(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉内に装入されたマグネシウム合金製素材の加熱制御方法において、加熱炉内の温度が鍛造やプレス成形あるいは熱処理を行うために予め設定した目標温度Ｔ０より１０〜２０℃高い異常温度Ｔ１となると加熱炉の加熱を停止させ、加熱を停止させた後に加熱炉内の温度が前記異常温度Ｔ１より高くかつ前記合金の発火温度より２０〜３０℃低い予め設定した異常温度Ｔ２となると、加熱炉内に不活性ガスを噴射することを特徴とするマグネシウム合金製素材の加熱制御方法。
【請求項２】
装入されたマグネシウム合金製素材を加熱する加熱炉であって、加熱炉内の温度を検出すべく設置された温度センサと、加熱炉内に不活性ガスを噴射することができる不活性ガス噴射装置と、温度センサの温度情報を受け、鍛造やプレス成形あるいは熱処理を行うために予め設定した目標温度Ｔ０より１０〜２０℃高い異常温度Ｔ１となると加熱手段に加熱停止指令を出し、前記異常温度Ｔ１より高くかつ前記合金の発火温度より２０〜３０℃低い予め設定した異常温度Ｔ２となると不活性ガス噴射装置に不活性ガスを噴射するように指令を出す論理部を有する制御装置とを備えたことを特徴とする加熱炉。
【請求項３】
温度センサを複数個マグネシウム合金製素材から２０〜５０ｍｍ離れて位置するように設置したことを特徴とすると請求項２に記載の加熱炉。
【請求項４】
不活性ガス噴射装置には、不活性ガスを貯蔵する容器と加熱炉内とを結ぶ配管に制御装置の指令により開閉する流体圧駆動弁を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の加熱炉。
【請求項５】
流体圧駆動弁の流体は、窒素ガスを貯蔵する容器から供給される窒素ガスであることを特徴とする請求項４記載の加熱炉。
【請求項６】
不活性ガスはアルゴンガスであることを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金あるいはマグネシウム合金からなる素材に鍛造やプレス成形あるいは熱処理を行うために所定の温度に加熱するときに、発火による燃焼を未然に防止することができる加熱制御方法および加熱炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム合金あるいはマグネシウム合金からなる素材（以下、総称してマグネシウム合金製素材という）、例えば鋳造した素材や圧延材等に、鍛造成形、プレス成形あるいは熱処理を行うときに、これらのマグネシウム合金製素材を加熱炉あるいは熱処理炉に装入して、所定の目標温度、例えば３００〜４５０℃に加熱することが行われている。これらの加熱炉においては、加熱炉内に加熱ヒータ等の加熱手段と加熱炉内の温度を検出するための温度センサ、例えば熱電対などを設置し、この温度センサで検出した温度に基づいて、制御装置は加熱炉内の温度が目標の温度範囲内になるように加熱ヒータの通電を制御している。しかし、何らかの不具合により、加熱炉内の温度が目標とする温度範囲を大きく超えた場合には、加熱する素材の品質の低下、加熱炉の損傷、加熱炉の火災、爆発等の危険性が生じる。特にマグネシウム合金製素材は高温で酸素と反応し易いために、５００℃を超えると発火し燃焼する危険性がある。加熱炉においては、上記のような不具合を発生させないために、種々の安全対策が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平１−２８７２２４号公報には、バーナを使用した金属ストリップ用熱処理炉において、炉内温度が許容範囲を上回った場合には冷却ガス（空気または雰囲気ガス）を炉内に吹き込むことが開示されている。特開平６−１４７７７４号公報には、シームレス鋼管用連続式加熱炉において、雰囲気温度が予め設定した温度より所定の温度ほど上乗せした温度まで上昇すると、自動消火機能が作動して、燃料ガスに換わってＮ２ガスを供給することが開示されている。特開平１０−７９３５１号公報にはＣＶＤ装置等の処理炉において、複数個の温度センサを設置し、温度異常を制御不良に起因した異常と温度センサの異常とを判別できる温度管理を目的とし、検出温度の異常を呈した熱電対の数が多ければ加熱ヒータへの給電を停止することが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
マグネシウム合金製素材の加熱においては、マグネシウム合金製素材は容易に酸化し易い材質であり５００℃を超えると発火し燃焼する危険性がある。従って、マグネシウム合金製素材を加熱する時には、加熱炉内の温度が目標温度を超えて異常な温度範囲に達した場合には、マグネシウム合金製素材が発火して燃焼する温度に達する前に安全対策を行うことが重要となる。また、加熱炉内の温度を検出する温度センサに異常が発生した場合でも、確実に安全対策を実施することができる制御方式を採用することが不可欠である。
本発明の目的は、加熱を行うために炉内に装入したマグネシウム合金製素材が、炉内の温度が目標温度を超えて異常温度になった場合に、このマグネシウム合金製素材の発火による燃焼を事前に防止することができるマグネシウム合金製素材の加熱制御方法および加熱炉を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加熱炉内に装入されたマグネシウム合金製素材の加熱制御方法において、加熱炉内の温度が鍛造やプレス成形あるいは熱処理を行うために予め設定した目標温度Ｔ０より１０〜２０℃高い異常温度Ｔ１となると加熱炉の加熱を停止させ、加熱を停止させた後に加熱炉内の温度が前記異常温度Ｔ１より高くかつ前記合金の発火温度より２０〜３０℃低い予め設定した異常温度Ｔ２となると、加熱炉内に不活性ガスを噴射することを特徴とするマグネシウム合金製素材の加熱制御方法である。
【０００６】
また本発明は、装入されたマグネシウム合金製素材を加熱する加熱炉であって、加熱炉内の温度を検出すべく設置された温度センサと、加熱炉内に不活性ガスを噴射することができる不活性ガス噴射装置と、温度センサの温度情報を受け、鍛造やプレス成形あるいは熱処理を行うために予め設定した目標温度Ｔ０より１０〜２０℃高い異常温度Ｔ１となると加熱手段に加熱停止指令を出し、前記異常温度Ｔ１より高くかつ前記合金の発火温度より２０〜３０℃低い予め設定した異常温度Ｔ２となると不活性ガス噴射装置に不活性ガスを噴射するように指令を出す論理部を有する制御装置とを備えたことを特徴としている。
前記加熱炉においては、温度センサを複数個マグネシウム合金製素材から２０〜５０ｍｍ離れて位置するように設置することが望ましい。また、前記加熱炉内の温度監視用温度センサとは別個に加熱手段の制御用温度センサを設けてもよい。また、不活性ガス噴射装置には、不活性ガスを貯蔵する容器と加熱炉内とを結ぶ配管に制御装置の指令により開閉する流体圧駆動弁を設けるとよい。また、流体圧駆動弁の流体は、窒素ガスを貯蔵する容器から供給される窒素ガスとするとよいが、突発的に圧力変動が生じないように供給されれば限定されず、圧縮空気、アルゴンガスでもよい。また、不活性ガスはアルゴンガスが好ましいが、炭酸ガスでもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の加熱炉の一実施形態を示す横断面図である。図１において、加熱炉１は、横長の炉体２を有し、炉体１の内部には、所定の速度で進行するチェンコンベア３等の搬送装置が設置されている。チェンコンベア３には搬送プレート４が所定の間隔で載置されている。搬送プレート４上には加熱されるマグネシウム合金製素材５（以下、ワーク５という）が積載されている。炉体２の上部には、加熱炉１内を目標温度Ｔ０に加熱するための加熱ヒータ６が所定の間隔を置いて設置されている。さらに、炉体２には、炉体２内の温度を測定するための制御用温度センサ７ａ、監視用温度センサ７ｂが炉体２の長手方向に所定の間隔をおいて複数個設置されている。制御用温度センサ７ａは、炉体２内を目標温度Ｔ０に制御するために使用され、監視用温度センサ７ｂは、炉体２内の温度を監視するために使用される。これら複数の温度センサ７ａ、７ｂとしては熱電対が使用できる。また、これらの温度センサ７ａ、７ｂは、加熱炉１の制御装置（図２に示す制御装置１０）に接続され、その検出温度は制御装置１０に入力される。
【０００８】
この複数の温度センサ７ａ、７ｂは、炉体２の上壁に設置され、その温度検出部である先端部は、ワーク５の上方部の近傍、望ましくはワーク５から２０〜５０ｍｍ離れた位置に配置し、ワーク５の直ぐ近くの温度が検出できるようにする。炉体２の底部には、炉体２内に不活性ガス、好ましくはアルゴンガスを噴射するためのノズル８が所定の間隔を置いて炉体２の長手方向に複数個設置されている。このノズル８は、径の小さい配管を使用すればよい。９は、加熱ヒータ６からの熱を直接ワーク５に伝えずに、ワーク５を均一に加熱するために設けたカバーであり、ステンレス鋼等からなる耐熱薄板材を使用する。なお、図示していないが、横長の炉体２の前方部には装入口、後方部には排出口を設けそれぞれに開閉扉が設置されている。
【０００９】
図２は、本発明を実施するために必要な加熱炉１の制御系統図と配管経路図の一例を示すものである。図２において、１０は加熱炉１の運転を制御する制御装置であり、シーケンスコントローラまたはマイクロコンピュータから構成されている。制御装置１０が制御する内容としては、制御用温度センサ７ａの検出温度に基づいて加熱ヒータ６の通電の制御、監視用温度センサ７ｂの検出温度に基づいて流体圧駆動弁１１の弁の開閉制御、およびチェンコンベア３の駆動制御、炉体２の装入口、排出口の開閉扉の開閉等がある。１２は電磁弁、１３は高圧のアルゴンガスを貯蔵している容器、１４は流体圧駆動弁１１の弁を開閉するための窒素ガスを電磁弁１２へ供給する高圧の窒素ガスを貯蔵する容器である。１５ａ、１５ｂはアルゴンガスを供給するための配管、１６は窒素ガスを供給するための配管である。高圧アルゴンガスの貯蔵容器１３、高圧窒素ガスの貯蔵容器１４、流体圧駆動弁１１、電磁弁１２、ノズル８、配管１４ａ、配管１４ｂは不活性ガス噴射装置を構成する。
【００１０】
続いて本発明の加熱炉の加熱制御方法について説明する。まず、制御装置１０の制御指令により加熱ヒータ６に通電し、加熱炉１内の温度を目標温度Ｔ０、例えば鍛造成形する場合には３００〜４５０℃の範囲に加熱する。制御装置１０は加熱炉１内を目標温度Ｔ０に制御するために、制御用温度センサ７ａの検出温度に基づいて加熱ヒータ６の通電の制御を行う。続いて、加熱炉１の前工程に設置されているハンドリングロボット等により、ワーク５を搬送プレート４に所定の個数ほど積載する。次に、制御装置１０の制御指令により加熱炉１の装入口の開閉扉を開き、チェンコンベア３を駆動させてワーク５を積載した搬送プレート４を加熱炉１内に装入する。このワーク５を積載した搬送プレート４の装入作業は、所定の時間間隔で行われるように制御し加熱炉１内には複数個の搬送プレート４が装入される。加熱炉１に装入されたワーク５は、目標温度Ｔ０に加熱された加熱炉１内で所定の時間ほど加熱された後、制御装置１０の制御指令により排出口から搬送プレート４とともに排出され、次工程の鍛造、あるいはプレス成形工程に搬送される。なお、加熱炉１内に装入されたワーク５の酸化と発火を防止するために、別途、図示していないアルゴンガス供給装置から加熱炉１内にアルゴンガスを供給し、加熱炉１内はアルゴンガスの濃度が１〜５％の雰囲気にするとよい。
【００１１】
続いて、加熱炉１内でワーク５を加熱しているときに何らかの不具合により、加熱炉１内の温度が目標温度Ｔ０より上昇して異常温度に達したときの制御方法について説明する。制御装置１０は複数の監視用温度センサ７ｂで検出した温度値を所定の時間間隔（例えば０．１秒）で入力することにより、加熱炉１内の温度を常時監視している。そして、制御装置１０は、複数個の監視用温度センサ７ｂの少なくとも１個の検出温度が目標温度Ｔ０より高い予め設定した異常温度Ｔ１（例えば４６０℃）を検出すると、直ちにすべての加熱ヒータ６の通電を停止、すなわち加熱を停止する指令を出すとともに警報装置を作動させる。この異常温度Ｔ１の値は、目標とする加熱温度の上限値より１０〜２０℃程度高い温度であり、かつこのＴ１温度ではワーク５の品質が低下しない温度にするとよい。このように、監視用温度センサ７ｂが目標とする加熱温度Ｔ０より１０〜２０℃程度高い異常温度Ｔ１を検出すると、加熱ヒータ６の加熱を停止することにより、加熱炉１内の温度異常を早期に検出することが可能になる。また、監視用温度センサ７ｂの不具合により異常温度Ｔ１を誤検出する場合もありうるが、少なくとも１個の監視用温度センサ７ｂが異常温度Ｔ１を検出すると、加熱ヒータ６の加熱を停止して警報装置を作動させ、加熱炉１の異常を人間でチェックした方がより安全な稼動ができる。また、監視用温度センサ７ｂが異常温度Ｔ１を検出したことにより、加熱ヒータ６の通電が停止された場合でも、加熱炉１内の温度が急激に低下することはないので、ワーク５の品質が低下する恐れはない。
【００１２】
上記のようにして制御装置１０がすべての加熱ヒータ６の通電を停止する指令を出した後に、監視用温度センサ７ｂの少なくとも１個が加熱炉１内の温度が異常温度Ｔ１より高い予め設定した異常温度Ｔ２（例えば４８０℃）を検出すると、制御装置１０は電磁バルブ１２を、それまでの「開」から「閉」にする制御指令を出す。すると、今まで高圧窒素ガスの貯蔵容器１４から電磁バルブ１２を通過して、流体圧駆動弁１１の駆動室に流入し、流体圧駆動弁１１の弁を「閉」にしていた窒素ガスが遮断され、流体圧駆動弁１１の弁が「開」になる。流体圧駆動弁１１の弁が「開」になると、高圧アルゴンガスの貯蔵容器１３からアルゴンガスが配管１５ａ、１５ｂを経由し、複数のノズル８から加熱炉１内に一気に噴射される。このようにしてアルゴンガスを加熱炉１内に短時間に噴射させることにより、加熱炉１内は酸欠状態になり、加熱炉１内の温度が異常温度Ｔ２に達した場合でも、ワーク５の発火を防止することができる。この異常温度Ｔ２としては、ワーク５の発火温度より低い温度、望ましくはこのワーク５の発火温度より少なくとも２０〜３０℃低い温度に設定する。なお、上記アルゴンガスの供給圧力は２ＭＰａ程度あれば良い。
【００１３】
上記のように、流体圧駆動弁１１を駆動させるための駆動源として高圧窒素ガスを使用する理由は、高圧窒素ガスを使用すれば、工場の圧縮空気と違い、圧力変動の発生もなく、確実に流体圧駆動弁を作動させることができるからである。また、上記のような流体圧駆動弁開閉方式とすることにより、万一制御装置が故障した場合には電磁弁１２は「閉」となり、アルゴンガスが供給されるので、安全である。なお、窒素ガスの供給圧力は約０．５ＭＰａ程度あれば良い。
【００１４】
以上に説明した本発明の実施の形態は、マグネシウム合金製素材の加熱について説明したが、本発明はマグネシウム合金製素材の熱処理、可燃性金属およびその合金素材の加熱や熱処理にも適用できる。
【００１５】
【発明の効果】
以上に説明した本発明は次の効果を有している。
マグネシウム合金製素材の加熱温度が目標温度を超えた場合でも、発火温度より低い異常温度Ｔ１で加熱ヒータの加熱停止させ、さらにこの異常温度Ｔ１より高く発火温度より低い異常温度Ｔ２に達すると加熱炉内にアルゴンガス等の不活性ガスを噴射するという２段階の安全制御を行っているので、マグネシウム合金製素材の発火による燃焼を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱炉の一実施形態を示す横断面図である。
【図２】本発明の加熱炉の制御系統図および配管経路図の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ：加熱炉                      ２  ：炉体
３  ：チェンコンベア              ４  ：搬送プレート
５  ：マグネシウム合金製素材      ６  ：加熱ヒータ
７ａ：制御用温度センサ            ７ｂ：監視用温度センサ
８  ：ノズル                      ９  ：カバー
１０：制御装置                    １１：流体圧駆動弁
１２：電磁弁                      １３：不活性ガス貯蔵容器
１４：窒素ガス貯蔵容器            １５ａ、１５ｂ：配管
１６：配管
【図１】
0004993237.tif 000002
【図２】
0004993237.tif 000003