JP2016176627A - 加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】炉口フレーム部材のたわみを防止する。
【解決手段】被加熱物を加熱する加熱装置であって、上記被加熱物を加熱するヒータと、上記被加熱物を支持する支持部材と、上記被加熱物の搬入及び搬出の少なくとも一方がなされる炉口の少なくとも一部を構成するとともに、上記支持部材及びヒータの少なくとも一方を支持する炉口フレーム部材と、を備え、上記炉口フレーム部材は、冷却流体の流通により、炉口フレーム部材の上部よりも下部のほうが温度が低くなるように構成されている。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えば焼入が施される鋼板をワークとして、焼入温度まで加熱する処理等を行うのに適した加熱装置に関するものである。
最近、自動車等の車両の軽量化を図るために、車両の各部に用いる鋼板として高炭素鋼からなる薄鋼板を用いて、該薄鋼板に熱間プレスを施すことにより強度を確保することが行われるようになっている。素材鋼板に熱間プレスを施す際には、素材鋼板を850℃ないし950℃程度の焼入温度まで加熱した後、プレス加工を行うと同時に急冷して焼入を行う。
鋼板を焼入温度まで加熱する加熱装置としては、例えば、複数の加熱炉ユニットを垂直方向に積み上げてなる多段式加熱炉であって、各加熱炉ユニットは、垂直方向に断熱材を挟んで重ねられたプレート状の上部ヒーター及び下部ヒーターと、前記上部ヒーターの一方の端部上に水平方向に延びるように配置された第1の支持パイプと、前記上部ヒーターの他方の端部上に水平方向に延びるように配置された第2の支持パイプと、前記第1及び第2の支持パイプ上に架け渡された複数のワーク支持棒と、を備え、前記第1及び第2の支持パイプの中に冷却水が流れるように構成されたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2014−77566号公報
上記のような加熱装置では、支持パイプ(炉口フレーム部材)に冷却水を流すことで熱変形の軽減を図れるとしても、ワークや、ワーク支持棒、ヒーター、ヒーター支持部材等の荷重が支持パイプにかかることによる支持パイプのたわみ自体を抑制することはできない。
本発明は、上記の点に鑑み、炉口フレーム部材のたわみを防止することが容易にできる加熱装置の提供を目的としている。
本発明は、
被加熱物を加熱する加熱装置であって、
上記被加熱物を加熱するヒータと、
上記被加熱物を支持する支持部材と、
上記被加熱物の搬入及び搬出の少なくとも一方がなされる炉口の少なくとも一部を構成するとともに、上記支持部材及びヒータの少なくとも一方を支持する炉口フレーム部材と、
を備え、
上記炉口フレーム部材は、冷却流体の流通により、炉口フレーム部材の上部よりも下部のほうが温度が低くなるように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、加熱装置において、炉口フレーム部材のたわみを防止することが容易にできる。
本発明に係る加熱装置の一実施形態の外観を示した斜視図である。 図1に示した加熱装置におけるシャッター130を省略した正面図である。 図2のIII−III線に沿って断面した断面図である。
以下、図1から図3を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、高炭素鋼等からなる薄板状の素材鋼板を被加熱物である板状のワーク300として、熱間プレス加工を施す焼入温度まで加熱する鋼板焼入用の加熱装置100に本発明を適用する例を示す。ここで、本実施形態では、ワーク300を搬入する側(図1の左手前側)を加熱装置100の正面側とし、加熱済みのワーク300を搬出する側(図1の右奥側)を加熱装置100の背面側として説明する。
加熱装置100は、炉体110を備えている。上記炉体110は、例えば、1辺が100mm程度の角形鋼管が接合されて成る直方体状の枠体や断熱材(不図示)が、外装パネル111で覆われて成っている。炉体110における加熱装置100の正面側には、加熱装置100内にワーク300を搬入するための複数(図示の例では7つ)の炉口120が上下方向に並べて形成されている。また、炉体110における加熱装置100の背面側には、上記搬入用の炉口120にそれぞれ対応する、加熱装置100内から加熱処理が完了したワーク300を搬出するための炉口120が上下方向に並べて形成されている。上記炉口120は、それぞれ断面の輪郭が長方形状を呈する横長の形状に形成され、互いに対応する搬入用の炉口120と搬出用の炉口120とは同じ高さ位置に設けられている。各炉口120には、シャッター軸131回りに回動して上記炉口120を開閉するシャッター130が設けられている。
加熱装置100の炉体110内には、搬入用の炉口120及び搬出用の炉口120にそれぞれ対応する複数(図示の例では7つ)の加熱室121が、上下方向に多段に並べた状態で形成されている。炉体110内には、また、各加熱室121の内部を上下から加熱する複数のヒータ222が配置されている。より詳しくは、図示の例では、炉体110の内側に形成された直方体状の空間の最上部及び最下部に、最上部の加熱室121を上方から加熱するヒータ222、及び最下部の加熱室121を下方から加熱するヒータ222が、それぞれの熱放射面を水平方向に沿わせた状態で配置されている。また、上記2つのヒータ222の間の空間を7つの加熱室121に仕切るように、6つのヒータ222がそれぞれの熱放射面を水平方向に沿わせた状態で配置されている。
上記ヒータ222は、平面状の熱放射面を表裏両面に有して、表裏両面から熱線を放射する電気ヒータからなっている。本実施形態で用いるヒータ222は、全体がパネル状を呈するように構成されて遠赤外線を放射する電気ヒータである。これらのヒータ222としては、発熱エレメント(発熱抵抗体)の放射面に遠赤外線放射物質をコーティングした面状のパネル型ヒータを用いることができる。このようなパネル型ヒータを用いる場合には、該ヒータ222を、炉口フレーム部材211に対して固定された、例えば耐熱性絶縁物からなるヒータブラケット221の上で支持することができる。また、ヒータ222として、発熱導体を収容する溝が形成された多数の碍子を並べて、これらの碍子の溝内に遠赤外線を放射する発熱導体(抵抗体)を通すことにより多数の碍子をフレキシブルな板状を呈するように編み上げた構造を有するラジアント型のパッドヒータを用いる場合には、該ヒータ222を、炉口フレーム部材211に対してブラケットを介するなどして固定された、セラミック等の耐熱性絶縁物からなる支持管等のヒータ支持部材の上に載せた状態でフラットに支持するようにしてもよい。
図2及び図3に示されているように、各加熱室121の内部には、搬入されたワーク300を載せて支持するワーク支持装置230が配置されている。各ワーク支持装置230は、ワーク300の搬入・搬出方向に沿って延び、相互間に間隔を隔てた状態で平行に並べて配置された、複数(図示の例では3本)のワーク支持部材232を備えて、上記複数のワーク支持部材232の上にワーク300を載せた状態で支持するように構成されている。上記ワーク支持部材232は、横断面の輪郭形状が正方形、長方形、他の多角形、または円形を呈する金属製のパイプを用いて構成されていて、各加熱室121の下部に配置されたヒータ222の上方に、該ヒータ222との間に隙間を保持した状態で配置され、その両端が炉口フレーム部材211に支持部材ブラケット231を介して固定されている。なお、ワーク支持部材232としては、上記のような金属製のパイプ等の上部に複数の柱状(ピン状)部材が適当間隔で設けられて、ワーク300との接触面積が小さくなるようにしたものが用いられるなどしてもよい。
上記炉口フレーム部材211は、図2に示すように、フレーム部材ブラケット212に支持されて炉体110に取り付けられている。より詳しくは、上記炉口フレーム部材211には、フレーム部材ブラケット212と当接する部分に炉口フレーム部材211の長手方向の長孔が形成され、炉口フレーム部材211とフレーム部材ブラケット212とが、段付ボルト、またはスペーサに挿通されたボルトによって結合されるとともに、炉口フレーム部材211の長さが、炉体110の側壁との間にわずかな隙間が形成される程度に設定されることにより、炉口フレーム部材211の端部が左右方向にスライド可能になっている。これにより、炉口フレーム部材211の長さが温度変動に応じて容易に伸縮し得るようになっている。なお、炉口フレーム部材211の支持方法は特に限定されず、両端または一端を強固に固定するなどしてもよいが、上記のようにスライド可能に支持される場合には、炉口フレーム部材211の熱膨張による圧縮応力の低減等を容易にできる。
炉口フレーム部材211は、断面の輪郭が長方形の角筒状に形成されている。炉口フレーム部材211の内部には、下壁の上面(内面)に接するように例えば金属製の2本の冷却管213が配設されている。上記冷却管213は、炉口フレーム部材211内に固定されるとともに、炉体110の側壁を貫通して側方に突出し(図1、図2)、図示しない冷却水の循環回路に接続されるようになっている。ここで、複数の炉口フレーム部材211のうち、最上部と最下部の炉口フレーム部材211’は、両端部以外の部分を直接またはブラケット等を介して間接的に炉体110に固定して変形を抑制することが容易にできるので、必ずしも冷却管213を設けなくてもよい。なお、炉口フレーム部材211の上壁や他の一部または全周が、例えばファイバー状やシート状のセラミック等の断熱材で覆われるなどしてもよい。これによって、炉口フレーム部材211の変形をより小さく抑えることが容易にできる。

上記のように構成された加熱装置100は、熱間プレス加工を行うプレス加工機の直前に配置されて、プレス加工を施す一連の素材鋼板をワーク300として加熱室121内で加熱する。ワーク300を加熱する際には、搬入用の炉口120のシャッター130を所定の順序で順次開いて、搬送装置(図示せず。)のフォークの上に載せて保持したワーク300を、開かれた炉口120から図3の矢印A方向に加熱室121内に搬入し、ワーク支持装置230のワーク支持部材232の上に載せる。加熱室121内にワークを搬入した後、シャッター130を閉じた状態を所定時間維持することにより加熱室121内に搬入されたワーク300を加熱する。
一連の加熱室121内へのワーク300の搬入は時間をずらして行われ、一連の加熱室121内でのワーク300の加熱は一定時間ずつずれたタイミングで完了する。各加熱室121内にワーク300を搬入した後、ワークの加熱が完了した何れかの加熱室121に対して設けられた搬出用の炉口120のシャッター130を開いて、開かれた炉口120から搬送装置のフォークを加熱室121内に挿入し、加熱が完了したワーク300をワーク支持装置230から持ち上げて、該ワーク300を加熱室121から図3の矢印B方向に搬出する。搬出されたワークは次工程の加工機に搬送される。

ここで、上記のように冷却管213が炉口フレーム部材211の下壁に接するように設けられていることによって、炉内の温度が例えば900℃程度の高温状態のときに、炉口フレーム部材211の下壁の温度は上壁の温度よりも低くなる。そこで、炉口フレーム部材211は、上方に凸に湾曲する方向の力が作用するので、ワーク支持部材232及びワーク300や、ヒータ222(及びヒータ支持部材等)の荷重の影響が軽減または相殺され、炉口フレーム部材211の熱変形やクリープ現象による変形が防止される。具体的には、例えば、1000℃で100時間加熱した際のひずみを±2mm以内に抑えることができる。それ故、搬送装置によってワーク300が取り出される際に搬送装置のフォークとワーク300とが接触して搬送不良を生じるリスクが低減される。また、シャッター130の下端部と炉口フレーム部材211及び外装パネル111との例えば15mm程度のオーバラップ代以上に炉口フレーム部材211及び外装パネル111の中央部付近が下方に落ち込むよう変形して隙間が生じることによる温度(温度精度)の低下が防止される。上記のような炉口フレーム部材211の変形を防止する効果は、炉口フレーム部材211の両端をスライド可能に支持することによって炉口フレーム部材211のたわみが大きくなりがちな場合には、特に有効である。
しかも、上記のように炉口フレーム部材211内に冷却管213を設ける場合には、さらに、冷却水を炉口フレーム部材211内全体に流さず、冷却管213を用いて最小限の流量を必要な部分だけに流すことによって、冷却に必要な水量を低減することもできる。また、変形する炉口フレーム部材211と冷却機能を有する冷却管213とを分離することによって、冷却管213が破損して漏水するリスクを低減することも容易にできる。

なお、上記の例では、2本の冷却管213が炉口フレーム部材211の下壁だけに接するように配設される例を示したが、炉口フレーム部材211の下壁の温度が上壁の温度よりも低くなるように冷却程度を異ならせるためには、例えば上壁に接する所定本数の冷却管213を設けるとともに、それよりも多くの及び/又は大径(内径)の冷却管213を下壁に接するように設けるなどしてもよい。また、上壁に接する冷却管213に流れる冷却水の流量よりも下壁に接する冷却管213に流れる冷却水の流量を大きくしたり、上壁に接する冷却管213に流れる冷却水の温度よりも下壁に接する冷却管213に流れる冷却水の温度が低くなるようにするなどしてもよい。上記のように冷却水の温度に差を持たせるためには、例えば冷却水が炉口フレーム部材211の下壁に接する冷却管213に流れた後に、上壁に接する冷却管213に流れるようにしてもよい。また、冷却管213の配置を下壁側に偏らせて配置するなどしてもよい。また、これらを種々組み合わせてもよい。
また、上記のように冷却管213に冷却水を流す場合には冷却水の漏出を防止することが容易にできるが、これに限らず、例えば炉口フレーム部材211の内部に冷却水を流すとともに、その冷却水の流路を上下に分ける仕切を設け、上側の流路と下側の流路とで、冷却水の流路断面積を異ならせるなどして、上記のように流量や温度等を異ならせるようにしてもよく、これによっても、炉口フレーム部材211の変形を抑制する効果は得られる。
また、上記の例では、ワーク300の搬入用の炉口120と搬出用の炉口120とが設けられる例を示したが、搬入用と搬出用とは特に固定的に区別しなくてもよく、例えば1つの炉口120から搬入、及び搬出が行われるなどしてもよい。
また、冷却管213には、冷却水に限らず種々の冷却液や冷却気体などの冷却流体を流すようにしてもよい。
また、冷却管213としては、円筒形状のパイプに限らず、角パイプや扁平パイプなどが用いられてもよい。また、必要な冷却能力が得られれば、必ずしも金属製でなくてもよい。
また、上記の実施形態では、加熱室121内を加熱するヒータ222として遠赤外線ヒータを用いたが、他のヒータを用いる場合にも本発明を適用することができる。
また、上記の実施形態では、7つの加熱室121を有する鋼板焼入用の加熱装置100に本発明を適用したが、他の数の加熱室121を有する鋼板焼入用の加熱装置にも本発明を適用することができる。
また、上記の説明では、熱間プレス加工を施す高炭素鋼板をワークとして加熱するとしたが、他の鋼板を焼入温度まで加熱する処理や、その他の加熱を行う加熱装置にも本発明を適用することができるのはもちろんである。
100 加熱装置
110 炉体
111 外装パネル
120 炉口
121 加熱室
130 シャッター
131 シャッター軸
211 炉口フレーム部材
211’ 炉口フレーム部材
212 フレーム部材ブラケット
213 冷却管
221 ヒータブラケット
222 ヒータ
230 ワーク支持装置
231 支持部材ブラケット
232 ワーク支持部材
300 ワーク

Claims (4)

  1. 被加熱物を加熱する加熱装置であって、
    上記被加熱物を加熱するヒータと、
    上記被加熱物を支持する支持部材と、
    上記被加熱物の搬入及び搬出の少なくとも一方がなされる炉口の少なくとも一部を構成するとともに、上記支持部材及びヒータの少なくとも一方を支持する炉口フレーム部材と、
    を備え、
    上記炉口フレーム部材は、冷却流体の流通により、炉口フレーム部材の上部よりも下部のほうが温度が低くなるように構成されていることを特徴とする加熱装置。
  2. 請求項1の加熱装置であって、
    上記炉口フレーム部材の内部に冷却管を備え、上記冷却管内に冷却流体が流通されるように構成されていることを特徴とする加熱装置。
  3. 請求項2の加熱装置であって、
    上記冷却管が、上記炉口フレーム部材の下壁のみに接するように設けられること、
    上記炉口フレーム部材の上壁に接する冷却管よりも下壁に接する冷却管の方が本数が多くなるように設けられること、
    上記炉口フレーム部材の上壁に接する冷却管よりも下壁に接する冷却管の方が内径が大きくなるように設けられること、
    上記炉口フレーム部材の上壁に接する冷却管よりも下壁に接する冷却管の方が冷却流体の流量が大きくなるように設けられること、
    上記炉口フレーム部材の上壁に接する冷却管よりも下壁に接する冷却管の方が冷却流体の温度が低くなるように設けられること、及び
    上記冷却管が、上記炉口フレーム部材の上壁よりも下壁側に偏らせて設けられること、 のうちの少なくとも何れかであることを特徴とする加熱装置。
  4. 請求項1から請求項3の何れか1項の加熱装置であって、
    上記炉口フレーム部材の少なくとも一部が断熱材で覆われていることを特徴とする加熱装置。
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