(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼線を直進通過させて加熱する流動床加熱炉であって、該加熱炉は炉体と、該炉体内に熱を供給する加熱源と、炉床上の砂層と、該砂層を流動床にするため気体を吹き込む通気孔と、該通気孔に送風する送風室と、炉体外にあって該送風室に気体を送給する耐熱送風機とから成り、該耐熱送風機は、自動車用ターボ過給機と配管系とから成り、該配管系は、該ターボ過給機のインペラー側出口に送風機から圧縮空気を送給してインペラーと該インペラーに同軸のタービンを逆回転させる常温管と、該ターボ過給機のタービン側出口に炉内の高温ガスを誘導し逆回転によって加圧して前記送風室に送給する高温管とから成ることを特徴とする流動床加熱炉。
【請求項２】
加熱源が抵抗発熱体又はラディアントチューブであり、炉内雰囲気が鋼に対して非酸化性であることを特徴とする請求項１に記載した流動床加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼線の熱処理に使用される流動床加熱炉に関している。
【背景技術】
【０００２】
鋼線を熱処理する際、全長均一に処理するため通常直進して加熱炉を通過させる方法が採用される。種々の加熱方法があるが流動床加熱炉は熱源から被加熱物への伝熱性が大きく（直火式に比較して数倍）、炉長即ち設備スペースを小さくすることができる。炉長が短縮されることはまた放熱が少なくエネルギー効率に有利である。
流動床加熱炉は、炉床に堆積させた厚い砂層（通常粒径約０．４ｍｍの砂の数１００ｍｍ厚の層）を該砂層の下からノズルを介して圧縮空気を吹き込み該砂を浮遊させて流動床を形成し、他方該流動床の上方からバーナーによって該流動床を加熱し、高温流動砂を熱媒体として通過する鋼線を加熱する構造となっている。
【０００３】
本加熱炉の問題の一つは、加熱効率（＝必要加熱量／使用熱量）であって直火式加熱炉の該効率は通常約３０〜４０％であるが、流動床では約２０％以下に低下する。その原因は常時吹き込まれる送風によって炉内が冷却されるためである。
【０００４】
加熱効率の向上に関して、かつて熱排ガスを還流させる案が模索されたことがあるが、圧縮機の耐熱問題が解決されず成功しなかった。該圧縮機は技術的には可能だが設備費用面に問題が大きい。
【０００５】
特許文献１には、加熱炉の加熱効率を上げる一つの方法が開示されている。通称リジェネバーナーであって、高温排ガスによって燃焼用空気を予熱する熱交換器付きバーナーである。当方法により加熱効率は向上するが流動床の低効率を解決する水準には遠い。なぜなら流動床の送風量（ｋｇ／ｈ）は処理される鋼線量（ｋｇ／ｈ）の±数１０％の範囲にあり、その加熱負荷が極めて大きいことから効果の限度が解る。常温送風を行う限り流動床の加熱効率を上げることは極めて困難と言える。
【０００６】
特許文献２には、浮遊流動床と同様の伝熱性を持つ新しい流動床が開示されている。
それによると、非鉄用精錬装置として用いられるロータリーキルンを鋼線の熱処理に改造・転用したもので、浮遊ではなく転動流動床が形成される。その結果送風が無いので加熱効率が飛躍的に向上する、雰囲気制御が容易であることが示されている。
本方法の場合、加熱炉の新設には本方法は適切であるが、既存の大型流動床炉を本方法に改造するには流動床部を撤去し新たに炉内に転動管機構を付設すれば良いが改造費に少なからずの負担が生ずる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】公開特許公報平６−２８１１３１号
【特許文献２】特許第４２９３４７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
鋼線の熱処理において該鋼線を直進通過させて加熱する流動床加熱炉では、厚く堆積した砂層の下から空気を吹き込んで該砂層を浮遊させた流動床を形成している。炉内には常時大量の送風がなされ、加熱源による熱の多くが該送風の昇温に消費され、被加熱材の加熱効率が極めて低い。
バーナー自体の効率を上げる方法（熱排ガスによる燃焼空気の予熱）ではある程度の向上が得られるが送風による損失にはとても及ばない。
浮遊流動床を転動流動床に転換する方法は、設備改造費用が無視できないと言う問題がある。
【０００９】
本願発明は、浮遊流動床加熱炉において加熱効率を通常の直火式加熱炉の水準以上に強化することを目的とし、既存の浮遊流動床加熱炉においても比較的低設備費で容易に適用することができる高加熱効率の流動床加熱炉を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明は、鋼線を直進通過させて加熱する流動床加熱炉であって、該加熱炉は炉体と、該炉体内に熱を供給する加熱源と、炉床上の砂層と、該炉床に設けられ該砂層に気体を吹き込む通気孔と、該通気孔下方の送風室と、炉体外にあって該送風室に気体を送給する耐熱送風機とから成り、気体吹込みにより該砂層を浮遊させて流動床を形成し維持する際、送風源として炉内高温ガスを該送風機に誘導し、所望圧に加圧して該送風室に送給することを特徴とする流動床加熱炉である。
【００１１】
第２発明は、送風機は自動車用ターボチャージャーを主部材として構成され、該ターボチャージャーの加給側出口に常温用の送風機から圧縮空気を送給してインペラーと該インペラーに直結するタービンを逆回転させ、炉内高温ガスは該ターボチャージャーのタービン側出口に誘導し、逆回転によって加圧することを特徴とする第１発明に記載した流動床加熱炉である。
【００１２】
第３発明は、加熱源が抵抗発熱体又はラディアントチューブであり、炉内雰囲気が非酸化性であることを特徴とする第１発明又は第２発明に記載した流動床加熱炉である
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流動床炉では、流動床を形成するための吹込み気体が従来の常温空気から炉内高温ガスに変わるので吹込み気体による炉の冷却作用が大幅に削減され、加熱効率が向上する。又伝熱性が大きい流動床炉は炉長が小さく本来放熱損が少ない。その効果が発現され、通常の直火式加熱炉の加熱効率を上回ることができる。
【００１４】
加熱源に抵抗発熱体又はラディアントチューブを使用し、非酸化性の気体を送給・循環させた場合、鋼線を無酸化加熱することができ品質向上に繋がる。
【００１５】
既存の流動床加熱炉に対して新規の送風機を付設するだけで効果が得られ、しかも新規送風機は極めて廉価な自動車部品を改造するだけでよいので設備費は小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の流動床加熱炉の全体概略である。
【図２】本発明の流動床加熱炉に転用される自動車用ターボチャージャーの説              明図である。
【図３】本発明の流動床加熱炉に設けられる耐熱送風機の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１において本発明の流動床加熱炉は、炉体１と該炉体内に熱を供給する加熱源２と炉床３上の砂層４と、該砂層４の下から通気板５を介して該砂層に気体を吹き込む送風室６と該送風室６に気体を送給する耐熱送風機９とから成り、気体吹込みにより浮遊流動床７が形成される。図中、炉内砂層の左半分は静止状態、右半分は浮遊状態を示す。その際、送風源として炉内高温ガス８を該送風機９に誘導し、所望圧に加圧して該送風室６に送給する。
他方流動床の上から加熱源例えばバーナーの火炎により該流動床を所望温度に加熱する。鋼線１０を直進走行させて加熱するには、沸騰状の流動床７の中を通過させる。
【００１８】
以上の構造と操作により流動床は従来のように常温送風によってではなく炉内から誘導した熱風によって形成されるので炉に対する送風の冷却作用が無くなり、加熱効率は従来の約２０％以下から通常の加熱炉と同水準（３０〜４０％）又は以上に向上する。
【００１９】
本発明に供される耐熱送風機として高温ガスを圧縮するコンプレッサーは市販されていない。ガスタービン・エンジンのように特別設計すれば可能である。その際設備費が問題になる。本発明では簡単低廉な方法で耐熱送風機を考案している。
図２は自動車用ターボチャージャーの概略図であって、エンジン・シリンダー２８の圧縮熱排ガス２０がターボチャージャー２１のタービン側２２の入口２３に送給され、タービン２４を高速回転させた後タービン側出口２５から排出される。該タービン２４と直結したインペラー側のインペラー２６は高速回転により吸気２７を圧縮しエンジン・シリンダー２８に加圧空気を送給し、エンジン出力が増強される。回転数は毎分約１０万回であり、タービン２４は耐熱材で構成され約９００℃に耐え、加圧量は１．５〜２．０気圧が得られる。
【００２０】
図３は本発明の耐熱送風機であって、前記ターボチャージャーを転用し逆転させたものである。逆転ターボチャージャー３０のインペラー側３１の出口３２に常温用の送風機（図示せず）から常温圧縮空気を送給してインペラー３３と該インペラーに回転軸を介して直結したタービン３４を逆回転させる。他方炉内高温ガス３５を前記ターボチャージャー３０のタービン側３６の出口３７に誘導し、逆回転により加圧し、入口３８から加圧高温ガス３９として送風室６に送給する。
【００２１】
上記改造によりターボチャージャーと同様にタービンは炉の熱排ガスに耐えることができ、又ある程度の熱排ガスの加圧も可能となる。通常タービンは第１に高温に耐えること第２に高速回転が得られるよう、他方インペラーでは圧縮性を重視して設計されている。従って逆転使用は逆転インペラーの高速回転性に、又逆転タービンの圧縮性にも効率低下が生ずる。
ところで流動床の形成・維持に必要な送風圧力は約０．２気圧である。吹込みをノズルを介して行う場合は０．２気圧以上の設備が設けられる。セラミック通気板が使用される場合は、吹込み面積が大きいので送風圧はノズルの場合よりも低くて良い。上記圧力は逆転ターボチャージャーで容易に得られる水準であって加圧性能は解決される。
問題は容量（ｍ3／ｈ）の過不足である。
【００２２】
流動床に必要な送風量は炉床面積当たり約１ｍ3／ｍ2／分である。通常の加熱炉（能力：０．５〜２．０ｔ／ｈ）の炉床面積は１０〜４０ｍ2であり、送風量は約１０〜４０ｍ3／分である。
他方ターボチャージャーの排気量はエンジンのシリンダー全容積×回転数／２であるから、乗用車の場合は約４ｍ3／分になる。従って加熱炉用送風機に転用する場合、数台のターボチャージャーで賄うことができる。自動車部品は低廉であるから設備費は問題にならない。
【００２３】
逆運転の駆動に必要な送風は既存の圧縮機を使用し、マニホールドを介して多数の逆転ターボチャージャーを併行稼働させる。炉体から誘導した高温ガスも同様にマニホールドを介して多数の逆転ターボチャージャーに送給・昇圧し炉室に送り込む。
【００２４】
加熱源として抵抗発熱体又はラディアント・チューブ（伝熱管内で燃焼させ排ガスを炉内に持ち込まない型式のバーナー）を使用するとバーナーのように排ガスは炉内に残存しない。排気筒は閉鎖して炉内ガスを窒素ガスのような非酸化性にすると該ガスが循環する。炉内を正圧に維持する程度に該ガスを補給する。消費量は大きくない。加熱される鋼線は酸化されず表面品質に優れる。
【実施例】
【００２５】
中古ターボチャージャーの昇圧試験を行った。元圧４気圧の配管からターボチャージャーの加給側出口に圧縮空気を送り込むとインペラーは容易に逆向きに回転することが確認された。タービン側の入口から空気が吹き出すことも確認された。
次ぎに弁を徐々に開け送風量を増加させるとタービンは高速回転し、吹き出しも増加し、回転数は不明だが吹き出し圧力は０．３気圧に達した。以上から逆転ターボチャージャーは実用に耐えることが裏付けられた。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本願発明による流動床加熱炉は既存炉から容易に改造することができ省エネルギーに寄与する。
【符号の説明】
【００２７】
１：炉体    ２：加熱源    ３：炉床    ４：砂層    ５：通気板    ６：送風室    ７：流動床    ８：炉内ガス    ９：耐熱送風機    １０：鋼線
２０：圧縮熱排ガス    ２１：ターボチャージャー    ２２：タービン側    ２３：タービン側入口    ２４：タービン    ２５：タービン側出口    ２６：インペラー    ２７：吸気    ２８：エンジン・シリンダー
３０：逆転ターボチャージャー    ３１：インペラー側    ３２：出口    ３３：インペラー    ３４：タービン    ３５：炉内高温ガス    ３６：タービン側    ３７：出口    ３８：入口    ３９：加圧高温ガス
【要約】      （修正有）【課題】鋼線を直進走行させて連続加熱する流動床加熱炉において流動床を形成するための送風による加熱効率の低下を防止する。【解決手段】炉床３に堆積した砂層４を浮遊させて流動床７を形成する際、従来の常温送風に替え、炉内高温ガス８を耐熱送風機９に誘導して加圧し、炉床下の送風室６に送給する。耐熱送風機として、自動車用ターボチャージャーを転用し逆回転逆機能を果たす。即ち、常温送風をチャージャーのインペラー側出口に供給して、インペラー及びタービンを逆回転させる。他方炉内高温ガスをチャージャーのタービン側出口に導き加圧して入口から流動床炉送風室に送給する。加熱効率は通常の直火式炉の水準以上になる。加熱源を電気ヒーターにすると排ガスが無いので雰囲気制御が容易になる。【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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