JPH0372036A - 線材類の流動層熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は線材類の流動層熱処理炉に関するものである。

〔従来の技術及びその技術的課題〕

ワイヤロープ、スチールコード、ＰＣ鋼線などで代表さ
れる硬鋼線やピアノ線は、熱間圧延された線材をダイス
やロールで冷間加工（伸線加工）されて製品となる。こ
れらの製品は高度の機械的特性と疲労特性が要求される
ため、材質の成分組成はもとより、熱処理と冷間加工方
法が重要なポイントとなる。伸線は通常の場合何回にも
分けて行われ、加工度が増えるとともに抗張力と硬度が
増すため、伸線に当たってはパテンティングという熱処
理が行われる。

このパテンティングとりわけストランド形パテンティン
グに用いる加熱手段として、加熱後で直接通過線を加熱
する直火炉や、マツフル中を通過する線材をマツフル外
側から加熱する間接加熱炉が従来汎用されているが、加
熱効率や経済性等の面から、アルミナ、ジルコン砂、炭
化珪素、珪素鉄などの流動粉粒体を用い、この層内に線
材を通過させる流動層加熱炉が最近多く使用されている
。

この流動層加熱炉としては、従来法のような形式のもの
が知られている。

■第６図（ａ）のように、固体粒子ａを多孔構造の整流
部材すの上のレトルト内に配し、整流部材下方のチャン
バＣに導入した送風空気を整流部材すから噴出させて固
体粒子ａを流動化させ、炉両側壁部に設けた加熱源ｄか
ら固体粒子ａに間接的に熱を加えて流動層を所定の温度
に加熱するもの（間接加熱方式）。

■第６図（ｂ）のように、チャンバＣをガス燃焼室とし
、ここにバーナｄでガスを燃焼させ、高温燃焼ガスを整
流部材すから噴出させて固体粒子ａの流動化と加熱を得
るようにしたもの（下部加熱方式） ■第６図（Ｃ）のように、チャンバＣに空気を送給して
固体粒子を流動化するとともに、整流部材すの直上にガ
ス散布管ｅを横架して加熱ガスを流動Ｎｆに供給し、流
動ｍｆの内部で加熱ガスと空気とを混合して燃焼させる
加熱するようにしたもの（流動層内部加熱方式） ■第６図（ｄ）のように、チャンバＣに空気を送給して
固体粒子を流動化するとともに、炉体に取付けたバーナ
ｄにより流動層ｆに直接燃焼ガスをぶつけて加熱するよ
うにしたもの（流動層上部直接加熱方式） ■第６図（ｅ）のように、整流部材すの直上に燃焼筒ｇ
を配置し、これの炉外端部にバーナｄを取付けて加熱用
ガスと空気との混合物を燃焼筒ｇ内で燃焼させるととも
にバーナ下流側に流動用空気を送給して流動用空気を稀
釈混合させ、流動と加熱を得るようにしたもの（流動層
内部燃焼稀釈エアガス加熱方式） しかしながら、これら先行技術においては、固定粒子ａ
の流動を維持するための整流部材すが流動層温度に絶え
ず曝される。このため、赤熱範囲を超える温度域で使用
した場合、整流部材を構成するノズル、穴あきプレート
、織布、穴あき燃焼筒などの寿命が短く、かつまた酸化
や酸化物などより目詰りを引き起こしやすい。従って、
加熱温度が実際上、最高７００℃に制約され、それ以上
の高温加熱を行うことが困難となり、加熱時間が長くな
る問題が生じていた。また、煩雑な保守点検を必要とす
るため、ランニングコストが高くなると共に、休止時間
が長くなる問題があった。さらに、前記目詰り等により
固体粒子の動きが変動しやすいため、低温から高温まで
の流動層形状を安定して得ることが難しく、高品質の熱
処理を行えないという問題があった。さらに炉幅方向で
流動層全体が加熱されるため、単位時間当たりの処理量
に応じた流動化条件の形成と、効率の良い流動加熱を行
えないという問題があった。

本発明は前記のような問題点を解消するために創案され
たもので、その目的とするところは、積熱温度範囲を超
える領域で連続して安定的な流動層形状を得ることがで
き、高品質の熱処理が可能な線材類の流動層熱処理炉を
提供することにある。

また本発明の目的とするところは、低温はもとより、１
０００℃を超える高温熱処理でも高寿命であり、整流手
段の目詰りやこれに起因する保守点検等の煩雑な作業を
省略することができる線材類の流動層熱処理炉を提供す
ることにある。

さらに本発明の目的とするところは、単位時間当たりの
処理量に応じた流動化条件の形成と、効率の良い流動加
熱を行える線材類の流動層熱処理炉を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、固体粒子を収容しこ
れを加熱しかつ気体により流動させながら線材を通過さ
せることにより熱処理を行う炉において、整流装置ない
し整流板上に直接流動層を形成するのでなく、固体粒子
による熱的縁ｉ！Ｉｙ３を介して流動層を設けたもので
ある。

すなわち、炉体の下部に２つの仕切り壁を介して主流動
用気体室と流動兼加熱用気体室を上下に区画形成し、上
位の仕切り壁上に粒体を充填するとともに、２つの仕切
り壁に、基端が主流動用気体室に通じ先端の噴出孔が前
記粒体層さレベルの所要レベルに達する複数の分配ノズ
ルと、基端が流動兼加熱用気体室に通じ先端の噴出孔が
前記分配ノズルよりも低レベルで止まる複数の分配ノズ
ルを配設し、前記両分配ノズルの噴出孔のレベル差によ
り粒体層を固定層と流動層に画成することを特徴とする
ものである。

前記構造は炉体全体に一様に設けられていてもよいが、
より好適には、炉内を炉底から線材パスラインの下に到
る高さの隔壁により複数のブロックに区画し、各ブロッ
ク毎に主流動用気体室と流動兼加熱用気体室を設けると
ともに、２種の分配ノズルを配設する。

〔作　　用〕

主流動用気体室に空気を、また流動兼加熱用気体室に可
燃性ガスかこれと空気との混合ガスをそれぞれ供給する
。

主流動用気体室に供給された空気は各分配ノズルを通り
、粒体層の高さレベル中はどに開孔する噴出孔から噴出
され、これにより粒体層は流動する。また、流動兼加熱
用気体室に供給された可燃性気体も別の各分配ノズルを
通り、噴出孔から粒体層中に噴出されるが、前記噴出孔
は粒体層の下層レベルに開孔しているため、この領域の
粒体層は上方から加わる層圧によりほとんど動かず、粒
子固定層となる。

可燃性気体は粒子間の間隙をぬって上昇し、高位側の各
分配ノズル噴出孔レベルより上の流動層に拡散し、これ
により流動層が更に流動化されると共に、空気と混合し
て燃焼し、流動層の粒子が加熱される。線材はこの流動
層を通過して送られることにより加熱される。

粒子固定層は、下位の分配ノズルから噴出される気体で
冷却されるとともに、上位の分配ノズルを通過する気体
により間接冷却されるため、一定の温度以上にならず、
粒子固定層の温度勾配はなだらかである。したがって、
整流装置ないし整流板としての仕切り壁が流動層温度に
さらされず、１０００℃を超えるような炉温度としても
全く問題ない。

〔実　施　例〕

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図と第２図は本発明による線材類の流動層熱処理炉
の一実施例を示している。１は炉体であり、１は耐熱金
属でボックス状に作られた炉体であり、少なくとも側壁
が耐火物１ｂで覆われており、炉長方向両端には複数の
線材Ｗを通過させるための導入口１５と導出口↓６とが
設けられており、炉体上方は煙突を有する排気フード１
７で覆われている。

２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは炉内に互いに一定間隔をおい
て立設された隔壁である。それら隔壁２ａ〜２ｄはそれ
ぞれ炉体底壁１ａから所定レベル（導入口１０と導出口
１１を結ぶパスラインより下位）に達する高さを有し、
両側縁が炉体の幅方向側壁に溶接等により気密に結合さ
れ、それにより実施例ではパスラインより下が５つのブ
ロックＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅに区画されている。

３はパスラインより下方の炉内に張設された第ｌ（上位
）仕切り壁、４は第↓仕切り壁３と炉体底壁１ａとの間
に張設された第２（下位）仕切り壁である。それら両仕
切り壁３，４は耐熱金属で作られ、それぞれ炉幅方向縁
が炉体側壁に結合され、第１ブロツクＡと第５ブロツク
Ｅの仕切り壁３゜４の炉長方向縁は炉体の側壁に、それ
以外の仕切り壁の炉長方向縁は隔’；１２ａ〜２ｄにそ
れぞれ気密に結合され、これにより各ブロックＡ−Ｅの
炉体下部域にそれぞれ主流動用気体室５ａ〜５ｅと流動
兼加熱用気体室６８〜６ｅが分割形成されている。

７は各ブロックの第１仕切り壁３から立上る多数本の分
配ノズルである。それら分配ノズル７は互いに所定の間
隔をおいて配置されている。各分配ノズル７は耐熱材料
で作られ、基端が主流動用気体室５ａ〜５ｅに連通する
一方、先端がパスラインより所要レベルだけ下の位置に
到る高さ（長さ）を有し、その先端にセラミックや耐熱
金属からなる多孔ないし格子構造の噴口部材７０が固定
されている。

８は各ブロックの第２仕切り壁４から立上る多数本の分
配ノズルであり、各分配ノズル７の間に配置されている
。それら各分配ノズル８も同様に耐熱材料からなり、基
端が流動兼加熱用気体室６ａ〜６ｅに連通する一方、先
端が第１仕切り壁３と同じレベルか、あるいはこれより
少し上のレベルに到る高さ（長さ）を有し、先端にはセ
ラミック又は耐熱金属の多孔ないし格子構造からなる噴
口部材８０が固定されている。

９は前記各主流動気体室５ａ〜５ｅにそれぞれ接続され
た供給系であり、ブロワやファンなどの空気供給手段９
２に接続されると共に、中間には第２図で１つのブロッ
クを代表的に示すように、流量調整弁を含む制御装置９
０が設けられ、これにより各ブロックＡ−Ｅの主流動用
気体室５ａ〜５ｅへの空気供給量を任意に調整し得るよ
うになっている。好ましくは、各主流動用気体室５ａ〜
５ｅには、第２図で代表して示すように計測手段９１を
設け、空気量あるいはさらに圧力や温度を検出し、制御
装置９０に信号を送るようにする。

１０は各流動兼加熱用気体室６８〜６ｅにそれぞれ接続
された加熱用気体の供給系であり、可燃性ガスライン１
０２と空気ライン１０３とを有し。

それらラインにはそれぞれ制御弁１０４，１０５が設け
られ、必要とされる流動層温度に応じて、可燃性ガスだ
け、あるいは可燃性ガスと空気の混合気体を選択的に供
給し得るようになっている。

ことに赤熱温度を超える加熱を行うときには、気体密度
は約１１５と小さくなるため、制御弁１゜５により空気
供給量を少なくすることが必要である。

そして、前記制御弁１０４，１０４よりも下流には、流
量調整弁を含む制御装置１００が設けられ、これにより
各ブロックＡ−Ｅの流動兼加熱用気体室６ａ〜６ｅへの
気体供給量を任意に調整し得るようになっている。この
場合にも制御装置１００は第２図のように計測手段１０
１からの信号で作動させることが好ましい。

１２は粒子層であり、各ブロックＡ−Ｅの第１仕切り壁
３を底としてパスライン以上の高さで装填されている。

粒子層１２はアルミナ、ジルコン砂、炭化けい素などの
固体粒子が用いられ、そして粒子層１２は運転時に分配
ノズル８から第１仕切り壁３の間に粒体固定層１２０が
、また分配ノズル７の噴口部材７０から層表面までの間
に粒体流動層１２１が形成される。

ここで、粒体流動層１２１の深さｈ工と粒体固定層１２
０の深さｈ２はｈｌ〈ｈ２とすることが好ましい。それ
はｈ工≧ｈ、では粒子固定層１２０による熱緩衝効果を
期待することができず、第１仕切り壁３の熱歪が大きく
なるからである。好適な一例を挙げると、炉長１０００
ｍ、炉幅８００ｍにおいて、ｈ１＝３００Ｗｎ、ｈ２＝
５００１！Ｉ１１である。

なお、前記粒子層１２は必ずしも全部が同じである必要
はなく、たとえば粒子固定、１９１２０となるべき領域
の固体粒子全体を粒体流動層となるべき領域のそれより
も質量（同じ材質であれば粒径が大）を大きくし、ある
いは粒子固定層１２０からなるべき固体粒子を表面では
粒子流動層と離間等とし、下層はど質量が大きくなるよ
うな多層構造としてもよい。これらの構成をとれば１分
配ノズル８からの気体の上昇がより迅速となると共に、
しっかりとした粒子固定層が得られる。

その他図面において、工３は炉体側壁に設けた点火用パ
イロットバーナ、１４は粒子層の温度を検出するための
計測手段である。なお、１５は分配ノズルから粒体が落
下したときに清掃するためのメンテナンス用プラグであ
り、主流動気体室５ａ〜５ｅ、流動兼加熱用気体室６ａ
〜６ｅに設けられる。またメンテナンス用プラグは、図
示しないが、粒体の交換等のため粒体収容ゾーンの側部
にも設けられる。

なお、炉が小型な場合等にあっては、隔壁２ａ〜２ｄを
設けなくてもよく、これも本発明に含まれることは言う
までもない。第３図ないし第５図はこの実施例を示して
いる。また、この実施例では、第１仕切り壁３と第２仕
切り壁４との間に流動兼加熱用気体室６を画成し、第２
仕切り壁４と底！！ｌａの間に主流動気体室５を画成し
ている。

したがって、主流動気体室５に基端が通じる分配ノズル
７は第１仕切り壁３を貫いて上方に伸び、流動兼加熱用
気体室６に基端が通じる分配ノズル８は第１仕切り壁３
から低い高さで止まっている。

その他は前記した実施例と同じであるため、説明は省鴫
する。

〔実施例の作用〕

第１図と第２図を例にとって使用法と作用を説明する。

本発明炉をパテンティング炉として使用する場合、線材
Ｗたとえばより線用素線は、炉体入口側の図示しないス
イットから並行状に引出され、導入口１５から粒子層す
なわち粒子流動Ｎ１２０中を通過して導出口１６へと導
かれる間に加熱され、続いてたとえば流動粉式の冷却装
置中を通過させられることで冷却され、巻取り機にコイ
ル状に巻取られる。

上記加熱工程を行う場合、本発明では各供給系９により
空気を主流動用空気室５ａ〜５ｅに連続的に送り込むと
共に、供給系１０により加熱用気体（可燃性ガス単体又
はこれと空気との混合気体）を流動兼加熱用気体室６ａ
〜６ｅに連続的に、送り込む。

こうすれば、主流動用空気室５ａ〜５ｅに供給された空
気は各分配ノズル７中を通って上昇し。

先端の噴口部材７０から粒子層１２の中間レベルに噴出
されるため、噴口部材７０より上方のレベルの粒子層は
エアレーションにより流動化して粒体流動／！Ｆ１２０
となる。また、流動兼加熱用空気室６ａ〜６ｅに供給さ
れた加熱用気体は、主流動用空気室５ａ〜５ｅを貫く各
分配ノズル８中を上昇し、先端の噴口部材８０から粒子
Ｊｉ１２の底部レベルに噴出されるが、この粒子層上２
は厚く、重力により押付けられているため、噴射圧によ
ってほとんど動かず１粒子固定Ｎ１２１となる。従って
、加熱用気体は第１ａ図のようにその粒子固定層１２１
の粒子間隙をぬって上昇し、粒体流動層１２０に拡散す
る。このため、粒体流動層１２０の流動化がさらに促進
され、また流動Ｗ１１２０中の空気と撹拌混合される。

そこでパイロット用バーナ１３で点火すれば旺盛に燃焼
し、それにより粒体流動／１ｉ１２０は加熱され、これ
を通過する線材Ｗが熱せられる。

本発明においては、第１仕切り壁３上の粒子層全部を流
動層化させるのでなく、分配ノズル７゜８の噴口レベル
に差異を設けることで第１仕切り壁３上に厚い粒体固定
層１２１を創成させている。

しかもその粒体固定層１２１は分配ノズル８から噴出す
る加熱用気体の流通により直接冷却され、また分配ノズ
ル７中を通過する空気により間接的にも冷却される。

このため、粒体固定層１２１は第１ａ図で模式的に示す
ようになだらかな温度勾配となり、第１仕切り壁３の温
度Ｔｂはある一定以上にはならず、たとえば流動層温度
Ｔ　ｔ　１０００℃においても第を仕切り壁の温度を２
００℃以下とすることができる。

しかも熱緩衝層は固体粒子から構成されているため、熱
による歪を吸収することができ、破壊する恐れは全くな
い。

従って、流動層温度を１１００℃あるいはそれ以上にし
ても第１仕切り壁３の寿命を著しく延命することが可能
となり、同時に線材加熱時間を従来の最高温度７００℃
の場合に比べ４０％以上も短縮することができ、きわめ
て高能率な熱処理を行うことが可能となる。また、従来
のような酸化や酸化物による整流装置の目詰りも全くな
いためメンテナンスが良好となる。

分配ノズル７の噴口部材７０は高い温度になるが、この
材質をセラミック等にすれば問題なく、ノズル自体はこ
れを通過する空気により冷却され、外周側が粒体固定Ｍ
１２１で囲まれているため変形や破壊の恐れは全くない
。

なお、具体的な実施にあたっては、粒体流動層１２０と
粒体固定層１２１の厚さを設定し、その条件下で粒体流
動層における気体流速が所定範囲（たとえば８．００−
１２ａ／Ｓ）となり、かつ分配ノズルからの噴射速度が
気体の燃焼速度よりも早くなるように主流動用空気圧と
加熱用気体圧を設定（たとえば３４００〜３６００ｍ＋
＋Ｈ，０）　Ｌ、、気体・粒体流動層の体積に応じて必
要な空気量と加熱用気体量を制御装置９０，１００によ
りコントロールすればよい。

さらに、炉内に複数の隔壁２ａ〜２ｄを設けて炉長方向
で複数のブロックＡ−Ｅに分割し、それぞれのブロック
Ａ−Ｅに分配ノズル７．８を配置し、それらを制御装置
９０，１００で各別に流量等を制御させるようにした場
合には、線材Ｗの単位時間当り処理量に応じて任意のブ
ロックＡ　−Ｅ。

を選択作動させることで、自在に加熱条件や流動化条件
を変えることができ、従って広範囲の線径や材質のもの
を処理することができる。しかも隔壁２ａ〜２ｄが流動
層の中間から下を仕切っているため、流動層膨張を安定
化させることができ、安定した流動層形状とすることが
でき、高品質の熱処理が可能である。

本発明は低温から高温まで安定した流動層が得られるた
め、パテンティング用の加熱手段として好適であるほか
、昭和６０年特許出願公表５００１７７号や持分平１−
１５５６３号に示される低炭素二相鋼線材（鋼線を含む
）の製造のための焼入れや変態のための熱処理や、焼鈍
、焼入れ焼戻し。

ブルーイング等広範囲の熱処理に適用することができる
。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、線材に対する低温から高
温までの広範囲の熱処理が可能であり、ことに耐熱性を
向上できるため、赤熱温度範囲を越え１０００〜１１０
０℃領域での熱処理を連ｋｔ長時間にわたり安定して行
うことができ、しかも常に安定した流動層の形状が得ら
れるため高品質の熱処理が可能となり、従来のような整
流手段の目詰りが起らないためメンテナンスも容易であ
るなどのすぐれた効果が得られる。

また５本発明の第４項によれば、隔壁により炉内を複数
個のブロックに分割し、それらブロックごとに流動条件
や加熱条件を設定して同時運転できるため、線材の単位
時間当り処理量に即した最適な熱処理を行うことができ
るというすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断側面図、第１ａ図
は同じく第１図を部分的に拡大し、温度勾配を併示した
説明図、第２図は第１図■−■線に沿う断面図、第３図
は本発明の他の実施例を示す縦断側面図、第４図は同じ
くその縦断正面図、第５図は同じくその部分的平面図、
第６図（ａ）〜（ｅ）は従来の流動層式加熱炉の断面図
である。 １・・・炉体、２８〜２ｄ・・・隔壁、３・・・第１仕
切り壁、４・・・第２仕切り壁、５ａ〜５ｅ・・・主流
動用気体、６ａ〜６ｅ・・・加熱兼流動用気体室、７，
８・・・分配ノズル、９，１ｏ・・・供給系、１２・・
・粒子層、９０．１００・・・制御装置、１２０・・・
粒体固定層。 １２１・・・粒体流動層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体粒子を収容しこれを加熱しかつ気体により流
   動させながら線材を通過させることにより熱処理を行う
   炉において、 炉体の下部に２つの仕切り壁を介して主流動用気体室と
   流動兼加熱用気体室を区画形成し、上位の仕切り壁上に
   粒体を充填するとともに、２つの仕切り壁には、基端が
   主流動用気体室に通じ先端の噴出孔が前記粒体深さレベ
   ルの中位に達する複数の分配ノズルと、基端が流動兼加
   熱用気体室に通じ先端の噴出孔が前記分配ノズルより下
   位レベルで止まる複数の分配ノズルとを配設し、前記両
   分配ノズルの噴出孔のレベル差により粒体を固定層と流
   動層に画成することを特徴とする線材類の流動層熱処理
   炉。
2. （２）主流動用気体室が上位、流動兼加熱用気体室が下
   位にあり、流動兼加熱用気体室の分配ノズルが上位の仕
   切り壁を貫いている特許請求の範囲第１項記載の線材類
   の流動層熱処理炉。
3. （３）主流動用気体室が下位、流動兼加熱用気体室が上
   位にあり、主流動用気体室の分配ノズルが上位の仕切り
   壁を貫いている特許請求の範囲第１項記載の線材類の流
   動層熱処理炉。
4. （４）炉内が、炉底から線材パスラインの下に到る高さ
   の隔壁により複数のブロックに区画され、各ブロック毎
   に主流動用気体室と流動兼加熱用気体室が設けられると
   ともに、２種の分配ノズルが配設されているものを含む
   特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれかに記載の線
   材類の流動層熱処理炉。
5. （５）前記主流動用気体室と流動兼加熱用気体室がそれ
   ぞれの制御装置を介して供給系に接続され、流体供給条
   件が個別的に制御されるようになっている特許請求の範
   囲第１項ないし第４項いずれかに記載の線材類の流動層
   熱処理炉。
6. （６）低位側の分配ノズルが高位側の分配ノズルの間の
   スペースに配置されている特許請求の範囲第１項ないし
   第５項いずれかに記載の線材類の流動層熱処理炉。