(57)【要約】      （修正有）【課題】寿命延長が可能な熱処理炉用ラジアントチューブを提供する。【解決手段】直管部と曲管部とを繋ぎ合わせて１つの燃焼ガス流路を形成するラジアントチューブにおいて、曲管部の頂点近傍で炉幅方向に突設されるサポートを、当板と基部と先端部とからなり、少なくとも基部が、長手方向に垂直な断面で、断面積が先端に向かって漸減してなる形状を有するサポートとし、該サポートを、当板を介して曲管部に接合する。なお、先端部は、長手方向に垂直な断面で、断面積が一定である形状を有するものとすることが好ましい。具体的には、基部は、中空円錐台状を呈し、先端部が円筒状を呈する形状のサポートとすることが好ましい。本発明によれば、サポートの変形が抑制され、かつラジアントチューブ曲管部への応力集中を回避でき、ラジアントチューブの変形や亀裂の発生が抑制あるいは防止されて、ラジアントチューブの寿命が顕著に増大する。【選択図】図１
2018179327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繋ぎ合わせた直管部と曲管部からなり、１つの燃焼ガス流路を形成するラジアントチューブ本体と、該ラジアントチューブ本体の前記曲管部の頂点近傍で炉幅方向に突設されてなるサポートを有するラジアントチューブであって、前記突設されてなるサポートが、当板と基部と先端部とからなり、前記当板を介して前記曲管部に接合されてなり、かつ、少なくとも前記基部が、長手方向に垂直な断面で、断面積が先端に向かって漸減してなる形状を有することを特徴とするラジアントチューブ。
【請求項２】
前記先端部が長手方向に垂直な断面で、断面積が一定である形状を有することを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブ。
【請求項３】
前記基部が中空円錐台状を呈し、前記先端部が円筒状を呈することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラジアントチューブ。
【請求項４】
前記基部が中空角錐台状を呈し、前記先端部が中空角柱状を呈することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラジアントチューブ。
【請求項５】
炉内にラジアントチューブを配置してなる熱処理炉であって、前記ラジアントチューブを請求項１ないし４のいずれかに記載のラジアントチューブとし、該ラジアントチューブの前記サポートに対応する炉壁の位置に受金物を配設してなることを特徴とする熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理炉等の工業用加熱炉の炉内に配置されるラジアントチューブに係り、とくに、ラジアントチューブの耐久性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラジアントチューブは、熱処理炉等の炉内に設置され、雰囲気ガスを使用する熱処理炉等の熱源となる放射伝熱管である。ラジアントチューブは、チューブ内に加熱された高温ガスが供給され、ラジアントチューブ外周からの輻射熱により炉内を加熱する、間接加熱方式の熱源として使用されている。ラジアントチューブを利用した加熱によれば、燃焼ガスによる炉内汚染を防止することができる。ラジアントチューブには、直管のみからなるストレート型、管の一部を湾曲させて曲管部を１箇所設けたＵ型、曲管部を３箇所設けたＷ型あるいは３本の直管部と４本の曲管部とからなる特殊型等がある。また、これらのラジアントチューブの炉内における設置方式としては、縦置き方式、横置き方式などがある。
【０００３】
Ｗ型のラジアントチューブを縦置き方式で設置する場合、例えば、特許文献１に記載された技術では、図４に示すように、直管１ａ、１ｄの開放端部を鉛直方向に揃えて炉壁５ａに固定し、曲管２ａ、２ｂ、２ｃに溶接した各サポート３ａ、３ｂ、３ｃを炉壁５ａ、５ｂから突出して設けた各受金物４ａ、４ｂ、４ｃで支持している。なお、Ｕ型のラジアントチューブの場合や、ラジアントチューブを横置き方式で設置する場合も、同様に、ラジアントチューブをサポートと受金物とで支持する構造となっている場合が多い。
【０００４】
ラジアントチューブは、耐熱鋼や耐熱合金等で作製されているが、高温環境である熱処理炉等の炉内で長時間晒されるため、大きな熱負荷がかかり、加熱・冷却や温度勾配による熱応力や自重によるクリープ応力等が作用して、ラジアントチューブには、曲り等の変形や亀裂が発生する場合が多い。
【０００５】
また、サポートと受金物の固着やサポートの変形により、ラジアントチューブの熱膨張や熱収縮が拘束されて、曲管で亀裂が発生することが多い。亀裂が発生すると、ラジアントチューブ内に炉内雰囲気ガスが流入し、炉内雰囲気ガス使用量の増加、加熱効率の低下、炉内圧の低下、燃焼ガスによる炉内雰囲気の汚染等の操業上や、品質上の各種問題の発生を招く。
【０００６】
このような問題に対し、例えば、特許文献１には、ラジアントチューブの曲管の端部に設けたサポート３と、炉壁より突出して該サポート３を支持する受金物４との間に、図５に示すように、その相互間にて転動する、例えばローラ６、シャフト７等の回転部材を配置したラジアントチューブ支持装置が記載されている。特許文献１に記載された技術によれば、ローラ、コロ等の回転部材の存在により、ラジアントチューブのサポートと受金物との相互の移動が円滑かつ容易になり、ラジアントチューブに熱膨張や熱収縮が生じても、サポートが受金物の上を容易に移動して、熱膨張や熱収縮を吸収して、ラジアントチューブの変形や亀裂発生を抑制できるとしている。なお、特許文献１に記載された技術では、コ字状の断面形状を有するサポート３の例が示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、ラジアントチューブの支持構造が記載されている。特許文献２に記載されたラジアントチューブの支持構造では、少なくとも上下方向に略対称となるように加熱炉の炉幅方向に架け渡されて配置されるラジアントチューブのＵ字状屈曲部の頂点近傍に炉幅方向に突出して固定される突設部３と、炉壁５に固定され突設部を搭載して支持する支持部４とを備え、図６に示すように、突設部３が、支持部４の上面に当接する丸棒材６を有するとともに、上下対称形状を呈することを特徴としている。特許文献２に記載された技術によれば、曲損したラジアントチューブを上下反対に設置でき、酸化減肉による寿命と略同程度までラジアントチューブの寿命を延長できるとしている。なお、特許文献２に記載されたラジアントチューブの技術では、図６に示すように、突設部３は、四角部が面取りされた台形形状を呈する垂直断面形状を有することが例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平10−237539号公報
【特許文献２】特開平11−257612号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、コ字状の断面形状を有するサポート３の例が示されているが、高温環境下での長時間の使用により、サポートと受金具間、あるいは回転部材で、固着や変形を起こす場合が多々あった。そのような場合には、ラジアントチューブの熱膨張や熱収縮を吸収できなくなり、サポートの剛性不足に起因してサポートの変形や、さらにはラジアントチューブ本体に変形や亀裂が発生することがあった。
【００１０】
また、特許文献２に記載された技術では、垂れ下がりを抑制するために所定期間使用するごとに、ラジアントチューブの上下を反対に設置しなおす必要があり、複雑な保守、点検工程を必要とする。そして、さらに、突設部に配設された丸棒材において、変形や固着を生じ、円滑な移動が阻害され、ラジアントチューブの熱膨張や熱収縮を吸収できなくなり、サポートの剛性不足に起因してサポートの変形、さらには、ラジアントチューブ本体に変形や亀裂が発生することがあり、寿命が短くなる恐れがあるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、サポートの変形、ラジアントチューブ本体、とくに曲管部の変形や亀裂の発生を抑制し、ラジアントチューブの寿命増大を達成できる、ラジアントチューブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記した目的を達成するために、サポートの変形、ラジアントチューブ本体、とくに曲管部の変形や曲管部での亀裂の発生に影響する各種要因について鋭意検討した。その結果、サポートの剛性（強度）とラジアントチューブの強度との微妙なバランスを確保することが重要であることに想到した。というのは、例えば、従来技術で用いられているような回転部材が固着すると、サポートと受金物との間で円滑な移動が阻害され、そのため、サポートに大きな負荷がかかる。サポートの剛性が高い場合には、サポートは変形しないが、ラジアントチューブ曲管部に負荷が集中し、サポートが曲管部に喰い込むなど、曲管部の変形や亀裂の発生をもたらす。一方、サポートの剛性（強度）が小さい場合には、サポートが変形し、ラジアントチューブを支持するという役割を果たせないことになる。
【００１３】
そこで、更なる検討を行い、サポートが変形しない程度にサポートの剛性（強度）を高くしたうえで、ラジアントチューブの変形、亀裂発生を抑制するためには、曲管部への応力集中を避けることができるように、曲管部に取り付けられるサポートの形状を調整することが重要になることに思い至った。そのような形状としては、先端側の断面積に比べて、ラジアントチューブ曲管部との接続側の断面積が大きくなるような形状であることを知見した。
【００１４】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）繋ぎ合わせた直管部と曲管部からなり、１つの燃焼ガス流路を形成するラジアントチューブ本体と、該ラジアントチューブ本体の前記曲管部の頂点近傍で炉幅方向に突設されてなるサポートを有するラジアントチューブであって、前記突設されてなるサポートが、当板と基部と先端部とからなり、前記当板を介して前記曲管部に接合されてなり、かつ、少なくとも前記基部が、長手方向に垂直な断面で、断面積が先端に向かって漸減してなる形状を有することを特徴とするラジアントチューブ。
（２）（１）において、前記先端部が長手方向に垂直な断面で、断面積が一定である形状を有することを特徴とするラジアントチューブ。
（３）（１）または（２）において、前記基部が中空円錐台状を呈し、前記先端部が円筒状を呈することを特徴とするラジアントチューブ。
（４）（１）または（２）において、前記基部が中空角錐台状を呈し、前記先端部が中空角柱状を呈することを特徴とするラジアントチューブ。
（５）炉内にラジアントチューブを配置してなる熱処理炉であって、前記ラジアントチューブを（１）ないし（４）のいずれかに記載のラジアントチューブとし、該ラジアントチューブの前記サポートに対応する炉壁の位置に受金物を配設してなることを特徴とする熱処理炉。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転部材等を用いることなく、あるいは回転部材を用いた場合で、回転部材が機能しなくなっても、サポートの変形が抑制され、かつラジアントチューブ曲管部への応力集中を回避でき、ラジアントチューブの変形や亀裂の発生が抑制あるいは防止されて、ラジアントチューブの寿命が顕著に増大し、または、ラジアントチューブ変形により生じるリスクを回避でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、曲線的な形状のラジアントチューブ本体と曲線を多用した滑らかな形状のサポートとの組合せとなり、ラジアントチューブ全体として、美観（美的感覚）を満足させるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明ラジアントチューブの構成の一例を示す（ａ）正面図及び側面図、（ｂ）平面図である。
【図２】本発明ラジアントチューブに設けられるサポートの好ましい構成の一例を示す正面図および側面図である。
【図３】本発明ラジアントチューブの構成の一例を示す正面図である。
【図４】従来のＷ型ラジアントチューブの構成の一例を示す断面図である。
【図５】従来のラジアントチューブの支持構造の一例を示す正面図である。
【図６】従来のラジアントチューブの支持構造の一例を示す。（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明になるラジアントチューブは、本体１０とサポート３とを有する。ラジアントチューブの本体１０は、繋ぎ合わせた直管部と曲管部からなり、１つの燃焼ガス流路を形成する。例えば、開放端部を有する２本の直管１、１を、少なくとも１本の曲管２で繋ぎ合わせた、少なくとも２つの直管部１、１と少なくとも１つの曲管部２とから構成される。ラジアントチューブ本体は、図３に示すように、開放端部を有する２本の直管を、溶接等で１つの曲管で繋ぎあわせ、２つの直管部１ａ、１ｂと１つの曲管部２ａとからなるＵ型としても、あるいは図１に示すように、開放端部を有する２本の直管を、さらに２本の直管と、隣り合う直管を溶接等で繋ぎあわせる３本の曲管とから構成され、４つの直管部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと３つの曲管部２ａ、２ｂ、２ｃとからなるＷ型としてもよい。あるいは、３つの直管部と４つの曲管部とからなる特殊型など、従来から用いられている形式のラジアントチューブ本体がいずれも適用できる。
【００１８】
また、ラジアントチューブ本体１０は、高温に晒されるため、耐熱鋼製、あるいは耐熱合金製とすることが好ましい。耐熱合金としては、インコネル、ハステロイ等のNi系合金が例示できる。また、ラジアントチューブ本体１０の開放端部の一方または両方には、バーナーが配設されるのは言うまでもない。さらに、ラジアントチューブ本体１０の炉内配置は、縦置き式、横置き式のいずれでもよい。
【００１９】
本発明になるラジアントチューブでは、例えば、図１に示すように、ラジアントチューブ本体１０の曲管部２の頂点近傍で炉幅方向にサポート３を突設してなる。本発明では、曲管部２の頂点近傍に突設されるサポート３は、当板３０と基部３１と先端部３２と、この順で構成されるものとする。サポート３は、当板３０を介して、溶接等によりラジアントチューブ本体曲管部２の表面に接合され、突設される。曲管部２との間に当板３０を介在させてサポート３を接合することは、サポート３からラジアントチューブ本体曲管部２への負荷をより分散させるという観点から好ましい。また、当板３０は、その肉厚を曲管部２の肉厚の1〜2倍程度と厚くし、かつ基部３１の底面の面積以上の大きさとすることが、負荷の分散という観点から好ましい。なお、当板３０の曲管部と接合する面は、曲管部の形状に適応した形状としておくことが好ましい。
【００２０】
なお、基部３１と先端部３２とは、１つの素材から一体的に加工して作製しても、あるいは、別々に作製して、溶接等で接合して構成しても、どちらでも問題はない。外面あるいは内面の境界部で段差を生じることなく滑らかに作製されていればよい。
【００２１】
そして、基部３１は、サポート３の長手方向に垂直な断面で、断面積が先端に向かって漸減してなる形状を有するものとする。すなわち、サポート３の形状は、基部のうち、ラジアントチューブ曲管部２と接続する側に近いほど、その断面積が、先端部側の断面積に比べてより大きくなる形状とする。なお、曲管部２と接続する側の基部の断面積は、最も小さい先端部側の断面積の1.2倍以上とすることが好ましく、より好ましくは1.5倍以上である。
【００２２】
サポート３の形状を、このような形状とすることにより、サポート３の変形が抑制されるとともに、サポート３が突設されたラジアントチューブ曲管部の変形や亀裂発生が抑制、さらには防止される。これは、サポート３の曲げ剛性が高くなったことと、サポート３からのラジアントチューブ曲管部２への負荷を分散させることができたことによると考えている。サポート３の基部形状を、断面積が一定の、例えば、丸棒形状とすると、サポートの剛性が高くなりすぎて、ラジアントチューブ曲管部に大きな変形を生じる恐れが高くなる。
【００２３】
また、サポート３の基部３１は、中実、中空どちらでも好適であるが、ラジアントチューブとサポートの剛性バランスという観点からは、中空とすることが好ましく、なかでも中空円錐台状を呈する形状とすることが好ましい。また、基部３１は、四角、六角等の中空角錐台状としても何ら問題はない。
【００２４】
また、サポート３の先端部３２は、基部３１の上端部で、基部３１と同一の軸方向に配設（固設）される。先端部３２は、サポート３の長手方向に垂直な断面で、断面積が一定である形状を有することが好ましい。先端部３２は、基部３１と同様に、中実、中空どちらでも好適であるが、部材重量の増加という観点からは、基部３１と同様に、中空とすることが好ましく、なかでも中空円柱状（円筒状）を呈する形状とすることが好ましい。また、先端部３２は、中空の角柱状（角筒状）としても何ら問題はない。
【００２５】
なお、ラジアントチューブを熱処理炉に設置する場合には、サポート３の先端部３２は、先端側の一部で、熱処理炉の炉壁５から延びる受金物４の上面と当接するように配置され、ラジアントチューブ等の自重を支える。このために、ラジアントチューブを設置する熱処理炉では、炉壁５に受金物４を、サポート３に応じて所定の個数、配設しておく。そのため、先端部３２には、ラジアントチューブ等の自重を支えるに十分な、当接長さを確保しておく必要がある。なお、サポート３は、ラジアントチューブ曲管部のすべてに設置する必要はない。ラジアントチューブの重量を支持するに十分な個数としてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
さらに、熱処理炉の稼動により炉内温度が上昇するに伴い、ラジアントチューブ本体１０の熱膨張により、サポート３が受金物４の上面を滑りながら、炉壁側に移動する。熱処理炉の稼動が終了し、冷却されれば、サポート３は受金物４の上面を滑りながら、炉壁側から遠ざかるように移動する。この際、サポート３の基部３１と受金物４とが干渉しないようにするため、先端部３２に、熱伸び代として、適正な長さを保持しておくことが必要になる。なお、熱伸び代は、ラジアントチューブ長さ、ラジアントチューブの材質、炉内温度等により影響され、それらに応じて適宜設定する必要があることは言うまでもない。
【００２７】
なお、ラジアントチューブ本体とサポートとの剛性のバランスは、ラジアントチューブの径、肉厚、材質等に応じて変化するため、使用条件に適合してサポートの断面積、材質を選定することが必要になる。また、サポート３には、受金物４の上面との滑りをなめらかにするため、回転部材を付設してもよいことは言うまでもない。
【００２８】
上記した構成のラジアントチューブは、熱処理炉での炉内の適正な配置に配設されて、鋼板等の被加熱材を間接加熱する。熱処理炉内には、サポート３に対応する位置に炉壁５から延びる受金物４が設けられる。受金物４は、その上面と当接するようにサポート３が配置され、ラジアントチューブ等の自重を支える。
【００２９】
炉内に設置されたラジアントチューブでは、通常、高温環境下での使用により、自重や熱膨張等により、サポート自体の変形や、サポートのラジアントチューブ曲管部への食い込み変形などが生じ、ラジアントチューブ本体の垂れ下がり変形が生じる。所定量以上の垂れ下がりが生じれば、ラジアントチューブを交換することになる。本発明になるラジアントチューブによれば、ラジアントチューブの耐久性が向上し、サポート自体の変形や、ラジアントチューブ曲管部の変形が少なく、したがって、ラジアントチューブの垂れ下がり量が少なく、ラジアントチューブの交換頻度が少なくなる。
【００３０】
以下、さらに実施例に基づき、本発明について説明する。
【実施例】
【００３１】
ラジアントチューブによる間接加熱で鋼板を加熱する焼鈍炉（熱処理炉）の最も負荷が高いゾーンに、Ｗ型ラジアントチューブ（耐熱合金製）を設置した。設置したＷ型ラジアントチューブは、図１に示すような位置で、本体の曲管の頂上近傍に、サポートを突設したラジアントチューブとした。本発明例のラジアントチューブでは、曲管部に、当板（肉厚：ラジアントチューブ曲管部肉厚の2倍）を介して基部と先端部とからなるサポートを溶接した。サポートの基部は、長手方向に垂直な断面で、断面積が先端に向かって漸減してなる形状である、中空円錐台形状（（曲管部側の外径）／（先端部側の外径）：1.5）を、先端部は長手方向に垂直な断面で、断面積が一定である、円筒形状（外径、肉厚：中空円錐台の先端部側の外径、肉厚と同じ）を呈するものとし、当板を含めたサポートの長さは200mmとした。なお、先端部では受金物との当接長さが80mm以上確保できるようにした。一方、比較例のラジアントチューブでは、曲管部に、当板（肉厚：ラジアントチューブ曲管部の肉厚と同じ）を介して円筒形状（外径、肉厚：本発明例の先端部と同じ外径、肉厚）を呈するサポート（比較例）を溶接した。なお、サポートはいずれもラジアントチューブと同じ材質（耐熱合金）製とした。
【００３２】
ラジアントチューブを設置したのち、２年が経過した時点で、設置したラジアントチューブを取り外して、変形状況を調査した。その結果、比較例のラジアントチューブでは、331mmの垂れ下がり変形を確認した。このため、交換対象とした。比較例のラジアントチューブでは、サポートがラジアントチューブ曲管部に食い込みながら上反り変形していた。一方、本発明例のラジアントチューブでは、垂れ下がり変形は35mmであった。本発明例のラジアントチューブでは、サポートおよびラジアントチューブ曲管部の変形は認められなかった。このため、継続使用とした。
【符号の説明】
【００３３】
１、１ａ、１ｃ、１ｄ    直管
２、２ａ、２ｂ、２ｃ    曲管
３、３ａ、３ｂ、３ｃ    サポート（突設部）
４、４ａ、４ｂ、４ｃ    受金物（支持部）
５、５ａ、５ｂ          炉壁
６                      ローラ（丸棒材）
７                      シャフト
１０                    ラジアントチューブ本体
３０                    当板
３１                    基部
３２                    先端部
【図１】
2018179327.tif 000003
【図２】
2018179327.tif 000004
【図３】
2018179327.tif 000005
【図４】
2018179327.tif 000006
【図５】
2018179327.tif 000007
【図６】
2018179327.tif 000008