高速昇温炉

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【発明の名称】	高速昇温炉
【発明者】	【氏名】坂本秀里
【要約】	【課題】炉室内の熱風循環路内を妨げるものをなくし、構造的にワークの昇温効率を高める。【解決手段】炉室２内に筒状のワーク収納室３を同軸的に配置し、バーナＢにて生成された熱風を循環ファン４により渦流として強制的に対流させて、ワークＷを高速で昇温するための高速昇温炉において、ワーク収納室３の第２ワーク搬送口３５に扉７を設け、扉７を閉じることにより、炉室２とワーク収納室３との間の全周にわたって熱風が均一に循環される循環通路を確保する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】ワーク搬送口を有する耐火壁によって囲まれており、その内側に向けてバーナなどの加熱手段が設けられた炉室と、上記炉室内にその内壁面から所定の隙間をもって同心的に配置され、内部にワークを載置する載置棚が設けられた筒状のワーク収納室と、上記加熱手段により加熱された上記炉室内の雰囲気を上記ワーク収納室を経由して強制的に循環する循環ファンとを備えた高速昇温炉において、上記ワーク収納室は、上記炉室の上記ワーク搬送口に対向して配置された第２のワーク搬送口を有し、上記第２のワーク搬送口には開閉可能な扉が設けられ、上記扉が閉状態のとき、上記炉室の内壁と上記ワーク収納室の外壁との間の全周にわたって上記雰囲気が循環する循環通路が確保されることを特徴とする高速昇温炉。
【請求項２】上記扉は、上記炉室の上記ワーク搬送口方向に向けて観音開き式に開閉可能である請求項１に記載の高速昇温炉。
【請求項３】上記収納室の吸込側には上記循環ファンによって渦流状に生成された上記雰囲気が上記循環通路を通って上記収納室に導かれる際に、上記渦流を維持させるための整流板が設けられている請求項１または２に記載の高速昇温炉。
【請求項４】上記整流板は、上記循環ファンの回転方向と同方向に上記収納室の外周方向から軸方向に向けて収束するに円弧状に設けられている請求項３に記載の高速昇温炉。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱風を循環することにより、ワークを所定の熱処理温度まで高速に昇温させるための高速昇温炉に関し、さらに詳しく言えば、構造的により昇温効率のよい高速昇温炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金は、冷間加工、溶体化処理、時効硬化処理、焼きなましなどによって強度、成型性およびその他の性質を調節することができ、物性的にも低密度、高剛性、昜加工性などから鉄の代替材として、航空機、車輌などに多用されている。
【０００３】その中でも、２０００系（Ａｌ－Ｃｕ）合金や５０００（Ａｌ－Ｍｇ）系合金は、アルミニウム合金の代表的な物理特性である固溶体強化と時効硬化が顕著に現れる代表的なアルミニウム合金として知られている。これら合金は成形後にＴ４処理（溶体化処理→自然時効）やＴ６処理（溶体化処理→人工時効）することによって鉄に匹敵する強度や剛性が得られる。
【０００４】溶体化処理とは、金属状態図における固溶温度域にワークを保持して、母相中に析出相を溶かし込んだ後に急冷を行うことにより、過飽和固溶体を得るための処理をいう。これによれば、空孔濃度が過飽和状態で凍結されているため、その後の時効処理によって母相に対する析出相のピン止め作用により、分散強化が強固に働き、材料の強度が飛躍的に向上する。
【０００５】ところで、鍛造品や冷間加工品などのワークには、転位など高い加工歪が蓄積している。この状態でワークを溶体化処理する場合、ワークの昇温時間が短いほどよいという知見がある。すなわち、加工後は加工歪によってワーク単体の質量差に起因する熱膨張応力（拡散係数）が部分的に不均一であるために結晶の回復速度が不均一となり、弾塑性変形によって品質にバラツキを生じる。そこで、ワークを急速に昇温することにより、そのバラツキを最小限に抑えるためである。
【０００６】そこで、一部の溶体化処理工程では、ワークを高速かつ均一に昇温するための高速昇温炉と保持炉とを組み合わせて溶体化処理を行っている。図４にその内の高速昇温炉の一例を示す。この高速昇温炉１は、側面にワーク搬入口２２を有する耐火壁２１によって囲まれ、下部にバーナなどの加熱手段Ｂが設けられた炉室２と、炉室２内に同心的に配置された円筒状のワーク収納室３と、ワーク収納室３の上部開口３３側に設けられた循環ファン（ラジアルファン）４とから構成されている。
【０００７】ワーク収納室３内部にはワークＷを載置する載置棚３１が設けられており、この載置棚３１と平行して炉室２のワーク搬送口２２に連通したワーク搬送路３２が一体的に設けられている。ワーク搬送口２２の外壁面にはワーク搬送口２２を閉塞するための扉Ｄが開閉可能に設けられている。
【０００８】循環ファン４を作動させることにより、加熱手段Ｂにより直接的に加熱されたワーク収納室３内の熱風は、上部開口３３より吸い上げられ炉室２とワーク収納室３との間の循環通路５を渦流となって下降した後、再び加熱手段Ｂのバーナ炎とともにワーク収納室３の下部開口３４よりワーク収納室３へと導かれる。
【０００９】これによれば、ワーク収納室３を含む炉室２内の雰囲気は急速に加熱され、ワーク収納室３内のワークＷも急速、かつ、均一に所望の熱処理温度まで昇温することが可能となった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、さらにワークＷの昇温効率を上げようとしたとき、上述した従来の構成では、循環ファン４から送り出された熱風の循環通路５内にワーク搬送路３２があるため、このワーク搬送路３２が抵抗となり、循環ファン４によって発生した渦流が均一に下降することができず、ワーク収納室３の下部開口３２への流量や均一性などが不均一になるおそれがあった。
【００１１】また、下方に向けて生成された渦流を再びワーク収納室３内に向けて上方へ導く際に、ワーク収納室３の下部開口３４付近に熱風の一部が停滞して乱流を生じ、この乱流もワーク収納室３への流入抵抗になるおそれもあった。
【００１２】そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、炉室内の熱風循環路を妨げるものをなくし、構造的にワークの昇温効率をより高めることができる高速昇温炉を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成するため、本発明はワーク搬送口を有する耐火壁によって囲まれており、その内側に向けてバーナなどの加熱手段が設けられた炉室と、上記炉室内にその内壁面から所定の隙間をもって同心的に配置され、内部にワークを載置する載置棚が設けられた筒状のワーク収納室と、上記加熱手段により加熱された上記炉室内の雰囲気を上記ワーク収納室を経由して強制的に循環する循環ファンとを備えた高速昇温炉において、上記ワーク収納室は、上記炉室の上記ワーク搬送口に対向して配置された第２のワーク搬送口を有し、上記第２のワーク搬送口には開閉可能な扉が設けられ、上記扉が閉状態のとき、上記炉室の内壁と上記ワーク収納室の外壁との間の全周にわたって上記雰囲気が循環する循環通路が確保されることを特徴としている。
【００１４】これによれば、ワークの加熱時には扉が閉じられて、炉室とワーク収納室との間に設けられた循環通路内に空気抵抗になるものがなくなるため、より理想状態に近い熱風循環が得られる。
【００１５】本発明において、上記扉は上記炉室の上記ワーク搬送口方向に向けて観音開き式に開閉可能であることが設計上好ましいが、これ以外にワーク収納室に沿ってスライドするスライド式扉であってもよく、扉が閉状態のときに、ワーク収納室に沿って閉塞されるものであれば特に限定されない。
【００１６】ワーク収納室内に、炉室内を循環した熱風をより効率的に導き入れるためには、上記収納室の吸込側には、上記循環ファンによって渦流状に生成された上記雰囲気が上記循環通路を通って上記収納室に導かれる際に、上記渦流を維持させるための整流板が設けられていることが好ましい。
【００１７】上記整流板は、上記循環ファンの回転方向と同方向に上記収納室の外周方向から軸方向に向けて収束するに円弧状に設けられていることをが好ましく、これによれば、渦流がより加速されて、ワーク収納室内に導かれ、結果的にワークの昇温効率が上がる。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について説明する。図１にはこの実施形態に係る高速昇温炉を模式的に表した側部断面図が示されている。なお、先に説明した図４の従来装置と同一もしくは同一と見なされる構成要素には同じ参照符号が用いられている。
【００１９】この高速昇温炉１ａは、側面にワーク搬送口２２（以下、第１ワーク搬送口とする）を有する耐火壁２１によって囲まれ、その内側に向けてバーナなどの加熱手段Ｂが設けられた炉室２と、炉室２内に同心的に配置された筒状のワーク収納室３と、ワーク収納室３の上部開口３３側に配置された循環ファン（ラジアルファン）４とを備えている。
【００２０】炉室２の第１ワーク搬送口２２の前面には、第１ワーク搬送口２２を開閉する炉室扉Ｄが設けられている。この実施形態において、炉室扉Ｄは図示しない昇降手段に接続され、ワークＷの搬送時に上下方向にスライド開閉する。なお、炉室扉Ｄの開閉機構については特に限定されない。
【００２１】この実施形態において、加熱手段Ｂは都市ガスなどを利用した高カロリーバーナーからなり、ワーク収納部３の下部開口３４に向けてバーナ炎を吹き出すように炉室２の下側に同軸的に配置されている。
【００２２】ワーク収納室３は、両端が開口された耐熱金属製の円筒体（角筒体であってもよい。）からなり、炉室２の内周面２３から所定の間隔をもって図示しないブラケットによって炉室２内のほぼ中央に同心的に配置されている。ワーク収納室３の内部には、ワークＷが載置される載置棚３１が設けられている。この実施形態において、載置棚３１はワークＷの搬送方向に平行な簀の子状に設けられている（図２参照）。
【００２３】炉室２の第１ワーク搬送口２２に対向したワーク収納室３の側面には、ワーク収納室３内にワークＷを搬送するための第２ワーク搬送口３５が設けられている。この実施形態において、第２ワーク搬送口３５は、第１ワーク搬送口２２とほぼ同じ開口幅、開口高さになるように開口されている。
【００２４】図２（図１のＡ－Ａ線断面図）に示すように、第２ワーク搬送口３５には、その開口を開閉するためのワーク収納室扉７が設けられている。ワーク収納室扉７は収納室３の外周壁に沿った円弧状に形成された２枚の扉体７１ａ、７１ｂからなり、この実施形態において、各扉体７１ａ、７１ｂは第１ワーク搬送口２２に向けて観音開き式に開閉可能に取り付けられている。
【００２５】各扉体７１ａ、７１ｂと収納室３とはヒンジ部７３、７３によって連結されており、各扉体７１ａ、７１ｂは、開閉シャフト７２を介して炉室２の外部に設けられているモータなどの扉開閉手段に連結されている。この実施形態において、ヒンジ部７３は熱風の抵抗を極力小さくした形状に形成されていることが好ましい。また、炉室２の内壁２３はワーク収納室３の外周面に沿って円筒状に形成されていることが好ましい。
【００２６】これによれば、各扉体７１ａ、７１ｂが閉状態のとき、炉室２とワーク収納室３との間には、その全周にわたって循環ファン４によって生成された熱風が炉室２内を循環する際の循環通路５が確保される。すなわち、循環通路５を遮るものがないため、収納室３の下部まで安定して熱風が通過することができる。
【００２７】ワーク収納室３の下部開口３４側には、ワーク収納室３内を循環する渦流を更に加速させるための整流板６が設けられている。整流板６は、図３に示すように収納室３の外周方向から軸方向に向けて円弧状に収束する多数のブレード６１から構成されている。
【００２８】この実施形態において、ブレード６１は循環ファン４の回転方向と同方向に収束されており、これによれば、循環ファン４の回転方向と同じ回転方向の渦流が収納室３内部に発生し易くなり、熱風が収納室３内を抵抗なく循環することができる。また、整流板６の下側には、補強用のリブ６２がバーナＢ方向に向けて突設されている。
【００２９】再び、図１を参照すると、循環ファン４は下方側が開放された断面コ字状のファン本体４１と、ファン本体４１に回転力を伝達する回転シャフト４２とから構成されている。この実施形態において、ファン本体４１は周縁に図示しない羽根が多数設けられたラジアルファンからなり、図示しない駆動手段に接続された回転シャフト４２を回転することにより、ワーク収納室３内の熱風を吸い上げ、炉室２とワーク収納室３との間の循環通路５内に吹き出すようになっている。
【００３０】以上のように構成された高速昇温炉１の一連の動作について説明する。循環ファン４により炉室２内に所定温度の熱風を循環させた状態で、炉室扉Ｄとワーク収納室扉７とを開けて、図示しない搬送手段によって保持されたワークＷを第１搬送口２２から第２搬送口３５を介してワーク収納室３内の載置棚３１に載置した後、ワーク収納室扉７と炉室扉Ｄとを閉める。その開閉順序は、炉室扉Ｄ側を先にしてもよいし、ワーク収納室扉７側を先にしてもよい。
【００３１】いずれにしても、ワーク収納扉７が閉じられることにより、炉室２とワーク収納室３との間には全周にわたってほぼ均一の循環通路５が確保されるため、熱風が渦流となって炉内を循環し、ワークＷを高速かつ安定した状態で所望の処理温度まで昇温することができる。ワークＷの昇温後、ワークＷは再びワーク搬送口２２，２５を介して炉内から取り出され、図示しない保持炉へと移送される。
【００３２】上記実施形態において、ワーク収納室扉７は、観音開き式扉によって構成されているが、これ以外にワーク収納室３に沿って開閉可能なスライド式扉であってもよく、閉塞時に循環通路５を妨げない構成であれば、適宜選択可能である。
【００３３】また、上記実施形態では載置棚３１に１つのワークＷが載置されるようになっているが、より大径に形成して複数のワークＷを載置するようにしてもよい。この場合、ワークＷの取り出しに際し、載置棚３１をターンテーブルに構成してもよく、このような態様も本発明に含まれる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、ワークを熱風循環することにより急速昇温する高速昇温炉において、炉室とワーク収納室との間の循環通路内に抵抗となるものがないため、ワークの昇温効率をより高めることができる。
【００３５】また、ワーク収納室の下端に整流板を設けて、ワーク収納室内により強い渦流を発生させることにより、さらに昇温効率を高めることができる。

【出願人】	【識別番号】０００１１２３３６【氏名又は名称】ファーネス重工株式会社
【出願日】	平成１２年１２月４日（２０００．１２．４）
【代理人】	【識別番号】１０００８３４０４【弁理士】【氏名又は名称】大原拓也
【公開番号】	特開２００２－１７３７０８（Ｐ２００２－１７３７０８Ａ）
【公開日】	平成１４年６月２１日（２００２．６．２１）
【出願番号】	特願２０００－３６８５６２（Ｐ２０００－３６８５６２）