(57)【要約】      （修正有）【課題】被加工体の脱炭量を軽減することができる加熱炉及びその制御方法を提供する。【解決手段】炉床３と、炉床３によって塞がれる開口部２ｂが下方に形成され、該開口部２ｂに連通する中空部２ａが形成された炉体２と前記炉床を昇降させる昇降手段を有する加熱炉において、前記中空部２ａを９００℃以上に加熱し、前記中空部２ａの縦横比ｘが、０．５≦ｘ≦３．０を満たし、前記炉床３による前記開口部２ｂの開閉速度ｖ（ｍｍ／ｓ）が、５≦ｖ≦５０を満たすように昇降手段を制御する制御手段を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面に開口部を有し、該開口部に連通する中空部が形成された炉体と、
前記中空部内に設置されたヒーターと、
前記中空部内に収容されるように上面に被加工体が設置され、前記開口部を開閉する炉床と、
前記炉床を昇降させる昇降手段とを備えた加熱炉であって、
前記ヒーターによって、中空部が９００℃以上に加熱され、
前記中空部の縦横比ｘが、０．５≦ｘ≦３．０を満たし、
前記炉床によって前記開口部を開閉する開閉速度ｖ（ｍｍ／ｓ）が、５≦ｖ≦５０を満たすように前記昇降手段を制御する制御手段が設けられたことを特徴とする加熱炉。
ただし、縦横比ｘは、（中空部における高さ）／（開口部の面積）１／２である。
【請求項２】
炉体と炉床との間に弾性を有する間材が設置されることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
下面に開口部を有し、該開口部に連通する中空部が形成された炉体と、
前記中空部内に設置されたヒーターと、
前記中空部内に収容されるように上面に被加工体が設置され、前記開口部を開閉する炉床と、
前記炉床を昇降させる昇降手段とを備え、
前記中空部の縦横比ｘが、０．５≦ｘ≦３．０を満たし、
前記ヒーターによって、中空部が９００℃以上に加熱される前後に前記被加工体を前記炉体内に収容又は取り出す際に、
前記炉床によって前記開口部を開閉する開閉速度ｖ（ｍｍ／ｓ）が、５≦ｖ≦５０を満たすことを特徴とする加熱炉の制御方法。
ただし、縦横比ｘは、（中空部における高さ）／（開口部の面積）１／２である。
【請求項４】
炉体と炉床との間に弾性を有する間材が設置されることを特徴とする請求項３に記載の加熱炉の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工体を加熱する加熱炉、及び被加工体を炉体内部に出し入れする際の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼等の被加工体を加熱する大気開放型の加熱炉においては、１１００℃以上の加熱温度で、被加工体に多くの脱炭が発生していた。被加工体の加熱時における脱炭を抑制する加熱炉としては、雰囲気炉や真空炉等が挙げられる。
しかし、雰囲気炉は、不活性ガス供給装置や、真空ポンプ等の付帯設備が必要なため、装置並びに維持管理に要するコストが高く、また、ガスを扱うために危険を伴うことがある。一方、真空炉においては、装置自体が高価であること、及び復圧にガスを用いることから、取り出し時に被加工体を冷却させてしまうことがある。また、大気は、脱炭を促すガスであるＯ２やＨ２Ｏを多く含んでいるため、大気雰囲気中で被加工体を高温加熱する場合には、脱炭の発生が著しい。
【０００３】
図３及び図４は、従来の横型加熱炉の構成を示す側面図である。横型加熱炉とは、被加工体を炉体の内部に出し入れするための扉が横方向（炉体の側面方向）に設置された加熱炉である。図３及び図４に示すように、加熱炉１は、内部に中空部２ａが形成され、この中空部２ａに連通し、側方に開口した開口部２ｂが形成された炉体２と、開口部２ｂを塞ぐ扉２０とを有する。扉２０の内周端面は、開口部２ｂの外縁端部２ｃに当接する。中空部２ａ内には、ヒーター５が設置されている。ヒーター５は、中空部２ａ内及び収容された被加工体５０を加熱する。中空部２ａの上面には、被加工体５０が載置される。
【０００４】
このような構成をなす横型加熱炉１においては、扉２０の開閉時に開口部２ｂにおいて大気が攪拌されやすく、脱炭を促進するガスが炉体２の内部２ａに多量に供給される問題が生じる。この問題を解決するために、図４に示すように、セラミック等の材料からなり、密封材としての機能を有する間材６を炉体２と扉２０とが当接する外縁端部２ｃに設置した横型加熱炉も提案されている。しかし、この横型加熱炉にあっても、密閉性が悪く、扉２０を閉めていても加熱中に外気を炉体２の内部に多く循環させてしまっていた。
【０００５】
そこで、高い密封性を実現する加熱炉として、炉床が昇降する縦型加熱炉が開示されている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載された加熱炉においては、被加工体を出し入れするために開閉する扉が下方に開口した開口部であるため、熱せられた大気が上昇する性質を利用して、密封性を高めることができる。
【特許文献１】特開平３−１７４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示された加熱炉は、炉内部における密閉性を維持しつつ、昇降装置に機械的な負担を与えない構成をなしているが、密閉性を高めるだけでは、被加工体の脱炭量を低減することは困難であった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、脱炭量が低減された加熱炉及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、炉体の内部における加熱温度と、開口部の開閉速度と、炉体の縦横比との間に密接な関係があることを知見した。
本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、上記課題を解決するための請求項１記載の発明に係る加熱炉は、下面に開口部を有し、該開口部に連通する中空部が形成された炉体と、前記中空部内に設置されたヒーターと、前記中空部内に収容されるように上面に被加工体が設置され、前記開口部を開閉する炉床と、前記炉床を昇降させる昇降手段とを備えた加熱炉であって、前記ヒーターによって、中空部が９００℃以上に加熱され、前記中空部の縦横比ｘが、０．５≦ｘ≦３．０を満たし、前記炉床によって前記開口部を開閉する開閉速度ｖ（ｍｍ／ｓ）が、５≦ｖ≦５０を満たすように前記昇降手段を制御する制御手段が設けられたことを特徴としている。ただし、縦横比ｘは、（中空部における高さ）／（開口部の面積）１／２である。
【０００８】
また、請求項２記載の発明に係る加熱炉は、請求項１記載の加熱炉において、炉体と炉床との間に弾性を有する間材が設置されることを特徴としている。
また、請求項３記載の発明に係る加熱炉の制御方法は、下面に開口部を有し、該開口部に連通する中空部が形成された炉体と、前記中空部内に設置されたヒーターと、前記中空部内に収容されるように上面に被加工体が設置され、前記開口部を開閉する炉床と、前記炉床を昇降させる昇降手段とを備え、前記中空部の縦横比ｘが、０．５≦ｘ≦３．０を満たし、前記ヒーターによって、中空部が１１００℃以上に加熱される前後に前記被加工体を前記炉体内に収容又は取り出す際に、前記炉床によって前記開口部を開閉する開閉速度ｖ（ｍｍ／ｓ）が、５≦ｖ≦５０を満たすことを特徴としている。ただし、縦横比ｘは、（中空部における高さ）／（開口部の面積）１／２である。
また、請求項４記載の発明に係る加熱炉の制御方法は、請求項３記載の加熱炉の制御方法において、炉体と炉床との間に弾性を有する間材が設置されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のうち請求項１に係る加熱炉によれば、大気の循環が生じにくいように炉体の下面に開口する開口部において被加工体の出し入れを行い、その条件を規定したので、脱炭量が低減された加熱炉を提供することができる。
また、本発明のうち請求項２に係る加熱炉によれば、炉体と炉床支持手段との間に弾性を有する間材が設置されるため、加熱中における中空部の密閉性が更に高くなるので、大気が遮断され、脱炭量が低減される。
【００１０】
また、本発明のうち請求項３に係る加熱炉の制御方法によれば、脱炭量が低減された加熱炉の制御方法を提供することができる。
また、本発明のうち請求項４に係る加熱炉の制御方法によれば、炉体と炉床支持手段との間に弾性を有する間材が設置されるため、加熱中における中空部の密閉性が更に高くなるので、大気が遮断され、脱炭量が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る加熱炉の一実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る加熱炉の一実施形態における側面図である。図１に示すように、本発明の加熱炉１は、内部に中空部２ａが形成され、この中空部２ａに連通し、下側に開口した開口部２ｂが形成された炉体２と、開口部２ｂを塞ぐ炉床３とを有する。炉床３は、中空部２ａに収容され、被加工体５０を上面に載置する被加工体支持部３ａと、開口部２ｂの外縁端部２ｃに当接するフランジ部３ｂとを有する。フランジ部３ｂの下部には、該炉床３を上下方向に昇降させる昇降手段４が設置されている。中空部２ａ内には、ヒーター５及び温度センサ７が設置されている。ヒーター５は、中空部２ａ内及び収容された被加工体５０を加熱する。温度センサ７は、中空部２ａ内の温度Ｔを検出する。昇降手段４は、昇降方向及び昇降速度を制御する制御手段８と通信可能に接続されている。また、制御手段８は、温度センサ７によって検出された温度情報を受信可能に温度センサ７に接続されている。
【００１２】
炉床３の上面には、被加工体５０が載置される。被加工体５０の形状としては、例えば、円筒形状が挙げられる。被加工体５０の材料としては、例えば、
軸受用鋼が挙げられる。
被加工体５０の加熱工程において、中空部２ａ内の温度Ｔは、外気との攪拌量が多くなる９００℃以上の処理に適用されることが好ましく、１１００℃以上の処理に適用されることがより好ましい。
【００１３】
中空部２ａの縦横比ｘは、０．５≦ｘ≦３．０を満たすことが好ましく、０．８≦ｘ≦３．０を満たすことがより好ましい。ここで、縦横比ｘは、（中空部２ａにおける高さ）／（開口部２ｂの面積）１／２から算出される。縦横比ｘが０．５未満であると、脱炭しやすいという問題を生じることがある。縦横比ｘが３．０を超えると、被加工物の搬入、搬出をするときに、時間が長くかかったり、スペースが広く必要になるという問題を生じることがある。
ここで、縦横比ｘは、（中空部２ａにおける高さ）／（開口部２ｂの開口面積）１／２によって求められる。図１に示すように、「中空部２ａにおける高さｈ」は、炉体２の開口面から、開口部２ｂに対向する内壁面２ｄまでの寸法である。
【００１４】
炉床３による開口部２ｂの開閉速度ｖ（ｍｍ／ｓ）が５ｍｍ／ｓ未満であると、中空部２ａ内の加熱空気と大気との接触時間が増え、脱炭量が増加するという問題を生じることがあるので、５ｍｍ／ｓ以上が好ましく、１０ｍｍ／ｓ以上がより好ましい。開口部２ｂの開閉速度ｖ（ｍｍ／ｓ）が５０ｍｍ／ｓを超えると、開口部２ｂに対する炉床３の開閉動作が、中空部２ａ内の加熱空気と外気との攪拌量を増大させ、脱炭量が増加するという問題を生じることがあるので、５０ｍｍ／ｓ以下が好ましく、３０ｍｍ／ｓ以下がより好ましい。
【００１５】
ここで、開閉速度ｖ（ｍｍ／ｓ）は、開閉時の炉床の（移動距離（ｍｍ）／時間（ｓ））により定義される。
本発明では、中空部２ａ内に設けられた温度センサ７から取得した温度Ｔが上記条件を満たし、予め入力された炉体２の縦横比ｘが上記条件を満たすときには、上記範囲の開閉速度ｖで炉床３を昇降するように制御手段８が昇降手段４を制御する。
【００１６】
昇降手段４によって炉床３が開口部２ｂを塞ぐときにおける炉体２と炉床３との当接部分には、弾性を有する間材６が設けられてもよい。間材６は、炉体２における開口部２ｂの外縁端部２ｃに設けられてもよいし、炉床３におけるフランジ部３ａに設けられてもよい。
間材６の材料としては、弾性を有し、炉体２と炉床３との間に介在する密閉材としての気密性を有し、加熱炉の熱によって変性しにくい材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて選択することができるが、例えば、セラミックが好ましい。間材６の形態としては、繊維形態が好ましく、ロープ状や、ブランケット状に加工することが好ましい。
【００１７】
（実施例）
以下、本発明に係る加熱炉及びその制御方法の実施例について説明する。
まず、被加工体５０として、円筒形状に加工した鋼材を、表１に示す加熱条件（試験Ｎｏ.１〜２１）で加熱し、冷却した。加熱時間は全て３０分である。
なお、表１における各実験炉の態様及び縦横比は、以下の通りである。下記実験炉Ｎｏ.１〜３においては、炉体２と炉床３との間にセラミックファイバーからなる間材６を設置した。
実験炉Ｎｏ.１：縦型加熱炉、縦横比ｘ＝０．５
実験炉Ｎｏ.２：縦型加熱炉、縦横比ｘ＝０．８
実験炉Ｎｏ.３：縦型加熱炉、縦横比ｘ＝３．０
実験炉Ｎｏ.４：横型加熱炉、縦横比ｘ＝０．６
実験炉Ｎｏ.５：横型加熱炉、縦横比ｘ＝０．９
また、被加工体５０の加熱の前後において、被加工体５０を炉体２の内部に出し入れする際には、表１に示す中空部２ａ内の温度Ｔ、及び縦横比ｘに基づいて、制御手段８によって炉床４を、表１に示す開閉速度ｖで昇降させた。
【００１８】
次に、冷却した被加工体５０の断面の組織観察を行い、脱炭層の深さを測定し、脱炭量を判定した。測定結果を表１及び図２に示す。
脱炭層の深さの測定は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５８の４．１（顕微鏡による測定方法）に従う全脱炭層深さ（ＤＭ−Ｔ）の測定方法を用いた。ただし、被加工体５０が熱間金型用以外の合金工具鋼鋼材であり、顕微鏡による測定が困難な場合は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５８の４．２（硬さ試験による測定方法）に従う実用脱炭層深さ（ＤＨ−Ｐ）の測定方法を用いることが好ましい。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１に示すように、加熱温度Ｔと、開閉速度ｖと、縦横比ｘとがそれぞれ上述した条件を満たす試験Ｎｏ.１〜１３の実施例は、被加工体５０の脱炭層の深さが０．３８ｍｍ以下であり、大気開放型炉において脱炭の低減が実現された。一方、加熱温度Ｔと、開閉速度ｖと、縦横比ｘとがそれぞれ上述した条件のいずれかを満たさない試験Ｎｏ.１４〜１６，１９，２０の比較例は、被加工体５０の脱炭層の深さが０．４９ｍｍ以上となり、大気開放型炉に特有の多量の脱炭が確認された。また、試験Ｎｏ.１７，１８の比較例は、炉の種類が異なり、他の条件が近似の試験Ｎｏ.１０，１１の実施例に比べて脱炭深さが大幅に深くなった。
このように、炉床４によって塞がれる開口部２ｂが炉体２の下方に形成された縦型の加熱炉１において、加熱温度Ｔと、開閉速度ｖと、縦横比ｘとを適正に組み合わせることにより、被加工体５０の脱炭量を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る加熱炉の一実施形態における構成を示す正面図である。
【図２】本発明に係る加熱炉の加熱温度又は開閉速度と、脱炭層の深さとの関係を示すグラフである。
【図３】従来の加熱炉の構成を示す正面図である。
【図４】従来の加熱炉の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  加熱炉
２  炉体
２ａ  中空部（炉体内部）
２ｂ  開口部
２ｃ  縁部
３  炉床
４  昇降装置
５  ヒーター
６  間材
８  制御手段
２０  扉
５０  被加工体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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