熱処理装置及び熱処理方法
【課題】ローラライン上に加熱炉及び冷却ゾーンを設置して連続的な熱処理を行うローラハース連続炉ローラライン上に、加熱炉及び冷却ゾーンを設置して連続的に熱処理を行うようにした熱処理装置において、ワークの加熱もしくは冷却により生じる熱変形を最小限に抑制することができる。
【解決手段】回転するローラ上にワークＨＥを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、加熱炉内の高温雰囲気温度でワークＨＥを一定時間保持した後に、冷却ゾーンで冷却することで熱処理を行う熱処理装置において、加熱炉内の炉内空間２１もしくは冷却ゾーンの冷却空間でワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却する。
【解決手段】回転するローラ上にワークＨＥを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、加熱炉内の高温雰囲気温度でワークＨＥを一定時間保持した後に、冷却ゾーンで冷却することで熱処理を行う熱処理装置において、加熱炉内の炉内空間２１もしくは冷却ゾーンの冷却空間でワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばボイラの伝熱エレメント（チューブを並べてパネル状にした集合体）等の熱処理装置、特に、搬送方向と直交する幅寸法が大きい幅広のパネル状ワークの熱処理に適した熱処理装置に関する。
もしくは本発明は、例えばボイラの伝熱エレメント等の熱処理方法、特に、搬送方向と直交する幅寸法が大きい幅広のパネル状ワークの熱処理に適した熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱処理装置は、例えばステンレス材等の応力腐食割れ防止のため、約１０００℃〜１２００℃程度の高温雰囲気に一定時間ワークを加熱保持して熱処理を行う装置であり、加熱後のワークは鋭敏化を防ぐために、急冷される。このような熱処理装置は、図８に示すようなボイラの伝熱エレメントＨＥを熱処理する場合、処理対象（以下、ワークと呼ぶ）が大型のパネル状であることから、バッチ式の熱処理炉を採用することが多い。
しかし、バッチ式の熱処理炉は生産性が低いという課題があるため、生産性向上の観点から、ローラライン上に加熱炉及び冷却ゾーンを設置して連続的な熱処理を行うローラハース連続炉を採用した熱処理装置が望ましい。
【０００３】
一方、従来のローラハース連続炉は、例えば下記の特許文献１及び２に示すように、長尺の管棒材や鋼板を処理するものが一般的に知られている。このため従来のローラハース連続炉が対象とする管棒材や鋼板などのワークは、ボイラの伝熱エレメントＨＥと比較して、ローラによる搬送方向と直交するワーク幅方向の寸法が著しく小さい。
また、例えば焼鈍炉や溶体化炉等のように、連続的な熱処理炉においてワークを搬送する断熱ローラは、耐熱性、耐摩耗性及び断熱性に優れたものが望ましい。例えば、下記の特許文献３に開示されているハースロール連続炉のように、表面温度のばらつきをなくして適正温度に維持できる断熱ロールが公知で存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６３−３０３６６号公報
【特許文献２】特開平５−３３１５２８号公報
【特許文献３】特開２００７−９２１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図８に示すようなボイラ用の伝熱エレメントＨＥは、ステンレスチューブＳＴの集合体であり、例えば幅Ｗが３．５ｍ程度、高さＨが０．６ｍ程度、長さＬが１８ｍ程度の寸法を有する幅広で大型の略板状パネルである。このような幅広のワークＨＥを、ローラライン上に加熱炉を設置して、連続的に熱処理する場合には、すなわち、ローラハース連続炉を備えた熱処理装置で熱処理する場合には、冷却後のワークに生じる熱変形が大きく、この抑制が課題である。
このような熱変形は、例えば両側端部で上下方向に反るような熱変形であり、ワークＨＥの幅Ｗが広くなるほど、この熱変形は顕著に生じやすい傾向にある。
【０００６】
上述した熱変形は、次に示す２つの原因から発生する。
第１の原因は、ローラハース連続炉でワークＨＥを熱処理する際、炉内温度と異なる温度の搬送ローラと接触して、メタル温度分布が不均一になるためである。この結果、ワークＨＥは均一に加熱されず、不均一な温度分布を形成して熱変形が生じてしまう。
すなわち、大型ワークの伝熱エレメントＨＥをローラハース連続炉で熱処理する場合には、不均一な加熱により生じる熱変形を抑制する必要がある。しかし、先行技術文献に開示されている断熱ローラは、ローラ自体温度を均一化できても、ワークＨＥとの接触により生じる温度分布は必ずしも均一でなく、熱変形を抑制できるものではない。
【０００７】
第２の原因は、ローラハース連続炉で熱処理した後工程において、加熱後のワークＨＥを急冷する際に生じるメタル温度分布の不均一化である。図９は、ローラハース連続炉で熱処理した後工程で生じる熱変形、すなわち、加熱後の急冷時に生じる面内変形及び面外変形の説明図である。
図９（ａ）において、熱処理前の熱変形の発生していない伝熱エレメントＨＥは破線で示す。また、熱処理後に面内変形や面外変形が発生した場合の伝熱エレメントＨＥは、実線で示す。
【０００８】
面内変形は、パネル状とした伝熱エレメントＨＥに生じるパネル水平方向の熱変形である。この面内変形は、図９（ｂ）に示すように、高温の加熱炉から急冷する冷却ゾーンへの搬送過程において、伝熱エレメントＨＥのパネル水平方向のメタル温度分布が不均一化して生じる変形である。図中の白抜矢印は、伝熱エレメントＨＥの搬送方向を示す。
面外変形は、図９（ｃ）に示すように、冷却ゾーンにおいて冷却風（破線矢印参照）を上下方向（高さ方向）から吹き付けて冷却する際、伝熱エレメントＨＥの高さ方向のメタル温度分布が不均一化して発生する、パネル高さ方向の熱変形である。図中の符号Ｒは搬送用のローラを示し、反時計回りに回転して伝熱エレメントＨＥを白抜矢印の方向へ搬送する。
【０００９】
このように、幅広で大型の伝熱パネルＨＥをローラハース連続炉で熱処理する熱処理装置は、ワークＨＥが幅広で大型になるほど顕著となる加熱後の熱変形を最小限に抑える必要がある。
本発明は、上記の課題を解決するため、ローラライン上に設置した加熱炉と冷却ゾーンで、連続的に熱処理を行うように配置された熱処理装置において、ワークの加熱、冷却後により生じる熱変形を、最小限に抑制できる熱処理装置を提供する。
加えて本発明は、熱処理による熱変形を最小限に抑えることができる熱処理方法をも提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、次の手段を採用した。
本発明に係る熱処理装置は、回転するローラ上にワークを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、前記加熱炉内の高温雰囲気温度で一定時間保持して、前記ワークの加熱処理後に、前記冷却ゾーンにて冷却処理を行うローラハース連続炉を用いた熱処理装置であって、前記加熱炉内もしくは冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却処理を施すものである。
また、ボイラ伝熱エレメントは、チューブの軸方向にオシレートしながら、加熱もしくは冷却処理されることが望ましい。
【００１１】
このような熱処理装置によれば、加熱炉内でワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を施すので、炉内温度と異なる温度の炉内ローラが加熱時に接触するワークの位置を分散させ、ワークに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。このとき、炉内のローラを正回転及び逆回転させて、ワークをオシレートすることが望ましい。
かつ、ボイラ伝熱エレメントは、チューブの軸方向にオシレートしながら加熱処理することで、パネル幅方向のメタル温度分布の不均一化が抑制され、熱変形を大幅に低減できる。
【００１２】
上記の発明において、前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラは、隣接するローラ間の軸中心間距離であるローラピッチ（Ｌｐ）と、前記炉内ローラが回転して移動する外周の周長（Ｌｏ）とが等しくなるように配設されていることが好ましく、これにより、加熱炉内温度と異なる温度の前記炉内ローラが前記ワークと加熱時に接触する長さを均一にすることができる。すなわち、加熱中のワークが炉内ローラと接触する長さは、全ての接触面において均一になるので、加熱炉内温度と異なる温度の炉内ローラから受ける熱影響も均一になる。
【００１３】
上記の発明において、前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラのオシレート速度は、前記ワーク及び前記炉内ローラの接触状態が下限の低接触から上限の高接触までの範囲であり、かつ、温度ムラ許容値の温度比（保持中の最大温度差／規格値）が１以下となるように制御することができる。
【００１４】
上記の発明において、前記冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却処理を施すことが好ましく、これにより、熱変形の原因となり、冷却時に生じるメタル温度分布の不均一化を抑制することが可能になる。
かつ、ボイラ伝熱エレメントは、チューブの軸方向にオシレートしながら冷却処理することで、パネル幅方向のメタル温度分布の不均一化が抑制され、熱変形を大幅に低減できる。
【００１５】
上記の発明において、前記加熱炉内及び／または冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせるローラの表面に、前記ローララインの幅方向中心へ向けて傾斜し、かつ、前記搬送方向の下流側で交差するようにして凹溝部または凹凸部を形成することが好ましく、これにより、ワークを搬送する際の直進性が向上する。
【００１６】
本発明に係る熱処理方法は、回転するローラ上にワークを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、前記加熱炉内の高温雰囲気温度で前記ワークを一定時間保持した後に、前記冷却ゾーンにて冷却処理を行うローラハース連続炉を用いた熱処理方法であって、前記加熱炉内にワーク搬送用の炉内ローラを備え、炉内温度と異なる温度の前記炉内ローラと前記ワークとの接触長さが、前記ワークのローラ接触面側で均一になるように、前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却処理を施すことを特徴とするものである。
【００１７】
このような熱処理方法によれば、加熱炉及び冷却ゾーンが、この内部にワーク搬送用のローラを備えたローラハース連続炉とされ、炉内温度と異なる温度の炉内ローラとワークとの接触長さが、ワークのローラ接触面側で均一になるように、ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却するので、炉内温度と異なる温度の炉内ローラが加熱もしくは冷却時に接触するワークの位置を分散させ、ワークに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明によれば、ワークの熱処理により生じる熱変形を最小限に抑え、ローラライン上に設置した加熱炉で連続的に熱処理を行うことができる生産性の高い熱処理装置を実現できる。すなわち、本発明の熱処理装置及び熱処理方法は、ローラハース連続炉の採用によりバッチ式より生産性を向上させ、しかも、幅広のワークを熱処理する場合の熱変形も最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る熱処理装置の一実施形態を示す図で、（ａ）はローラによるワークのオシレート動作を示す図、（ｂ）はオシレート時のローラ回転に関する説明図、（ｃ）はローラピッチＬｐとローラが回転して移動する外周の周長Ｌｏとの関係を示す図である。
【図２】本発明の熱処理装置に適用されるローラ構造について、一例を示す断面図である。
【図３】オシレート速度の決め方に関する説明図である。
【図４】ローラ表面に施したワーク直進搬送処理の一例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】ローラ表面に施したワーク直進搬送処理の変形例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明に係る熱処理装置の概要を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る熱処理装置の概要を示す断面図である。
【図８】本発明に係る熱処理装置が取り扱うワークの一例として、ボイラの伝熱エレメント概要を示す斜視図である。
【図９】図８に示した伝熱エレメントをローラハース連続炉で熱処理する場合の問題点を説明する図であり、（ａ）は伝熱エレメントに生じる面内変形及び面外変形を示す説明図、（ｂ）は面内変形が生じる理由の説明図、（ｃ）は面外変形が生じる理由の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る熱処理装置及び熱処理方法について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る熱処理装置１は、図６及び図７に示すように、直線状に設けたローラライン１０を備えている。このローラライン１０には、図６に白抜矢印２で示す搬送方向の上流側から順に、加熱化炉２０及び冷却ゾーン４０が直線的に配設されている。なお、ローラライン１０は、搬送方向と直交する方向に多数の搬送ローラ１１を所定のピッチで平行に配設したもので、搬入ゾーン３の搬送ローラ１１、後述する加熱炉２０内の炉内ローラ２４、後述する冷却ゾーン４０内の搬送ローラ４４、及び搬出ゾーン４の搬送ローラ１１を具備して構成されるローラハース連続炉が用いられている。
【００２１】
この熱処理装置１は、例えば図８に示したようなボイラ用の伝熱エレメントＨＥを熱処理する装置であり、特に、略平面形状をした幅広のワークＨＥを熱処理するのに適した装置である。なお、ボイラ用の伝熱エレメントＨＥは、多数のステンレスチューブ（チューブ）ＳＴを平板状に並べて連結したチューブ集合体であるが、本実施形態で熱処理する対象がこれに限定されることはない。
【００２２】
加熱炉２０および冷却ゾーン４０には、図７に示すように、周囲を炉壁で囲った炉内空間２１と冷却空間４１とが形成されている。この炉内空間２１には、搬送方向の両端部に入口開口２２及び出口開口２３が形成され、それぞれの開口には、上下方向にスライドして開閉する入口扉２２ａ及び出口扉２３ａが設けられている。また、冷却空間４１には、搬送方向の両端部に入口開口４２及び出口開口４３が形成され、それぞれの開口は上下方向にスライドして開閉する。
【００２３】
入口開口２２の搬送方向上流側には、入口扉２２ａを開いてワークＨＥを加熱炉２０内に供給する搬入ゾーン３が設けられている。
出口開口２３の搬送方向下流側には冷却ゾーン４０が設けられ、出口扉２３ａを開いて加熱炉２０内から搬出されたワークＨＥがこの冷却ゾーン４０へ供給される。この場合、出口扉２３ａと後述する冷却ゾーン４０の入口開口４２との間は、ワークの熱を均一に保つために可能な限り接近した位置関係にあることが望ましい。
【００２４】
炉内空間２１の内部には、ワークＨＥを搬送する多数の炉内ローラ２４が所定のローラピッチで平行に配列されている。なお、炉内ローラ２４を含むローラライン１０のローラは、いずれもワークＨＥの搬送方向と直交する配置となる。
上述した炉内ローラ２４は、例えば回転方向の選択切換が可能な炉内ローラ電動機２５を駆動源とするチェーン駆動により、ワークＨＥを搬送方向へ移動させる方向の正回転と、搬送方向とは逆方向へ移動させる方向の逆回転（正回転と逆向きの回転）から、いずれか一方を選択して切り換えることができる。このような炉内ローラ２４の正回転及び逆回転の切換操作は、図示しない制御部から出力される制御信号に基づいて、炉内ローラ電動機２５の回転方向を選択切換することにより実施される。
【００２５】
また、炉内空間２１の内部には、炉内ローラ２４の上下に加熱用のバーナ２６が多数設置され、上下方向からの均等加熱ができる。このバーナ２６は、都市ガス等の燃料及び空気の供給を受けることで、燃料を燃焼させて炉内空間２１の内部を所定の高温雰囲気に加熱するものである。なお、各バーナ２６は、ワークＨＥを直接加熱せず間接加熱するように、すなわち、炉内空間２１内の高温雰囲気を加熱するように設置される。
図示の構成では、例えば省エネルギ化を目的として、燃焼後の排ガスが保有する排熱で燃焼用の空気を予熱する熱交換器２７を備えていても良い。
【００２６】
加熱炉２０でワークＨＥの加熱処理をする加熱処理工程では、入口扉２２ａ及び出口扉２３ａがともに閉じた閉空間の状態から、入口扉２２ａのみを開いてワークＨＥを炉内空間２１内に導入した後、入口扉２２ａを閉じて再度閉空間を形成する。このとき、ワークＨＥの搬送には、搬入ゾーン３側の搬送ローラ１１及び加熱炉２０内の炉内ローラ２４が使用される。
ワークＨＥは、閉空間とした炉内空間２１内で高温雰囲気温度による加熱を所定時間受けた後、出口扉２３ａを開いて冷却ゾーン４０へ送出される。
【００２７】
このようなワークＨＥの加熱処理工程において、本実施形態では、炉内ローラ２４を正回転及び逆回転させることにより、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を実施する。このとき、加速減速時のショックを生じないようにするため、加減レートを調整することが望ましい。
また、炉内ローラ２４は、例えば図２に示すように、ワークＨＥの幅Ｗと一致する長手方向に均一な温度分布を得るため、内部に介在させた断熱材３０の幅（断熱材幅）を炉内幅より幅広としたものを使用することが望ましい。
【００２８】
また、炉内ローラ２４は、荷重を受ける部分の耐熱温度を低下させるため、炉内ローラ内部に冷却水を供給して流通させる水冷構造、あるいは、冷却油を流通させる油冷構造が採用されている。そして、炉内ローラ２４の熱伸びを考慮して、非駆動側には熱伸び吸収機構３１を設けることが望ましい。なお、図中の符号３２は外皮メタル、３３は外筒、３４は冷却水流路、３５は支持部、３６はチェーン、３７はロータリジョイントである。
このような加熱炉２０の停止動作では、例えば炉内温度が１５０℃程度に温度低下するまで炉内ローラ２４を回転させることにより、炉内ローラ２４の熱変形を抑制することが望ましい。
【００２９】
冷却ゾーン４０は、上述した加熱処理工程後のワークＨＥを急冷するための冷却処理装置である。この冷却ゾーン４０は、上述した冷却空間４１を形成し、ワークＨＥの搬送方向の両端部に入口開口４２及び出口開口４３を設けるとともに、冷却空間４１内に搬送ローラ４４及び冷却ノズル４５を配設したものである。
入口開口４２及び出口開口４３は、搬送方向の両端部に設けられており、図７に示すように、上下に開閉する入口扉４２ａ及び出口扉４３ａを備えることが炉内温度分布を均一化するために望ましい。但し、入口と出口の開口面積を小さくすれば、炉内側からの放熱の影響が小さくなるので、部分的な開口を入口もしくは出口に設けても良い。たとえば図６に示すように、入口扉４２ａ及び出口扉４３ａを設けていない場合も可能である。
【００３０】
冷却ノズル４５は、冷却空間４１内に搬送された高温のワークＨＥに対し、空気等の冷却媒体を噴射することにより急冷するものである。
冷却ゾーン４０でワークＨＥを急冷する冷却処理工程では、入口扉４２ａ及び出口扉４３ａがともに閉じた閉空間の状態から、入口扉４２ａのみを開いてワークＨＥを冷却空間４１内に導入した後、入口扉４２ａを閉じて再度閉空間を形成する。このとき、入口扉４２ａの開操作は、加熱炉２０の出口扉２３ａの開操作と略同時に行われ、ワークＨＥの搬送には、加熱炉２０内の炉内ローラ２４及び冷却ゾーン４０内の搬送ローラ４４が使用される。なお、入口扉４２ａ及び出口扉４３ａがない場合には、当然ながら開閉操作は不要となる。
【００３１】
ワークＨＥは、閉空間とした冷却空間４１内で冷却媒体の噴射による冷却を所定時間受けた後、出口扉４３ａを開いて搬出ゾーン４へ送出される。
このようなワークＨＥの冷却工程においても、例えば搬送ローラ電動機３８によるチェーン駆動される搬送ローラ４４を正回転及び逆回転させることにより、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却処理を実施することで、均一に冷却することが望ましい。
なお、上述した冷却工程において、冷却空間４１に入口扉４２ａ及び出口扉４３ａがない場合には、当然ながら開閉操作は不要となる。
【００３２】
さて、上述した加熱炉２０において、加熱炉２０内での加熱処理中には、図１（ａ）に白抜矢印で示すように、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を施している。このため、炉内空間２１内の炉内温度、すなわち、炉内の高温雰囲気と異なる温度である炉内ローラ２４が加熱時に接触するワークＨＥの位置を分散させ、ワークＨＥに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。換言すれば、ワークＨＥをオシレートすることにより、炉内ローラ２４と接するワークＨＥの位置が常に変動するので、炉内ローラ２４との接触により吸熱されて温度低下する領域も分散され、加熱処理したワークＨＥのメタル温度分布を全体に渡って均一化できる。
【００３３】
上述したオシレートは、図１（ｂ）に示すように、炉内ローラ２４を１８０度ずつ正回転及び逆回転させることが好ましい。すなわち、炉内ローラ２４のチェーン駆動源である炉内電動機２５を正転及び逆転させることにより、炉内ローラ２４を搬送方向へ移動させる方向の正回転と、搬送方向とは逆方向へ移動させる方向の逆回転とが１８０度ずつ繰り返されると、炉内ローラ２４の接触面が高温のワークＨＥから受ける熱影響も均一化され、結果としてワークＨＥ側が炉内ローラ２４から受ける熱影響も均一化される。
なお、炉内ローラ２４の回転については、上述した１８０度ずつの正逆交互の回転に限定されることはなく、ローラピッチ（Ｌｐ）と炉内ローラ２４が回転して移動する外周の周長（Ｌｏ）とが等しくなれば（Ｌｐ＝Ｌｏ）良い。
【００３４】
また、上述した炉内ローラ２４は、例えば図１（ｃ）に示すように、隣接するローラ間の軸中心間距離であるローラピッチ（Ｌｐ）と、炉内ローラ２４の外周（Ｌｏ）とが等しくなる（Ｌｐ＝Ｌｏ）ように配設することが望ましい。このような配置とすれば、オシレートによりワークＨＥと接触する炉内ローラ２４の外周面は全周にわたり、しかも、炉内ローラ２４とオシレートによって移動するワークＨＥとの接触箇所が隣接する炉内ローラ２４と接触するまでの移動距離とも一致することになる。但し、これはローラピッチＬｐ＝ローラ外周Ｌｏと設計される場合であり、ローラピッチＬｐとローラ外径の関係によっては、この式が成り立つように、ローラ回転角度を調整することが望ましい。
【００３５】
このため、炉内温度と異なる温度である炉内ローラ２４は、全周にわたってワークＨＥから吸熱することとなり、高温のワークＨＥ側から受ける熱影響を分散させることが可能になる。従って、加熱時の炉内ローラ２４は、ローラ面の温度分布を均一化することができる。
また、加熱時に炉内ローラ２４と接触するワークＨＥの位置についても、オシレート速度が一定であれば、接触長さが全面で均一になるよう分散される。この結果、加熱中のワークＨＥが炉内ローラ２４と接触する長さは、全ての接触面において均一になるので、低温の炉内ローラ２４から受ける熱影響も均一になる。換言すれば、加熱中のオシレートにより、ワークＨＥの温度分布を均一化することができる。
【００３６】
また、上述した炉内ローラ２４のオシレート速度は、すなわち、加熱炉２０内でワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラ２４のオシレート速度は、例えば図３に示すハッチング領域内で、かつ、温度比が１以下となるように制御することが望ましい。
ここで、縦軸の温度比は、温度ムラ許容値の温度比（保持中の最大温度差／規格値）を示している。分母の規格値は、例えば日本工業規格（ＪＩＳ Ｚ３７００「溶接後熱処理方法」）等において定めた許容値であり、この場合、メタル材質により異なるが、５０〜８５℃である。
【００３７】
図３のハッチング部は、ワークＨＥ及び炉内ローラ２４間の接触状態が低接触のラインと、ワークＨＥ及び炉内ローラ２４間の接触状態が高接触のラインとの間に形成された領域であり、オシレート速度は、このハッチング部であり、かつ上記の温度比が１以下となるように制御することが望ましい。
図３で、低接触のラインは、ワークの荷重条件が最小負荷状態に相当する。また、高接触のラインは、ワークの荷重条件が最大負荷状態に相当する。
【００３８】
さらに、上述した熱処理装置１は、冷却ゾーン４０の冷却処理工程においても、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却することが望ましい。
すなわち、上述した炉内ローラ２４と同様に、冷却空間４１内の搬送ローラ４４を正回転及び逆回転させることによってワークＨＥをオシレートさせれば、冷却処理によりワークＨＥの上下面（高さＨの方向）に生じるメタル温度分布の不均一化を抑制することができる。換言すれば、冷却処理工程におけるワークＨＥの急冷時に、ワークＨＥの全面を均一に冷却できるようになり、この結果、ワークＨＥのメタル温度分布を均一にすることができる。従って、面外変形の原因となる冷却時に生じるメタル温度分布の不均一化を、特に、ワークＨＥの上下面方向（高さＨの方向）に生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。
【００３９】
また、加熱炉２０から冷却ゾーン４０へワークＨＥを搬送する際には、面内変形の原因となる搬送過程においてワークＨＥにメタル温度分布の不均一化が生じるので、これを抑制するため、加熱炉２０から冷却ゾーン４０への搬送過程を、円滑かつ最小限に抑えることが望ましい。すなわち、ワークＨＥが加熱炉２０から受ける吸熱側の熱影響と、冷却ゾーン４０から受ける放熱側の熱影響とが及ぶ状態を最小限に抑制することが望ましい。
なお、冷却ゾーン４０には、冷却時に生じるダストの回収を容易に行うため、冷却ゾーン下部の適所に回収ホッパを設けてもよい。
【００４０】
また、本実施形態の熱処理装置１では、例えば図４に示すように、加熱炉２０内でワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラ２４Ａの表面に、具体的には外皮３２の表面に凹溝部２８を形成している。
この凹溝部２８は、図４（ａ）に示す平面視において、ローラライン１０の幅方向中心へ向けて傾斜し、かつ、搬送方向の下流側で交差するようにして設けられている。換言すれば、搬送方向を上にした各炉内ローラ２４Ａの平面視において、各炉内ローラ２４Ａの表面（外周面）には、略ハ字状となるように凹溝部２８が形成されている。
【００４１】
このような凹溝部２８を形成することにより、ワークＨＥを搬送方向へ搬送する際、ワークＨＥの直進性が向上する。すなわち、平面視が略ハ字状の凹溝部２８は、搬送時にワークＨＥが炉内ローラ２４Ａの両端部側（炉内ローラ２４Ａの長手方向）へ進もうとする場合、これを阻止するような抵抗力を付与するので、ワークＨＥは、搬送方向から横ずれすることなく真っ直ぐに進むようになる。
【００４２】
このような凹溝部２８の代わりに、例えば図５に示す炉内ローラ２４Ｂのように、凹溝部２８と同様の方向の凹凸部２９を形成する変形例も可能である。この凹凸部２９は、上述した凹溝部２８のピッチより密に形成するものとし、凹凸の深さｈについては、凹溝部２８ほど大きくする必要はない。
また、上述した凹溝部２８や凹凸部２９は、冷却ゾーン４０で使用する搬送ローラ４４に形成してもよく、この場合、炉内ローラ２４Ｂと同様の直進性を得ることができる。
【００４３】
また、ワークＨＥをボイラ伝熱エレメントＨＥとする場合、実際問題として幅方向のメタル温度分布の影響が少ないので、搬送方向において温度分布が均一となるように、チューブの軸方向（長手軸方向）にオシレートすることが望ましい。そうすることによって、ワークに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制することができ、さらに面外変形も生じにくくすることができる。
【００４４】
上述したように構成されている熱処理装置１では、以下に説明する熱処理方法が可能である。
すなわち、本実施形態に係る熱処理方法は、略平板形状のワークＨＥを回転する搬送ローラ１１、炉内ローラ２４及び搬送ローラ４４の上に載置して搬送するローラライン１０を設け、このローラライン１０上に搬送方向上流側から加熱炉２０及び冷却ゾーン４０を配設し、加熱炉２０内の高温雰囲気温度でワークＨＥを一定時間保持した後に冷却ゾーン４０で急冷する加熱および冷却方法である。
【００４５】
このような加熱および冷却方法において、本実施形態では、加熱炉２０が内部にワーク搬送用の炉内ローラ２４を備え、冷却ゾーン４０が内部にワーク搬送用の搬送ローラ４４を備えたローラハース連続炉とする。そして、加熱炉２０内では、炉内温度と異なる温度の炉内ローラ２４とワークＨＥとの接触長さが、ワークＨＥのローラ接触面側で均一となるように、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却処理される。
【００４６】
このような熱処理方法により、加熱炉２０の内部ではワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を施し、しかも、炉内温度と異なる温度である炉内ローラ２４とワークＨＥとの接触長さがワークＨＥのローラ接触面側で均一となるようにするので、炉内温度と異なる温度である炉内ローラが加熱時に接触するワークの位置を分散し、ワークに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。
なお、炉内ローラ２４とワークＨＥとの接触長さをワークＨＥのローラ接触面側で均一化するために、例えば炉内ローラが回転して移動する外周の周長ＬｏやローラピッチＬｐまたは炉内ロールの回転角度を制御することや、オシレート速度を適切に制御する。
【００４７】
上述した本実施形態の熱処理装置及び熱処理方法によれば、ワークＨＥの熱処理により生じる熱変形を最小限に抑え、ローラライン１０上に設置した加熱炉２０及び冷却ゾーン４０で連続的に熱処理を行うことができる生産性の高い熱処理装置１を提供する。すなわち、本実施形態の熱処理装置及び熱処理方法は、ローラハース連続炉の採用によりバッチ式より生産性を向上させ、しかも、幅広のワークＨＥを熱処理する場合に生じる熱変形をも最小限に抑制することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 熱処理装置
３ 搬入ゾーン
４ 搬出ゾーン
１０ ローラライン
１１ 搬送ローラ
２０ 加熱炉
２１ 炉内空間
２２，４２ 入口開口
２３，４３ 出口開口
２４，２４Ａ，２４Ｂ 炉内ローラ
２６ バーナ
２８ 凹溝部
２９ 凹凸部
４０ 冷却ゾーン
４１ 冷却空間
４４ 搬送ローラ
４５ 冷却ノズル
ＨＥ 伝熱エレメント（ワーク）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばボイラの伝熱エレメント（チューブを並べてパネル状にした集合体）等の熱処理装置、特に、搬送方向と直交する幅寸法が大きい幅広のパネル状ワークの熱処理に適した熱処理装置に関する。
もしくは本発明は、例えばボイラの伝熱エレメント等の熱処理方法、特に、搬送方向と直交する幅寸法が大きい幅広のパネル状ワークの熱処理に適した熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱処理装置は、例えばステンレス材等の応力腐食割れ防止のため、約１０００℃〜１２００℃程度の高温雰囲気に一定時間ワークを加熱保持して熱処理を行う装置であり、加熱後のワークは鋭敏化を防ぐために、急冷される。このような熱処理装置は、図８に示すようなボイラの伝熱エレメントＨＥを熱処理する場合、処理対象（以下、ワークと呼ぶ）が大型のパネル状であることから、バッチ式の熱処理炉を採用することが多い。
しかし、バッチ式の熱処理炉は生産性が低いという課題があるため、生産性向上の観点から、ローラライン上に加熱炉及び冷却ゾーンを設置して連続的な熱処理を行うローラハース連続炉を採用した熱処理装置が望ましい。
【０００３】
一方、従来のローラハース連続炉は、例えば下記の特許文献１及び２に示すように、長尺の管棒材や鋼板を処理するものが一般的に知られている。このため従来のローラハース連続炉が対象とする管棒材や鋼板などのワークは、ボイラの伝熱エレメントＨＥと比較して、ローラによる搬送方向と直交するワーク幅方向の寸法が著しく小さい。
また、例えば焼鈍炉や溶体化炉等のように、連続的な熱処理炉においてワークを搬送する断熱ローラは、耐熱性、耐摩耗性及び断熱性に優れたものが望ましい。例えば、下記の特許文献３に開示されているハースロール連続炉のように、表面温度のばらつきをなくして適正温度に維持できる断熱ロールが公知で存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６３−３０３６６号公報
【特許文献２】特開平５−３３１５２８号公報
【特許文献３】特開２００７−９２１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図８に示すようなボイラ用の伝熱エレメントＨＥは、ステンレスチューブＳＴの集合体であり、例えば幅Ｗが３．５ｍ程度、高さＨが０．６ｍ程度、長さＬが１８ｍ程度の寸法を有する幅広で大型の略板状パネルである。このような幅広のワークＨＥを、ローラライン上に加熱炉を設置して、連続的に熱処理する場合には、すなわち、ローラハース連続炉を備えた熱処理装置で熱処理する場合には、冷却後のワークに生じる熱変形が大きく、この抑制が課題である。
このような熱変形は、例えば両側端部で上下方向に反るような熱変形であり、ワークＨＥの幅Ｗが広くなるほど、この熱変形は顕著に生じやすい傾向にある。
【０００６】
上述した熱変形は、次に示す２つの原因から発生する。
第１の原因は、ローラハース連続炉でワークＨＥを熱処理する際、炉内温度と異なる温度の搬送ローラと接触して、メタル温度分布が不均一になるためである。この結果、ワークＨＥは均一に加熱されず、不均一な温度分布を形成して熱変形が生じてしまう。
すなわち、大型ワークの伝熱エレメントＨＥをローラハース連続炉で熱処理する場合には、不均一な加熱により生じる熱変形を抑制する必要がある。しかし、先行技術文献に開示されている断熱ローラは、ローラ自体温度を均一化できても、ワークＨＥとの接触により生じる温度分布は必ずしも均一でなく、熱変形を抑制できるものではない。
【０００７】
第２の原因は、ローラハース連続炉で熱処理した後工程において、加熱後のワークＨＥを急冷する際に生じるメタル温度分布の不均一化である。図９は、ローラハース連続炉で熱処理した後工程で生じる熱変形、すなわち、加熱後の急冷時に生じる面内変形及び面外変形の説明図である。
図９（ａ）において、熱処理前の熱変形の発生していない伝熱エレメントＨＥは破線で示す。また、熱処理後に面内変形や面外変形が発生した場合の伝熱エレメントＨＥは、実線で示す。
【０００８】
面内変形は、パネル状とした伝熱エレメントＨＥに生じるパネル水平方向の熱変形である。この面内変形は、図９（ｂ）に示すように、高温の加熱炉から急冷する冷却ゾーンへの搬送過程において、伝熱エレメントＨＥのパネル水平方向のメタル温度分布が不均一化して生じる変形である。図中の白抜矢印は、伝熱エレメントＨＥの搬送方向を示す。
面外変形は、図９（ｃ）に示すように、冷却ゾーンにおいて冷却風（破線矢印参照）を上下方向（高さ方向）から吹き付けて冷却する際、伝熱エレメントＨＥの高さ方向のメタル温度分布が不均一化して発生する、パネル高さ方向の熱変形である。図中の符号Ｒは搬送用のローラを示し、反時計回りに回転して伝熱エレメントＨＥを白抜矢印の方向へ搬送する。
【０００９】
このように、幅広で大型の伝熱パネルＨＥをローラハース連続炉で熱処理する熱処理装置は、ワークＨＥが幅広で大型になるほど顕著となる加熱後の熱変形を最小限に抑える必要がある。
本発明は、上記の課題を解決するため、ローラライン上に設置した加熱炉と冷却ゾーンで、連続的に熱処理を行うように配置された熱処理装置において、ワークの加熱、冷却後により生じる熱変形を、最小限に抑制できる熱処理装置を提供する。
加えて本発明は、熱処理による熱変形を最小限に抑えることができる熱処理方法をも提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、次の手段を採用した。
本発明に係る熱処理装置は、回転するローラ上にワークを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、前記加熱炉内の高温雰囲気温度で一定時間保持して、前記ワークの加熱処理後に、前記冷却ゾーンにて冷却処理を行うローラハース連続炉を用いた熱処理装置であって、前記加熱炉内もしくは冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却処理を施すものである。
また、ボイラ伝熱エレメントは、チューブの軸方向にオシレートしながら、加熱もしくは冷却処理されることが望ましい。
【００１１】
このような熱処理装置によれば、加熱炉内でワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を施すので、炉内温度と異なる温度の炉内ローラが加熱時に接触するワークの位置を分散させ、ワークに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。このとき、炉内のローラを正回転及び逆回転させて、ワークをオシレートすることが望ましい。
かつ、ボイラ伝熱エレメントは、チューブの軸方向にオシレートしながら加熱処理することで、パネル幅方向のメタル温度分布の不均一化が抑制され、熱変形を大幅に低減できる。
【００１２】
上記の発明において、前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラは、隣接するローラ間の軸中心間距離であるローラピッチ（Ｌｐ）と、前記炉内ローラが回転して移動する外周の周長（Ｌｏ）とが等しくなるように配設されていることが好ましく、これにより、加熱炉内温度と異なる温度の前記炉内ローラが前記ワークと加熱時に接触する長さを均一にすることができる。すなわち、加熱中のワークが炉内ローラと接触する長さは、全ての接触面において均一になるので、加熱炉内温度と異なる温度の炉内ローラから受ける熱影響も均一になる。
【００１３】
上記の発明において、前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラのオシレート速度は、前記ワーク及び前記炉内ローラの接触状態が下限の低接触から上限の高接触までの範囲であり、かつ、温度ムラ許容値の温度比（保持中の最大温度差／規格値）が１以下となるように制御することができる。
【００１４】
上記の発明において、前記冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却処理を施すことが好ましく、これにより、熱変形の原因となり、冷却時に生じるメタル温度分布の不均一化を抑制することが可能になる。
かつ、ボイラ伝熱エレメントは、チューブの軸方向にオシレートしながら冷却処理することで、パネル幅方向のメタル温度分布の不均一化が抑制され、熱変形を大幅に低減できる。
【００１５】
上記の発明において、前記加熱炉内及び／または冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせるローラの表面に、前記ローララインの幅方向中心へ向けて傾斜し、かつ、前記搬送方向の下流側で交差するようにして凹溝部または凹凸部を形成することが好ましく、これにより、ワークを搬送する際の直進性が向上する。
【００１６】
本発明に係る熱処理方法は、回転するローラ上にワークを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、前記加熱炉内の高温雰囲気温度で前記ワークを一定時間保持した後に、前記冷却ゾーンにて冷却処理を行うローラハース連続炉を用いた熱処理方法であって、前記加熱炉内にワーク搬送用の炉内ローラを備え、炉内温度と異なる温度の前記炉内ローラと前記ワークとの接触長さが、前記ワークのローラ接触面側で均一になるように、前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却処理を施すことを特徴とするものである。
【００１７】
このような熱処理方法によれば、加熱炉及び冷却ゾーンが、この内部にワーク搬送用のローラを備えたローラハース連続炉とされ、炉内温度と異なる温度の炉内ローラとワークとの接触長さが、ワークのローラ接触面側で均一になるように、ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却するので、炉内温度と異なる温度の炉内ローラが加熱もしくは冷却時に接触するワークの位置を分散させ、ワークに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明によれば、ワークの熱処理により生じる熱変形を最小限に抑え、ローラライン上に設置した加熱炉で連続的に熱処理を行うことができる生産性の高い熱処理装置を実現できる。すなわち、本発明の熱処理装置及び熱処理方法は、ローラハース連続炉の採用によりバッチ式より生産性を向上させ、しかも、幅広のワークを熱処理する場合の熱変形も最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る熱処理装置の一実施形態を示す図で、（ａ）はローラによるワークのオシレート動作を示す図、（ｂ）はオシレート時のローラ回転に関する説明図、（ｃ）はローラピッチＬｐとローラが回転して移動する外周の周長Ｌｏとの関係を示す図である。
【図２】本発明の熱処理装置に適用されるローラ構造について、一例を示す断面図である。
【図３】オシレート速度の決め方に関する説明図である。
【図４】ローラ表面に施したワーク直進搬送処理の一例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】ローラ表面に施したワーク直進搬送処理の変形例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明に係る熱処理装置の概要を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る熱処理装置の概要を示す断面図である。
【図８】本発明に係る熱処理装置が取り扱うワークの一例として、ボイラの伝熱エレメント概要を示す斜視図である。
【図９】図８に示した伝熱エレメントをローラハース連続炉で熱処理する場合の問題点を説明する図であり、（ａ）は伝熱エレメントに生じる面内変形及び面外変形を示す説明図、（ｂ）は面内変形が生じる理由の説明図、（ｃ）は面外変形が生じる理由の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る熱処理装置及び熱処理方法について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る熱処理装置１は、図６及び図７に示すように、直線状に設けたローラライン１０を備えている。このローラライン１０には、図６に白抜矢印２で示す搬送方向の上流側から順に、加熱化炉２０及び冷却ゾーン４０が直線的に配設されている。なお、ローラライン１０は、搬送方向と直交する方向に多数の搬送ローラ１１を所定のピッチで平行に配設したもので、搬入ゾーン３の搬送ローラ１１、後述する加熱炉２０内の炉内ローラ２４、後述する冷却ゾーン４０内の搬送ローラ４４、及び搬出ゾーン４の搬送ローラ１１を具備して構成されるローラハース連続炉が用いられている。
【００２１】
この熱処理装置１は、例えば図８に示したようなボイラ用の伝熱エレメントＨＥを熱処理する装置であり、特に、略平面形状をした幅広のワークＨＥを熱処理するのに適した装置である。なお、ボイラ用の伝熱エレメントＨＥは、多数のステンレスチューブ（チューブ）ＳＴを平板状に並べて連結したチューブ集合体であるが、本実施形態で熱処理する対象がこれに限定されることはない。
【００２２】
加熱炉２０および冷却ゾーン４０には、図７に示すように、周囲を炉壁で囲った炉内空間２１と冷却空間４１とが形成されている。この炉内空間２１には、搬送方向の両端部に入口開口２２及び出口開口２３が形成され、それぞれの開口には、上下方向にスライドして開閉する入口扉２２ａ及び出口扉２３ａが設けられている。また、冷却空間４１には、搬送方向の両端部に入口開口４２及び出口開口４３が形成され、それぞれの開口は上下方向にスライドして開閉する。
【００２３】
入口開口２２の搬送方向上流側には、入口扉２２ａを開いてワークＨＥを加熱炉２０内に供給する搬入ゾーン３が設けられている。
出口開口２３の搬送方向下流側には冷却ゾーン４０が設けられ、出口扉２３ａを開いて加熱炉２０内から搬出されたワークＨＥがこの冷却ゾーン４０へ供給される。この場合、出口扉２３ａと後述する冷却ゾーン４０の入口開口４２との間は、ワークの熱を均一に保つために可能な限り接近した位置関係にあることが望ましい。
【００２４】
炉内空間２１の内部には、ワークＨＥを搬送する多数の炉内ローラ２４が所定のローラピッチで平行に配列されている。なお、炉内ローラ２４を含むローラライン１０のローラは、いずれもワークＨＥの搬送方向と直交する配置となる。
上述した炉内ローラ２４は、例えば回転方向の選択切換が可能な炉内ローラ電動機２５を駆動源とするチェーン駆動により、ワークＨＥを搬送方向へ移動させる方向の正回転と、搬送方向とは逆方向へ移動させる方向の逆回転（正回転と逆向きの回転）から、いずれか一方を選択して切り換えることができる。このような炉内ローラ２４の正回転及び逆回転の切換操作は、図示しない制御部から出力される制御信号に基づいて、炉内ローラ電動機２５の回転方向を選択切換することにより実施される。
【００２５】
また、炉内空間２１の内部には、炉内ローラ２４の上下に加熱用のバーナ２６が多数設置され、上下方向からの均等加熱ができる。このバーナ２６は、都市ガス等の燃料及び空気の供給を受けることで、燃料を燃焼させて炉内空間２１の内部を所定の高温雰囲気に加熱するものである。なお、各バーナ２６は、ワークＨＥを直接加熱せず間接加熱するように、すなわち、炉内空間２１内の高温雰囲気を加熱するように設置される。
図示の構成では、例えば省エネルギ化を目的として、燃焼後の排ガスが保有する排熱で燃焼用の空気を予熱する熱交換器２７を備えていても良い。
【００２６】
加熱炉２０でワークＨＥの加熱処理をする加熱処理工程では、入口扉２２ａ及び出口扉２３ａがともに閉じた閉空間の状態から、入口扉２２ａのみを開いてワークＨＥを炉内空間２１内に導入した後、入口扉２２ａを閉じて再度閉空間を形成する。このとき、ワークＨＥの搬送には、搬入ゾーン３側の搬送ローラ１１及び加熱炉２０内の炉内ローラ２４が使用される。
ワークＨＥは、閉空間とした炉内空間２１内で高温雰囲気温度による加熱を所定時間受けた後、出口扉２３ａを開いて冷却ゾーン４０へ送出される。
【００２７】
このようなワークＨＥの加熱処理工程において、本実施形態では、炉内ローラ２４を正回転及び逆回転させることにより、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を実施する。このとき、加速減速時のショックを生じないようにするため、加減レートを調整することが望ましい。
また、炉内ローラ２４は、例えば図２に示すように、ワークＨＥの幅Ｗと一致する長手方向に均一な温度分布を得るため、内部に介在させた断熱材３０の幅（断熱材幅）を炉内幅より幅広としたものを使用することが望ましい。
【００２８】
また、炉内ローラ２４は、荷重を受ける部分の耐熱温度を低下させるため、炉内ローラ内部に冷却水を供給して流通させる水冷構造、あるいは、冷却油を流通させる油冷構造が採用されている。そして、炉内ローラ２４の熱伸びを考慮して、非駆動側には熱伸び吸収機構３１を設けることが望ましい。なお、図中の符号３２は外皮メタル、３３は外筒、３４は冷却水流路、３５は支持部、３６はチェーン、３７はロータリジョイントである。
このような加熱炉２０の停止動作では、例えば炉内温度が１５０℃程度に温度低下するまで炉内ローラ２４を回転させることにより、炉内ローラ２４の熱変形を抑制することが望ましい。
【００２９】
冷却ゾーン４０は、上述した加熱処理工程後のワークＨＥを急冷するための冷却処理装置である。この冷却ゾーン４０は、上述した冷却空間４１を形成し、ワークＨＥの搬送方向の両端部に入口開口４２及び出口開口４３を設けるとともに、冷却空間４１内に搬送ローラ４４及び冷却ノズル４５を配設したものである。
入口開口４２及び出口開口４３は、搬送方向の両端部に設けられており、図７に示すように、上下に開閉する入口扉４２ａ及び出口扉４３ａを備えることが炉内温度分布を均一化するために望ましい。但し、入口と出口の開口面積を小さくすれば、炉内側からの放熱の影響が小さくなるので、部分的な開口を入口もしくは出口に設けても良い。たとえば図６に示すように、入口扉４２ａ及び出口扉４３ａを設けていない場合も可能である。
【００３０】
冷却ノズル４５は、冷却空間４１内に搬送された高温のワークＨＥに対し、空気等の冷却媒体を噴射することにより急冷するものである。
冷却ゾーン４０でワークＨＥを急冷する冷却処理工程では、入口扉４２ａ及び出口扉４３ａがともに閉じた閉空間の状態から、入口扉４２ａのみを開いてワークＨＥを冷却空間４１内に導入した後、入口扉４２ａを閉じて再度閉空間を形成する。このとき、入口扉４２ａの開操作は、加熱炉２０の出口扉２３ａの開操作と略同時に行われ、ワークＨＥの搬送には、加熱炉２０内の炉内ローラ２４及び冷却ゾーン４０内の搬送ローラ４４が使用される。なお、入口扉４２ａ及び出口扉４３ａがない場合には、当然ながら開閉操作は不要となる。
【００３１】
ワークＨＥは、閉空間とした冷却空間４１内で冷却媒体の噴射による冷却を所定時間受けた後、出口扉４３ａを開いて搬出ゾーン４へ送出される。
このようなワークＨＥの冷却工程においても、例えば搬送ローラ電動機３８によるチェーン駆動される搬送ローラ４４を正回転及び逆回転させることにより、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却処理を実施することで、均一に冷却することが望ましい。
なお、上述した冷却工程において、冷却空間４１に入口扉４２ａ及び出口扉４３ａがない場合には、当然ながら開閉操作は不要となる。
【００３２】
さて、上述した加熱炉２０において、加熱炉２０内での加熱処理中には、図１（ａ）に白抜矢印で示すように、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を施している。このため、炉内空間２１内の炉内温度、すなわち、炉内の高温雰囲気と異なる温度である炉内ローラ２４が加熱時に接触するワークＨＥの位置を分散させ、ワークＨＥに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。換言すれば、ワークＨＥをオシレートすることにより、炉内ローラ２４と接するワークＨＥの位置が常に変動するので、炉内ローラ２４との接触により吸熱されて温度低下する領域も分散され、加熱処理したワークＨＥのメタル温度分布を全体に渡って均一化できる。
【００３３】
上述したオシレートは、図１（ｂ）に示すように、炉内ローラ２４を１８０度ずつ正回転及び逆回転させることが好ましい。すなわち、炉内ローラ２４のチェーン駆動源である炉内電動機２５を正転及び逆転させることにより、炉内ローラ２４を搬送方向へ移動させる方向の正回転と、搬送方向とは逆方向へ移動させる方向の逆回転とが１８０度ずつ繰り返されると、炉内ローラ２４の接触面が高温のワークＨＥから受ける熱影響も均一化され、結果としてワークＨＥ側が炉内ローラ２４から受ける熱影響も均一化される。
なお、炉内ローラ２４の回転については、上述した１８０度ずつの正逆交互の回転に限定されることはなく、ローラピッチ（Ｌｐ）と炉内ローラ２４が回転して移動する外周の周長（Ｌｏ）とが等しくなれば（Ｌｐ＝Ｌｏ）良い。
【００３４】
また、上述した炉内ローラ２４は、例えば図１（ｃ）に示すように、隣接するローラ間の軸中心間距離であるローラピッチ（Ｌｐ）と、炉内ローラ２４の外周（Ｌｏ）とが等しくなる（Ｌｐ＝Ｌｏ）ように配設することが望ましい。このような配置とすれば、オシレートによりワークＨＥと接触する炉内ローラ２４の外周面は全周にわたり、しかも、炉内ローラ２４とオシレートによって移動するワークＨＥとの接触箇所が隣接する炉内ローラ２４と接触するまでの移動距離とも一致することになる。但し、これはローラピッチＬｐ＝ローラ外周Ｌｏと設計される場合であり、ローラピッチＬｐとローラ外径の関係によっては、この式が成り立つように、ローラ回転角度を調整することが望ましい。
【００３５】
このため、炉内温度と異なる温度である炉内ローラ２４は、全周にわたってワークＨＥから吸熱することとなり、高温のワークＨＥ側から受ける熱影響を分散させることが可能になる。従って、加熱時の炉内ローラ２４は、ローラ面の温度分布を均一化することができる。
また、加熱時に炉内ローラ２４と接触するワークＨＥの位置についても、オシレート速度が一定であれば、接触長さが全面で均一になるよう分散される。この結果、加熱中のワークＨＥが炉内ローラ２４と接触する長さは、全ての接触面において均一になるので、低温の炉内ローラ２４から受ける熱影響も均一になる。換言すれば、加熱中のオシレートにより、ワークＨＥの温度分布を均一化することができる。
【００３６】
また、上述した炉内ローラ２４のオシレート速度は、すなわち、加熱炉２０内でワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラ２４のオシレート速度は、例えば図３に示すハッチング領域内で、かつ、温度比が１以下となるように制御することが望ましい。
ここで、縦軸の温度比は、温度ムラ許容値の温度比（保持中の最大温度差／規格値）を示している。分母の規格値は、例えば日本工業規格（ＪＩＳ Ｚ３７００「溶接後熱処理方法」）等において定めた許容値であり、この場合、メタル材質により異なるが、５０〜８５℃である。
【００３７】
図３のハッチング部は、ワークＨＥ及び炉内ローラ２４間の接触状態が低接触のラインと、ワークＨＥ及び炉内ローラ２４間の接触状態が高接触のラインとの間に形成された領域であり、オシレート速度は、このハッチング部であり、かつ上記の温度比が１以下となるように制御することが望ましい。
図３で、低接触のラインは、ワークの荷重条件が最小負荷状態に相当する。また、高接触のラインは、ワークの荷重条件が最大負荷状態に相当する。
【００３８】
さらに、上述した熱処理装置１は、冷却ゾーン４０の冷却処理工程においても、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却することが望ましい。
すなわち、上述した炉内ローラ２４と同様に、冷却空間４１内の搬送ローラ４４を正回転及び逆回転させることによってワークＨＥをオシレートさせれば、冷却処理によりワークＨＥの上下面（高さＨの方向）に生じるメタル温度分布の不均一化を抑制することができる。換言すれば、冷却処理工程におけるワークＨＥの急冷時に、ワークＨＥの全面を均一に冷却できるようになり、この結果、ワークＨＥのメタル温度分布を均一にすることができる。従って、面外変形の原因となる冷却時に生じるメタル温度分布の不均一化を、特に、ワークＨＥの上下面方向（高さＨの方向）に生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。
【００３９】
また、加熱炉２０から冷却ゾーン４０へワークＨＥを搬送する際には、面内変形の原因となる搬送過程においてワークＨＥにメタル温度分布の不均一化が生じるので、これを抑制するため、加熱炉２０から冷却ゾーン４０への搬送過程を、円滑かつ最小限に抑えることが望ましい。すなわち、ワークＨＥが加熱炉２０から受ける吸熱側の熱影響と、冷却ゾーン４０から受ける放熱側の熱影響とが及ぶ状態を最小限に抑制することが望ましい。
なお、冷却ゾーン４０には、冷却時に生じるダストの回収を容易に行うため、冷却ゾーン下部の適所に回収ホッパを設けてもよい。
【００４０】
また、本実施形態の熱処理装置１では、例えば図４に示すように、加熱炉２０内でワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラ２４Ａの表面に、具体的には外皮３２の表面に凹溝部２８を形成している。
この凹溝部２８は、図４（ａ）に示す平面視において、ローラライン１０の幅方向中心へ向けて傾斜し、かつ、搬送方向の下流側で交差するようにして設けられている。換言すれば、搬送方向を上にした各炉内ローラ２４Ａの平面視において、各炉内ローラ２４Ａの表面（外周面）には、略ハ字状となるように凹溝部２８が形成されている。
【００４１】
このような凹溝部２８を形成することにより、ワークＨＥを搬送方向へ搬送する際、ワークＨＥの直進性が向上する。すなわち、平面視が略ハ字状の凹溝部２８は、搬送時にワークＨＥが炉内ローラ２４Ａの両端部側（炉内ローラ２４Ａの長手方向）へ進もうとする場合、これを阻止するような抵抗力を付与するので、ワークＨＥは、搬送方向から横ずれすることなく真っ直ぐに進むようになる。
【００４２】
このような凹溝部２８の代わりに、例えば図５に示す炉内ローラ２４Ｂのように、凹溝部２８と同様の方向の凹凸部２９を形成する変形例も可能である。この凹凸部２９は、上述した凹溝部２８のピッチより密に形成するものとし、凹凸の深さｈについては、凹溝部２８ほど大きくする必要はない。
また、上述した凹溝部２８や凹凸部２９は、冷却ゾーン４０で使用する搬送ローラ４４に形成してもよく、この場合、炉内ローラ２４Ｂと同様の直進性を得ることができる。
【００４３】
また、ワークＨＥをボイラ伝熱エレメントＨＥとする場合、実際問題として幅方向のメタル温度分布の影響が少ないので、搬送方向において温度分布が均一となるように、チューブの軸方向（長手軸方向）にオシレートすることが望ましい。そうすることによって、ワークに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制することができ、さらに面外変形も生じにくくすることができる。
【００４４】
上述したように構成されている熱処理装置１では、以下に説明する熱処理方法が可能である。
すなわち、本実施形態に係る熱処理方法は、略平板形状のワークＨＥを回転する搬送ローラ１１、炉内ローラ２４及び搬送ローラ４４の上に載置して搬送するローラライン１０を設け、このローラライン１０上に搬送方向上流側から加熱炉２０及び冷却ゾーン４０を配設し、加熱炉２０内の高温雰囲気温度でワークＨＥを一定時間保持した後に冷却ゾーン４０で急冷する加熱および冷却方法である。
【００４５】
このような加熱および冷却方法において、本実施形態では、加熱炉２０が内部にワーク搬送用の炉内ローラ２４を備え、冷却ゾーン４０が内部にワーク搬送用の搬送ローラ４４を備えたローラハース連続炉とする。そして、加熱炉２０内では、炉内温度と異なる温度の炉内ローラ２４とワークＨＥとの接触長さが、ワークＨＥのローラ接触面側で均一となるように、ワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱もしくは冷却処理される。
【００４６】
このような熱処理方法により、加熱炉２０の内部ではワークＨＥを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を施し、しかも、炉内温度と異なる温度である炉内ローラ２４とワークＨＥとの接触長さがワークＨＥのローラ接触面側で均一となるようにするので、炉内温度と異なる温度である炉内ローラが加熱時に接触するワークの位置を分散し、ワークに生じるメタル温度分布の不均一化を抑制できる。
なお、炉内ローラ２４とワークＨＥとの接触長さをワークＨＥのローラ接触面側で均一化するために、例えば炉内ローラが回転して移動する外周の周長ＬｏやローラピッチＬｐまたは炉内ロールの回転角度を制御することや、オシレート速度を適切に制御する。
【００４７】
上述した本実施形態の熱処理装置及び熱処理方法によれば、ワークＨＥの熱処理により生じる熱変形を最小限に抑え、ローラライン１０上に設置した加熱炉２０及び冷却ゾーン４０で連続的に熱処理を行うことができる生産性の高い熱処理装置１を提供する。すなわち、本実施形態の熱処理装置及び熱処理方法は、ローラハース連続炉の採用によりバッチ式より生産性を向上させ、しかも、幅広のワークＨＥを熱処理する場合に生じる熱変形をも最小限に抑制することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 熱処理装置
３ 搬入ゾーン
４ 搬出ゾーン
１０ ローラライン
１１ 搬送ローラ
２０ 加熱炉
２１ 炉内空間
２２，４２ 入口開口
２３，４３ 出口開口
２４，２４Ａ，２４Ｂ 炉内ローラ
２６ バーナ
２８ 凹溝部
２９ 凹凸部
４０ 冷却ゾーン
４１ 冷却空間
４４ 搬送ローラ
４５ 冷却ノズル
ＨＥ 伝熱エレメント（ワーク）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するローラ上にワークを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、前記加熱炉内の高温雰囲気温度で前記ワークを一定時間保持した後に前記冷却ゾーンにて冷却することで熱処理を行うローラハース連続炉を用いた熱処理装置であって、
前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラは、隣接するローラ間の軸中心間距離であるローラピッチ（Ｌｐ）と、前記炉内ローラが回転して移動する外周の周長（Ｌｏ）が略等しくなるように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラのオシレート速度は、前記ワーク及び前記炉内ローラの接触状態が下限の低接触から上限の高接触までの範囲内にあり、かつ、温度ムラ許容値の温度比（保持中の最大温度差／規格値）が１以下となるように制御されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記加熱炉内及び／または前記冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせるローラの表面に、前記ローララインの幅方向中心へ向けて傾斜し、かつ、前記搬送方向の下流側で交差するようにして凹溝部または凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記ワークは、ボイラ伝熱エレメントであり、チューブの軸方向に、オシレートすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項７】
回転するローラ上にワークを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、前記加熱炉内の高温雰囲気温度で前記ワークを一定時間保持した後に前記冷却ゾーンにて冷却処理を行うローラハース連続炉を用いた熱処理方法であって、
前記加熱炉内にワーク搬送用の炉内ローラを備え、
炉内温度と異なる温度の前記炉内ローラと前記ワークとの接触長さが、前記ワークのローラ接触面側で均一になるように、前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
前記冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却することを特徴とする請求項７に記載の熱処理方法。
【請求項９】
前記ワークは、ボイラ伝熱エレメントであり、チューブの軸方向に、オシレートすることを特徴とする請求項７または８に記載の熱処理方法。
【請求項１】
回転するローラ上にワークを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、前記加熱炉内の高温雰囲気温度で前記ワークを一定時間保持した後に前記冷却ゾーンにて冷却することで熱処理を行うローラハース連続炉を用いた熱処理装置であって、
前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラは、隣接するローラ間の軸中心間距離であるローラピッチ（Ｌｐ）と、前記炉内ローラが回転して移動する外周の周長（Ｌｏ）が略等しくなるように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記加熱炉内で前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせる炉内ローラのオシレート速度は、前記ワーク及び前記炉内ローラの接触状態が下限の低接触から上限の高接触までの範囲内にあり、かつ、温度ムラ許容値の温度比（保持中の最大温度差／規格値）が１以下となるように制御されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記加熱炉内及び／または前記冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートさせるローラの表面に、前記ローララインの幅方向中心へ向けて傾斜し、かつ、前記搬送方向の下流側で交差するようにして凹溝部または凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記ワークは、ボイラ伝熱エレメントであり、チューブの軸方向に、オシレートすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項７】
回転するローラ上にワークを載置して搬送するローララインを設け、該ローラライン上に搬送方向上流側から加熱炉及び冷却ゾーンを配設し、前記加熱炉内の高温雰囲気温度で前記ワークを一定時間保持した後に前記冷却ゾーンにて冷却処理を行うローラハース連続炉を用いた熱処理方法であって、
前記加熱炉内にワーク搬送用の炉内ローラを備え、
炉内温度と異なる温度の前記炉内ローラと前記ワークとの接触長さが、前記ワークのローラ接触面側で均一になるように、前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら加熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
前記冷却ゾーンで前記ワークを搬送方向及び逆方向へオシレートしながら冷却することを特徴とする請求項７に記載の熱処理方法。
【請求項９】
前記ワークは、ボイラ伝熱エレメントであり、チューブの軸方向に、オシレートすることを特徴とする請求項７または８に記載の熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１９７９６０（Ｐ２０１２−１９７９６０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０９２４（Ｐ２０１１−６０９２４）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]