(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気ガスで長尺の被処理材を加熱する熱処理室と、該熱処理室に連通し且つ前記雰囲気ガスを加熱する加熱室とが備えられ、
前記熱処理室は、被処理材の長さ方向に設けられた複数の仕切りにより複数の制御ゾーンに区画され、該熱処理室の制御ゾーン毎に、前記雰囲気ガスを当該熱処理室と加熱室との間で循環させ且つその送風方向が正逆切り換え自在である循環手段と、前記被処理材に対して上流側での雰囲気ガスの温度を測定する温度測定手段とが備えられ、
前記加熱室は、熱処理室の制御ゾーンに対応し且つ連通する制御ゾーンに区画され、該加熱室の制御ゾーン毎に雰囲気ガスを加熱する加熱手段が設けられており、
前記制御ゾーンの長手方向長さを、幅方向長さの０．１〜０．４倍とし、
前記制御ゾーン毎に、循環手段の正転で加熱室の雰囲気ガスを熱処理室へ供給する第１熱風通路と、循環手段の逆転で加熱室の雰囲気ガスを熱処理室へ供給する第２熱風通路とを有し、
前記第１熱風通路には、排気煙道が排気口を介して設けられ、第２熱風通路には、排気煙道が排気口を介して設けられ、前記第１熱風通路の排気煙道の中途部には排気量調整手段が設けられると共に、前記第２熱風通路の排気煙道の中途部には排気量調整手段が設けられていて、
前記循環手段による正転送風時に第１熱風通路の排気煙道を使用可能とすべく当該第１熱風通路の排気煙道に設けられた排気量調整手段を調整すると共に、前記循環手段による逆転送風時に第２熱風通路の排気煙道を使用可能とすべく当該第２熱風通路の排気煙道に設けられた排気量調整手段を調整する制御装置を有する
ことを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
前記制御装置は、第１熱風通路及び第２熱風通路の排気量調整手段を前記加熱手段での加熱状態に応じて制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項３】
前記加熱手段は直火式バーナで構成され、該直火式バーナで燃焼される燃料の量を基に、前記排気量調整手段が制御される構成となっていることを特徴とする請求項２に記載の熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は厚鋼板、形鋼等の長尺の被処理材を処理する熱処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
長尺の被処理材を熱処理する熱処理炉として特許文献１や非特許文献１に記載の台車炉が公知である。これらの台車炉は、被処理材を積載する台車と加熱するための加熱手段（バーナ）、炉内に充満する雰囲気ガスを循環させる循環手段（循環ファン）を備えている。
特に特許文献１では、被処理材の長手方向に隔壁を形成し該隔壁には循環孔や排気孔を対称な位置に設けて、熱処理室にバーナからの燃焼ガスを噴射する筐体を左右交互に配置することで、局部的な高温部を抑えて長さ方向の温度分布を均一とする技術が開示されている。
【特許文献１】実公昭５９−８１５９号公報
【非特許文献１】「第３版鉄鋼便覧第IV巻」、日本鉄鋼協会、１９８２年、ｐ５３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術を用いて被処理材の加熱を行った場合、加熱ゾーン間に仕切りがないため、各加熱ゾーンの燃焼ガスが熱処理炉内で混合してしまい、そのため、熱処理炉の長さ方向の温度分布を目的のものとすることが困難となり、被処理材の長手方向の昇温状況を略均一にできないという問題があった。
また、被処理材を覆う筐体を設けて当該被処理材に直接燃焼ガスが当たることを防ぐ構造となっているものの、被処理材に温度上昇を測るための温度計がどの位置に配置されているか明確な開示がなく、被処理材の局部的な過加熱を完全に抑止できるものとはなっていない。
【０００４】
加えて、加熱手段を被処理材に対して左右交互に配置することで、当該被処理材の幅方向の温度分布均一化を狙っているが、現実として、加熱手段からの燃焼ガスの上流側に位置する被処理材の昇温が早く、下流側が遅くなるという問題があって、被処理材の幅方向の昇温状況を略均一とすることができなかった。
そこで、本発明は、上記問題を鑑み、被処理材の長手方向及び幅方向に略均一に昇温できるような熱処理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】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかる熱処理炉は、雰囲気ガスで長尺の被処理材を加熱する熱処理室と、該熱処理室に連通し且つ前記雰囲気ガスを加熱する加熱室とが備えられ、前記熱処理室は、被処理材の長さ方向に設けられた複数の仕切りにより複数の制御ゾーンに区画され、該熱処理室の制御ゾーン毎に、前記雰囲気ガスを当該熱処理室と加熱室との間で循環させ且つその送風方向が正逆切り換え自在である循環手段と、前記被処理材に対して上流側での雰囲気ガスの温度を測定する温度測定手段とが備えられ、前記加熱室は、熱処理室の制御ゾーンに対応し且つ連通する制御ゾーンに区画され、該加熱室の制御ゾーン毎に雰囲気ガスを加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
熱処理室が、被処理材の長手方向に区画されて制御ゾーンとなっているため、各制御ゾーンの高温雰囲気ガスが熱処理炉内で混合することを防止することができ、熱処理炉の長さ方向の温度分布を所定のものとすることができる。
また、循環手段により、制御ゾーン毎、雰囲気ガスを風向が正逆切り換え自在に循環させることができるようになるため、被処理材の幅方向の温度分布を均一化でき、均一な昇温を実現できる。
【０００７】
加えて、制御ゾーン毎に備えられた温度測定手段で、被処理材のて上流側での雰囲気ガスの温度を確実に測定することができるようになるため、被処理材の局部的な過加熱を抑制できるようになる。
すなわち、本技術的手段により、被処理材の長手方向及び幅方向に略均一に昇温できるようになる。
【０００８】
好ましくは、前記制御ゾーンの長手方向長さを、幅方向長さの０．１〜０．４倍とするとよい。
こうすることで、それぞれの制御ゾーン内での温度差（最高温度と最低温度との差）を１０℃以内とすることができ、被処理材の幅方向の温度分布を均一化でき、均一な昇温を実現できる。
【０００９】
また、前記熱処理炉は、前記制御ゾーン毎に雰囲気ガスを外部に導出する排気口が設けられると共に、該排気口を通過する雰囲気ガスの流量を調整する排気量調整手段を備え、前記排気量調整手段を前記加熱手段での加熱状態に応じて制御する制御装置を有することを特徴とする。
好ましくは、前記加熱手段は直火式バーナで構成され、該直火式バーナで燃焼される燃料の量を基に、前記排気量調整手段が制御される構成となっているとよい。
【００１０】
ある制御ゾーンにおいて、昇温のため加熱手段（直火式バーナ）の出力を増し燃焼量を多くした場合、燃焼ガスが隣接する制御ゾーン内に流れ込み、流れ込んだ先の制御ゾーンでは予期しない温度上昇が起こる場合がある。そのような状況を防ぐために、本熱処理炉に備えられた制御装置では、直火式バーナへ供給される燃料の量を基にし、その量が増えた場合は、燃焼ガスの発生も多くなるものとし、排気量調整手段を調整し、排気口から外部に排出する雰囲気ガスの量を多くする。逆に、直火式バーナへ供給される燃料の量が減った場合には、燃焼ガスの発生が少なくなるため、排気量調整手段を調整し、排気口から外部に排出する雰囲気ガスの量を減らすようにする。
【００１１】
このように制御することで、燃焼ガスが隣接する制御ゾーン内に流れ込むことを防ぐことができて、各制御ゾーンで所定の温度分布を維持できるようになって、被処理材の幅方向の温度分布を均一化でき、均一な昇温を実現できる。
なお、最も好ましい本発明の熱処理炉としては、雰囲気ガスで長尺の被処理材を加熱する熱処理室と、該熱処理室に連通し且つ前記雰囲気ガスを加熱する加熱室とが備えられ、前記熱処理室は、被処理材の長さ方向に設けられた複数の仕切りにより複数の制御ゾーンに区画され、該熱処理室の制御ゾーン毎に、前記雰囲気ガスを当該熱処理室と加熱室との間で循環させ且つその送風方向が正逆切り換え自在である循環手段と、前記被処理材に対して上流側での雰囲気ガスの温度を測定する温度測定手段とが備えられ、前記加熱室は、熱処理室の制御ゾーンに対応し且つ連通する制御ゾーンに区画され、該加熱室の制御ゾーン毎に雰囲気ガスを加熱する加熱手段が設けられており、前記制御ゾーンの長手方向長さを、幅方向長さの０．１〜０．４倍とし、前記制御ゾーン毎に、循環手段の正転で加熱室の雰囲気ガスを熱処理室へ供給する第１熱風通路と、循環手段の逆転で加熱室の雰囲気ガスを熱処理室へ供給する第２熱風通路とを有し、前記第１熱風通路には、排気煙道が排気口を介して設けられ、第２熱風通路には、排気煙道が排気口を介して設けられ、前記第１熱風通路の排気煙道の中途部には排気量調整手段が設けられると共に、前記第２熱風通路の排気煙道の中途部には排気量調整手段が設けられていて、前記循環手段による正転送風時に第１熱風通路の排気煙道を使用可能とすべく当該第１熱風通路の排気煙道に設けられた排気量調整手段を調整すると共に、前記循環手段による逆転送風時に第２熱風通路の排気煙道を使用可能とすべく当該第２熱風通路の排気煙道に設けられた排気量調整手段を調整する制御装置を有するとよい。
また、前記制御装置は、第１熱風通路及び第２熱風通路の排気量調整手段を前記加熱手段での加熱状態に応じて制御するように構成されているとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱処理炉は、被処理材をその長手方向及び幅方向に略均一に昇温できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示すものは、本発明方法に使用する熱処理炉の断面図である。この実施の形態では、熱処理炉として、厚鋼板を熱処理する台車炉が例示されている。
前記熱処理炉は、燃焼排ガス（雰囲気ガス）が充満する炉室Ｒを有する。この炉室Ｒは、被処理材１を収納するものである。前記熱処理炉は、該炉室Ｒ内の雰囲気ガスを加熱する加熱手段５を有する。また、前記熱処理炉は、循環手段４（循環ファン）を有する。この循環手段４は、前記加熱手段５により加熱された雰囲気ガスを炉室Ｒ内で循環させるものである。この循環手段４は、正逆運転可能とされている。
【００１４】
炉室Ｒの周囲は炉壁１０によって覆われている。炉室Ｒの底部は台車１２によって塞がれている。台車１２には、被処理材載置台１３が設けられ、この載置台１０上に被処理材１が載置されている。
被処理材１は、この実施の形態では、厚鋼板が例示される。被処理材１は、厚さ、幅及び長手方向を有する。図１においては、厚さ方向は上下方向であり、幅方向は左右方向であり、長手方向は紙面に直交する前後方向である。
【００１５】
炉室Ｒは水平仕切り壁１９を介して上下に区画されている。この水平仕切り壁１９は、被処理材１の上面から所定間隔を有して上方を塞ぐように水平に配置されている。水平仕切り壁１９によって区画された上側の部屋は加熱室３とされ、下側の部屋は被処理材１を処理する熱処理室２とされている。
加熱室３に加熱手段５が設けられている。この加熱手段５の一例として、コークス炉や高炉で発生したガスを燃焼させる直火式バーナが例示されている。この加熱手段５は、炉体天井部（炉室Ｒの天井部）に取り付けられ、略垂直下方側に向かって火炎を放出するよう構成されている。直火式バーナに供給される燃料ガスの流量は、燃焼量計測手段１８により計測されると共に調整されている。
【００１６】
炉室Ｒの内側であってその断面右端部（図１の右側）には、上下に貫通する第１熱風通路２５が形成されており、その反対側の端部（図１の左側）にも第２熱風通路２６が上下に貫通して設けられ、この第２熱風通路２６に循環手段４が配置されている。この循環手段４（循環ファン）として軸流ファンが例示されている。この循環手段４の正逆運転は、正逆運転可能な循環ファン電動機１１により行われる。
【００１７】
この循環手段４の正転で、加熱室３の雰囲気ガスは第１熱風通路２５から熱処理室２へ供給され、逆転で加熱室３の雰囲気ガスは第２熱風通路２６から熱処理室２へ供給され、熱処理室２内を正逆循環する。
循環手段４の送風量は、回転数が一定であれば、正転時を（Ｑ正）とし、逆転時を（Ｑ逆）としたとき、両者は等しくなく、（Ｑ正≠Ｑ逆）とされている。
【００１８】
また、第１熱風通路２５に第１温度測定手段８と、第２熱風通路２６に第２温度測定手段９が設けられている。これら両温度測定手段８，９は、循環手段４から送風される熱風の温度を測定するものである。
さらに、第１熱風通路２５には、正転送風時に使用する排気煙道２１が排気口１４を介して連通しており、第２熱風通路２６には、逆転送風時に使用する排気煙道２２が排気口１５を介して連通している。排気煙道２１の中途部には、正転送風時に用いる排気量調整手段１６が設けられ、排気煙道２２の中途部には、逆転送風時に用いる排気量調整手段１７が設けられている。排気煙道を通った雰囲気ガスは、それにつながる排気道２７を通って、外部に導出される。これら排気煙道２１，２２や排気口１４，１５は後述する制御ゾーンごとに設けられている。
【００１９】
以上述べた第１及び第２温度測定手段８，９、循環ファン電動機１１、排気量調整手段１６，１７、燃焼量計測手段１８の出力は、制御装置２０へ取り込まれるようになっており、後述する加熱制御を行うものとなっている。制御装置２０からの制御信号は、循環ファン電動機１１、排気量調整手段１６，１７、燃焼量計測手段１８へ入力される。
図２は、熱処理炉の平面図である。熱処理室２は前記長手方向に複数の制御ゾーンに区画されている。各制御ゾーンは、仮想線で示す位置に設けられた垂直仕切壁２３により区画されている。この実施の形態では５個の制御ゾーンが設けられ、各制御ゾーンに前記加熱手段５と循環手段４が一つずつ設けられている。各循環手段４により熱風は前記被処理材の上下表面に沿って幅方向に流れる。
【００２０】
前記制御ゾーンの区画長さは、熱処理炉の幅（炉幅）の０．１〜０．４倍とするのがよい。その根拠が図４に示されている。すなわち、図４には、区画長さを変化させた場合における制御ゾーン内の温度差を測定した結果が示されている。制御ゾーン内の温度差とは被処理材１の長さ方向に１つの制御ゾーンで３点以上測定した雰囲気ガス温度の最高値と最低値との差を示しており、第１及び第２温度測定手段８，９以外に実験用の熱電対を設置して測定を行った。実験条件は炉幅５ｍ、循環ガス温度６００℃であって、炉幅に対して０．４倍以下の区画長さでゾーン内温度差は１０℃以下と均一な温度分布になっている。
【００２１】
図３は、制御ゾーンの１つを長さ方向断面図として示したものである。
熱処理室２と加熱室３とを区切る水平仕切り壁１９から耐熱用鋼板を被処理材１の直上まで吊り下げて熱処理室ゾーン仕切り壁７（垂直仕切壁２３）を構成している。熱処理室ゾーン仕切り壁７は耐熱用鋼板に限るものではなく、その他の金属材料や耐火断熱材で構成してもよい。かかる熱処理室ゾーン仕切り壁７の設置によって隣り合うゾーンの循環ガスの熱処理室内での混合を防ぎ、制御ゾーンの独立性を高めて被処理材１を長さ方向に均一な温度分布とできる。
【００２２】
なお、本実施形態では、加熱室３も熱処理室２と同様に加熱室ゾーン仕切り壁６で区切った場合を示しており、加熱室ゾーン仕切り壁６は熱処理の天井から吊り下げたパイプと耐火断熱材で構成している。
かかる構成を有する熱処理炉で、被処理材を加熱すると、(i)熱処理室２が、被処理材１の長手方向に区画されて制御ゾーンとなっているため、各制御ゾーンの高温雰囲気ガスが熱処理炉内で混合することを防止することができ、熱処理炉の長さ方向の温度分布を所定のものとすることができる。(ii)循環手段４により、制御ゾーン毎、雰囲気ガスを風向が正逆切り換え自在に循環させることができるようになるため、被処理材の幅方向の温度分布を均一化でき、均一な昇温を実現できる。(iii)制御ゾーン毎に備えられた温度測定手段，９で、被処理材１の上流側での雰囲気ガスの温度を確実に測定することができるようになるため、被処理材１の局部的な過加熱を抑制できるようになる。
【００２３】
前記熱処理炉を用いた被処理材１の加熱方法は次のとおりである。
まず、循環する雰囲気ガスが正転送風時には、第１温度測定手段８でその温度を測定し、逆転送風時には第２温度測定手段９で測定し、測定温度が設定した熱パターンとなるように加熱手段５の燃焼量を制御する。このように被処理材に対して必ず上流の循環ガス温度を測定し制御することで目標とする温度以上の高温部を生じさせることなく昇温できる。
【００２４】
また、制御装置２０は、循環手段４の送風方向を切り換えるようにもしている。詳しくは、正逆の送風時間（Ｔ正，Ｔ逆）の比率と、正逆の送風量（Ｑ正，Ｑ逆）の比率のべき乗とが比例するものとして、熱処理炉を操業している。正逆の送風時間比率と、正逆の送風量の比率との関係の一例として、式（１）の関係を採用することは好ましい。
Ｔ正／Ｔ逆＝（Ｑ正／Ｑ逆）a    ・・・（１）
但し、ａ＝０．８〜０．９
こうすることで、被処理材１の昇温時間差を可能な限り小さくすることが可能となる。
【００２５】
さらに、本実施形態の如く、加熱手段５に直火式バーナが採用されている場合は、排気口１４，１５を介して外部に排気する雰囲気ガスの流量は、燃焼量計測手段１８により測定した燃焼量にもとづいて決定し、制御装置２０からの指令によって、排気量調整手段１６，１７を用いて調整するようにする。
具体的には、空気比ｍで燃焼している理論空気量Ａ、理論排ガス量Ｇの燃料を使用している場合、燃焼量計測手段１８で計測される燃料流量をＱｆとすると、燃焼によって発生するガス量Ｑｇは、
Ｑｇ＝（（ｍ−１）×Ａ＋Ｇ）×Ｑｆ    ・・・（２）
と求められる。例えば、各制御ゾーンで燃料流量Ｑｆを測定し、各々で発生するガス量Ｑｇを算定し、排気流量Ｑｅを次式により設定する。
Ｑｅ＝Ｋ×Ｑｇ    ・・・（３）
ここで、Ｋの値は全ての制御ゾーンで１としているが、制御ゾーン毎に変更してもよい。      
【００２６】
また、燃焼量を測定するために燃料流量に加えて燃焼空気流量を測定してもよい。
このように、排気量調整手段を前記加熱手段での加熱状態に応じて制御することで、「全ての制御ゾーンの排気流量を同量であって隣り合う制御ゾーンの燃焼量が異なる場合に、燃焼量の多いゾーンから少ないゾーンへ雰囲気ガスが流れ込む」といった状況が発生することを防ぐことができるようになる。そのため、長さ方向の温度分布を均一とできる。
【００２７】
具体的には、各制御ゾーンに排気口１４，１５等の排気手段を設けず、排気流量制御も行っていない設備では最大３０℃あった熱処理炉内の温度差（炉内温度差）が、本発明を適用することで１２℃にまで低減することができた。炉内温度差は前記ゾーン内温度差と同様に実験用熱電対によって各制御ゾーンの長さ方向に３点以上循環ガス温度を測定した時の、炉内での最高値と最低値の差を示す。
【００２８】
なお、本発明は、前記実施の形態に示したものに限定されるものではなく、熱処理炉として、加熱室３が下方に設けられ熱処理室２が上方に設けられたものであってもよく、その形式は限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】台車炉の正面断面図（幅方向断面図）である。
【図２】台車炉の平面図である。
【図３】制御ゾーンの側面断面図（長手方向断面図）である。
【図４】制御ゾーンにおける区画長さと温度差との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      被処理材
２      熱処理室
３      加熱室
４      循環手段
５      加熱手段
８      第１温度測定手段（正転）
９      第２温度測定手段（逆転）
１４    排気口（正転）
１５    排気口（逆転）
１６    排気量調整手段（正転）
１７    排気量調整手段（逆転）
２１    排気煙道（正転）
２２    排気煙道（逆転）
【図２】
0004583256.tif 000002
【図４】
0004583256.tif 000003
【図１】
0004583256.tif 000004
【図３】
0004583256.tif 000005