JPS63270410A - 低温物体の加熱方法 - Google Patents
低温物体の加熱方法Info
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- JPS63270410A JPS63270410A JP10310387A JP10310387A JPS63270410A JP S63270410 A JPS63270410 A JP S63270410A JP 10310387 A JP10310387 A JP 10310387A JP 10310387 A JP10310387 A JP 10310387A JP S63270410 A JPS63270410 A JP S63270410A
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Landscapes
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
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。
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〕
この発明は低温物体を急速に加熱する加熱方法に関する
。
。
アルミニウム合金の多くは、その材料強度を熱処理によ
って得ている。そしてその熱処理の方法は、アルミニウ
ム合金の種類により異なるものの、溶体化処理温度であ
る４７０℃からの水焼入れであることころは共通してい
る。この熱処理を行うと、アルミニウム合金材の表面が
内部よりも速く冷却されることにより材料の内外面で温
度勾配が生じ、その結果として材料内部に残留応力が残
ることになる。この熱処理材をそのまま機械加工すると
。
って得ている。そしてその熱処理の方法は、アルミニウ
ム合金の種類により異なるものの、溶体化処理温度であ
る４７０℃からの水焼入れであることころは共通してい
る。この熱処理を行うと、アルミニウム合金材の表面が
内部よりも速く冷却されることにより材料の内外面で温
度勾配が生じ、その結果として材料内部に残留応力が残
ることになる。この熱処理材をそのまま機械加工すると
。
残留応力の再分布により変形が生じるので、一般には、
熱処理後に応力除去処理が施されるのが普通である。こ
の応力除去処理は、鋼の場合には高温に加熱して行うの
が普通であるが、アルミニウム合金の場合には高温に加
熱すると材質が劣化するので高温に加熱する方法は適用
出来ない、そのため従来からアルミニウム合金の応力除
去処理には、高温に加熱しない熱処理方法（Ｕｐｈｉｌ
ｌ Ｑｕｅｎｃｈ−ｉｎｇ）が検討されてきている。
熱処理後に応力除去処理が施されるのが普通である。こ
の応力除去処理は、鋼の場合には高温に加熱して行うの
が普通であるが、アルミニウム合金の場合には高温に加
熱すると材質が劣化するので高温に加熱する方法は適用
出来ない、そのため従来からアルミニウム合金の応力除
去処理には、高温に加熱しない熱処理方法（Ｕｐｈｉｌ
ｌ Ｑｕｅｎｃｈ−ｉｎｇ）が検討されてきている。
その考えかたは、残留応力は材料が冷却される際に生じ
る温度勾配に起因するのであるから、冷却された材料を
急速に加熱して反対方向の応力を発生させ、熱処理時の
残留応力を打ち消そうというものである。その際注意し
なければならないことは、加熱により発生する温度勾配
が５局所的な塑性変形を起こすに十分なものでなければ
ならないとともに、加熱温度自体が材料の機械的性質に
影響を及ぼすほど高くてはいけないということである。
る温度勾配に起因するのであるから、冷却された材料を
急速に加熱して反対方向の応力を発生させ、熱処理時の
残留応力を打ち消そうというものである。その際注意し
なければならないことは、加熱により発生する温度勾配
が５局所的な塑性変形を起こすに十分なものでなければ
ならないとともに、加熱温度自体が材料の機械的性質に
影響を及ぼすほど高くてはいけないということである。
このようなことからアルミニウム合金の熱処理後の残留
応力除去処理は、熱処理後の材料を液体窒素等の浴に浸
漬して５旦サブゼロ温度まで冷却した後、急速に加熱す
るという方法をとっている。このようなアルミニウム合
金の熱処理から残留応力除去処理までの一連の熱サイク
ルの一例を、７０７５アルミニウム合金の？７３５３処
理を例にとり第５図に示す。
応力除去処理は、熱処理後の材料を液体窒素等の浴に浸
漬して５旦サブゼロ温度まで冷却した後、急速に加熱す
るという方法をとっている。このようなアルミニウム合
金の熱処理から残留応力除去処理までの一連の熱サイク
ルの一例を、７０７５アルミニウム合金の？７３５３処
理を例にとり第５図に示す。
アルミニウム合金の残留応力除去あ理の際の急速加熱に
使用する熱媒体は、従来蒸気、温水、沸騰水浴および塩
浴が使用されている。（参考文献Ｔｒａｎｓ ｏｆ Ｔ
ｈｅ ＡＳＷ ｖｏｌ ５２．Ｐ２Ｓ５）蒸気、温水を
用いる方法としては、第６図に示すように材料１とチャ
ンバー２との間隙を狭くして、ノズル孔３から蒸気ジェ
ットあるいは温水ジェットを噴射させ、材料表面で凝縮
する温水を速やかに除去して加熱速度を上げるようにし
ている。
使用する熱媒体は、従来蒸気、温水、沸騰水浴および塩
浴が使用されている。（参考文献Ｔｒａｎｓ ｏｆ Ｔ
ｈｅ ＡＳＷ ｖｏｌ ５２．Ｐ２Ｓ５）蒸気、温水を
用いる方法としては、第６図に示すように材料１とチャ
ンバー２との間隙を狭くして、ノズル孔３から蒸気ジェ
ットあるいは温水ジェットを噴射させ、材料表面で凝縮
する温水を速やかに除去して加熱速度を上げるようにし
ている。
しかしながら上述した従来の技術には、次のような問題
点があった。
点があった。
すなわち、前記参考文献によれば、蒸気の場合１７５ｐ
ｓｉ（約１２ｋｇ／ｃｒｎ’）の圧力の蒸気を使用する
と残留応力除去に効果があると述べられているが、高い
圧力の蒸気を必要とすること、チャンバーと材料間の隙
間を狭くすることが必要なので、複雑形状の材料や部品
の場合チャンバーの製作が困難になるという問題がある
。
ｓｉ（約１２ｋｇ／ｃｒｎ’）の圧力の蒸気を使用する
と残留応力除去に効果があると述べられているが、高い
圧力の蒸気を必要とすること、チャンバーと材料間の隙
間を狭くすることが必要なので、複雑形状の材料や部品
の場合チャンバーの製作が困難になるという問題がある
。
また温水ジェットの場合１４５°Ｆ（，９２，８℃）の
温水を第６図の装置に適用したことが述べられているが
、この温度の温水では応力除去に必要な温度勾配が得ら
れず、応力除去効果がないことが明らかにされている。
温水を第６図の装置に適用したことが述べられているが
、この温度の温水では応力除去に必要な温度勾配が得ら
れず、応力除去効果がないことが明らかにされている。
この発・明は以上のような従来技術の問題点を解消し、
少なくかつ低レベルのエネルギーで複雑形状の低温物体
を効率良く加熱する方法を提供することを目的としてい
る。
少なくかつ低レベルのエネルギーで複雑形状の低温物体
を効率良く加熱する方法を提供することを目的としてい
る。
この発明は低温物体を加熱する方法において、１００℃
を超える高温高圧の熱水を噴出孔より噴出させて高速気
液二層流を発生させ、この高速気液二層流を低温物体の
表面に衝突させることにより、低温物体を急速に加熱す
ることを特徴とする低温物体の加熱方法である。
を超える高温高圧の熱水を噴出孔より噴出させて高速気
液二層流を発生させ、この高速気液二層流を低温物体の
表面に衝突させることにより、低温物体を急速に加熱す
ることを特徴とする低温物体の加熱方法である。
１００℃を超える高温高圧の熱水を噴出孔より噴出させ
て高速気液二層流を発生させ、この高速気液二層流を低
温物体の表面に衝突させるもので、低温物体の表面に水
膜が付着していても、高速気液二層流が水膜を貫通して
低温物体の表面で直接熱交換が行われるので効率の良い
熱交換を実現することができる。このため低温物体を急
速に加熱することができ、低温物体に局所的な塑性変形
を発生させて低温物体の内部に残留する残留応力を除去
することができる。
て高速気液二層流を発生させ、この高速気液二層流を低
温物体の表面に衝突させるもので、低温物体の表面に水
膜が付着していても、高速気液二層流が水膜を貫通して
低温物体の表面で直接熱交換が行われるので効率の良い
熱交換を実現することができる。このため低温物体を急
速に加熱することができ、低温物体に局所的な塑性変形
を発生させて低温物体の内部に残留する残留応力を除去
することができる。
本発明の一実施例を第１図に基づき説明する。
本発明を実施する装置は、熱水ドラム４と、熱水ドラム
４に蒸気制御弁５を介して水蒸気を吹込む加熱用水蒸気
管６と、熱水ドラム４に給水制御弁７を介して水を供給
する給水管８と、流量制御弁９を介して熱水をノズルｌ
Ｏから被加熱物体１１に噴射させる噴射管１２と、この
加熱作業の制御または監視のための圧力制御弁１３、圧
力計１４、液面計１５、温度計１６、流量計１７、排水
弁１８とから構成されている。熱水は熱水ドラム４内で
は沸騰平衡の状態にあり、例えば温度 １５０℃の時に
は、熱水ドラム圧力は４．８５ｋｇ／ｃｒｎ’であり、
この１５０℃の熱水をノズルｌＯから大気中に噴出させ
ると、減圧によって熱水の一部が気化して気液重量比 （気体重量／液体重量）が０．０９０ 、気液体積比（
気体体積／液体体積）が１４８の気液二層流となる。そ
して液体体積に比較して気体体積が１４８倍と大きいた
め、液体は微細に粉砕され高速に加速されて被加熱物体
１１に衝突するので、低温の伝熱面で効率良く熱伝達が
行われる。またこの加熱方法では被加熱物体１１の表面
に液膜が付着しても、高速の液滴がこの液膜を貫通する
ので、従来の蒸気噴射の方法よりもより効率の良い熱伝
達が行われる。
４に蒸気制御弁５を介して水蒸気を吹込む加熱用水蒸気
管６と、熱水ドラム４に給水制御弁７を介して水を供給
する給水管８と、流量制御弁９を介して熱水をノズルｌ
Ｏから被加熱物体１１に噴射させる噴射管１２と、この
加熱作業の制御または監視のための圧力制御弁１３、圧
力計１４、液面計１５、温度計１６、流量計１７、排水
弁１８とから構成されている。熱水は熱水ドラム４内で
は沸騰平衡の状態にあり、例えば温度 １５０℃の時に
は、熱水ドラム圧力は４．８５ｋｇ／ｃｒｎ’であり、
この１５０℃の熱水をノズルｌＯから大気中に噴出させ
ると、減圧によって熱水の一部が気化して気液重量比 （気体重量／液体重量）が０．０９０ 、気液体積比（
気体体積／液体体積）が１４８の気液二層流となる。そ
して液体体積に比較して気体体積が１４８倍と大きいた
め、液体は微細に粉砕され高速に加速されて被加熱物体
１１に衝突するので、低温の伝熱面で効率良く熱伝達が
行われる。またこの加熱方法では被加熱物体１１の表面
に液膜が付着しても、高速の液滴がこの液膜を貫通する
ので、従来の蒸気噴射の方法よりもより効率の良い熱伝
達が行われる。
本発明の他の実施例を第２図に基づき説明する。
第２図の本発明を実施する装置では、熱水ドラム４と熱
水ドラム４に接続または配置しである各種配管および計
器類は第１図の場合と同じであるが、この装置の場合は
熱水を回収して循環使用するようにしている。そのため
被加熱物体１１の下方に排水集水ピット１８を設け、排
水循環ポンプ２０で排水集合槽２１に集水し、集水した
排水をストレーナ−２２を介して排水給水用加圧ポンプ
２３で加圧し、循環水供給制御弁２４を配置した配管２
５を通して熱水ドラム４に戻すようにしている。また第
２図に破線で示したように、圧縮ガス２Ｂを圧力制御弁
２７を介して熱水ドラム４に供給し、高速気液二層流の
衝突速度を、熱水ドラム４の熱水の温度とは独立して制
御することもできる。さらには第２図に一点鎖線で示し
たように、ノズル１０から噴出した高速気液二層流の温
度が低下するのを防止するため、ノズルｌＯを保温カバ
ー２８内に設置してもよい。
水ドラム４に接続または配置しである各種配管および計
器類は第１図の場合と同じであるが、この装置の場合は
熱水を回収して循環使用するようにしている。そのため
被加熱物体１１の下方に排水集水ピット１８を設け、排
水循環ポンプ２０で排水集合槽２１に集水し、集水した
排水をストレーナ−２２を介して排水給水用加圧ポンプ
２３で加圧し、循環水供給制御弁２４を配置した配管２
５を通して熱水ドラム４に戻すようにしている。また第
２図に破線で示したように、圧縮ガス２Ｂを圧力制御弁
２７を介して熱水ドラム４に供給し、高速気液二層流の
衝突速度を、熱水ドラム４の熱水の温度とは独立して制
御することもできる。さらには第２図に一点鎖線で示し
たように、ノズル１０から噴出した高速気液二層流の温
度が低下するのを防止するため、ノズルｌＯを保温カバ
ー２８内に設置してもよい。
なお熱水の加熱は蒸気吹込みのみならず、電熱等信の加
熱手段を用いてもよく、また熱水ドラム４の加圧も圧縮
機等地の加圧手段を用いてもよい。
熱手段を用いてもよく、また熱水ドラム４の加圧も圧縮
機等地の加圧手段を用いてもよい。
第３図には本発明の方法で加熱したアルミニウムブロッ
クの昇温状況を蒸気噴射で加熱した場合と比較して示す
、この加熱に使用したアルミニウムブロック２９は、第
４図のように大きさが縦１００ｍｍ Ｘ横１００■■×
高さ５０ｍｍで加熱媒体の衝突面を除く全ての面を発泡
スチロール３０で断熱するとともに、表面から５鳳■（
第３図でＡ点）、２５ｍｍ（第３図でＢ点）の位置にに
型熱電対を挿入する孔３１ （深さ５０■）を設けた。
クの昇温状況を蒸気噴射で加熱した場合と比較して示す
、この加熱に使用したアルミニウムブロック２９は、第
４図のように大きさが縦１００ｍｍ Ｘ横１００■■×
高さ５０ｍｍで加熱媒体の衝突面を除く全ての面を発泡
スチロール３０で断熱するとともに、表面から５鳳■（
第３図でＡ点）、２５ｍｍ（第３図でＢ点）の位置にに
型熱電対を挿入する孔３１ （深さ５０■）を設けた。
そしてアルミニウムブロック２９をまず液体窒素浴に浸
漬して温度が均一になるまで４０分間保持した後、試験
片支持台に載せ、ブロック上面から４００■の高さの位
置に設置した口径ＩＥ１．５ｍｓの丸孔ノズルから熱水
（熱水ドラム圧力３．４ｋｇ／ａｍ’ 、温度１４７℃
）を１０．３１’／５ｉｎ（９，５ｋｇ／ｌ１ｉｎ）の
割合でブロック上面に噴射した。
漬して温度が均一になるまで４０分間保持した後、試験
片支持台に載せ、ブロック上面から４００■の高さの位
置に設置した口径ＩＥ１．５ｍｓの丸孔ノズルから熱水
（熱水ドラム圧力３．４ｋｇ／ａｍ’ 、温度１４７℃
）を１０．３１’／５ｉｎ（９，５ｋｇ／ｌ１ｉｎ）の
割合でブロック上面に噴射した。
また比較例の噴射条件は、圧力４ ｋｇ／ｃｒｎ’で温
度が１５２℃の蒸気を１．２４ｒｎ’ ／５ｉｎ（３，
２４ｋｇ／ｗｉｎ）の割合で、同じノズル径、ノズル配
置で噴射した。第３図からも明らかなように、熱水のほ
うが早く昇温しており、また昇温過程における温度勾配
も熱水のほうが大きい。
度が１５２℃の蒸気を１．２４ｒｎ’ ／５ｉｎ（３，
２４ｋｇ／ｗｉｎ）の割合で、同じノズル径、ノズル配
置で噴射した。第３図からも明らかなように、熱水のほ
うが早く昇温しており、また昇温過程における温度勾配
も熱水のほうが大きい。
因みに使用したエネルギーも蒸気は熱水の１．５倍であ
り、省エネルギーの面からも優れた加熱方法であるとい
える。
り、省エネルギーの面からも優れた加熱方法であるとい
える。
本発明の低温物体の加熱方法では、１００℃を超える液
滴が高速で被加熱物体に衝突するので、被加熱物体の表
面に多少の液膜が付着していても高速液滴がこの液膜を
貫通して効率の良い熱交換が行われる。したがって蒸気
単独の場合のようにチャンバーを被加熱物体に近接する
必要がなく、複雑形状、大形形状の物体にも容易に適用
できるとともに、エネルギー使用量も少なくてすむので
その経済的効果は大きい。
滴が高速で被加熱物体に衝突するので、被加熱物体の表
面に多少の液膜が付着していても高速液滴がこの液膜を
貫通して効率の良い熱交換が行われる。したがって蒸気
単独の場合のようにチャンバーを被加熱物体に近接する
必要がなく、複雑形状、大形形状の物体にも容易に適用
できるとともに、エネルギー使用量も少なくてすむので
その経済的効果は大きい。
ｆＪＳ１図は本発明の一実施例の設備系統図、第２図は
他の実施例の設備系統図、第３図は本発明と従来の方法
との昇温曲線を示すグラフ、第４図はアルミニウムブロ
ックとその断熱材の斜視図、第５図はアルミニウム合金
の熱処理と残留応力除去処理の熱サイクルを示すグラフ
、第６図は従来の低温物体の加熱方法を示す斜視図であ
る。 １・・・材料、２・・・チャンバー、３・・・ノズル孔
、４・・・熱水ドラム、５・・・蒸気制御弁、６・・・
加熱用水蒸気管、７・・・給水制御弁、８・・・給水管
、９・・・流擾制御弁、ｌＯ・・・ノズル、１１・・・
被加熱物体、１２・・・噴射管、１３・・・圧力制御弁
、１４・・・圧力計、１５・・・液面計、１６・・・温
度計、１７・・・流量計、１８・・・排水弁、１９・・
・排水集水ピット、２０・・・排水循環ポンプ、２１・
・・排水集合槽、２２・・・ストレーナ−１２３・・・
排水給水加圧ポンプ、２４・・・循環水供給制御弁、２
５・・・排水配管、２８・・・圧縮ガス、２７・・・圧
力制御弁、２８・・・保温カバー、２８・・・アルミニ
ウムブロック、３０・・・発泡スチロール、３１・・・
熱電対挿入孔。 第１図 ′ 第２図 第６図
他の実施例の設備系統図、第３図は本発明と従来の方法
との昇温曲線を示すグラフ、第４図はアルミニウムブロ
ックとその断熱材の斜視図、第５図はアルミニウム合金
の熱処理と残留応力除去処理の熱サイクルを示すグラフ
、第６図は従来の低温物体の加熱方法を示す斜視図であ
る。 １・・・材料、２・・・チャンバー、３・・・ノズル孔
、４・・・熱水ドラム、５・・・蒸気制御弁、６・・・
加熱用水蒸気管、７・・・給水制御弁、８・・・給水管
、９・・・流擾制御弁、ｌＯ・・・ノズル、１１・・・
被加熱物体、１２・・・噴射管、１３・・・圧力制御弁
、１４・・・圧力計、１５・・・液面計、１６・・・温
度計、１７・・・流量計、１８・・・排水弁、１９・・
・排水集水ピット、２０・・・排水循環ポンプ、２１・
・・排水集合槽、２２・・・ストレーナ−１２３・・・
排水給水加圧ポンプ、２４・・・循環水供給制御弁、２
５・・・排水配管、２８・・・圧縮ガス、２７・・・圧
力制御弁、２８・・・保温カバー、２８・・・アルミニ
ウムブロック、３０・・・発泡スチロール、３１・・・
熱電対挿入孔。 第１図 ′ 第２図 第６図
Claims (1)
- 低温物体を加熱する方法において、１００℃を超える高
温高圧の熱水を噴出孔より噴出させて高速気液二層流を
発生させ、この高速気液二層流を低温物体の表面に衝突
させることにより、低温物体を急速に加熱することを特
徴とする低温物体の加熱方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10310387A JPS63270410A (ja) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | 低温物体の加熱方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10310387A JPS63270410A (ja) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | 低温物体の加熱方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63270410A true JPS63270410A (ja) | 1988-11-08 |
Family
ID=14345289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10310387A Pending JPS63270410A (ja) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | 低温物体の加熱方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63270410A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007065623A1 (de) * | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Kti-Engineering Gbr | Vorrichtung zum erwärmen von wenigstens einer stranggussstange |
| JP2012517550A (ja) * | 2009-02-10 | 2012-08-02 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | タービンシャフトの加熱方法 |
| CN102994719A (zh) * | 2012-10-31 | 2013-03-27 | 高金菊 | 一种火车轮的热处理方法 |
-
1987
- 1987-04-28 JP JP10310387A patent/JPS63270410A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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