JPH0527479Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】 本考案は鉄、鋼、又はそ
れらの合金からなる細径の鉄鋼線材の熱処理方法
に関し、特に電気エネルギーを用いて加熱する場
合、熱効率を向上し、経済的に熱処理する装置に
関するものである。

【0002】

【従来技術】 鉄鋼線材等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。

【0003】 この様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
しめることによつても行ない得るが、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および据付面
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依る
誘導加熱が盛んに用いられていることは周知の通
りであり、さらに加熱装置として加熱ラインの入
口側に誘導加熱装置を、出口側に直接通電装置を
設置するものが提案されている（特開昭54−
45851号公報参照）。そしてこの構成を採ることに
よつて炉長を短縮できる。

【0004】 誘導加熱方式による場合、被加熱線材
の断面寸法によつて加熱の挙動は著しく異なり、
小断面形状、すなわち細径の鉄鋼線材を加熱する
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、高周波誘導加熱方式として電流
の効率およびコイルより被加熱鉄鋼線材への高周
波エネルギー投入の効率化を向上させる工夫をす
るのが一般的である。

【0005】

【考案が解決しようとする課題】 上記特開昭54
−45851号には、鋼材の加工、又は熱処理におい
て加熱ラインの入口側に誘導加熱装置、出口側に
直接加熱装置を備えるものが示されているが、細
径鉄鋼線材の誘導加熱、直接加熱のタンデムによ
る熱処理方法については教示されるところがな
く、本考案は特に７mmφ〜13mmφの細径鉄鋼線材
の熱処理について極めて効率高く、経済的な熱処
理装置を提案するものである。

【0006】

【考案の構成】 本考案は、サイズ７mmφ〜13mm
φの細径の鉄、鋼、又はそれらの合金からなる鉄
鋼線材を連続的に走行、通線させながら常温から
該鉄鋼線材のキユーリー点までの温度範囲におい
て、サイリスターインバーターを用いた周波数
3KHz〜10KHzの電力を誘導加熱用コイルに供給
して加熱し、引き続きキユーリー点から所定の加
熱温度まで直接通電加熱によつて加熱、昇温さ
せ、その後冷却装置に導入して冷却する鉄鋼線材
の熱処理装置において、前記直接通電加熱用の電
力を供給する給電用電極の一方を誘導加熱用コイ
ルの入口端より手前に設置し、他方の給電用電極
を前記コイルの出口端より間隔をとつて配置した
冷却装置に設けることを特徴とする鉄鋼線材の熱
処理装置にある。

【0007】

【実施例】 以下図面に示す実施例により本考案
を説明する。図４は本考案の一実施例の連続焼入
れ装置を示している。 図示のように、鉄鋼線材１を連続的に矢印方向走
行、通線させる通路に誘導加熱用コイル４を設置
し、この誘導加熱用コイル４の両端子は、サイリ
スタインバーターを用いて、3KHz〜10KHzの高
周波電力に変換して出力できる誘導加熱用電源５
の端子に接続される。矢印方向に走行する鉄鋼線
材１の誘導加熱用コイル４への入口端手前に一方
の給電用電極６が設けられ、この鉄鋼線材１の前
記コイル４よりの出力端より間隔をとつた線材通
路に配置された冷却装置８内に他方の給電用電極
７が設けられ、これら給電用電極６，７間に直接
通電による抵抗加熱を行うための商用電源が接続
される。

【0008】

【考案の作用】 前記給電用電極６より給電用電
極７方向に走行する鉄鋼線材１には、前記電極
６，７との接触によつて直接通電が生じ、抵抗加
熱により加熱されるが、鉄鋼線材１が給電用電極
６を通過した段階では温度は殆んどあがらず、わ
ずかな時間経過後、誘導加熱用コイル４の中を通
過する。この間に鉄鋼線材１は誘導加熱を受け、
この誘導加熱によつてキユーリー点近傍まで昇温
する。この誘導加熱用コイル４を出た鉄鋼線材１
の抵抗は後述するように常温時より大きくなつて
おり、給電用電極６，７によりすでに直接通電中
にある鉄鋼線材は抵抗加熱によつて所定の温度に
到達する。 前記構成によれば、一方の給電用電極６は鉄鋼線
材１が誘導加熱用コイル４に入る手前に設けられ
ているので、走行する鉄鋼線材１は常温にあつ
て、給電用電極６との接触によつて疵が生じるこ
とはなく、また他方の給電用電極６は冷却装置８
中に設けられているので、加熱されていた鉄鋼線
材１の温度は冷却媒体によつて降下して給電用電
極７と接触させることができるので、鉄鋼線材１
に疵が生じることは極めて少ない。また給電用電
極７を冷却装置８中に配置しているので、冷却媒
体で電極を冷却しながら潤滑性も兼ねスパーク等
の防止もできる。

【0009】 一般に鉄鋼線材の熱処理を行なう際に
は、何等かの加熱方法により鉄鋼線材を900℃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。図１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℃まで
加熱する場合に大略150Kcal／Kgであるが、この
うち約100Kcal／Kgの熱量は比較的低温度である
キユーリー点（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。この常温からキユ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。

【0010】

【表１】 ■■■ 亀の甲 ［0002］ ■■■

【0011】 一方、かりにキユーリー点から900℃
前後までの温度域まで誘導加熱を引き続き行うも
のとすると上記の温度域の加熱とは比較にならぬ
程困難を極め、種々の工夫をこらしても表２に示
す実績が現状の限度である。

【0012】

【表２】 ■■■ 亀の甲 ［0003］ ■■■

【0013】 即ち、周波数を増大させても、効率は
半分以下に低下する。 従つて誘導加熱による７mmφの細径鉄鋼線材を
900℃まで加熱するに要する入力電力は、キユー
リー点以下の加熱が大略200WH／Kgであり、キ
ユーリー点から900℃までの約150℃の加熱にも同
程度の電力200WH／Kgが必要となる。 この高温域の加熱に必要とされる50〜200KHzの
高周波電力は現状の装置としては真空管式の発振
器に頼らざるを得ず、このような電力損失は機器
の大型化でより大きく、又損失電力の発熱分はす
べて機器冷却の対象として冷却器の負荷となる。 従つて７mmφ〜13mmφ程度の細径鉄鋼線材を誘導
加熱する際は、キユ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、本考案装
置の特徴の一つである。

【0014】 そして実際に発生周波数が3KHz〜
10KHz程度のサイリスタインバーターについては
安定した周波数を発生し、故障がすくなく、運転
が容易なものを得ることができる。サイリスタイ
ンバーターの電力変換効率は90％以上である。 誘導加熱後、キユーリー点から所定の温度まで直
接通電による抵抗加熱を行う。 もし、常温より直接通電のみによつて900℃前後
まで、加熱・昇温させるものとすると常温では被
加熱線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、被加熱線
材と給電用の電極との接触をどのように保つかと
いう点がスパーク等の発生で問題となる。 細径鉄鋼線材の直接通電加熱の一例を表３に示
す。

【0015】

【表３】 ■■■ 亀の甲 ［0004］ ■■■

【0016】 給電上の問題点を解決する方法は電流
を小さく抑えて電圧を上げることにある。従つて
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図２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、効果的に直流抵抗増加は期待する程大
きくならない。 図３に示すように７mmφの鉄鋼線材１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℃まで加熱する際
の各種電極間距離１に対する固有抵抗値および直
流抵抗値の変化の実例は図３および表４に示す通
りである。

【0017】

【表４】 ■■■ 亀の甲 ［0005］ ■■■

【0018】 これらより、常温から900℃まで加熱
するに要する電力40KW（７mmφの鋼材を12ｍ／
分で処理する場合）を供給するには、電極間距離
１＝0.5ｍで3000A，2.0ｍで1800A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。 これに対して、本考案装置では、キユーリー点か
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。

【0019】 前述のようにキユーリー点から900℃
までの加熱は常温から加熱する場合の熱量1/3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100μΩ・cm以上
で、かつキユ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、１ｍ当りの抵抗値は７mmφで0.026Ω以上
の値を持つ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20V、電流700A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、しかも安定した加熱を行ない得る。

【考案の効果】 上述のように構成された本考案
の熱処理装置は、次のような効果がある。 (イ)従来の誘導加熱と直接通電加熱を連続して行う
装置では、構成上、走行する線材に対して、順に
誘電加熱用コイル、直接通電用の一対の給電用電
極の配置となるが、このような構成によれば、誘
導加熱用コイルで加熱された走行中の鉄鋼線材が
前記一方の給電用電極と接触することになるの
で、線材表面に疵がつきやすいが、本考案では、
一方の給電用電極を鉄鋼線材の前記コイルへの入
口端手前に設けているので、鉄鋼線材は常温にあ
り、疵がつくことは回避され、他方の給電用電極
は冷却装置の冷却媒体中に配置されることになる
ので、この電極通過においても鉄鋼線材の疵は極
めてつきにくく、冷却媒体で電極を冷却しながら
潤滑性も兼ね合わせ、スパーク等の防止もでき
る。 (ロ)また本考案では、７mmφ〜13mmφの鉄鋼線材の
加熱処理を対象としており、常温からキユーリー
点までを周波数3KHz〜10KHzをサイリスタイン
バーターを用いて変換した電力を用いて誘導加熱
するが、10KHz程度までのサイリスタインバータ
ーはその安定した出力を得ることができ、電力変
換効率も高い。 ７mmφ〜13mmφ程度の鉄鋼線材の誘導加熱による
キユーリー点までの加熱、昇温であれば、表２の
結果に示すようにその総合効率からみて、サイリ
スタインバーターは10KHzの電力を出力できるも
のであれば十分である。 (ハ)キユーリー点より上の加熱については、効率の
低下する高周波誘導加熱をやめ、鉄鋼線材に対す
る前記誘導加熱により線材抵抗が上つたところで
直接通電により鉄鋼線材を加熱昇温させるので、
この点においても極めて効率的であつて、用途の
広い７mmφ〜13mmφの鉄鋼線材に対して前段キユ
ーリー点までの3KHz〜10KHzのサイリスタイン
バーターによる急速な誘導加熱とキユーリー点以
上における直接加熱によつて、極めて経済的に細
径の７mmφ〜13mmφの鉄鋼線材の熱処理を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】鋼材の温度上昇による固有抵抗値の変化
を示す。

【図３】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。

【図４】本考案の実施例を示す。

【符号の説明】

１……鉄鋼線材 ４……誘導加熱用コイル ５……高周波電源 ６……給電用電極 ７……給電用電極 ８……冷却装置 ９……抵抗加熱用商用電源。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ７mmφ〜13mmφの細径鉄鋼線材を
   連続的に走行、通線させながら、常温から該鉄鋼
   線材のキユーリー点までの温度範囲において、サ
   イリスターインバーターを用いた周波数3KHz〜
   10KHzの電力を誘導加熱用コイルに供給して加熱
   し、引き続きキユーリー点から所定の加熱温度ま
   で直接通電加熱によつて加熱、昇温させ、その後
   冷却装置に導入して冷却する鉄鋼線材の熱処理装
   置において、前記直接通電加熱用の電力を供給す
   る給電用電極の一方を誘導加熱用コイルの入口端
   より手前に設置し、他方の給電用電極を前記コイ
   ルの出口端より間隔をとつて配置した冷却装置に
   設けることを特徴とする鉄鋼線材の熱処理装置。