(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上壁、下壁、前後側壁及び左右側壁からなる炉壁によって炉内空間を区画形成する加熱炉内に複数本の金属線材を並置し、該金属線材を、それらの上方位置に配置された加熱手段によって加熱する際に、前記加熱によって炉内から受ける各金属線材の単位体積あたりの入熱量に応じて、並置した金属線材の下壁内面からの距離を、加熱炉の幅方向断面で見て、異ならせ、かつ、前記距離は、前記入熱量が少ないほど、下壁内面を隆起させることによって短く設定することを特徴とする、複数本の金属線材を均一に加熱する方法。
【請求項２】
前記金属線材の下壁内面からの距離は、最大値が最小値の１．５倍以上に設定する請求項１に記載の複数本の金属線材を均一に加熱する方法。
【請求項３】
前記金属線材のうち、左右側壁に最も近い位置にある金属線材と該側壁間を炉の幅方向に沿って測定した距離は、いずれも１５ｃｍ以下である請求項１または２に記載の複数本の金属線材を均一に加熱する方法。
【請求項４】
上壁、下壁、前後側壁及び左右側壁からなる炉壁と、該左右側壁間に間隔をおいて並置された複数本の金属線材の上方位置に、これらの金属線材を加熱するための加熱手段とを有する加熱炉において、
前記加熱によって炉内から受ける各金属線材の単位体積あたりの入熱量に応じて、並置した金属線材の下壁内面からの距離を、加熱炉の幅方向断面で見て、異ならせ、かつ、前記距離は、前記入熱量が少ないほど、下壁内面を隆起させることによって短く設定することを特徴とする複数本の金属線材を均一に加熱する加熱炉。
【請求項５】
前記加熱炉は、複数本の金属線材を連続的に炉内を通過させて加熱する連続熱処理炉である請求項４に記載の加熱炉。
【請求項６】
前記加熱炉は、左右側壁に配置され水平方向に加熱炎を噴出する対をなす燃焼バーナーを加熱手段とする水平炊き式加熱炉であり、前記距離は、炉の幅方向中央部位置でその幅方向端部位置よりも短く設定する請求項４または５に記載の加熱炉。
【請求項７】
前記加熱炉は、上壁に配置され下方に向かって加熱炎を噴出する燃焼バーナーを加熱手段とする天井炊き式加熱炉であり、前記金属線材の下壁内面からの距離は、加熱炎による熱影響を大きく受ける金属線材よりもそれ以外の金属線材で短く設定する請求項４または５に記載の加熱炉。
【請求項８】
前記金属線材の下壁内面からの距離は、前記入熱量の少ない金属線材の直下位置にある下壁部分のみを隆起させることによって短く設定する請求項４〜７のいずれか１項に記載の加熱炉。
【請求項９】
前記隆起は、平坦な下壁内面上に耐火レンガのブロック、耐火金属のブロック又は箱を載置することによって形成する請求項４〜８のいずれか１項に記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数本の金属線材、例えばタイヤコード等に用いられる鋼線材を均一に加熱する方法及び加熱炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数本の金属線材、例えばタイヤコード等に用いられる鋼線材を同時にパテンティング処理等の熱処理を行うための加熱炉としては、熱効率がよく、経済的である等の点から、金属線材と燃焼バーナーとの間にマッフルを有さず加熱炎が直接通過線を加熱する、いわゆる直火式加熱炉が広く用いられている。
【０００３】
直火式加熱炉としては、図３(a) に示すように、炉の両側壁102,103 に配置され水平方向に加熱炎を噴出する対をなす燃焼バーナー104a,104b を加熱手段とする水平炊き式加熱炉101 と、図４(a）に示すように、上壁110 に配置され下方に向かって炎を噴出する燃焼バーナー112a,112b を加熱手段とする天井炊き式加熱炉107 とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の直火式加熱炉101,107 は、いずれの形式においても炉の下壁内面105,111 が平らであって、これと金属線材100 との距離が炉の幅方向で一定に構成されているのが一般的であり、この構成では、加熱炉101,107 内に並置した各金属線材100 への輻射熱が、以下に示す理由から幅方向で一定にはならず、並置した複数本の金属線材100 を均一に加熱することが困難であるという問題を有している。
【０００５】
すなわち、水平炊き式加熱炉101 の場合には、炉の幅方向の中央部に位置する金属線材は炉の側壁102,103 からの輻射熱をほとんど受けないのに対し、前記幅方向の端部側に位置する金属線材は側壁102,103 からの輻射熱を多く受けるため、各金属線材を同じ速度で炉内を通過させると、前記幅方向端部側に位置する金属線材ほど単位体積あたりの入熱量が多くなるのに伴って線材温度が高くなる傾向があり、その結果、図３(b) に示すように、炉内の幅方向に並置した各金属線材の温度分布はＵ字状となり、並置した金属線材の全てを均一加熱することは困難であるからである。
【０００６】
また、天井炊き式加熱炉107 の場合には、燃焼バーナー112a,112b の加熱炎による温度分布が水平炊き式よりも不均一であるため、前記加熱炎を噴出する方向に位置する金属線材100 は、高温に加熱されて単位体積あたりの入熱量が多くなるのに伴って線材温度が高くなる傾向があり、その結果、例えば図４(a) に示すように２個の燃焼バーナー112a,112b を配設した場合には、図４(b) に示すように、炉内の幅方向に並置した各金属線材の温度分布はＭ字状となり、並置した金属線材の全てを均一加熱することは困難であるからである。
【０００７】
ところで、例えば高炭素鋼線材のパテンティング処理を行う場合には、鋼線材を所定温度に加熱して完全にオーステナイト化する必要があるが、加熱しすぎると鋼中の結晶粒が粗大化し、これに起因して延性が劣化する傾向があるため、適正な温度範囲内で線材を加熱することが要求される。
【０００８】
従って、上述した従来の直火式加熱炉101,107 は、いずれの方式とも、並置した複数本の線材の全てを均一に加熱するのは困難である。即ち、前記線材の全てを完全にオーステナイト化する温度に炉内温度を設定すると、適正温度範囲よりも高い温度に加熱される線材が不可避的に発生し、製品歩留り等の悪化を招くからである。
【０００９】
尚、従来の水平炊き式加熱炉101 の場合には、炉の側壁102,103 からの輻射熱による線材の不均一温度分布を緩和するための手段として、炉の幅方向端部側に位置する金属線材と炉の側壁102,103 との間の距離を大きく設定すること (例えば数10ｃｍ以上）、具体的には、炉の両側壁102,103 間距離を大きくすることが有用であるが、この構成だと、炉内に無駄な空間が生じることになり、これに伴って加熱炉全体も大きくなり、炉面積当たりの生産性が劣るため好ましくない。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、炉の下壁からの輻射熱による金属線材への入熱量を、炉の幅方向にわたって適正に制御することによって、並置した複数本の金属線材を均一に加熱する方法及び加熱炉を提供することにある。尚、この発明は、例えばタイヤコード等に用いられる鋼線材をパテンティング処理等の熱処理を行うのに適している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１発明は、上壁、下壁、前後側壁及び左右側壁からなる炉壁によって炉内空間を区画形成する加熱炉内に複数本の金属線材を並置し、該金属線材を、それらの上方位置に配置された加熱手段によって加熱する際に、前記加熱によって炉内から受ける各金属線材の単位体積あたりの入熱量に応じて、並置した金属線材の下壁内面からの距離を、加熱炉の幅方向断面で見て、異ならせ、かつ、前記距離は、前記入熱量が少ないほど、下壁内面を隆起させることによって短く設定することを特徴とする、複数本の金属線材を均一に加熱する方法である。
【００１２】
また、前記金属線材の下壁内面からの距離は、より好適には、最大値が最小値の1.5 倍以上である。
【００１３】
加えて、加熱炉の設置スペースの狭小化や炉面積当たりの生産性を向上させる必要がある場合には、前記金属線材のうち、左右側壁に最も近い位置にある金属線材と該側壁間を炉の幅方向に沿って測定した距離は、いずれも１５ｃｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
また、第２発明は、上壁、下壁、前後側壁及び左右側壁からなる炉壁と、該左右側壁間に間隔をおいて並置された複数本の金属線材の上方位置に、これらの金属線材を加熱するための加熱手段とを有する加熱炉において、前記加熱によって炉内から受ける各金属線材の単位体積あたりの入熱量に応じて、並置した金属線材の下壁内面からの距離を、加熱炉の幅方向断面で見て、異ならせ、かつ、前記距離は、前記入熱量が少ないほど、下壁内面を隆起させることによって短く設定することを特徴とする複数本の金属線材を均一に加熱する加熱炉である。
【００１５】
前記加熱炉は、例えば複数本の金属線材を連続的に炉内を通過させて加熱する連続熱処理炉であることが好ましい。
【００１６】
加えて、前記加熱炉は、具体的には、左右側壁に配置され水平方向に加熱炎を噴出する対をなす燃焼バーナーを加熱手段とする水平炊き式加熱炉であるか、又は、上壁に配置され下方に向かって加熱炎を噴出する燃焼バーナーを加熱手段とする天井炊き式加熱炉であることが好ましく、前者の場合には、前記金属線材の下壁内面からの距離を、炉の幅方向中央部位置でその幅方向端部位置よりも短くし、一方、後者の場合には、前記金属線材の下壁内面からの距離を、加熱炎による熱影響を大きく受ける金属線材よりもそれ以外の金属線材で短くすることが必要である。
【００１７】
さらに、前記金属線材の下壁内面からの距離は、前記入熱量の少ない金属線材の直下位置にある下壁部分のみを隆起させることによって短く設定することが好ましく、前記隆起は、平坦な下壁内面上に耐火レンガのブロック、耐火金属のブロック又は箱を載置することによって形成することがより好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に示すところに基づいて説明する。
図１(a) 及び(b) は、第１発明の一の実施形態である加熱方法を実施するために用いた第２発明の一の実施形態である水平炊き式加熱炉１を、その長手方向に沿ってそれぞれ水平方向及び垂直方向に切断したものであり、また、図２は図１(a) のＡ−Ａ線上で切断したものであり、いずれも加熱炉の炉内状態を説明するための図であり、図中１は加熱炉、２は上壁、３は下壁、４〜７は側壁、８は金属線材、9a及び9bは加熱手段、10は炉内空間、11は金属線材の移動方向、12は輻射熱発生部材である。
【００１９】
図１(a),(b) に示す加熱炉１は、上壁２、下壁３、左右側壁４，５及び前後側壁６，７からなる炉壁と、左右側壁４，５間に間隔をおいて並置された複数本の金属線材8a,8b,--,8n の上方位置に、これらの金属線材8a,8b,--,8n を加熱するための加熱手段9a,9b （加熱手段9a,9b は図２にのみ示す。）とを有し、炉壁によって炉内空間10が区画形成されている連続熱処理炉であある。
【００２０】
尚、図１では、水平炊き式加熱炉の構成を示すため、その加熱手段9a,9b は、図２に示すように、対をなす燃焼バーナーを、水平方向に加熱炎を噴出するように左右側壁に配置した場合を示してあるが、これだけには限定されない。例えば、天井炊き式加熱炉の場合には、加熱手段9a,9b は、図４(a) に示すように燃焼バーナーを上壁に下方に向かって加熱炎を噴出するように配置すればよい。
【００２１】
そして、第１発明の加熱方法の構成上の主な特徴は、上記加熱炉１内で前記金属線材8a,8b,--,8n を加熱する際に、前記加熱によって加熱炉１内から受ける各金属線材8a,8b,--,8n の単位体積あたりの入熱量に応じて、並置した金属線材8a,8b,--,8n の下壁内面3aからの距離La,Lb,--,Ln を、加熱炉１の幅方向断面（図２参照）で見て、異ならせ、かつ、前記距離は、前記入熱量が少ないほど、下壁内面を隆起させることによって短く設定することにあり、この構成を採用することによって、並置した複数本の金属線材の全てを均一に加熱することが可能になる。
【００２２】
以下に、上記発明を完成させるに至った経緯を作用とともに説明する。
発明者は、まず加熱炉内で並置した金属線材がどのように加熱されるかについて詳細に調査した。
【００２３】
その結果、加熱炉内で前記金属線材が受ける熱は、加熱炉の上記いずれの形式の相違に依らず、主に、(1) 高温雰囲気ガスからの伝導熱、(2) 炉の側壁からの輻射熱及び(3) 炉の下壁からの輻射熱の３つの複合熱によるものであること、また、高温雰囲気ガスからの伝導熱が金属線材が接する雰囲気ガス及び熱伝達率に依存し、炉の側壁及び下壁からの輻射熱がいずれも各々の側壁及び下壁と線材との距離の影響が大きく、即ち、この距離が短いほど線材が受ける輻射熱が大きくなることが判明した。
【００２４】
次に、従来の加熱炉において、前記金属線材を均一に加熱できないという問題点が生じる理由について検討したところ、（炉の下壁が平らである）従来の水平炊き式加熱炉の場合には、高温雰囲気ガスからの伝導熱及び炉の下壁からの輻射熱により受ける入熱量は、いずれの金属線材ともほぼ等しいが、炉の側壁、特に左右側壁からの輻射熱により受ける入熱量が、左右側壁側に近い位置にある金属線材ほど大きくなり、図3(b)に示すようなＵ字状の不均一温度分布をとることになるからであり、また、（炉の下壁が平らである）従来の天井炊き式加熱炉の場合には、加熱炎の分布が炉の幅方向で不均一でありこれに伴って高温ガス雰囲気も同様に不均一になり、この雰囲気ガスの伝導熱差が生じることにより線材の温度分布に不均一になるからであることが分かった。
【００２５】
そこで、発明者は、従来の加熱炉の問題点を解決するため鋭意検討を行ったところ、上記いずれの形式の加熱炉の場合であっても、炉の下壁からの輻射熱を炉の幅方向に制御することによって、並置した金属線材の全てを均一に加熱することができることを見出した。
【００２６】
即ち、従来の加熱炉では、炉の下壁内面が平らであり、各金属線材と下壁内面との距離は一律に等しく設定されていたが、この発明では、炉の下壁内面を平らにしないで、その所定位置だけを隆起させることなどによって、前記距離を異ならせること、より具体的には、並置された複数本の金属線材のうち、入熱量が相対的に少ない金属線材の下方に位置する下壁内面のみを隆起させることによって、入熱量が相対的に少ない金属線材が、下壁からの輻射熱による入熱量が相対的に高まり、並置された複数本の金属線材のそれぞれに対する入熱量がをほぼ等しくすることができ、この結果として、並置した金属線材の全てを均一に加熱することができることを見出したのである。
【００２７】
さらに具体的に言えば、水平炊き式加熱炉の場合には、炉の下壁内面が平らであるとすると、図３(b) に示すように、炉の幅方向中央部位置にある金属線材が、幅方向端部位置にある金属線材よりも線材温度が低くなる傾向があるため、かかる場合には、前記金属線材の下壁内面からの距離を、炉の幅方向中央部位置でその幅方向端部位置よりも短くすることによって、並置した金属線材の全てを均一に加熱することができる。
【００２８】
また、天井炊き式加熱炉の場合には、炉の下壁内面が平らであるとすると、図４(b) に示すように、加熱炎による熱影響を大きく受ける金属線材がそれ以外の金属線材よりも温度が高くなる傾向があるため、かかる場合には、前記金属線材の下壁内面からの距離を、加熱炎による熱影響を大きく受ける金属線材よりもそれ以外の金属線材で短くすることによって、並置した金属線材の全てを均一に加熱することができる。
【００２９】
尚、前記金属線材を均一に加熱するには、天井炊き式加熱炉よりも、加熱効率の高い水平炊き式加熱炉の方が好ましい。
【００３０】
前記金属線材の下壁内面からの距離を調整するための手段としては、前記距離を短くする下壁内面位置のみを隆起させることが好ましく、この隆起は、例えば平坦な下壁内面上に耐火レンガのブロック、耐火金属のブロック又は箱を載置することによって形成することができ、これによれば、炉の下壁内面が平らである従来の加熱炉を用いることができ、設備コストの点で有利になる。
【００３１】
また、この発明では、前記隆起を、下壁内面3a上に輻射熱発生部材12を載置することによって形成する場合には、かかる輻射熱発生部材12を載置した下壁内面部分については、輻射熱発生部材の内面を下壁内面位置とする。
【００３２】
そして、第１発明の加熱方法は、上述した加熱炉内に並置した金属線材8a,8b,--,8n を一定の速度で図１(a),(b) の矢印方向11に移動させ、炉内空間10内を所定時間で通過させることによって前記金属線材8a,8b,--,8n を連続的に均一に加熱することができる。
【００３３】
また、この発明は、炉の下壁からの輻射熱を制御することによって金属線材への入熱量を一定にすることができるが、下壁からの輻射熱を線材温度に大きく反映させる必要がある場合には、前記金属線材の下壁内面からの距離は、最大値が最小値の1.5 倍以上に設定することが好ましい。
【００３４】
さらに、加熱炉の設置スペースの制限があるか、又は炉面積当たりの生産性をより一層向上させる必要がある場合には、加熱炉内に並置された金属線材のうち、左右側壁に最も近い位置にある金属線材と該側壁間を炉の幅方向に沿って測定した距離は、いずれも１５ｃｍ以下に設定することが好適である。
【００３５】
尚、ここまでは、いずれも加熱炉の構造上の問題から生ずる金属線材の不均一温度分布を均一にするための技術について述べてきたが、この発明は、このような加熱炉の構造上の問題の有無に関わらず、異なる線径の金属線材を均一に加熱することも可能にすることができる。
【００３６】
即ち、線径の異なる複数本の金属線材を従来の加熱炉で加熱するとき、仮に加熱炉から受ける入熱量が各金属線材とも同じであるとしても、線径が異なる場合には、金属線材は、その単位長さあたりの体積が線径に依存して異なるため、前記体積が小さいほど線材温度が高くなり、その結果、これらの金属線材を均一に加熱することは難しかったが、この発明では、かかる場合であっても、前記加熱によって炉内から受ける各金属線材の単位体積あたりの入熱量に応じて、並置した金属線材の下壁内面からの距離を、加熱炉の幅方向断面で見て、異ならせることによって、異なる線径の金属線材を均一に加熱することが可能にすることができる。
【００３７】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００３８】
【実施例】
次に、この発明に従う加熱方法によって、線径が1.7 mmである42本の高炭素鋼線材（線番１〜42）に同時にパテンティング処理を施し、各鋼線材の機械的特性を評価したので以下で説明する。
【００３９】
加熱炉は、図１及び図２に示す水平炊き式連続加熱炉であり、その寸法が、炉内全長が20ｍ、炉内幅が0.74ｍ、炉内高さが0.53ｍであり、炉内設定温度を1025℃とし、炉の下壁内面3a上の幅方向中央位置に、長さが3.8 ｍ、幅が0.34ｍ及び厚さが0.045 ｍである５個の耐火レンガブロックを４個の線材支持部材と交互に載置した。
【００４０】
左側壁４とこれに最も近接する鋼線材（線番１）との間を炉の幅方向に沿って測定した距離はいずれも13ｃｍとした。また、各鋼線材と炉の下壁との距離(mm)、炉の出口で測定した鋼線材温度 (℃）、並びにパテンティング処理後の各鋼線材の抗張力(MPa）及び絞り（％）について測定した結果については表１に示す。
【００４１】
尚、上記測定は、42本の鋼線材の全てで行ったが、表１には、同様な測定結果については特に示さず、適当に選択した11本の鋼線材についての測定結果のみを示してあり、表１中の抗張力と絞りの数値はいずれも平均値である。
【００４２】
比較のため、炉の下壁内面が平らである図３(a) に示す従来の水平炊き式加熱炉で同様な条件下でパテンティング処理を行い、同様な項目について測定したので、それらの測定結果を表２に示す。
【００４３】
【表１】
0003993340.tif 000002
【００４４】
【表２】
0003993340.tif 000003
【００４５】
表１及び表２の測定結果を比較すると、従来の加熱炉 (従来例）でパテンティング処理を行ったときの炉出口での線材温度 (表２）は、最低で920 ℃、最高で935 ℃、これらの温度差が15℃と大きいのに対して、この発明の加熱炉 (実施例）でパテンティング処理を行ったときの炉出口での線材温度は、最低で930 ℃、最高で935 ℃、これらの温度差が５℃と1/3 に縮小され、加熱炉内に並置された線材はほぼ均一に加熱されているのがわかる。
【００４６】
また、パテンティング処理後の各鋼線材の抗張力及び絞りの数値に関しては、、従来例は、抗張力が最低で1250MPa 、最高で1288MPa 、これらの差が38MPa と大きく、絞り値も、最低で43.3％、最高で51.5％、これらの差が8.2 ％と大きいのに対して、実施例は、抗張力が最低で1270MPa 、最高で1288MPa 、これらの差が18MPa と従来例の半分以下に縮小され、絞り値も、最低で43.6％、最高で47.2％、これらの差が3.6 ％と従来例の半分以下に縮小されており、実施例では、加熱炉内に並置された線材が上記均一加熱に伴い、各線材とも所期したとおりの機械的強度が得られている。
【００４７】
特に、従来例では、炉の幅方向両端側に位置する線番１、２、41及び42の鋼線材は、伸線加工時の断線発生が多く伸線加工性の生産性を悪化させるが、実施例では、前記平均値からの差が縮小されることでかかる鋼線材においても適正な抗張力と絞りが得られる結果、伸線加工時の断線が減少し、生産性が向上する。加えて、従来例では、線番１〜6 及び37〜42（計12線番）が所期した機械的特性が得られないため、かかる線番について減線することも考えられるが、実施例では、これらの線番についても同時にパテンティング処理できるので、生産性が向上すると同時に熱効率が高まり、コストを削減することができる。
【００４８】
さらに、実施例では、炉の幅方向の線材温度をほぼ均一にすることができるので、従来よりも精密な加熱を行うことができ、各鋼線材の機械的特性のばらつきを減少できるため、従来実現できなかったレベルの高抗張力のスチールコードが実現できる伸線材をを供給できる。
【００４９】
【発明の効果】
この発明によれば、水平炊き式や天井炊き式の加熱方式に依らず、加熱炉内に並置した複数本の金属線材を均一に加熱することができ、加えて、金属線材の線径が異なる場合であっても、同様に金属線材を均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１発明の加熱方法に使用した加熱炉の炉内状態を示す図であり、
(a) は水平断面図であり、(b) は垂直断面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】  (a) は従来の水平炊き式加熱炉の幅方向断面図であり、
(b) は(a) の加熱炉内に並置した複数本の金属線材の温度の傾向を示す図である。
【図４】  (a) は従来の天井炊き式加熱炉の幅方向断面図であり、
(b) は(a) の加熱炉内に並置した複数本の金属線材の温度の傾向を示す図である。
【符号の説明】
１  加熱炉
２  上壁
３  下壁
４〜７  側壁
8,8a,8b,-- ,8n   金属線材
9a, 9bは加熱手段
10  炉内空間
11  金属線材の移動方向
12  輻射熱発生部材
【図１】
0003993340.tif 000004
【図２】
0003993340.tif 000005
【図３】
0003993340.tif 000006
【図４】
0003993340.tif 000007