JP2013002728A

JP2013002728A - 熱処理炉とそのヒータ交換方法

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Publication number: JP2013002728A
Application number: JP2011133996A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Katsumata; 和彦勝俣; Takahisa Shimada; 嵩久嶋田
Original assignee: IHI Corp; IHI Machinery and Furnace Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Machinery and Furnace Co Ltd
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2013-01-07
Also published as: WO2012173195A1; CN103597308B; DE112012002457T5; KR20140018398A; US20140097174A1; CN103597308A

Abstract

【課題】炉内のリード線と外部に露出する電極棒とを炉外で着脱することができる熱処理炉とそのヒータ交換方法を提供する。
【解決手段】被処理物１の加熱処理を行う熱処理炉１０で、被処理物を内部に収容すると共に、断熱部材によって構成された、中空の加熱室２０と、断熱部材内に組み込まれた抵抗加熱式のヒータ２２と、加熱室と間隔を隔てて前記加熱室を囲む中空の炉体１２と、炉体の内部と連通するように炉体に設けられたノズル１６と、ノズルの外方端部に着脱可能に取り付けられ、ノズルから電気的に絶縁された電極棒３０と、ヒータのリード線２３と電極棒とを電気的に接続する可撓性の導線３２とを備え、導線３２は、電極棒３０をノズル１６から分離した状態においてノズル１６の外部で電極棒３０と着脱可能で、電極棒をノズルに取り付けた状態でノズル内面に接触しない長さを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理物の加熱処理を行う熱処理炉とそのヒータ交換方法に関する。

被処理物の加熱処理を行う熱処理炉には、被処理物を加熱するために抵抗加熱ヒータが設置される。かかる熱処理炉は、例えば特許文献１に開示され、抵抗加熱ヒータは、例えば特許文献２に開示されている。
以下、抵抗加熱ヒータを単に「ヒータ」と呼ぶ。

特許文献１の熱処理炉は、単室型真空熱処理炉であり、炉本体の内部に設置された箱状断熱材と、箱状断熱材の内部に被処理品を囲むように設けられたヒータとを開示している。
特許文献２のヒータシステムは、ヒータのリード線と電極部とが直接接合されたものである。

特開２００９−２１６３４４号公報、「単室型真空熱処理炉及び単室型真空熱処理炉における被処理品の酸化防止方法」特開２００７−４０８３７号公報、「ヒータシステム」

熱処理炉で用いるヒータのリード線は、熱処理炉の外部に露出する電極棒と電気的に接続し、電極棒を通して外部から電力を供給する必要がある。従来、かかるリード線と電極棒との接続は、直接ロウ付け等で接合するか、コネクタを用いて接続していた。

しかし、ヒータは使用時に高温に曝されるため寿命が短く、交換が必要になる。この場合、従来の接続手段では、以下のような課題があった。

（１）直接ロウ付け等で接合する場合、熱処理炉内で接合部の分離作業と再接合作業を行う必要がある。これらの作業は熱処理炉内の狭い空間で行うため、作業性が悪く、時間と手間がかかる。また、接合部の品質検査が困難であり、信頼性が低い。

（２）コネクタを用いて接続する場合、熱処理炉内でコネクタの分離作業と再結合作業を行う必要がある。これらの作業も熱処理炉内の狭い空間で行うため、作業性が悪く、時間と手間がかかる。

（３）熱処理炉の内部に、ヒータを組み込んだ加熱室を設ける場合、ヒータを交換するために、ヒータを組み込んだ加熱室全体を外部に取り出す必要がある。この場合、コネクタは構造上大型でありかつ可撓性がなく、かつ炉体と加熱室との隙間が小さいため、加熱室全体を外部に取り出すことが困難だった。

本発明の目的は、炉内のリード線と外部に露出する電極棒とを炉外で容易に着脱することができ、炉体とヒータを組み込んだ加熱室との隙間が小さい場合でも、加熱室全体を外部に容易に取り出すことができる熱処理炉とそのヒータ交換方法を提供することにある。

本発明によれば、被処理物の加熱処理を行う熱処理炉であって、
被処理物を内部に収容すると共に、断熱部材によって構成された、中空の加熱室と、
前記断熱部材内に組み込まれた抵抗加熱式のヒータと、
前記加熱室と間隔を隔てて前記加熱室を囲む中空の炉体と、
該炉体の内部と連通するように該炉体に設けられたノズルと、
該ノズルの外方端部に着脱可能に取り付けられ、かつ、該ノズルから電気的に絶縁された電極棒と、
前記ヒータのリード線と前記電極棒とを電気的に接続する可撓性の導線とを備え、
該導線は、前記電極棒を前記ノズルから分離した状態において前記ノズルの外部で前記電極棒と着脱可能であり、かつ前記電極棒を前記ノズルに取り付けた状態で前記ノズルの内面に接触しない長さを有する、熱処理炉が提供される。

また本発明によれば、上記の熱処理炉が備える前記ヒータを交換する方法であって、
（Ａ）前記電極棒を前記ノズルから分離した状態で、前記ノズルの外部で前記導線を前記電極棒から分離し、
（Ｂ）前記炉体の上部を開放し、
（Ｃ）前記リード線に導線が接続されたままの状態で、前記炉体内で前記加熱室を前記ノズルと反対側に移動して、前記リード線及び前記導線を前記ノズル内から前記炉体内に移動し、
（Ｄ）前記リード線に前記導線が接続されたまま、前記加熱室を前記炉体の上部から外部に取り出す、熱処理炉のヒータ交換方法が提供される。

上記本発明の装置と方法によれば、導線が、電極棒をノズルから分離した状態においてノズルの外部で電極棒と着脱可能であり、かつ電極棒をノズルに取り付けた状態でノズル内面に接触しない長さを有するので、炉内のリード線と外部に露出する電極棒とを炉外で容易に着脱することができる。

また、リード線に導線が接続されたまま、炉体内で加熱室をノズルと反対側に移動して、リード線及び導線をノズル内から炉体内に移動し、次いで、加熱室を炉体の上部から外部に取り出すので、炉体とヒータを組み込んだ加熱室との隙間が小さい場合でも、加熱室全体を外部に容易に取り出すことができる。

従って、炉外でのヒータの組み付けが可能となり、狭い作業空間でも着脱が容易に行える。そのため、メンテナンス性の向上が図れる。
また、簡便に且つ素早く加熱室全体を外部に取り出し外部でヒータを交換することができる。

本発明によれば、炉内のリード線と外部に露出する電極棒とを炉外で容易に着脱することができ、炉体とヒータを組み込んだ加熱室との隙間が小さい場合でも、加熱室全体を外部に容易に取り出すことができる熱処理炉とそのヒータ交換方法を提供することが可能となる。

本発明による熱処理炉の実施形態を示す縦断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。図１のＩＶ−ＩＶ矢視図である。本発明による熱処理炉のヒータ交換方法を示す第１工程図である。本発明による熱処理炉のヒータ交換方法を示す第２工程図である。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による熱処理炉の実施形態を示す縦断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
この例において、熱処理炉１０は、被処理物１の加熱処理を行う真空熱処理炉である。なお、本発明は真空熱処理炉に限定されず、被処理物１の加熱処理を行う限りで、その他の熱処理炉であってもよい。

図１と図２において、熱処理炉１０は、炉体１２及び加熱室２０を備える。

炉体１２は、中空の気密容器であり、この例では軸心が鉛直な中空円筒形の炉体胴１２ａと、炉体胴１２ａの下面を塞ぐ炉体底１２ｂと、炉体胴１２ａの上面を塞ぐ炉体蓋１２ｃとを有する。

炉体胴１２ａは、その外周面に２重構造の水冷ジャケット１３ａを有し、図示しない供給口から水冷ジャケット１３ａ内に冷却水を供給し、炉体胴全体を水冷するようになっている。

炉体底１２ｂは、外縁部が炉体胴１２ａの下端に連結された円形の平板である。また、炉体底１２ｂの下方は、フランジ５を介して下方の別の真空処理室６に連結されている。
この例で、フランジ５は、２重構造の水冷ジャケット（図示せず）を有し、図示しない供給口から水冷ジャケット内に冷却水を供給し、フランジ５全体を水冷するようになっている。

炉体底１２ｂの中心部には円形の開口１４が設けられ、この開口１４を通して下方の真空処理室６から被処理物１を熱処理炉１０の内部に挿入し、かつ外部に取り出すことができるようになっている。

この図において、２は被処理物１を支持する支持部材、３は支持部材２を支持し開口１４を塞ぐ断熱材、４は被処理物１、支持部材２、断熱材３を昇降させ、かつ開口１４を閉鎖可能な昇降台である。
なお、昇降台４の構成は、この例に限定されず、その他の構成で熱処理炉１０の内部に被処理物１を挿入し、かつ外部に取り出してもよい。

炉体胴１２ａの上端にはフランジ１５が設けられている。
炉体蓋１２ｃは、外縁部が炉体胴１２ａのフランジ１５に着脱可能に連結された円形の平板である。また炉体蓋１２ｃは、２重構造の水冷ジャケット１３ｂを有し、図示しない供給口から水冷ジャケット１３ｂ内に冷却水を供給し、炉体蓋全体を水冷するようになっている。

加熱室２０は、中空の断熱容器であり、この例では軸心が鉛直な中空円筒形の加熱室胴２０ａと、加熱室胴２０ａの下面を支持する加熱室底２０ｂと、加熱室胴２０ａの上面を塞ぐ加熱室蓋２０ｃとを有する。
加熱室胴２０ａ、加熱室底２０ｂ、及ぶ加熱室蓋２０ｃは、それぞれ耐熱性のある断熱部材で構成されている。耐熱性のある断熱部材は、ヒータの最高温度（例えば１０００℃）に耐える耐熱性を有し、かつ熱伝導率の低い断熱材料で構成されている。

加熱室胴２０ａは、一体の中空円筒形であり、その断熱部材内に抵抗加熱式のヒータ２２が組み込まれている。
この例では、２本の螺旋状のヒータ２２が、加熱室胴２０ａの断熱部材内に埋め込まれ、そのリード線２３のみが加熱室胴２０ａの外側に露出している。

加熱室底２０ｂは、開口１４と整合する円形開口２１を有する円形の平板である。また加熱室底２０ｂの外縁は炉体胴１２ａの内面に近接している。さらに、加熱室底２０ｂの上面には、加熱室胴２０ａの下端が中心に位置する段差を有し、加熱室胴２０ａの外周面が、炉体胴１２ａの内面から一定の間隔を隔てるようになっている。
この間隔は、リード線２３に導線が接続されたまま、加熱室２０の加熱室胴２０ａを炉体１２の上部から外部に取り出すことができるように設定されている。

図１と図２において、熱処理炉１０は、さらにノズル１６、電極棒３０、及び導線３２を備える。

ノズル１６は、炉体１２の内部と連通するように炉体１２に設けられている。また、ノズル１６の外方端部にノズルフランジ１６ａを有する。
この例において、ノズル１６は、上下２本の水平ノズルであり、炉体１２の炉体胴１２ａを貫通して設けられている。
なおノズル１６はこれに限定されず、斜めであっても、鉛直であってもよい。また、炉体１２の加熱室底２０ｂ又は加熱室蓋２０ｃに設けてもよい。

電極棒３０は、ノズル１６の外方端に着脱可能に取り付けられ、かつノズル１６から電気的に絶縁されている。
この例において、電極棒３０は、ノズルフランジ１６ａと連結してノズル１６の外方端の開口を塞ぐフランジ１７に絶縁材３１を介して貫通して取り付けられている。なおフランジ１７は、この例ではメクラフランジであるが、それ以外のフランジであってもよい。
また、電極棒３０の内方端には、導線３２をボルトで接続する接続端子３０ａが設けられている。

導線３２は、可撓性があり、ヒータ２２のリード線２３と電極棒３０とを電気的に接続する。
この例において、導線３２は、両端の接続端子３２ａとその間を電気的に接続する扁平状部分３２ｂとを有する。扁平状とは、厚みよりも幅が大きいものをいう。
扁平状部分３２ｂは、例えば平編線３２ｂである。平編線３２ｂは複数の導電線からなり、これを編んで断面を平板状に形成したものである。
また、導線３２は、電極棒３０をノズル１６から分離した状態においてノズル１６の外部で電極棒３０と着脱可能であり、かつ電極棒３０をノズル１６に取り付けた状態でノズル内面に接触しない長さを有する。

なお、導線３２は、可撓性がある限りで、上記構成に限定されず、その他の可撓性ケーブルであってもよい。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
この図に示すように、ノズル１６は、外部に放熱する放熱外面を有する金属製の中空管１６ｂと、電気絶縁性を有すると共に、中空管１６ｂの内面を部分的に覆う絶縁部分１８とを有する。
絶縁部分１８は、電極棒３０をノズル１６に取り付けた状態でノズル内面と導線３２との間に位置する。
この構成により、絶縁部分１８のない中空管１６ｂの放熱外面から外部に放熱し、ノズル内部の過熱を防ぐようになっている。

この例で、ノズル１６は水平ノズルであり、絶縁部分１８は、水平ノズルの下方を覆っている。
また、この図において、導線３２が中空管１６ｂの内面のうち絶縁部分１８側に覆われていない側に移動することを制限する移動制限部材１９を有する。
導線３２は、移動制限部材１９と絶縁部分１８との間に位置している。
この例で、移動制限部材１９は導線３２に接触しないように位置する断面がＬ形の部材である。なおノズル１６が水平で、且つ、下方に絶縁部分１８がある場合には、導線３２に錘を直接載せてもよい。
この構成により、導線３２のバタつきが抑制でき、ノズル内面の導電性を有する部分に導線３２が接触するのを避けることができる。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
この図に示すように、ヒータ２２のリード線２３には、導線固定板２４が固定されており、この導線固定板２４に導線３２の内側の接続端子３２ａをボルトで接続するようになっている。

上述した熱処理炉１０の構成により、電極棒３０をノズル１６から分離した状態において、導線３２がノズル１６の外部で電極棒３０と着脱可能な長さを有するので、フランジ１７をノズルフランジ１６ａから分離することにより、導線３２の一部をノズル１６の外部に引き出し、導線３２の接続端子３２ａと電極棒３０の内側の接続端子３０ａとを炉外で容易に着脱することができる。

図５は、本発明による熱処理炉のヒータ交換方法を示す第１工程図である。
この図において、ノズル１６のノズルフランジ１６ａには、電極棒３０と平行な雌ネジ孔１６ｃが設けられている。
またフランジ１７には、ノズルフランジ１６ａの雌ネジ孔１６ｃに対向する位置に雌ネジ孔１６ｃより径の大きい貫通孔１７ａが設けられている。

本発明によるヒータ交換方法は、最初に、上述した熱処理炉１０を用いて、電極棒３０をノズル１６から分離した状態で、ノズル１６の外部で導線３２を電極棒３０から分離する。
すなわち、フランジ１７をノズルフランジ１６ａから分離することにより、導線３２の一部をノズル１６の外部に引き出し、導線３２の接続端子３２ａと電極棒３０の内側の接続端子３０ａとを炉外で分離する。

この第１工程において、フランジ１７の貫通孔１７ａを通してガイド棒３５を挿入し、ガイド棒３５の先端に設けられた雄ネジをノズルフランジ１６ａの雌ネジ孔１６ｃに螺合させることで、ガイド棒３５を電極棒３０と平行に固定することができる。
また、フランジ１７がずれて落下するのを防止するためにガイド棒３５の先端にナットを設ける。
次いで、ガイド棒３５に沿ってフランジ１７をスライドさせてノズル１６から分離することで、フランジ１７の重量をガイド棒３５で支持するので、第１工程の作業性を高め、時間と手間を少なくできる。

図６は、本発明による熱処理炉のヒータ交換方法を示す第２工程図である。
初めに、炉体１２の上部を開放する。すなわち、炉体蓋１２ｃを炉体胴１２ａのフランジ１５から分離し、炉体蓋１２ｃを取り外して、炉体１２の上部を開放する。
この工程は、上述した第１工程の前後、いずれであってもよい。

次に、リード線２３に導線３２が接続されたまま、炉体１２内で加熱室２０をノズル１６と反対側（図で右方向）に移動して、リード線２３及び導線３２をノズル１６内から炉体１２内に移動する。
この移動により、リード線２３及び導線３２を炉体胴１２ａの内側に移動することができる。

次に、リード線２３に導線３２が接続されたまま、加熱室２０を炉体１２の上部から外部に取り出する。この際、リード線２３及び導線３２が炉体胴１２ａの内側に位置するので、リード線２３に導線３２が接続されたままの加熱室２０全体を、クレーン等で上方へ吊上げ、外部に移動することができる。
次いで、外部でヒータ２２を交換する。

ヒータ２２を交換した後、上述した第２工程を逆の順で実施して、炉体１２内に加熱室２０を設置し、さらに上述した第１工程を逆の順で実施することで、熱処理炉１０を元の状態に組み立てることができる。

上述した本発明の方法によれば、導線３２が、電極棒３０をノズル１６から分離した状態において、導線３２がノズル１６の外部で電極棒３０と着脱可能な長さを有するので、フランジ１７をノズルフランジ１６ａから分離することにより、導線３２の一部をノズル１６の外部に引き出し、導線３２の接続端子３２ａと電極棒３０の内側の接続端子３０ａとを炉外で容易に着脱することができる。

また、リード線２３に導線３２が接続されたまま、炉体１２内で加熱室２０をノズル１６と反対側に移動して、リード線２３及び導線３２をノズル１６内から炉体１２内に移動し、次いで、加熱室２０を炉体１２の上部から外部に取り出すので、炉体１２とヒータ２２を組み込んだ加熱室２０との隙間が小さい場合でも、加熱室全体を外部に容易に取り出すことができる。

従って、炉外でのヒータ２２の組み付けが可能となり、狭い作業空間でも着脱が容易に行える。そのため、メンテナンス性の向上が図れる。
また、簡便に且つ素早く加熱室全体を外部に取り出し外部でヒータを交換することができる。
また、加熱室２０は、角型加熱室であってもよい。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１被処理物、
１０熱処理炉、１２炉体、１６ノズル、
１６ａノズルフランジ、１６ｂ中空管、１６ｃ雌ネジ孔、
１７フランジ、１７ａ貫通孔、
１８絶縁部分、１９移動制限部材、
２０加熱室、２２ヒータ、２３リード線、
３０電極棒、３２導線、３５ガイド棒

Claims

被処理物の加熱処理を行う熱処理炉であって、
被処理物を内部に収容すると共に、断熱部材によって構成された、中空の加熱室と、
前記断熱部材内に組み込まれた抵抗加熱式のヒータと、
前記加熱室と間隔を隔てて前記加熱室を囲む中空の炉体と、
該炉体の内部と連通するように該炉体に設けられたノズルと、
該ノズルの外方端部に着脱可能に取り付けられ、かつ、該ノズルから電気的に絶縁された電極棒と、
前記ヒータのリード線と前記電極棒とを電気的に接続する可撓性の導線とを備え、
該導線は、前記電極棒を前記ノズルから分離した状態において前記ノズルの外部で前記電極棒と着脱可能であり、かつ前記電極棒を前記ノズルに取り付けた状態で前記ノズルの内面に接触しない長さを有する、熱処理炉。
前記導線は、扁平状部分を有する、請求項１に記載の熱処理炉。
前記ノズルは、外部に放熱する放熱外面を有する金属製の中空管と、電気絶縁性を有すると共に、前記中空管の内面を部分的に覆う絶縁部分とを有する、請求項１又は２に記載の熱処理炉。
前記導線が、前記中空管の内面のうち前記絶縁部分に覆われていない側に移動することを制限する移動制限部材を有し、
前記導線は、前記移動制限部材と前記絶縁部分との間に位置している、請求項３に記載の熱処理炉。
請求項１に記載の熱処理炉が備える前記ヒータを交換する方法であって、
（Ａ）前記電極棒を前記ノズルから分離した状態で、前記ノズルの外部で前記導線を前記電極棒から分離し、
（Ｂ）前記炉体の上部を開放し、
（Ｃ）前記リード線に導線が接続されたままの状態で、前記炉体内で前記加熱室を前記ノズルと反対側に移動して、前記リード線及び前記導線を前記ノズル内から前記炉体内に移動し、
（Ｄ）前記リード線に前記導線が接続されたまま、前記加熱室を前記炉体の上部から外部に取り出す、熱処理炉のヒータ交換方法。
前記ノズルは、孔部を有するノズルフランジを前記ノズルの外方端部に有し、
前記電極棒は、前記ノズルフランジと連結されるフランジに、絶縁材を介して取り付けられており、
前記フランジは、前記フランジと前記ノズルフランジとが連結されたときに、前記ノズルフランジの前記孔部と連通する貫通孔を有しており、
前記（Ａ）において、前記フランジの前記貫通孔及び前記フランジの前記孔部にガイド棒を挿入し、該ガイド棒に沿って前記フランジをスライドさせて前記ノズルから分離する、請求項５に記載のヒータ交換方法。