(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入口が設けられた炉体と、前記ガス導入口を介して炉体内部に高温ガスを導入するガス導入手段とを備え、前記炉体内部に装入されたワークを加熱する温風加熱炉であって、
前記炉体内部には、前記ガス導入口から導入された高温ガスの流れが前記ワーク及び炉体内構造物により遮断される遮熱領域が形成されており、該遮熱領域又はその近傍には、電気加熱方式の補助熱源が配設されており、
前記ワークが前記炉体の底面に載置され、前記ガス導入口が、前記炉体の一の側壁部の上部に形成されており、
前記補助熱源が、前記ガス導入口が設けられた前記一の側壁部の下部に設けられていることを特徴とする温風加熱炉。
【請求項２】
前記補助熱源は、前記炉体の壁面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の温風加熱炉。
【請求項３】
前記遮熱領域には、温度測定手段が配設されており、
前記温度測定手段による温度測定結果に応じて前記補助熱源の出力調整を行う制御部を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温風加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば熱間鍛造等を行うワークを所定温度にまで加熱する際に使用される温風加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属素材等を熱間鍛造や熱間圧延等を行う前にワークを所定温度にまで加熱したり、金属素材等に熱処理を行うための加熱炉として、例えば特許文献１に開示されているように、加熱源として、天然ガス、ＬＮＧ等を燃料とするガスバーナーを用いた、いわゆる直火式加熱方式のものが提案されている。
また、ガスバーナーから排出される高温ガスを炉体内部で流動させることにより、炉体内に装入されたワークを加熱する温風加熱炉も提案されている。
【特許文献１】特開２００６−２８４０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、直火式加熱方式の加熱炉の場合、ガスバーナーの空燃比を制御して温度調整を行うことになるが、空燃比が僅かにずれると火炎の長さが変動してしまうため、炉体内部の温度調節を行うことが非常に困難である。また、火炎が必要以上に長くなると、炉体内部に装入されたワークに火炎が直接触れて、ワークの一部が局所的に加熱されてしまうことがあった。
また、炉体内部を温度分布を均一にしようとした場合、複数のガスバーナーを配設して、これら複数のガスバーナーの燃焼状態を制御する必要があり、温度調整が非常に困難であった。
【０００４】
一方、前述の温風加熱炉においては、ワークから離れた位置にガスバーナーが配設されるため、ワークにガスバーナーの火炎が直接触れることがなく、ワークの一部が局所的に加熱されることを防止できるものである。
しかしながら、温風加熱炉においては、高温ガスが炉体内部を流動することで温度の均一化を図っており、炉体内部に装入されたワークやワークを支持するための炉体内構造物によって高温ガスの流動が妨げられることにより、高温ガスが流れ込まない遮熱領域が形成されることがある。この遮熱領域では温度上昇が鈍くなるため、炉体内部の温度分布を均一化させるためには多くの時間を要することになる。
【０００５】
ここで、例えば熱間鍛造を行う際のワークに温度分布が生じていると、鍛造加工時の変形抵抗が局所的に異なってしまうことになり、精度の良い加工ができなくなってしまう。また、ワークを均一に加熱するには、炉体内部の温度分布を均一化させるために多くの時間が必要となり、熱間鍛造等の作業効率が大幅に低下してしまうといった問題があった。
さらに、炉体内部の温度分布を均一化しようとした場合、複数のガス導入口から高温ガスを導入することが考えられるが、それぞれのガス導入口から導入される高温ガスの流れが互いに干渉してしまい、炉体の内部温度を制御することが困難であった。
【０００６】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、炉体内部に挿入されたワークや炉体内構造物によって高温ガスの流動が妨げられる場合であっても、ワークを均一に、かつ、早期に加熱することが可能な温風加熱炉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】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る温風加熱炉は、ガス導入口が設けられた炉体と、前記ガス導入口を介して炉体内部に高温ガスを導入するガス導入手段とを備え、前記炉体内部に装入されたワークを加熱する温風加熱炉であって、前記炉体内部には、前記ガス導入口から導入された高温ガスの流れが前記ワーク及び炉体内構造物により遮断される遮熱領域が形成されており、該遮熱領域又はその近傍には、電気加熱方式の補助熱源が配設されており、前記ワークが前記炉体の底面に載置され、前記ガス導入口が、前記炉体の一の側壁部の上部に形成されており、前記補助熱源が、前記ガス導入口が設けられた前記一の側壁部の下部に設けられていることを特徴としている。
【０００８】
この構成の温風加熱炉においては、ガス導入口から炉体内部に導入される高温ガスの流れがワークや炉内構造物に遮られることによって形成される遮熱領域又はその近傍に、電気加熱方式の補助熱源が配設されているので、遮熱領域をこの補助熱源によって加熱することで、炉体内部の温度分布を早期に均一化することができ、ワークを比較的均一に加熱することができる。また、電気加熱方式の補助熱源を用いているので、補助熱源の出力制御が比較的容易に行うことが可能となり、ワークの一部が局所的に加熱されることを防止できる。さらに、補助熱源によって高温ガスの流れが妨げられることがなく、温度分布の調整を比較的容易に行うことができる。
また、ワークを炉体の底面に載置するので、比較的大型、大重量のワークであっても、炉体内への搬入・搬出を容易に行うことができる。
さらに、炉体の底面にワークを載置した状態で炉体の一の側壁部の上部に形成されたガス導入口から高温ガスを導入した場合、高温ガスは炉体の天面部やガス導入口に対向する側壁部に沿って流動することになる。ここで、前記ワークによって高温ガスの流動が妨げられることにより、前記ガス導入口が形成された一の側壁部の下部近傍に遮熱領域が形成される。そこで、ガス導入口が設けられた側壁部の下部に補助熱源を配設することで遮熱領域に補助熱源が配設されることになる。このように炉体の一の側壁部にガス導入口と補助熱源とが配設されることになるので、炉体の他の側壁部に加熱源を設けることがなくなり、この温風加熱炉の構造を比較的簡単にすることができる。
【０００９】
ここで、前記補助熱源を、前記炉体の壁面に設けるように構成することが好ましい。
この場合、補助熱源が炉体の壁面に設けられるので、ワークの装入・搬出に際してワークと補助熱源が干渉することがなく、ワークの装入・搬出作業をスムーズに行うことができる。さらに、補助熱源の損傷を防止することができる。
【００１１】
さらに、前記遮熱領域に温度測定手段を配設し、前記温度測定手段による温度測定結果に応じて前記補助熱源の出力調整を行う制御部を備える構成とすることが好ましい。
この場合、温度測定手段によって遮熱領域の温度が実測され、この温度測定結果に応じて制御部によって前記補助熱源の出力が調整されるので、炉体内部温度のさらなる均一化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、炉体内部に挿入されたワークや炉体内構造物によって高温ガスの流動が妨げられる場合であっても、ワークを均一に、かつ、早期に加熱することが可能な温風加熱炉を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。図１から図３に本発明の実施形態である温風加熱炉を示す。
本実施形態である温風加熱炉１０は、例えばＮｉ基耐熱合金等の金属素材（ワークＷ）に対して熱間鍛造を行う前に、金属素材（ワークＷ）を所定の温度にまで加熱する際に用いられるものである。
【００１４】
この温風加熱炉１０は、炉体２０と、炉体２０の内部に高温ガスを導入するためのガスバーナー３０と、ワークＷを支持するための支持部材１４（炉内構造物）と、を備えている。
炉体２０は、耐火煉瓦と断熱煉瓦との複層構造とされており、底面部２１、天面部２２及び側壁部２３を備えている。
そして、一の側壁部２３Ａの上部には、炉体２０内部に高温ガスを導入するためのガス導入口２４が設けられている。
【００１５】
このガス導入口２４には、天然ガス、ＬＮＧ等を燃料とするガスバーナー３０が配設されている。本実施形態では、図２に示すように、一の側壁部２３Ａの同一高さ部分に３つのガスバーナー３０が並列して配設されている。このガスバーナー３０は、図１に示すように、一の側壁部２３Ａに対向する他の側壁部２３Ｂに向けて高温ガスを排出するように構成されており、ガスバーナー３０から排出された高温ガスは、炉体２０の底面部２１に沿うように流動し、一の側壁部２３Ａに対向する他の側壁部２３Ｂで底面部２１に向かうように流れることになる。
【００１６】
ガスバーナー３０には、図３に示すように、燃料ガスを供給するガス供給手段３１と、燃焼エアを供給するエア供給手段３２とが、それぞれバルブ３３、３４を介して接続されている。これらのバルブ３３、３４はバーナー燃焼制御部３５によって開閉され、ガスバーナー３０の空燃比が調整されるように構成されている。
ここで、本実施形態では、炉体２０の天面部２２に、炉内温度を測定するための第１熱電対１１が挿入されており、バーナー燃焼制御部３５は、この第１熱電対１１の測定結果に応じてガスバーナー３０の空燃比を調整している。また、この第１熱電対１１のデータは記録計１３に逐次記録されている。
【００１７】
また、炉体２０の底面部２１には、後述するワークＷを支持するための支持部材１４（炉内構造物）が配設されている。本実施形態では、支持部材１４は、図１及び図２に示すように、底面部２１から上方に向けて突出するとともに、底面部２１に沿って一の側壁部２３Ａから他の側壁部２３Ｂに向かって延びる２本のレールで構成されている。
【００１８】
本実施形態において加熱されるワークＷは、例えばＮｉ基耐熱合金等の金属で構成され、概略円柱状をなしている。このようなワークＷは、図１に示すように、２つのワークＷが並列するように支持部材１４の上に載置されている。詳述すると、ワークＷがなす円柱の軸線が指示部材の延在方向に直交するように、載置されているのである。
このようにワークＷが底面部２１に載置されることにより、本実施形態では、図１に示すように、ガスバーナー３０から排出されて炉体２０の底面部２１及び他の側壁部２３Ｂに沿って底面部２１に向かう高温ガスの流れが、ワークＷによって遮られることになり、一の側壁部２３Ａの下部近傍に高温ガスが流れ込みにくい遮熱領域Ｃが形成されることになる。
【００１９】
そして、この遮熱領域Ｃが形成される一の側壁部２３Ａの下部部分、つまり、ガス導入口２４の下方部分には、電熱ヒーター４０が配設されている。この電熱ヒーター４０は、一の側壁部２３Ａから突出するハンガーピン４１にヒーターエレメント４２が掛架されることによって構成されており、通電することでヒーターエレメント４２が発熱するものである。
【００２０】
ここで、一の側壁部２３Ａの下部には、炉内に形成された遮熱領域Ｃの温度を測定するための第２熱電対１２が挿入されており、電熱ヒーター４０には、この第２熱電対１２の測定結果に応じてヒーターエレメント４２への通電量を制御するヒーター制御部４３が接続されている。また、この第２熱電対１２の測定結果は、第１熱電対１１を同一の記録計１３に逐次記録されている。
【００２１】
このような構成とされた温風加熱炉１０においては、底面部２１に設けられた支持部材１４の上に、前述のように２本のワークＷが載置される。そして、ガス導入口２４に配設されたガスバーナー３０を燃焼させて炉体２０内部に高温ガスを導入する。導入された高温ガスは、前述のように、炉体２０内部を流動することになるが、支持部材１４の上に載置されたワークＷによって高温ガスの流れが遮られ、遮熱領域Ｃが形成される。この遮熱領域Ｃは、一の側壁部２３Ａに配設された電熱ヒーター４０によって加熱される。
このようにして炉体２０内部が高温ガスと電熱ヒーター４０によって加熱されることで、ワークＷが所定温度にまで上昇し、後工程である熱間鍛造工程へとワークＷが供給されることなる。
【００２２】
本実施形態である温風加熱炉１０によれば、ガス導入口２４に配設されたガスバーナー３０から炉体２０内部に導入される高温ガスの流れがワークＷに遮られることによって、炉体２０内部に遮熱領域Ｃが形成されるものの、この遮熱領域Ｃに位置する一の側壁部２３Ａの下部に補助熱源として電熱ヒーター４０が配設されているので、遮熱領域Ｃをこの電熱ヒーター４０によって加熱することで、ワークＷを比較的均一に、かつ、早期に加熱することができる。また、補助熱源として電熱ヒーター４０を配設しているので、ガス導入口２４から導入される高温ガスの流動が妨げられることがなく、炉体２０内部を均一に加熱することができる。
【００２３】
また、電熱ヒーター４０が一の側壁部２３Ａに配設されているので、ワークＷの装入・搬出に際してワークＷと電熱ヒーター４０が干渉することがなく、ワークＷの装入・搬出作業をスムーズに行うことができる。また、ワークＷと電熱ヒーター４０との接触を防止することで、電熱ヒーター４０の寿命延長を図ることができる。
【００２４】
さらに、ワークＷが炉体２０の底面部２１に載置されているので、比較的大型、大重量のワークＷであっても、炉体２０内へワークＷの搬入・搬出を容易に行うことができる。また、ガス導入口２４が一の側壁部２３Ａの上部に形成されるとともに、電熱ヒーター４０が一の側壁部２３Ａの下部に設けられているので、炉体２０の他の部分に加熱源を設ける必要がなく、この温風加熱炉１０の構造を比較的簡単にすることができる。
【００２５】
また、本実施形態では、炉体２０の天面部２２に炉内温度を測定するための第１熱電対１１が挿入されており、この第１熱電対１１の測定結果に応じてガスバーナー３０の空燃比を調整するバーナー燃焼制御部３５を備えているので、炉体２０内部温度を精度良く制御することができる。
さらに、遮熱領域Ｃに第２熱電対１２が挿入されており、この第２熱電対１２の測定結果に応じてヒーターエレメント４２への通電量を制御するヒーター制御部４３が配設されているので、遮熱領域Ｃの温度に応じて電熱ヒーター４０の出力を調整でき、炉体２０内部温度のさらなる均一化を図ることができる。
また、本実施形態では、これら第１熱電対１１と第２熱電対１２の測定結果を同一の記録計１３に記録しているので、遮熱領域Ｃを含めた炉体２０の内部温度の経時変化を確認することが可能となる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、Ｎｉ基耐熱合金等の金属素材（ワーク）に対して熱間鍛造を行う前に、金属素材を所定の温度にまで加熱する際に用いられるものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属素材（ワーク）に熱処理を行うための加熱炉等に用いてもよい。
また、ワークの形状等には限定はなく、任意の形状のワークを炉体内部に装入して加熱してもよい。
【００２７】
さらに、ガス導入口に直接ガスバーナーを配設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、炉体とは別に設けられたガス室内でガスバーナーを燃焼させ、このガス室で得られた高温ガスをガス導入口を介して炉体内部に導入する構成としてもよい。さらに、ガスバーナーを用いず、高温ガスとして他の設備から排出される廃ガスを用いてもよい。
【００２８】
また、電熱ヒーターとして、一の側壁部から突出されたハンガーピンにヒーターエレメントが掛架された構成のものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば、脱着可能な電熱ヒーターユニットを炉体の底面部に載置する構成としてもよい。
【実施例】
【００２９】
以下に、本発明の有効性を確認するために行った比較実験の結果について説明する。
本発明例として、実施の形態で説明した温風加熱炉を用いて、φ３６０ｍｍ、長さ１９００ｍｍの円柱状のワークを、ガスバーナーから導入される高温ガス及び側壁部に設けられた電熱ヒーターによって加熱した。この際、ワークによって高温ガスの流れが遮られることにより形成される遮熱領域に挿入した熱電対（第２熱電対）の測定温度を記録した。なお、炉内の目標温度（下限値）は７８５℃に設定した。
【００３０】
従来例として、実施の形態で説明した温風加熱炉を用いて、φ３６０ｍｍ、長さ１９００ｍｍの円柱状のワークを、ガスバーナーから導入される高温ガスのみによって加熱した。この際、ワークによって高温ガスの流れが遮られることにより形成される遮熱領域に挿入した熱電対（第２熱電対）の測定温度を記録した。なお、炉内の目標温度（下限値）は７８５℃に設定とした。
【００３１】
この比較実験の結果を図４に示す。
図４に示すように、電熱ヒーターを用いない従来例によれば、加熱開始から２２０分経過後に、遮熱領域の温度が目標温度（下限値）である７８５℃に達することが確認された。つまり、熱間鍛造を行うためには、最低限２２０分の加熱が必要となるのである。
一方、電熱ヒーターを用いた本発明例によれば、加熱開始から４２分経過後に、遮熱領域の温度が目標温度（下限値）である７８５℃に達することが確認された。
すなわち、本発明例によれば、従来例に比べて大幅に加熱時間を削減することが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態である温風加熱炉の断面図である。
【図２】図１に示すＸ−Ｘ断面矢視図である。
【図３】本発明の実施形態である温風加熱炉のシステム構成図である。
【図４】実施例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  温風加熱炉
１２  第２熱電対（温度測定手段）
１４  支持部材（炉内構造物）
２０  炉体
２３  側壁部
２４  ガス導入口
３０  ガスバーナー（ガス導入手段）
４０  電熱ヒーター（補助熱源）
４３  ヒーター制御部（制御部）
【図１】
0005200526.tif 000002
【図２】
0005200526.tif 000003
【図３】
0005200526.tif 000004
【図４】
0005200526.tif 000005