專利名稱：：鋼坯的加熱裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及鋁合金或銅合金等的擠出成形用鋼坯(billet)的加熱裝置。技術背景用連續(xù)鑄造生產(chǎn)得到的由鋁合金或銅合金鋼坯等的圓棒構成的擠出成形用鋼坯(以下稱為鋼坯)在用鋼坯加熱裝置將鋼坯整體加熱到擠出成形溫度后，在下游側的工序利用擠出成形機成形為規(guī)定的形狀。以往，作為鋼坯的加熱方法，有電磁感應加熱方式和燃燒器進行的燃燒加熱方式。電磁感應加熱方式的加熱能力大，但存在耗電的運行費用高的缺點。燃燒器進行的燃燒加熱方式與電磁感應加熱方式相比其運行費用低廉，但加熱能力小，因此，必須將爐長加長以確保加熱時間，存在設備費用高價的缺點。專利文獻1和專利文獻2揭示了一種將鋼坯裝入爐內、將燃燒器朝向鋼坯的外周面進行加熱的方法。該傳熱形態(tài)是來自爐壁的輻射傳熱和來自火焰的對流傳熱。由于鋁合金或銅合金構成的鋼坯其輻射率低，故來自爐壁的輻射熱量少，為彌補這種情況，而使火焰朝向鋼坯的外周面進行加熱。但是，來自燃燒器的火焰是利用空氣進行的燃燒方式，因此，對流熱量少，不能像電磁感應加熱方式那樣在短時間內進行加熱。專利文獻1:日本實愿昭57—2613號(實開昭57—147256號)的微型薄膜專利文獻2:日本特許3085620號公報
發(fā)明內容鑒于上述以往的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可實現(xiàn)超過電磁感應加熱方式的加熱能力和熱效率的鋼坯的加熱裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的鋼坯的加熱裝置包括由不設置爐壁從而使內外連通的框體構成的本體殼體；在大氣開放狀態(tài)下對裝入所述本體殼體內的鋼坯進行支承的滑道；多個純氧或富氧燃燒器，該燃燒器安裝在所述本體殼體上，使燃燒火焰撞擊所述鋼坯的全長及全周的外表面來對鋼坯進行加熱，所述燃燒器的噴嘴的直徑D與所述鋼坯的外表面至所述噴嘴的距離L之比D/L設為0.02至0.04，所述噴嘴的間距P為所述噴嘴的直徑D的3050倍。所述純氧或富氧燃燒器最好是水冷結構。所述滑道最好是中空狀，內部插入有沿長度方向具有多個噴射孔的管子，供給到該管子的水從所述噴射孔向支承所述鋼坯的部分的內表面噴射。所述滑道的橫截面最好是三角形。所述鋼坯最好是鋁合金或銅合金。采用本發(fā)明，通過在大氣開放狀態(tài)下支承鋼坯，則沒有來自爐壁的輻射傳熱，通過使利用純氧或富氧燃燒器以純氧或富化氧進行燃燒的火焰撞擊鋼坯的全長及全周的外周面，僅利用來自火焰的對流傳熱對鋼坯進行加熱，因此可實現(xiàn)超過電磁感應加熱方式的加熱能力和熱效率。由于將燃燒器作成水冷結構，故可避免加熱時的熱沖擊的影響。由于將滑道作成水冷結構，故對于熱沖擊的耐久性較好，不會發(fā)生耐火物場合的剝落或金屬場合的熔損。圖1是本發(fā)明的鋼坯加熱裝置的剖視圖。圖2是圖1中n—n線的剖視圖。圖3(a)是表示燃燒器單元的噴嘴配置的主視圖，(b)表示燃燒器單元及滑道的配置的橫剖視圖。圖4(a)是滑道的橫剖視圖，(b)是縱剖視圖。具體實施方式下面，根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)。圖l、圖2表示本發(fā)明的鋼坯W的加熱裝置。該加熱裝置具有設置在臺架1上的本體殼體2。本體殼體2在鋼坯W的裝入側和拉出側具有倒U字形的鋼制框體3。在這些框體3的內側，安裝兩端被支承的水冷結構的多個(在實施例中為6個)氧或富氧燃燒器4(下面僅稱為燃燒器單元)。燃燒器單元4沿周向等間隔配置，且向本體殼體2的長度方向即從裝入側向拉出側延伸。本體殼體2無爐壁，成為內外連通的狀態(tài)，燃燒器單元4安裝成大氣開放狀態(tài)。處于最下位置的燃燒器單元4的兩側從裝入側向拉出側延伸設置有對鋼坯W進行支承的一對滑道5。在本體殼體2的裝入側設置有裝入門6和推桿7。裝入門6利用升降缸8可升降。推桿7通過滑道5而將鋼坯W裝入本體殼體2內，可向拉出側的未圖示的擠出機輸送。在本體殼體2的拉出側的拉出門9設成利用升降缸10可升降。在拉出門9上形成與本體殼體2內連通的排氣口11。圖3(a)所示，所述燃燒器單元4以規(guī)定的配置及間距形成許多火焰噴射噴嘴12。噴嘴12的配置是正三角形，但并不限于此。各燃燒器單元4沿長度方向劃分成多個加熱區(qū)域(在實施例中為AD這4個區(qū)域)，每個加熱區(qū)域獨立并可調整燃燒容量。當噴嘴12的排出流速為一定的場合，將噴嘴間距設為P(m)、噴嘴直徑設為D(m)、從鋼坯的外周面至燃燒器單元4的噴嘴12的距離設為L(m)、常數(shù)設為k時，來自所述多個燃燒器單元4的燃燒火焰所產(chǎn)生的對流平均熱傳遞率Hcm用數(shù)學式1表示Hcm=kxl/PQ375xD/L(數(shù)學式l)本發(fā)明者們?yōu)榱烁鶕?jù)數(shù)學式1決定最佳的噴嘴間距P、噴嘴直徑D、鋼坯的外周面至噴嘴12的距離L而進行了實驗。其結果，噴嘴直徑D與鋼坯W的外表面至噴嘴12的距離L之比D/L為0.02至0.04。D/L在0.02以下時，加熱能力不足，不能獲得相當于電磁感應加熱的加熱能力。另外，若D/L是0.04以上時，鋼坯W的直接與火焰接觸的部分產(chǎn)生熔損。另一方面，噴嘴間距P為噴嘴直徑D的3050倍。這是為了同時滿足相當于電磁感應加熱方式的加熱時間和熱效率而決定的值，最好是40倍。例如，當噴嘴直徑D為lmm時，噴嘴間距P是40mm，噴嘴直徑D為0.5mm時，噴嘴間距P是20mm。噴嘴直徑D是l.Omm至0.5mm的范圍。在l.Omm以上時，熱效率為37.1%以下，不能確保相當于電磁感應加熱方式的熱效率，在0.5mm以下時難以進行開孔加工。來自所述噴嘴12的火焰的流速越快，越可提高對流熱傳遞率，但作成200m/s以下。若作成200m/s以上，則燃燒聲音大，給作業(yè)環(huán)境帶來妨礙。如圖4所示，所述滑道5是截面為三角形的中空狀，內部插入管子13。在管子13上沿長度方向形成多個噴射孔14，供給于管子的水從噴射孔14可向支承所述鋼坯W的熱負荷最大的頂角部的內表面噴射。從管子13噴射的水從設在滑道5的拉出側的端面上的排出口15排出。滑道5的截面不限于三角形，可以是圓形、矩形、半圓形和橢圓形，但無論是何形狀，噴射孔14都向支承鋼坯W的部分的內表面噴射的。下面，說明由上述結構構成的加熱裝置的動作。用升降缸8將裝入門6打開，通過滑道5并利用推桿7將鋼坯W裝入本體殼體2內后關閉裝入門6。并且，用未圖示的點火裝置對上述多個燃燒器單元4進行點火，同時將上述燃燒器單元4的裝入端側的燃燒區(qū)域的燃燒容量控制成比拉出端側(下一工序的擠出成形機側)的燃燒區(qū)域的燃燒容量低，進行傾斜加熱，使鋼坯W的裝入端側的燃燒區(qū)域的溫度例如成為400。C,使拉出端側的燃燒區(qū)域的溫度例如成為500°C。這里，鋼坯W以無爐壁的大氣開放狀態(tài)支承在滑道5上，故無來自爐壁的輻射傳熱。但是，不是空氣燃燒，而是燃燒器單元4的用純氧或富化氧進行燃燒的火焰通過撞擊鋼坯W的全長及全周的外表面，從而僅由來自火焰的對流傳熱對鋼坯W進行加熱，故可實現(xiàn)超過電磁感應加熱方式的加熱能力和熱效率。燃燒器單元4是水冷結構，因此，加熱時可避免熱沖擊的影響。另外，滑道5是從內部的管子13將水供給到支承鋼坯W的頂角部內表面的水冷結構，因此對熱沖擊的耐久性較好，不會發(fā)生耐火物場合的剝落或金屬場合的熔損。當上述鋼坯W的加熱結束時，使所述各燃燒器單元4熄火，用升降缸10將拉出門9打開，將加熱后的鋼坯W由推桿7輸送到配設在下游側的擠出機。然后間歇性進行前述的處理。下面，說明關于本發(fā)明的鋼坯W的加熱裝置的實驗例。長度方向劃分為AD這4個加熱區(qū)域的6個燃燒器單元4(4a4f)從小156x40()L的鋼坯W的外周面離開45mm地配設在圓周方向上。所述燃燒器單元4的規(guī)格和每個加熱區(qū)域的燃燒容量如表1和表2所示。表1純氧或富氧燃燒器單元規(guī)格<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2所述燃燒器單元的每個加熱區(qū)域的燃燒容量<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3的實驗例(l)，是將常溫(30。C)的鋼坯W加熱到500°C、確認此時的加熱能力和熱效率的實驗例。如下表所示，在本發(fā)明中，由于是使從所述燃燒器單元4噴射的高溫的燃燒火焰對鋼坯W的全長及全周的外表面進行撞擊加熱(沖擊加熱)的方法，故能以37.1%這樣的高熱效率(受熱量/投入熱量)用79秒將鋼坯W加熱到500°C。表3加熱能力試驗1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>受熱量二升溫量x平均比熱x鋼坯重量圖4所示的實驗例(2)表示對預先加熱到250°C的鋼坯W進行傾斜加熱的實驗例。這是假定例如對由連續(xù)鑄造機輸送而來的鋼坯W進行傾斜加熱的情況的實驗，所述燃燒器單元4的4個加熱區(qū)域AD中，只對BD進行點火，對A不點火來加熱，結果，用43秒加熱時間而成為鋼坯W的前端部與后端部的溫度差AT-73。C/400mm，換算為1000mm的鋼坯W，就形成了理想溫度斜率(100°C/1OOOmm)以上的傾斜加熱。7表4傾斜加熱實驗2燃燒容量(MJ/h)加熱時間初始溫度后端部溫度、'-i山則頓部溫度溫度差ABCD合計秒實驗例(2)041841841812544325541949273實驗例(3)041841841812547630343449106表4的實驗例(3)表示對常溫的鋼坯W進行傾斜加熱的實驗例。燃燒條件與所述實驗例(2)相同，其結果，用76秒加熱時間使常溫的鋼坯W的前端部與后端部的溫度差AT^06。C/400mm，換算為1000mm的鋼坯W，在該實驗中也形成了理想溫度斜率(100。C/1000mm)以上的傾斜加熱。如此，采用本發(fā)明的加熱裝置，可明確得知，由于使利用了純氧或富氧空氣的高溫的燃燒火焰撞擊到被支承為大氣開放狀態(tài)的鋼坯W的全長及全周的外表面進行加熱，即使是冷軋材料也可在短時間內將鋼坯加熱到擠出成形溫度，且只要控制燃燒器單元相對于鋼坯W長度方向的燃燒容量，就可容易地進行傾斜加熱。權利要求1.一種鋼坯的加熱裝置，其特征在于，包括由不設置爐壁從而使內外連通的框體構成的本體殼體；在大氣開放狀態(tài)下對裝入所述本體殼體內的鋼坯進行支承的滑道；多個純氧或富氧燃燒器，該燃燒器安裝在所述本體殼體上，使燃燒火焰撞擊所述鋼坯的全長及全周的外表面來對鋼坯進行加熱，所述燃燒器的噴嘴的直徑(D)與所述鋼坯的外表面至所述噴嘴的距離(L)之比(D/L)設為0.02至0.04，所述噴嘴的間距(P)為所述噴嘴的直徑(D)的30～50倍。2.如權利要求1所述的鋼坯的加熱裝置，其特征在于，所述純氧或富氧燃燒器是水冷結構。3.如權利要求1所述的鋼坯的加熱裝置，其特征在于，所述滑道是中空狀，在內部插入沿長度方向具有多個噴射孔的管子，供給到該管子的水從所述噴射孔向支承所述鋼坯的部分的內表面噴射。4.如權利要求3所述的鋼坯的加熱裝置，其特征在于，所述滑道的橫截面是三角形。5.如權利要求1至4中任一項所述的鋼坯的加熱裝置，其特征在于，所述鋼坯是鋁合金或銅合金。全文摘要一種鋼坯的加熱裝置，包括由不設置爐壁從而使內外連通的框體(3)構成的本體殼體(2)；在大氣開放的狀態(tài)下對裝入所述本體殼體(2)內的鋼坯(W)進行支承的滑道(5)；多個純氧或富氧燃燒器(4)，該燃燒器安裝在本體殼體(2)上，使燃燒火焰撞擊鋼坯(W)的全長及全周的外表面來對鋼坯(W)進行加熱。燃燒器(4)的噴嘴(12)的直徑(D)與鋼坯(W)的外表面至噴嘴(12)的距離(L)之比(D/L)設為0.02至0.04，噴嘴12的間距(P)為噴嘴的直徑(D)的30～50倍。采用本發(fā)明，可實現(xiàn)超過電磁感應加熱方式的加熱能力和熱效率。文檔編號B21C29/00GK101152655SQ20071015364公開日2008年4月2日申請日期2007年9月7日優(yōu)先權日2006年9月27日發(fā)明者友澤健一,藤井邦夫,谷山公勇申請人:中外爐工業(yè)株式會社