JPH0379728A - 鉄鋼線材の加熱装置 - 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、鉄、鋼又はそれらの合金より成る鉄鋼線材の
加熱装置の改良に係わる。

〔従来技術〕

棒、線、条、管状の長尺の金属材料を連続的に加熱し、
しかる後に連続的に冷却することにより連続的に熱処理
を行なうことは従来より一般に行なわれているところで
ある。

このような連続的な熱処理を行なう際の加熱は、燃料を
燃焼する加熱炉内に材料を通過せしめることによっても
行ない得るが、所要の伝熱時間を確保するためには、相
当に長い炉長を有する加熱炉となり、多数本の平行通し
を行なう大量処理のラインでなくては炉の熱効率わよび
据付面積効率、設備コスト効率が悪いこと、更に多数本
の平行通しでは各通しラインの制御の自由が効き難いこ
と等の点から、近年電気エネルギーによる誘導加熱が盛
んに用いられていることは周知の通りである。

この誘導加熱方式においては、被加熱材の断面寸法（円
柱状、棒状材料にあってはその直径）に依って著しく加
熱の状態を異にし、小断面形状（細形寸法）材料を加熱
するためには、コイルに供給する電力を周波数の高い交
流電力に変換して、いわゆる高周波誘導加熱方式として
電流の効率およびコイルの効率を向上せしめる工夫をす
るのが一般的である。

しかるに更に小断面形状の棒、線、条又は管状材を誘導
加熱する必要がある場合には、その周波数が著しく高い
電源装置を使用することとなり、電源効率、コイル効率
共に低くなる。このことから誘導加熱の利点は径が細く
なるに従って発揮しにくくなる。

更に材質が鉄又は鋼である材料を誘導加熱する場合にお
いては、キューリー点以上の高温度で透磁が急減すると
いう変態点の存在により、それ以上の温度に昇温する際
にはより一層高い周波数の電源を必要とする難点がある
。

このような観点により、鋼材の熱処理ラインにおいてそ
の誘導加熱装置を鋼材の入口側に設け、その出口側に直
接通電装置を設けたものが提案されている（特開昭５４
−４５８５１号公報参照）。

この加熱装置によると加熱スペースを約５０％縮少でき
るとしてしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、本発明は直径が７ｍｍ乃至＋３ｍｍ相当の鉄
鋼線材を対象としてこれを１０００°Ｃ程度まで連続的
に加熱する装置である。前記公報によればキューリー点
以上の温度となると誘導加熱の効率は低下することが示
され、低温における鋼材の加熱は誘導加熱、高温におけ
る加熱は直接通電加熱を併用できる装置を概略的に示し
ているが、直径が７■乃至１３ｍｍ相当の鉄鋼線材につ
き、具体的な教示がない。

本発明は上述のように直径が７問〜１３ｍｍ相当の鉄鋼
線材につき、極めて効率高く、経済的な加熱装置を提供
するものである。

〔発明の構成〕

本発明は、上述の課題を解決するためなされたもので、
直径７ＩＩ１１乃至！　３ｅ＋ｍ相当の鉄鋼線材を常温
から該鉄鋼線材のキューリー点を超えて連続的に加熱す
るための加熱装置であって、誘導加熱用の加熱用コイル
と直接通電加熱用の一対の給電用電極とを備え、前記鉄
鋼線材を通過させ、該鉄鋼線材を高周波電力によって誘
導加熱する加熱用コイルの鉄鋼線材入口側に直接通電加
熱用の一方の給電用電極を設け、該誘導加熱用コイルの
出口側後方に他方の給電用電極を設けたことを特徴とす
る鉄鋼線材の加熱装置にある。

そして前記誘導加熱用コイルには周波数ＩＫ■２〜ｌ０
ＫＨｚのサイリスタインバーターから電力供給されるこ
とを特徴としている。

以下、本発明を第４図の連続焼入装置の加熱部として実
施した例を用いて説明する。図において９は商用周波交
流電源を示し、６，７は直接通電用電極を示す。また４
は誘導加熱用コイルを示し、５は商用電源より周波数Ｉ
　ＫＨ２〜５０ＫＨ２の高周波を発生させるサイリスタ
インバーターを用いた電源で、この電源５は誘導加熱用
コイル４に接続される。

給電用電極６および７は誘導加熱用コイル４の鉄鋼線材
１の入口側および出口側後方、例えば焼入用冷却槽８内
に設置されており、前記商用周波数電源９の端子と接続
される。

これにより、通電中、矢印方向に移動する鉄鋼線材１は
主として誘導加熱用コイル４を出た位置より冷却槽８の
入口ま２の１２域で抵抗加熱される。この場合、もし、
直接通電の給電用電極６を、鉄鋼線材１が誘導加熱用コ
イル４を通過した位置、つまり出口側に設置すると、電
極６との機械的接触、放電により昇温された鉄鋼線材１
に疵が付き易いので、入口側に設置するのが本発明の一
つの特徴である。

以下、上記本発明の加熱装置を用いた直径７ｍｍ〜＋３
ｍｍ相当の鉄鋼線材の熱処理について説明する。

一般に鉄鋼材の熱処理を行なう際には、何等かの加熱方
法により鋼材を９００　’Ｃ前後まで加熱し、しかる後
に冷却剤により冷却してその目的を達する。第１図に示
すように、鋼の加熱に必要とするエネルギー（熱容量〉
は９００″Ｃまで加熱する場合に大略１５０Ｋｃａｊ／
にｇであるが、このうち約１００Ｋｅａ７／　Ｋｇの熱
量は比較的低温度であるキューリー点（例、７３０℃）
以下の強磁性体域における加熱であり、比較的低い周波
数の電源を使用しても高い効率で有効な誘導加熱が可能
である。この常温からキューリー点までの温度域におけ
る細径鉄鋼線材の誘導加熱の実例を表１に示す。

表　　１ 前記誘導加熱には周波数１に■２〜１０ＫＨｚのサイリ
スタインバーターを用いる。

この温度域の効率は細径でも良好である。

一方、キューリー点から９００”Ｃ前後までの温度域の
誘導加熱は上記温度域の加熱とは比較にならぬ程に困難
を極め、種々の工夫をこらしても表２に示す実績程度が
現状の限度である。

表　　２ 即ち、周波数は増大し、効率は半分以下に低下する。

従って誘導加熱による７ｎφの細径鋼材を３００℃まで
加熱するに要する入力電力は、キューリー点以下の加熱
が大略２００ＷＨ／Ｋｇであり、キューリー点から９０
０’Ｃまでの約１５０”Ｃの加熱にも同程度の電力２０
０Ｗｌ！／　Ｋｇが必要となる。

この高温域の加熱に必要とされる５０〜２００ＫＨ１の
高周波電力は現状の装置としては真空管式の発振器に頼
らざるを得す、このような電力損失は機器の大型化につ
ながり、又損失電力の発熱骨はすべて機器冷却の対象と
して冷却器の負荷となる。

従って細径鋼材を誘導加熱する際にもキューリー点以下
の温度域では比較的低い周波数（サイリスタインバータ
ーを使用して電源を構成できる範囲の周波数）によるの
がすべての効率を向上させる基本であり、本発明装置の
特徴の一つであり、１に［Ｉ２−ｌ０ＫＨ２を発生する
サイリスタインバーターにより電力を誘導加熱用コイル
に供給し、キューリー点から所定の温度までの加熱を行
なうために、直接通電加熱用の電極を設置する。

この直接通電加熱方法は従来鋼片等を静止した状態で両
端面から直接電極を圧接して通電し、被加熱材内部で抵
抗加熱させる等の実例がある。しかしこの方法の難点は
、被加熱材の直流抵抗が小さく、大電力を供給するには
必然的に大電流を流すことになり、被加熱材と給電用の
電極との接触をどのように保つかという点（断続的に接
触することによるスパーク発生の防止等）にあり、次の
ような技術工夫を要する。

細径鋼材の直接通電加熱の一例を表３に示す。

表　　３ 給電上の問題点を解決する方法は電流を小さ（抑えて電
圧を上げることにある。従って被加熱材の直流抵抗値が
大きい程有利になるが、鋼材の固有抵抗値は第２図に示
すように温度の上昇と共に増加するので、単位長さ当り
の発熱は温度の高い部分に集中することになり、電極間
距離を長くするだけでは、この温度分布を改善すること
はできず、結果的に直流抵抗増加は期待する程大きくな
らない。

第３図に示すように７１１１φの鋼材ｌを給電用電極２
．３に接触させながら１２ｍ　／分の線速で矢印方向に
通過させ、常温から９００″Ｃまで加熱する際の各Ｎ？
ｔｔ極間距ｍｌに対する固有抵抗値および直流抵抗値の
変化の実例は第３図および表４に示す通りである。

表 これらより、常温から９００″Ｃまで加熱するに要する
電力４０ＫＷ（７ｍ■φの鋼材を１２ｍ７分で処理する
場合）を供給するには、電極間圧ｍ１＝０．５ｍで３，
０ＱＯＡ　、　２．０　ｍで１，８００Ａの電流を流さ
なければならず、滑動式による給電方式では安定した操
業は望み得ない。

従って本発明方法では、キューリー点から所定の加熱温
度までの鋼材の直流抵抗値の高い部分のみを主として直
接通電加熱により行ない、少ない電流値で安定操業を行
なうことができるものである。

前述のようにキューリー点から９００℃までの加熱は常
温から加熱する場合の熱量の１７３を供給するだけで足
りることと、誘導加熱により均一に加熱された後の固有
抵抗値がＩｏｏｊｌｌ・Ｃ１１以上で、かつキューリー
点以上の温度上昇による固有抵抗値の上昇が少なく、有
利に働らくことなどによりＮ　　１ｍ当りの抵抗値は７
■鱒φで０．０２６Ω以上の値を持って加熱の操業が可
能である。具体的な実例として線速１２ｍ　／分で処理
する場合、給電電圧２０Ｖ１電流７ＧＯＡで操業して安
定した加熱を行ない得ることが確認された。即ち上述の
常温から９００℃まで直接通電する場合に比べ、電力が
小さく、シかも安定した加熱を行ない得る。

第４図の連続焼入装置において、本発明の加熱装置をす
でに説明したが、この連続焼入装置にあっては、給電用
の電極７を焼入用冷却槽８の内部で冷却媒体で電極を冷
却しながら潤滑性をも兼ね合せ、又スパークの防止がで
きる等の有利な点があり、安定した操作が得られるもの
である。

〔発明の効果〕

本発明の加熱装置は直径が７鵬■〜Ｉ３■■相当の鉄鋼
線材を処理対象として構成されたものであって、前記鉄
鋼線材に対して、そのキューリー点までを主として誘導
加熱により加熱し、キューリー点以上においては直接通
電加熱により加熱できる装置において、直接通電加熱用
の一方の給電用電極を鉄鋼線材が通過する誘導加熱コイ
ルの入口側に設置し、他方の給電用電極を前記誘導加熱
用コイルの後方に設けているので、前記誘導加熱用コイ
ルの入口側にある給電用電極と加熱を受ける移動中の鉄
鋼線材との接触時、前記線材は常温にあるので、きすは
極めて付きにくい。従って品質の高い加熱処理ができる
。

サイリスタインバーターはＩ　ＫＨ２〜５０ＫＨｚ程度
の高周波を発生させることのできるもので、特にＩ　Ｋ
Ｈ２〜ｌ０ＫＨ２では安定して運転できるものを準備で
き、本発明装置によれば、効率の高い熱処理を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼を各温度まで加熱昇温する場合の熱容量を示
す図である。 第２図は鋼材の温度上昇による固有抵抗値の変化を示す
。 第３図は鋼材の直接通電加熱の例を示す構成図および電
極間距離を変えた場合の固有抵抗値の変化を示す図であ
る。 第４図は本発明加熱装置の実施例である連続焼入装置の
構成図である。 １・・・鉄鋼線材、２．３．ｆ３，７・・・給電電極、
４・・・誘導加熱用コイル、５・・・商用周波電源、８
・・・焼入用冷却槽、９・・・高周波電源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直径７ｍｍ乃至１３ｍｍ相当の鉄鋼線材を常温か
   ら該鉄鋼線材のキューリー点を超えて連続的に加熱する
   ための加熱装置であって、誘導加熱用の加熱用コイルと
   直接通電加熱用の一対の給電用電極とを備え、前記鉄鋼
   線材を通過させ、該鉄鋼線材を高周波電力によって誘導
   加熱する加熱用コイルの鉄鋼線材入口側に直接通電加熱
   用の一方の給電用電極を設け、該誘導加熱用コイルの出
   口側後方に他方の給電用電極を設けたことを特徴とする
   鉄鋼線材の加熱装置。
2. （２）誘導加熱用コイルが、周波数１ＫＨｚ〜１０ＫＨ
   ｚのサイリスタインバーターから電力供給されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鉄鋼線材の加熱
   装置。