制御部は、対応する温度被制御部内にある担持要素構造の、それぞれに配置された縁部によって、互いから分離されていてもよい。
各図の実例は概略的に示されている。互いに異なる各図において、同様あるいは同一の要素には同じ参照符号が与えられている。
ガス注入口108は底部112内に形成されている。ガス110は、例えば、所定の温度を有する、周囲環境からの空気である。また、ガス110は、例えば所定の温度を有する不活性ガス、例えば窒素であってもよい。例えば、送風機等の圧縮器によって、ガス110が温度被制御部105内のガス注入口108を介して注入可能になるように、ガス110に所望の圧力を加えてもよい。
さらに、図1に示されているように、ガス110は、基体102が底部112から浮揚可能になるように、底部112から基体102に向かって流動可能である。具体的には、ガス注入口108をハウジング100内部、特に底部112に、注入したガス110によって生じた揚力が基体102において基体102の重力に逆らって作用するようにして配置することによって、基体102が持ち上げられて浮揚する。よって、基体102は、ハウジング100と部分的にも全く接触していない状態が可能になる。したがって、ハウジング100の壁面や後述の担持要素120等の基体102の保持構造にぶつかったために生じた、基体102の機械的欠陥(及び例えば不均一な加熱/冷却)を低減することができる。
温度被制御部105は、温度被制御部105からガス110を排出するガス排出口109を備えている。
これにより、担持要素120は、ハウジング100、特に温度被制御部105を適切に分離することが可能になる。その理由は、担持要素120の凹部123が温度被制御部105内に位置している場合、第1縁部121と第2縁部122は対応する取入口103と取出口104にそれぞれ位置しているからである。第1縁部121が取入口103内に、第2縁部122が取出口104内にそれぞれ位置している場合、第1縁部121,第2縁部122とそれぞれに対応する取入口103,取出口104との間の寸法及び隙間が小さくなるので、ガス110が温度被制御部105から周囲環境へと流れ得る流量が低減する。
図2は、複数の温度被制御部105,114を有するハウジング100を示したものである。各温度被制御部105,114は搬送方向101に沿って順次配置されていてもよく、この方向で、基体102がハウジング100内を通過するように搬送可能である。各温度被制御部105,114は、それぞれの取入口103及び取出口104,113を備えている。さらに、各温度被制御部105,114は所望の温度を有していてもよく、これにより、基体102または複数の追加基体102を、各温度被制御部105,114内で所望の温度で加熱または冷却してもよい。例えば、搬送方向101に沿って、第1温度被制御部105は予熱区間であってもよく、後続の別の温度被制御部114は加熱部であってもよく、この場合例えば基体102の最高温度に到達する。そして、後続の温度被制御部(図2には図示せず)は冷却区間であってもよく、この場合加熱された基体102を所望の温度勾配(時間当たりの温度、例えばT/s)で冷却してもよい。
ハウジング100は別の取出口113と別の温度被制御部114を備えており、別の温度被制御部114は取出口104と別の取出口113との間に形成されている。別の担持要素構造は、別の担持要素構造の別の第1端が取出口104内に、別の担持要素構造の別の第2端が別の取出口113内にそれぞれ位置するように、ハウジング100内に形成されており、かつ配置可能である。
100 ハウジング、101 搬送方向、102 基体、103 取入口、104 取出口、105 温度被制御部、106 温度制御要素、107 別の温度制御要素、108 ガス注入口、109 ガス排出口、110 ガス、111 別のガス注入口、112 底部、113 別の取出口、114 別の温度被制御部、115 供給部、116 遮断部、117 ゲート部、118 バリアガス、120 担持要素、121 第1縁部、122 第2縁部、123 凹部、124 担持底部、130 力伝達要素、140 別の担持要素、150 駆動装置
Claims (22)
- 少なくとも1つの基体(102)の温度を制御する炉であって、
取入口(103)と取出口(104)とを備えたハウジング(100)であって、前記取入口(103)と前記取出口(104)との間には温度被制御部(105)が形成されている、ハウジング(100)と、
前記少なくとも1つの基体(102)を担持する担持要素(120)であって、前記取入口(103)を通って前記温度被制御部(105)内に入り、前記温度被制御部(105)から前記取出口(104)へと通過する搬送方向(101)に沿って可動である、担持要素(120)と、
前記温度被制御部(105)に熱的に結合されていて、前記温度被制御部(105)の温度を制御する温度制御要素(106)と、を備え、
前記温度被制御部(105)が、当該温度被制御部(105)の温度を制御するためにガス(110)を吹き込み可能であるガス注入口(108)を備えていて、
前記炉は、前記温度被制御部(105)内に配置され、前記温度被制御部(105)の温度を制御する別の温度制御要素(107)をさらに備えており、
前記別の温度制御要素(107)は、前記温度制御要素(106)に対して、前記基体(102)を前記搬送方向(101)に沿って前記取入口(103)と前記取出口(104)との間を移動させている時に、前記基体(102)が前記温度制御要素(106)と前記別の温度制御要素(107)との間にある領域を通過するようにして配置されていて、
前記担持要素(120)は、前記基体(102)が配置可能な担持底部(124)を備えていて、
前記担持底部(124)は、中を通る前記ガス(110)が前記基体(102)に向かって流動可能な流路を備えている炉。 - 前記温度制御要素(106)は、前記温度被制御部(105)内に、前記温度制御要素(106)の温度を制御して、前記基体(102)に熱を対流で運ぶかまたは前記基体(102)から熱を逃がすために、前記ガス(110)が前記温度制御要素(106)に向かって、または前記温度制御要素(106)内を貫通して流動可能であるように配置されている、請求項1に記載の炉。
- 前記ガス注入口(108)は、前記ガス(110)が、前記基体(102)が浮揚可能になるように、前記基体(102)に向かって流動可能であるようにして形成されている、請求項1または2に記載の炉。
- 前記ガス注入口(108)は、前記ガス(110)が、前記搬送方向(101)に対して並行または垂直な成分を備えた気流方向で、前記基体(102)に向かって吹き込み可能であるようにして、前記温度被制御部(105)内に配置されている、請求項1から3のいずれか1項に記載の炉。
- 前記温度被制御部(105)は、前記温度被制御部(105)から前記ガス(110)を排出するガス排出口(109)を備えている、請求項1から4のいずれか1項に記載の炉。
- 前記取入口(103)と前記取出口(104)のうちの少なくとも1つは、バリアガス(118)が、前記温度被制御部(105)の周囲環境から、または前記温度被制御部(105)に隣接する部から前記温度被制御部(105)を分離するために、ガスによる障壁を生成するように注入可能である、別のガス注入口(111)を備えている、請求項1から5のいずれか1項に記載の炉。
- 前記担持要素(120)に、前記担持要素(120)に駆動力を伝達して、前記担持要素(120)を前記搬送方向(101)に沿って駆動するように連結されている、力伝達要素(130)をさらに備えていて、
前記力伝達要素(130)は前記搬送方向(101)に沿って可動である、請求項1から6のいずれか1項に記載の炉。 - 前記力伝達要素(130)は、別の基体(102)を担持する別の担持要素(140)である、請求項7に記載の炉。
- 前記力伝達要素(130)は、前記駆動力が前記力伝達要素(130)から前記担持要素(120)に伝達可能な押出力であるように、前記担持要素(120)に連結されている、請求項7または8に記載の炉。
- 前記力伝達要素(130)は、前記駆動力が前記力伝達要素(130)から前記担持要素(120)に伝達可能な引張力であるように、前記担持要素(120)に連結されている、請求項7から9のいずれか1項に記載の炉。
- 前記力伝達要素(130)は、形状はめ接続によって、前記担持要素(120)に連結されている、請求項7から10のいずれか1項に記載の炉。
- 前記ハウジング(100)の外部に配置されている駆動装置(150)をさらに備えていて、
前記力伝達要素(130)は、前記駆動力が前記駆動装置(150)から前記力伝達要素(130)を介して前記担持要素(120)に伝達されるように、前記駆動装置(150)に連結されている、請求項7から11のいずれか1項に記載の炉。 - 前記ハウジング(100)は、前記担持要素(120)を、前記ハウジング内を通るように案内する案内システムを備えていて、
前記担持要素(120)は、前記担持要素(120)が前記搬送方向(101)に沿って案内可能であるように、前記案内システムに連結されている、請求項1から12のいずれか1項に記載の炉。 - 前記基体(102)を担持する前記担持要素(120)を少なくとも備えた担持要素構造であって、第1端と第2端とを備えた、担持要素構造をさらに備え、
前記担持要素構造は、前記第1端が前記取入口(103)内に、前記第2端が前記取出口(104)内にそれぞれ位置しているように、前記ハウジング(100)内に形成されており、かつ配置可能である、請求項1から13のいずれか1項に記載の炉。 - 前記少なくとも1つの担持要素(120)は、第1縁部(121)と、第2縁部(122)と、内部に前記基体(102)が担持可能な凹部(123)とを備えていて、
前記凹部(123)は、前記搬送方向(101)に沿って前記第1縁部(121)と前記第2縁部(122)との間に形成されており、
前記第1縁部は前記担持要素構造の前記第1端を構成している、請求項14に記載の炉。 - 前記第2縁部(122)は前記担持要素構造の前記第2端を構成している、請求項15に記載の炉。
- 前記担持要素構造は、別の基体(102)を担持する別の担持要素(140)を備えていて、
前記別の担持要素(140)は、別の第1縁部と、別の第2縁部と、内部に前記別の基体(102)が担持可能な別の凹部とを備えており、
前記別の第2縁部は前記担持要素構造の前記第2端を構成している、請求項15に記載の炉。 - 前記ハウジング(100)は別の取出口(113)と別の温度被制御部(114)とを備えていて、
前記別の温度被制御部(114)は、前記取出口(104)と前記別の取出口(113)との間に形成されている、請求項1から17のいずれか1項に記載の炉。 - 別の基体(102)を担持する別の担持要素(140)を少なくとも1つ備えた別の担持要素構造をさらに備えていて、
前記別の担持要素構造は別の第1端と別の第2端とを備えており、
前記別の担持要素構造は、前記別の第1端が前記取出口(104)内に、前記別の第2端が前記別の取出口(113)内にそれぞれ位置しているように、前記ハウジング(100)内に形成されており、かつ配置可能である、請求項18に記載の炉。 - 炉によって少なくとも1つの基体(102)の温度を制御する方法であって、前記炉は、
取入口(103)と取出口(104)とを備えたハウジング(100)であって、前記取入口(103)と前記取出口(104)との間には温度被制御部(105)が形成されている、ハウジング(100)と、
前記少なくとも1つの基体(102)を担持する担持要素(120)であって、前記取入口(103)を通って前記温度被制御部(105)内に入り、前記温度被制御部(105)から前記取出口(104)へと通過する搬送方向(101)に沿って可動である、担持要素(120)と、
前記温度被制御部(105)に熱的に結合されていて、前記温度被制御部(105)の温度を制御する温度制御要素(106)と、を備え、
前記温度被制御部(105)が、当該温度被制御部(105)の温度を制御するためにガス(110)を吹き込み可能であるガス注入口(108)を備えていて、
前記炉は、前記温度被制御部(105)内に配置され、前記温度被制御部(105)の温度を制御する別の温度制御要素(107)をさらに備えており、
前記別の温度制御要素(107)は、前記温度制御要素(106)に対して、前記基体(102)を前記搬送方向(101)に沿って前記取入口(103)と前記取出口(104)との間を移動させている時に、前記基体(102)が前記温度制御要素(106)と前記別の温度制御要素(107)との間にある領域を通過するようにして配置されていて
前記担持要素(120)は、前記基体(102)が配置可能な担持底部(124)を備えていて、
前記担持底部(124)は、中を通る前記ガス(110)が前記基体(102)に向かって流動可能な流路を備えており、
前記方法は、
前記少なくとも1つの基体(102)を担持する前記担持要素(120)を、前記取入口(103)を通って前記温度被制御部(105)内に入り、前記温度被制御部(105)から前記取出口(104)へと通過する前記搬送方向(101)に沿って移動させるステップと、
前記温度被制御部(105)に熱的に結合されている前記温度制御要素(106)によって、前記温度被制御部(105)の温度を制御するステップと、
前記温度被制御部(105)の温度を制御する前記ガス(110)を、前記ガス注入口(108)を通って前記温度被制御部(105)内へと吹き込むステップとを含む、方法。 - 前記炉は、連続炉である、請求項1〜19のいずれか1項に記載の炉。
- 前記形状はめ接続は、蟻継ぎ接続である、請求項11に記載の炉。
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