(57)【要約】【課題】鋼材、鋼製品等からなる被加熱物Ｗの熱処理あるいは熱間加工前の加熱において、被加熱物全体を均一な所定の温度に短時間で加熱することができ、また連続加熱炉の長さを短くすることができる被加熱物の加熱方法および加熱設備を提供すること。【解決手段】被熱処理物等の被加熱物Ｗを誘導加熱装置２で予熱した後、続いて連続熱処理炉等の連続加熱炉１に挿入して被加熱物Ｗを搬送しながら所定の温度に加熱することを特徴とする被加熱物の加熱方法および設備。【効果】連続加熱炉のみで加熱する従来の加熱方法に比較して約３分の１の時間で加熱することができ、連続加熱炉の長さも３分の１以下にすることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を誘導加熱装置で予熱した後、続いて連続加熱炉に挿入して被加熱物を搬送しながら所定の温度に加熱することを特徴とする被加熱物の加熱方法。
【請求項２】
上記被加熱物がリング状の素形品であることを特徴とする請求項１記載の被加熱物の加熱方法。
【請求項３】
被加熱物を予熱する誘導加熱装置と、これに続いて連続加熱炉を設置することを特徴とする被加熱物の加熱設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材、鋼製品等の被加熱物の加熱方法および加熱設備、詳細には誘導加熱装置と連続加熱炉を組み合わせて被加熱物を効率的に加熱する加熱方法および加熱設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼材、鋼製品等の焼入れ、焼きならし、焼戻し等の熱処理をする場合あるいは鍛造、圧延等の熱間加工等をする前段階における被加熱物の加熱は、通常重油、ガス等を熱源とし、被加熱物を搬送しながら所定の温度に加熱する連続加熱炉によって行われている。
【０００３】
上記連続加熱炉による加熱方法は、被加熱物が所定の温度に達するまで炉内で加熱する必要があり、被加熱物全体を均一な温度とするために連続加熱炉の炉長が必然的に長くなる。そのため、連続加熱炉と他の工程とを直結してライン化する場合等にラインの長さが更に長くなり、大きなスペースが必要になるという問題がある。
【０００４】
一方、被加熱物を短時間で加熱する装置として、誘導加熱を利用した熱処理装置もあるが、以下のような問題もある。すなわち、誘導加熱による加熱方法は、急速に加熱することができるが、被熱処理物の表面（リング状の被熱処理物の場合には外径表面）が高温に加熱され、内部が加熱され難いために被熱処理物内において温度差があり、また被熱処理物の大きさ、形状によって加熱条件が異なるため、被熱処理物全体の温度を均一に、かつ所定の温度に加熱することは困難である。そのため表面のみを焼入れする熱処理装置として用いられているが、内部まで均一な加熱が必要な熱処理には適していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋼材、鋼製品等からなる被加熱物の熱処理あるいは熱間加工等の加工用素材の加熱において、被加熱物全体を所定の温度に短時間に加熱することができ、その結果連続加熱炉の長さを従来より短くすることができる被加熱物の加熱方法および加熱設備を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の被加熱物の加熱方法は、被熱処理物等の被加熱物を誘導加熱装置で予熱した後、続いて連続熱処理炉等の連続加熱炉に挿入して被加熱物を搬送しながら所定の温度に加熱することである。
また、本発明の被加熱物の加熱設備は、被熱処理物等の被加熱物を予熱する誘導加熱装置と、これに続いて被加熱物を更に加熱するための連続熱処理炉等の連続加熱炉を設置することである。
【０００７】
【作用】
本発明の被加熱物の加熱方法は、被加熱物の予熱に誘導加熱装置を利用するため、その後の連続加熱炉での加熱時間を短くすることができ、熱処理または熱間加工もしくは温間加工に必要な加熱時間を短くすることができる。また、被加熱物を誘導加熱装置で予熱した後連続加熱炉で加熱するので、所定の温度に短時間で到達でき、かつ複雑な形状のものでも全体を均一の温度に加熱することができる。
また、本発明の被加熱物の加熱設備は、連続加熱炉の前に急速に加熱をすることができる誘導加熱装置が設置されているため、被加熱物が所定の温度に到達するまでの時間が大幅に短縮されるので、連続加熱炉の長さを大幅に短くすることができ、また誘導加熱装置を含めた加熱設備全体の長さも大幅に短くすることができる。また、誘導加熱装置と連続加熱炉とが分離されており、また連続加熱炉が短くなるので、これらを含めた工場の設備の配置を比較的自由に、かつコンパクトに設計することができるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の被加熱物の加熱方法および加熱設備について詳細に説明する。本発明の被加熱物の加熱方法および加熱設備で加熱する被加熱物は、焼入れ、焼きならし、焼なまし、焼戻し等の熱処理をする被熱処理物、鍛造、圧延等の熱間または温間での加工をするための加工素材等である。
これらの被加熱物の形態は、機械加工をした製品、鍛造または鋳造した素形材、これから機械加工、鍛造、圧延等をする加工素材等である。また、その形状は、小型のものから大型のもの、短いものから線材、棒材などの長尺のもの、中空または中実のもの等で、誘導加熱炉で予熱することができ、その後連続加熱炉で加熱することできるものであれば如何なるものでもよい。また、その材質は、通常鋼であるが、ニッケル、チタン、これらの合金等の高温で熱処理または加工処理をするものが対象となる。
【０００９】
本発明に用いる誘導加熱装置は、連続加熱炉に装入する被加熱物を予熱するためのもので、上記被加熱物を加熱することができ、被加熱物を後続の連続加熱炉に送り出すことができるものであれば、如何なる構造のものでもよい。
この誘導加熱装置は、連続加熱炉の前に同様なものを１基または２基以上並列して設置してもよいし、被加熱物の大きさ、形状に合わせて誘導加熱コイルの径、形状が異なるもの等を２基以上設置してもよい。
【００１０】
さらに、この誘導加熱装置は、加熱された被加熱物が連続加熱炉に入るまでの温度低下を防ぐため、連続加熱炉のできるだけ近くに設置する必要がある。
また、誘導加熱装置で予熱した被加熱物が小さく、連続加熱炉のベルトコンベヤ等の幅が広い場合には、誘導加熱装置で予熱した被加熱物を連続加熱炉に装入するスライド（滑り台）の下端等に被加熱物を分配する装置を設け、ベルトコンベヤー上の被加熱物が重ならないように複数の列に整列するように載置することによって、被加熱物を均一に加熱することができ、またより多くのものを加熱することができるようになる。
【００１１】
この誘導加熱装置で被加熱物を加熱する温度は、表面の温度が連続加熱炉で加熱する温度、すなわち最終的に被加熱物を加熱する温度以下でなるべく高い温度が好ましい。加熱する温度を高くすれば、連続加熱炉で加熱する時間を短くすることができるとともに、連続加熱炉を短くすることができるが、高くなり過ぎると表面付近の結晶粒が粗大化する等の弊害が生じるからである。
【００１２】
誘導加熱装置に続いて設置する連続加熱炉は、誘導加熱装置で予熱した被加熱物全体の温度を均一にしたり、全体の温度を均一にするとともに更に高い温度に加熱するためのもので、被加熱物が重油、ガス等で加熱され、炉の一方の側から装入され、連続的に移動されて他方の側から取り出されるようにしたものである。この連続加熱炉には、連続焼入炉、連続焼戻炉、連続焼ならし炉等の連続熱処理炉、鍛造、圧延等の加工をする素材を加熱する連続加熱炉（連続式加熱炉と言われる場合もある。）、均熱炉等が含まれる。その構造は、上記機能を有するものであれば如何なるものでもよいが、誘導加熱炉に接近して配置することができる構造のものが好ましい。また、被加熱物を連続的に移動する手段は、ベルトコンベヤー、ウオーキングビーム、ローラー等の何れでもよい。
【００１３】
次に、本発明の一実施例の被熱処理物の加熱方法および加熱設備を、図面を参考にして説明する。
図１は、本発明の一実施例の焼入れ処理をするための被熱処理物の加熱設備の概念図、図２は、図１の被熱処理物の加熱設備を使用した場合のヒートパターンの一例、図３は、図１の誘導加熱装置の拡大断面図、図４は、図３のＡ−Ａ断面図、図５は、図１および図３の誘導加熱装置に被熱処理物を装入する方法を説明するための誘導加熱装置下部の拡大図並びに図６は、加熱設備の他の例を示す概念図である。
【００１４】
本発明の一実施例の焼入れ処理をする被熱処理物の加熱方法および加熱設備は、図１に示すように被熱処理物Ｗを予熱する誘導加熱装置１とこれに続いて更に加熱および均熱をする連続熱処理炉２を設置し、図２に示すようなヒートパターンになるように誘導加熱装置１で被熱処理物Ｗを予熱し、この予熱した被熱処理物Ｗを連続加熱炉２で所定の温度に、かつ全体が均一の温度になるように加熱および均熱するものである。なお、図１の符号１３は、本発明外の焼入れ槽である。
【００１５】
上記誘導加熱装置１は、図１および図３〜５に示すように被熱処理物Ｗを誘導加熱装置１の誘導加熱コイル３の中に下部から間欠的に供給し、加熱された被加熱物Ｗを上部から放出し、抽出スライド９で連続加熱炉２のベルトコンベヤ１１の上に装入するようにしたものである。この誘導加熱装置１は、被熱処理物Ｗを案内する２本のガイドバー４が内部に固定され、この２本のガイドバー４に沿って被加熱物Ｗが中を通れるように誘導加熱コイル３が設けられており、外側に外殻５が設けられたものである。この誘導加熱コイル３の中を被熱処理物Ｗが下から上まで上昇する間に誘導加熱コイル３によって加熱されるようになっているものである。
【００１６】
次に、この誘導加熱装置２に被熱処理物Ｗを挿入する方法を説明すると、装入スライド６から装入された被熱処理物Ｗ１　は、押上装置７の上に載り、押上装置７の上昇によってガイドバー４に沿って上昇する。この被熱処理物Ｗ１　が図５の被熱処理物Ｗ２　の直下まで上昇したとき押上装置７を停止させ、被熱処理物Ｗ２　、Ｗ３　・・・を支持している支持装置（図示してない）のクランプ８、８を開いて、被熱処理物Ｗ２　、Ｗ３　・・・を被熱処理物Ｗ１　の上に載せ、その後押上装置７を被熱処理物Ｗ１　が図５の被熱処理物Ｗ２　の位置まで上昇して停止する。次に支持装置のクランプ８、８を閉じて被熱処理物Ｗ１　より上の全被熱処理物を支持装置のクランプ８、８で支持する。この押上装置７が前記のように上昇したとき最上部の被熱処理物Ｗが誘導加熱装置１から放出されて抽出スライド９によって連続熱処理炉２に装入される。その後押上装置７は下降して新たな被加熱物Ｗを受け入れる待機位置に下降し、これらの工程を繰り返す。
この誘導加熱装置１は、１基しか図示されていないが、誘導加熱コイルの径が異なる２基が設置されているものである。
【００１７】
被熱処理物Ｗが長尺物の場合には、図６に示すようにローラーテーブルのローラー１０、１０の間に誘導加熱コイル３を設置し、被熱処理物Ｗが誘導加熱コイル３の中を通るときに加熱されるようにすることができる。また、長尺物が比較的短い場合には、誘導加熱コイル３を分割してローラー１０、１０の間に設置することもできる。
【００１８】
誘導加熱装置１に続いて設置する連続熱処理炉２は、図１および図６に示すように被熱処理物Ｗを誘導加熱装置１側から装入し、バーナー１２、１２ａ（１２ａは１２の反対側に設置したバーナー）でガスを燃焼して加熱し、ベルトコンベヤー１１で連続的に移動し、他方の側（誘導加熱装置と反対側）から取り出されるようにしたもので、普通のものである。
【００１９】
この連続熱処理炉等の後には、焼入れ等で急冷する場合には焼入れ槽、鍛造をする場合には鍛造機、圧延をする場合には圧延機等を必要に応じて設置することができる。
【００２０】
【実施例】
本発明の実施例として図１に示すにように誘導加熱装置１（高周波誘導加熱装置）とこれに続いて連続熱処理炉２を設置し、その後に焼入れ槽（油焼入れ槽）１３を設置し、外径８８ｍｍ、内径６２ｍｍ、厚さ２０ｍｍのリング状の被熱処理物Ｗを１０秒サイクルで加熱設備の誘導加熱装置１に装入し、図２に示すようなヒートパターンになるように加熱し、連続熱処理炉２から取り出して焼入れ槽１３に入れて焼入れをした。この場合のリング状の被熱処理物Ｗの加熱時間は、図２に示すように約１３分であった。
比較例として従来の連続加熱炉（図１に示すような連続加熱炉を長くしたもの）のみを使用し、上記リング状の被熱処理物Ｗを８５０℃に加熱した後２分間均熱する方法で加熱し、焼入れをした。この場合の加熱時間は、約３５分間であった。
【００２１】
本発明の実施例は、比較例と比較して時間で２．７分の１、連続熱処理炉の長さで３．５分の１、全体の設備の長さで約３分の１にすることができた。
また、本発明の実施例および比較例の焼入れをした被熱処理物Ｗの組織、焼入れ深さ、硬さを試験をしたところ、本発明の実施例の焼入れしたものは、上記比較例のものと相違するところがなかった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の被加熱物の加熱方法は、上記構成にすることにより従来の加熱方法に比較して約３分の１の時間で加熱することができるという優れた効果を奏する。また、本発明の被加熱物の加熱設備は、従来の連続加熱炉のみを使用する場合に比較して長さを約３分の１にすることができ、また誘導加熱装置と、連続加熱炉が分離しており、また連続加熱炉の長さが３分の１以下になるので、これらを含めた工場の設備の配置を比較的自由に設計することができる（敷地の形状に応じて設計が可能）という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の焼入れ処理をするための被熱処理物の加熱設備の概念図である。
【図２】図１の被熱処理物の加熱設備を使用した場合のヒートパターンの一例である。
【図３】図１の誘導加熱装置の拡大断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１および図３の誘導加熱装置に被熱処理物を装入する方法を説明するための誘導加熱装置の下部拡大図である。
【図６】加熱設備の他の例を示す概念図である。
【符号の簡単な説明】
１　　誘導加熱装置
２　　連続加熱炉、連続熱処理炉
３　誘導加熱コイル
４　ガイドバー
５　外殻
６　装入スライド
７　押上装置
８　支持装置のクランプ
９　抽出スライド
１０　　ローラー
１１　ベルトコンベヤー
１２、１２ａ　　　バーナー
１３　焼入れ槽
Ｗ　被加熱物、被熱処理物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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