JPH06330184A

JPH06330184A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH06330184A
Application number: JP11960693A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ueda; 修上田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1994-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】低コストでコイルの温度偏差を小さくする熱処
理装置を提供する。【構成】マッフル１６の裾部１６ａの近傍の炉体３２
に、マッフル１６の裾部１６ａに向けて空気を吹き込む
空気吹込ノズル４４と、シール層４２の間隙を経由して
放出された雰囲気ガス及び空気吹込ノズル４４から吹き
込まれた空気からなる混合ガスに点火するためのパイロ
ットバーナ４６を設けた。また、シール溝２８ａには、
裾部１６ａを取り囲むように、粒状耐火物よりなるシー
ル層４２を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マッフルを用いた熱処
理装置に関し、例えばコイルを焼鈍するのに好適な熱処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コイルにマッフルを被せ、このマッフル
の外側から間接的に加熱して、コイルを焼鈍する焼鈍装
置が従来から知られている。図６は、焼鈍装置の一つで
ある移動炉床式コイル焼鈍炉の平面図、図７は、コイル
の進行方向から見た移動炉床式コイル焼鈍炉の内部を示
す説明図である。

【０００３】コイル受台１２に載置されたコイル１４
は、マッフル１６を被せられた状態で仕切扉１８を通っ
て加熱帯２０、均熱帯２２、冷却帯２４と順次移動し、
所定の焼鈍が施される。加熱の際は、雰囲気ガス供給パ
イプ２６を経由して雰囲気ガスがマッフル１６内に供給
される。このマッフル１６の裾部１６ａは、炉床２８に
形成されたシール溝２８ａに充填されたサンド、セラミ
ックウール等からなるシール層３０で取り囲まれてお
り、このシール層３０を経由して雰囲気ガスが洩出して
いる。また、コイル１４の加熱に当っては、半径方向に
比べ熱伝導率が大きい軸方向（上下方向）から加熱する
のが加熱効率が優れるのは周知であり、図７に示される
ように、炉体３２の上部に設けられた主加熱用のバーナ
３４でマッフル１６の外部から加熱し、一方、コイル受
台１２の下方の炉床２８に設けられた補助加熱用のヒー
タ３６でも加熱し、コイル１４の温度偏差を小さくする
加熱方法が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記した主加
熱用のバーナ３４は、構造上取付けも容易であり、整備
性もよく、設備上の問題は特にない。一方、上記した炉
床２８に設けられた補助加熱用のヒータ３６は、炉床２
８が移動する構造になっているため、給電装置等の設備
が複雑化している。また、珪素鋼等を高温焼鈍する場合
は、ヒータ３６の寿命が短くなるため、メンテナンス費
が増大するという問題がある。さらに、エネルギーコス
トが大きい等の問題がある。

【０００５】ところで、マッフルの裾部から洩出する可
燃性ガスを含む雰囲気ガスを燃焼させる技術が提案され
ているが（特公昭６０−１１０９０号公報参照）、この
技術はマッフルの裾部から洩出する微量の可燃性ガスの
爆発防止と、燃料の節約を目的としたものであり、ガス
量が微量であるため加熱能力としては取るに足らないも
のである。しかも、マッフルの裾部を取り囲むシール層
を経由して流れる雰囲気ガスの流れ抵抗は、マッフルの
円周方向でムラがあるため、雰囲気ガスの洩出が偏り、
均一加熱の面で問題がある。さらに、マッフルの材質は
耐熱鋼とするのが最も一般的であるが、裾部で可燃ガス
が燃焼するため、裾部の酸化消耗が大きいという問題も
ある。

【０００６】また、コイル焼鈍を水素を含む雰囲気で行
う際に、マッフル内から排出した排ガスをマッフルと炉
体の間に導入して燃焼させる技術が提案されているが
（特公昭６１−５５５７４号公報）、この技術によれ
ば、ガスは炉体側に噴出されそこで燃焼するため、上記
したコイルの温度偏差の解消には適さない。また、排ガ
ス導管、送気ファンの設備が必要となるため、設備費や
メンテナンス費が増加するという問題がある。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、低コストで被
処理材の温度偏差を小さくする熱処理装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成するために、種々の実験・研究を行った結果、マッフ
ルからのガス量をマッフルの下部加熱ができる量まで増
量し、かつマッフルの裾部からのガス放出を円周方向均
一にすれば、マッフルの裾部に環状の燃焼フレームを形
成でき、コイル下部の均一加熱が可能となることに着目
した。また、コイル焼鈍では、一般に水素ガスを含む雰
囲気ガスが使用され、水素ガスは燃焼範囲が非常に広く
（空気との体積比で４〜７４％の範囲である。）、しか
も拡散速度が速いため燃焼しやすい気体であり、燃焼用
空気の供給は簡易な設備ですむ利点もある点に着目し、
この水素ガスを含む雰囲気ガスの活用を考えた。

【０００９】具体的には、本発明の熱処理装置は、被処
理材に被せるマッフルと、前記被処理材及び前記マッフ
ルを支持する、前記マッフルの裾部が収納されるシール
溝が形成された炉床とを備え、前記マッフル内に可燃ガ
スを含む雰囲気ガスを供給し前記被処理材を熱処理する
熱処理装置において、（１）前記シール溝に充填され前記マッフルの前記裾部
を取り囲む、粒状耐火物よりなるシール層（２）前記マッフルを収容し、前記マッフル内から前記
シール層内の粒状耐火物の間隙を経由して放出される前
記雰囲気ガスを前記裾部の近傍で燃焼させる燃焼手段が
設けられた炉壁を備えたことを特徴とするものである。

【００１０】ここで、前記マッフルの裾部の外周面に耐
熱材を取り付けることが好ましい。また、この耐熱材
は、複数に分割して外周面に取り付けることが好まし
い。

【００１１】

【作用】本発明の熱処理装置では、マッフル内に供給さ
れた可燃ガスを含む雰囲気ガスは、シール層内の粒状耐
火物の間隙を経由してマッフルの外に放出される。ここ
で、シール層は多数の粒状耐火物よりなっているため、
マッフルの膨張・収縮に追従でき、裾部を均一に取り囲
む。この結果、雰囲気ガスは、マッフルの円周方向に沿
ってほぼ均一に放出される。この放出された雰囲気ガス
は、炉壁に設けられた燃焼手段によりマッフルの裾部の
近傍で円周方向に沿ってほぼ均一に燃焼する。この結
果、マッフルの上部に比べて温度が低いマッフルの裾部
は加熱されるため、マッフル内に載置された被処理材の
温度偏差を小さくすることができる。

【００１２】ここで、マッフルの裾部の外周面に耐熱材
を取り付けた場合は、マッフルの裾部の酸化による損耗
を防止できる。また、この耐熱材を複数に分割して外周
面に取り付けた場合は、雰囲気ガスの燃焼による割損を
防止できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の一実施例の移動炉床式コイル焼鈍炉の内部を示
す説明図であり、図７に示された従来の移動炉床式コイ
ル焼鈍炉と同じ要素は同じ符号で示す。

【００１４】移動炉床式コイル焼鈍炉４０には、コイル
１４が載置されるコイル受台１２とコイル１４に被せる
マッフル１６が備えられており、マッフル１６の裾部１
６ａは、炉床２８に形成されたシール溝２８ａに収納さ
れている。このシール溝２８ａには、裾部１６ａを取り
囲むように、多数の粒状耐火物が充填されてシール層４
２が形成されている。また、炉床２８とコイル受台１２
の中央部には、マッフル１６内に雰囲気ガスを供給する
ための雰囲気ガス供給パイプ２６が貫通して設けられて
いる。さらに、マッフル１６を収容する炉体３２の上部
には、主加熱用のバーナ３４が設けられている。また、
マッフル１６の裾部１６ａの近傍の炉体３２には、マッ
フル１６の裾部１６ａに向けて空気を吹き込む空気吹込
ノズル４４と、シール層４２の間隙を経由して放出され
た雰囲気ガス及び空気吹込ノズル４４から吹き込まれた
空気からなる混合ガスに点火するためのパイロットバー
ナ４６が設けられている。尚、珪素鋼板のように、低温
域でＮ₂ ガス等の不活性ガスを使用する鋼種には本発明
が使用できないため、この低温域では従来通り炉床ヒー
タを使用する必要があり、このため炉床ヒータ（図示せ
ず）も備えられている。

【００１５】次に、図２を参照して、上記したマッフル
の構造を説明する。図２はマッフルの構造を示す、
（ａ）はマッフルの全体を示す外観図、（ｂ）はマッフ
ルの裾部に取り付けられた耐熱材を示す拡大図、（ｃ）
はシール溝に収納された状態のマッフル裾を示すと共に
耐熱材の取付けを示す拡大断面図である。

【００１６】マッフル１６の裾部１６ａには周方向に耐
熱材１６ｂが設けられており、この耐熱材１６ｂはセラ
ミック製のプレートで、熱伝導のよい炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）から製造されている。また、割損を防止するため
に、耐熱材１６ｂは多数に分割され、マッフル１６ａに
溶接された耐熱鋼ボルト１６ｃと止め具１６ｄにより取
付けられている。このため、この耐熱材１６ｂが酸化消
耗したときは、容易に取り替えることができ、マッフル
１６の裾部１６ａの酸化消耗が防止される。

【００１７】また、シール層４２に用いた粒状耐火物
は、耐熱性及び流動性に優れた、アルミナを主成分とし
たものを採用し、その粒径は０．２ｍｍ〜５ｍｍの範囲
であれば使用可能である。但し、粒径が大きいと、通気
抵抗が小さくなるため、マッフルの裾部の沈み深さｈ
（図４（ａ）参照）を深くする必要があり、シール溝が
深くなるという欠点がある。本実施例では平均粒径０．
５ｍｍの粒状耐火物を採用した。

【００１８】また、シール溝２８ａの周囲の耐火レンガ
２８ｂには、粒状耐火物が耐火レンガ２８ｂの合せ面か
ら流出することを防止する、バックアップ材である薄板
の耐熱鋼２８ｃが埋め込まれている。次に、図３を参照
して、マッフル１６の裾部１６ａから放出されるＨ₂ ガ
スの燃焼について説明する。

【００１９】図３は、マッフルの裾部から放出されるＨ
₂ ガスの燃焼状態を示す説明図である。炉体３２に設け
られた空気吹込ノズル４４から、矢印Ａで示される方向
に噴出した空気は、マッフル１６の裾部１６ａに衝突
し、矢印Ｂ，Ｃで示される上下方向、矢印Ｄで示される
円周方向にマッフル１６の壁面１６ｅに沿って流れる。
一方、マッフル１６内の雰囲気ガスは、シール層４２の
間隙を経由して矢印Ｅ，Ｆ，Ｇで示される方向に、マッ
フル１６の底縁とシール溝２８ａの底との間に形成され
たシール空間２８ｄを通り抜けて流れ、シール層４２の
表層から放出される。マッフル１６の裾部１６ａとシー
ル溝２８ａの外縁２８ｅとで囲まれた領域において、雰
囲気ガス中のＨ₂ ガスと空気が混合され火炎４８を生じ
て、円周方向均一に燃焼する。これにより、コイル１４
（図１参照）下部の均一加熱が可能となる。このような
均一加熱、即ち、流れの抵抗の均一化は、前述のシール
層４２として流動性の優れた粒状耐火物を用いることで
達成できる。尚、点火用のパイロットバーナ４６は、炉
温がＨ₂ の着火温度（５７２℃）より低い温度域で使用
する。

【００２０】次に、図４を参照して、本実施例で用いた
粒状耐火物からなるシール層４２の作用を、従来のシー
ル層３０と比較して説明する。図４（ａ）は、加熱・冷
却によるマッフルの膨張・収縮が起きていない初期設置
を示す説明図、図４（ｂ）、（ｃ）は、加熱・冷却によ
るマッフルの膨張・収縮によりマッフルの裾部の位置が
変位したときの裾部の位置とシール層の動きの関係を示
し、図４（ｂ）は粒状耐火物からなるシール層の場合
を、図４（ｃ）は従来のサンドからなるシール層の場合
を示す。

【００２１】雰囲気ガスの流れに対する抵抗は、シール
溝２８ａの幅Ｂ、マッフル１６の裾部１６ａの沈み深さ
ｈ、マッフル１６の底縁とシール溝２８ａの底との間の
空間ｔ，シール層４２の通気抵抗で決められる。本実施
例で用いたシール層４２は、熱間においても流動性に優
れることが特徴の一つであり、これによる優位性を従来
のサンドシールと比較して説明する。

【００２２】粒状耐火物よりなるシール層４２を用いた
場合は、図４（ｂ）に示されるように、シール層４２自
身の流動性が優れるため、安息角が小さく裾部１６ａの
位置の変位に追従してシール層４２が流れ込みシール深
さが確保できる。一方、サンドなどからなる従来のシー
ル層は流動性が劣るため、安息角が大きく、図４（ｃ）
に示されるように、裾部１６ａの位置の変位による空間
にシール層の流れ込みが無く、また流れ込みがあっても
不均一でシール深さが大きく変化する。このように粒状
耐火物よりなるシール層を用いることにより、熱間にお
いても、シール層によるガスの流れに対する抵抗を均一
に保つことができる。

【００２３】次に、図５を参照して、本実施例の移動炉
床式コイル焼鈍炉を用いて珪素鋼板の仕上げ焼鈍を行う
例について説明する。図５は、珪素鋼板仕上げ焼鈍の炉
温設定条件と、マッフルの裾部の加熱方法を示すグラフ
である。炉温７５０℃以下の温度範囲では炉床ヒータを
用いるが、炉温７５０℃以上ではシール溝を経由して放
出された雰囲気ガスを燃焼させてマッフルの裾部の加熱
を行う。この結果、高温域で炉床ヒータを使用しなくて
もよいため、ヒータ寿命が延長でき、給電設備も削減で
きる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の熱処理装置
によれば、マッフルからシール溝を経由して放出された
雰囲気ガスを燃焼させマッフルの裾部を加熱するため、
従来の炉床ヒータが不用または使用範囲が縮小でき、加
熱設備の簡素化又は保守性が改善でき、しかも被処理材
の温度偏差を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の移動炉床式コイル焼鈍炉の
内部を示す説明図である。

【図２】マッフルの構造を示す、（ａ）はマッフルの全
体を示す外観図、（ｂ）はマッフルの裾部に取り付けら
れた耐熱材を示す拡大図、（ｃ）はシール溝に収納され
た状態のマッフル裾を示すと共に耐熱材の取付けを示す
拡大図である。

【図３】マッフルの裾部から放出されるＨ₂ ガスの燃焼
の概念を示す説明図である。

【図４】シール層の動作を示す、（ａ）は加熱・冷却に
よる膨張・収縮が起きていない初期設置の説明図、
（ｂ）及び（ｃ）は加熱・冷却による膨張・収縮により
マッフルの裾部の位置が変位したときの、（ｂ）は粒状
耐火物からなるシール層の場合を、（ｃ）は従来のサン
ドの場合を示す説明図である。

【図５】炉温設定条件とマッフル裾部の加熱方法を示す
グラフである。

【図６】従来の焼鈍装置の一つである移動炉床式コイル
焼鈍炉の平面図である。

【図７】図６に示された移動炉床式コイル焼鈍炉をコイ
ルの進行方向から見た内部の説明図である。

【符号の説明】

１２コイル受台１４コイル１６マッフル１６ａマッフルの裾部２８炉床２８ａシール溝３２炉体４０移動炉床式コイル焼鈍炉４２シール層４４空気吹込ノズル４６パイロットバーナ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理材に被せるマッフルと、前記被処
理材及び前記マッフルを支持する、前記マッフルの裾部
が収納されるシール溝が形成された炉床とを備え、前記
マッフル内に可燃ガスを含む雰囲気ガスを供給し前記被
処理材を熱処理する熱処理装置において、前記シール溝に充填され前記マッフルの前記裾部を取り
囲む、粒状耐火物よりなるシール層と、前記マッフルを収容し、前記マッフル内から前記シール
層内の粒状耐火物の間隙を経由して放出される前記雰囲
気ガスを前記裾部の近傍で燃焼させる燃焼手段が設けら
れた炉壁とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】前記マッフルの前記裾部が、該裾部の外
周面に耐熱材を備えたことを特徴とする請求項１記載の
熱処理装置。