JPH01286283A - 丸棒材の定置式直接通電加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は比較的長尺の丸棒材を定置してその全長、全断
面にわたり同時加熱する場合、例えば加熱後、定寸切断
して鍛造工程に付す場合等の加熱手段として使用される
丸棒材の定置式直接通電加熱方法に関する。

（従来の技術） 定置された丸棒材を直接通電によりその全長。

全断面を同時加熱する場合には、通電電流を丸棒材の軸
方向ｄ流すと効率的な加熱が出来るので、従来から当該
丸棒材の両端部それぞれの所定位置に電極を当接・固定
して通電するようにしている。

例えば、第４図（ａ）に示す如（、丸棒材Ｗの両端面そ
れぞれに電極Ｒ゛を当接、かつ相寄る方向へ押圧しつつ
電源Ｅから給電する方式や、第４図（ｂ）に示す如く、
側面視がＶ字型を呈する２個のブロックａおよびｂをそ
の開口部が相対向する如く、かつ相対的に近接・離間可
能な如く構成するとともに、少なくともいずれかのブロ
ック−・−図ではａ・・−・〜を電源Ｅに接続してなる
電極Ｒ”を丸棒材Ｗの両端周部それぞれに配置し、相対
向するＶ字壁間で丸棒材Ｗを周方向から挟着つつ２通電
する方式、あるいはｖ字型ブロックに替えて複数の棒状
電極の端面を丸棒材Ｗの周面に所定角度隔てて当接・押
圧する方式等がある。

いずれの場合も、所定時間の通電加熱により丸棒材Ｗが
熱膨張して長さを伸延するので、当該伸延に対処しつつ
通電が可能な如く、例えばＳとして示すばねを端面側に
配置した構造とされている。

また、丸棒材Ｗと電極Ｒ゛ないしＲ”との接触部に激し
い抵抗発熱が生ずるので、Ｐｌ、Ｐ２として示すホース
を介して電極Ｒ’、Ｒ”に冷却水を流通させて水冷する
構成とされている。

（従来技術に存する問題点） 前記従来方式では、丸棒材の熱膨張伸延は電極の追随移
動で対処充分である。しかし乍ら、電極との接触部があ
る丸棒材の端部近傍と中央部との温度格差に対しては、
水冷電極を用いても１通電電流による丸棒材の発熱と電
極の冷却との関係が極めて微妙なため、解消することが
至難である。

即ち、冷却が過度であると・・−・−冷却水の冷却能に
床皮があるため、低い目標加熱温度や小さい通電電流値
の際などで稀にしか発生しないが・−・−・−丸棒材の
端部近傍が奪熱されて昇温不足ないし昇温不足を含む不
均一加熱となり、全長同時加熱の目的が達せられなかっ
たり、中央部方向からの伝導熱をも奪うために通電時間
の長大化を招来する。

通常は逆に電極の冷却が不足する場合が多いが、この場
合には電極と丸棒材の端部近傍に過度の発熱現象＝オー
バーヒートが生じ、以下に述べる如き種々の不具合が生
ずる。

接触部のオーバヒートは、電極にとって耐用時間を著し
く低下させ、これを消耗品として位置ずけし、生産コス
ト上の大きな部分を占めていた。

また、接触部の丸棒材側、電極側それぞれのオーバヒー
トは通電電流を控めに抑えざるを得ないこととなり、よ
り大きい電流値による通電での短時間、効率的な加熱を
することを阻害していた。

さらに、丸棒材Ｗ端部近傍のオーバヒートは当該部分の
結晶粒度を粗大化するので、鍛造目的以外の加熱には悪
影響が生ずるとして殆ど利用されなかった。

（発明の目的） 本発明は、比較的長尺の丸棒材を定置して直接通電によ
り加熱する場合、従来技術に存する上述の問題点を解消
するためになされたもので、電極の耐用時間を飛曜的に
延長可能、丸棒材の端部近傍のオーバヒートを可及的に
抑えて全長、全断面を同時にほぼ均一加熱可能、さらに
は通電電流値を従来以上に大きくなし得て、より短時間
より効率的な加熱処理を可能とする丸棒材の定置式直接
通電加熱方法を提供することを目的とする。

（発明にいたる経過） 本発明者は、従来法における接触部オーバヒートの原因
が水冷電極を丸棒材の端面ないし周面所定位置に固定・
押圧したままの状態で通電することにあると断定した。

即ち、電極と被加熱材との真の接触面積は見掛は上の接
触面積に較べると非常に小さく、従って当該小さい接触
面積部分を通電電流が集中して流れるので、電流密度が
極めて高くなり、必然的に激しい抵抗発熱が生ずる。そ
の上、接触部における通電電流に対する被加熱材の抵抗
値は温度に比例して増大する。上記両者の相乗的現象と
して温度上昇が加速度的に進み、中央部の昇温温度との
間の格差を増大させることとなる。その結果が接触部の
オーバヒートであり、当該オーバヒートが上述の不具合
を生じさせたとするにある。

本発明者は、上記の如く断定をする一方、他方では、線
材等を連続的に送給しつつ通電加熱する場合について考
察した。

即ち、当該通電加熱では、連続送給される線材等の送り
通路上に所定間隔を隔てて水冷ロール電極を配置し、水
冷ロール電極間にある線材等に通電して加熱する構成を
とるが、通電電流を電極の許容電流値以下の所定に設定
する限り、線材等は勿論のこと水冷電極がオーバヒート
することはない点に注目した。

本発明は上記断定と考察とを踏まえて完成するに至った
ものである。

（発明の構成） 本発明の要旨は、 （１）所定長さの丸棒材を定置して直接通電により全長
、全断面にわたり同時加熱する場合において、（２）上
記丸棒材の両端部それぞれの周面に複数のロールを接線
方向から当接させて同一方向へ同期回転可能とするとと
もに、 （３）上記複数のロール中の少なくとも１以上を摺動子
を介して電源と接続する水冷ロール電極に設定し、 （４）当該水冷ロール電極の全周表面が通電電流との関
係において少なくとも材質の劣化を生起しない所定均一
温度に維持される回転速度をもって丸棒材を定位置で周
回転せしめつつ通電することを特徴とする丸棒材の定置
式直接通電加熱方法にある。

換言すれば、本発明は■定位置にある丸棒材に対して電
極を固定化せず、電極の相対的周回運動下−−−一一−
−換言すれば丸棒材の周面上で接触通電位置が相対的に
周回移動する状態下・−−−−−−で丸棒材へ通電する
点、および■上記相対的周回運動が少なくとも電極の全
周表面を所定の均一温度（ただしその温度は通電電流と
の関係で同定されないが）に維持される回転速度でなさ
れる点を特徴として掲げるものである。

（発明の作用） 上記構成から、通電位置は常時移動することとなり、た
とえ真の接触面積が小であって局部的に高電流密度の通
電が行われても、当該通電は瞬間的であるので、抵抗発
熱による昇温と当該昇温による抵抗の増大との相乗的現
象が排除されるという第一の作用がマされる。また、電
極は接触・通電位置が固定でないので、昇温の順次累積
を回避し得るという第二の作用がマされる。

上記作用を以下さらに詳細に説明する。

本発明法では、丸棒材ないし電極の周面上のある通電位
置を基準としてみた場合、周回ごとに瞬間的接触・通電
が多数回繰り返される。これにより、丸棒材側の局部的
昇温は次の周回までの間に他部への熱拡散で、これを可
及的に解消して順次昇温することとなる。もし相対的周
回移動速度が遅いと、上述の相乗的現象が発生する。そ
れ故に、少なくとも発熱が累積しない相対的周回移動速
度をとって相乗的現象の発生を防止する必要がある。

相対的周回速度が早ければ当然相乗的現象は生じないが
、むやみに早くすることは機械的、電気的な問題を惹起
するので、相乗的現象の発生を避は得る程度の速度で足
りる。この目安として、電極が周回ごとに基準位置に回
帰した時点で同一の温度状態で瞬間的接触・通電するな
らば、換言すれば電極の全周表面温度が常時所定の均一
温度に維持されているならば、電極側についての発熱の
累積はないといい得るので、上記の如く相対的な周回の
回転速度を設定するものである。

而して丸棒材の周回の角速度は、実施に先立って行われ
る実験で電極に通水される冷却水の冷却能との関係も絡
んで個々の事例ごとに具体的に導出されることとなる。

ここで、電極の上記所定温度を定義付けねばならない。

電極側の局部的昇温は他部への熱拡散と水冷による奪熱
とで解消可能であるものの、冷却水の冷却能には限度が
ある一方、他方では通電電流値の大小に太き（左右され
る。従って、所定温度は通電電流値と冷却能とのバラン
スにより決まる温度であるが、通電電流値は丸棒材それ
ぞれの断面積と長さにより定まる質量と加熱予定温度か
ら定まる異なる値となるので、特定し難い。然し乍ら、
電極の劣化・損耗を生ぜず、かつ通電条件としても適当
な温度範囲、例えば丸棒材を鍛造目的で１２００℃に加
熱する場合、少なくとも４００℃以下、好ましくは１５
０〜２００℃程度に維持されればよい。換言すれば、電
極の全周表面温度が適正な所定温度範囲に維持される限
り２通電電流値を増大した通電が可能となる。

丸棒材周回の角速度の設定によって、上記電極の全周表
面を所定均一温度に維持可能なことは以下に示すコンピ
ュータを用いたモデル伝熱解析例から明確である。

〔回転移動加熱による円筒の伝熱解析〕内部が水冷され
ている筒体（水冷ロール電極）を回転させ、回転する筒
体外周に点状固定熱源から熱エネルギーを付与する状況
下で、筒体部材内の伝熱状態をコンピュータにより解析
した。条件設定は角速度条件を変化させるほかは全て同
一条件とした。諸条件を以下に示す。

☆筒体：外径　　　　φ３６０　Ｃｍ 内径　　　　φ２５０　Ｃｍ ☆熱源：表面電力密度　２０００　（Ｗ／　ｃｍ２）接
触角度　　　１（ｄｅｇ） ☆冷却速度：熱伝達率　２０　（Ｗ／ｃｍ２−　Ｋ）☆
角速度：種々変える 上記解析において、筒体（電極）の全周表面温度が不均
一となる場合、均一温度となる場合それぞれの線図を第
１図（ａ）および（ｂ）に示す。

＊不均一の場合の回転速度；１．２回転／分＊均一の場
合の回転速度　；４回転／秒第１図の（ａ）は筒体表面
に局部的な高温域が生じ、通電が継続されると、結果的
に温度の蓄積を生ずることを示す。他方（ｂ）では、通
電を継続しても、筒体の全周表面は１５０℃をやや上回
る温度に維持され、結果的に電極側が同一温度条件で接
触・通電することを示す。

（実施例） 本発明法を実施した装置例を第２図（ａ）および（ｂ）
に示す。

図において、Ｗは丸棒材、ｌａ〜ＩＣそれぞれは水冷ロ
ール電極（以下たんに電極という）、２ａ〜２Ｃは上記
電極１ａ〜ＩＣそれぞれの回転駆動軸、３ａ〜３Ｃそれ
ぞれは電源Ｅに接続する摺動子である。

上記電極１ａ〜ＩＣそれぞれは所定径に設定され、所定
中の周面ば平滑に形成しである。各電極１ａ〜ＩＣは丸
棒材Ｗの軸芯Ｏに対してそれぞれ１２０”隔てた方向で
、その周面を丸棒材Ｗの周面接線方向から接触する如く
所定位置に配置され、図示しない駆動源、駆動力伝達機
構を介して矢印の如く同方向へ同期回転可能に構成され
る。この場合、例えば下方に位置する電極１ｂおよびｌ
ｃは固定配置であるが、丸棒材搬出・人の便を考慮して
、上方に位置する電極１ａはＰ、Ｑとして矢印で示す如
く上下方向へ変位可能とするとともに、下方変位２時に
上記駆動力伝達機構とかみ合う構成とすることは公知技
術により容易である。また、電極１ａの下方変位Ｐによ
って丸棒材Ｗが各電極１ａ〜１ｃの周面に均等に押圧可
能な如く諸元が設定される。

上記回転駆動軸２３〜２Ｃそれぞれの周面ば受電部とな
ついて、当該周面に摺動子３ａ〜３ｃそれぞれが摺動す
ることにより、電源Ｅから各電極ｌａ〜１ｃへ給電可能
である。

上記丸棒材回転・通電構成は丸棒材Ｗの長さに対応した
所定間隔をへだてて配置され、それぞれ丸棒材の端部周
面に接触可能である。

尚、通電による丸棒材Ｗの軸方向伸延はいずれかの端部
側の丸棒材回転・通電構成全体を例えば架台に載置する
ようにしたうえ、架台を当該伸延に追随移動可能に設定
すればよい。

以上の構成により、加熱時の丸棒材Ｗの両端部周面ば各
電極１ａ〜ＩＣそれぞれと１条ずつ、計３条の線接触を
維持するので、同一方向へ同期回転する電極１ａ〜１ｃ
の回転駆動力によりスリップすることな（所定回転速度
で周回転しつつ、３条の線接触部を通じて通電可能であ
る。

而して、通電時の各電極１３〜ＩＣそれぞれの全周表面
温度は、前掲の如く通電電流との関係において、少なく
とも材質の劣化を生起しない所定温度に維持されており
、回転中の丸棒材Ｗの通電部は前掲相乗的昇温が回避さ
れてオーバーヒートが可及的に抑えられるので、中央部
の昇温にほぼ同調した昇温を示し、従って所定通電時間
が経過すると丸棒材Ｗは端部、中央部の別なく全長、全
断面にわたりほぼ同時に均一加熱される。

（実験例） 本発明者は本発明法が有効なことを実証するため、上記
装置を用いて供試体を通電加熱し、端部近傍の昇温状態
を従来法に従った場合のそれと対比する実験を行った。

諸条件は以下のとおりであった。

○供試体：材質　ＳＵＳ　　３０４ 形状　φ５０ｍｍ、ｌｌｏｍ ○装置二本発明法；水冷ロール電極−３個ロール巾−・
−−−−ＩＱｍｍ ただし接触周面巾 回転速度−・・・−・−０，２回転／秒上記電極を供試
体の端面から３９ｍｍ 中央寄り周面に接線方向から１２０゜ 間隔で当接して回転させつつ通電する するとともに、通電中の電極全周表面 温度が冷却水により１８０℃を維持す るようにした。

従来法；水冷棒状電極−−−−一−−・３個端面−・−
・・−−−−−−−２０ｍ　ｃｄ上記電極を供試体の端
面から３０ｍｍ 中央寄り周面に１２０゛間隔で当接・ 固定して通電する。

○通電条件：本発明法；通電電流　１００００Ａ通電時
間　　　２１０秒 従来法　：通電電流　　８０００Ａ 通電時間　　　３３０秒 ただし、通電時間は本発明法と従来法とで通電電流値が
異なるので、加熱目標温度を各供試体中央部が１２００
℃に昇温した時点までを通電時間とした結果である。

○温度測定方法：放射温度計を使用し、端部近傍の円周
方向および軸方向昇温状態を通電開始より所定経過時間
ごとに測定した。

尚、軸方向測温位置は電橿間の中央を通る側線添いであ
る。

上記諸条件に従って実施した通電開始後所定経過時間ご
との温度測定結果を、両供試体の円周方向の昇温状態は
第３図（ａ）に、また軸方向の昇温状態は第３図（ｂ）
にそれぞれ温度分布線図として並記する。各図における
線Ａは本発明性実施供試体を、線Ｂは従来法実施供試体
を示す。

尚、軸方向では、いずれの供試体でも中央部の昇温は端
面から１５０ｍｍ位置の昇温とほぼ同一であるので図示
を省略した。

上記第３図（ａ）および（ｂ）から、従来法実施供試体
Ｂの接触部は昇温が他部に比べて急激で。

通電終了時に中央部との温度差が１２０℃あってオーバ
ヒート状態であるのに対し、本発明性実施供試体Ａの接
触部は他部より僅かに高い昇温しか示さず１通電終了時
に中央部との温度差が５０℃程度しかなく、本発明法が
ほぼ均一加熱を達成していることを確認し得た。

さらに、本発明法は電極の昇温を心配せず、従来法より
も大電流で通電し得て、通電時間を従来法の２／３に短
縮しつつ、はぼ均一加熱結果を得ていることが確認され
た。

（他の実施例） 前掲実施例では、電極を１ａ−１ｃの３個とした例を挙
げて説明したが、丸棒材Ｗの断面積や質量の大小、予定
加熱温度等に応じて定まる通電電流値の大小により５例
えば３個のロール中で１ｂとＩＣを電極に設定し、１ａ
は押さえロールとしてもよく、さらには３個のロール中
の１個のみ電極、残余を押さえロールに設定してもよい
。この場合各ロールの径を等しくする必要はないが、周
速度の同調が必須であることは勿論である。

（発明の効果） 本発明の実施により以下の効果を奏することができる。

電極の温度を材質の劣化しない所定温度範囲内に押さえ
であるので、耐用時間の飛躍的な延長が可能となり、生
産コストの逓減に大きな寄与をする。

また、電極の温度を所定に押さえるので、電極自体のオ
ーバヒートによる焼損の心配なく、ロール電極許容電流
値範囲内で従来以上の大きい通電流値による通電が可能
となり、通電時間を大幅に短縮、かつ効率的な加熱がで
きる。

さらには、丸棒材端部近傍のオーバヒートが可及的に回
避されることとなるので、全長、全断面のほぼ均一加熱
がほぼ同時に可能となり、丸棒材全長の材質的均一性を
向上させ、従つ・て定置による直接通電加熱を鍛造加熱
以外の目的にも通用する途を拓いたとして賞′用される
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）それぞれは本発明法の原理を
証明するコンピュータによる解析線図、第２図（ａ）お
よび（ｂ）それぞれは本発明法の一実施例の側面図およ
び正面図、第３図（ａ）および（ｂ）それぞれは実験例
供試体の円周方向および軸方向それぞれの通電経過時間
ごとの昇温状態を示す温度分布線図、第４図（ａ）およ
び（ｂ）それぞれは従来丸棒材直接通電加熱装置例の正
面図である。 特許出願人　高周波熱錬株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定長さの丸棒材を定置して直接通電により全長、全断
   面にわたり同時加熱する場合において、上記丸棒材の両
   端部それぞれの周面に複数のロールを接線方向から当接
   させて同一方向へ同期回転可能とするとともに、上記複
   数のロール中の少なくとも１以上を摺動子を介して電源
   と接続する水冷ロール電極に設定し、当該水冷ロール電
   極の全周表面が通電電流との関係において少なくとも材
   質の劣化を生起しない所定均一温度に維持される回転速
   度をもつて丸棒材を定位置で周回転せしめつつ通電する
   ことを特徴とする丸棒材の定置式直接通電加熱方法。