鍛造炉は、あらゆる鍛造工場において最前線で稼働する設備です。冷たいビレットや棒材を受け入れ、鋼の鍛造では通常1150～1250℃という正確な温度で、30～90秒ごとに、毎日、正確に焼き上げます。信頼性と温度の均一性は必須です。設定温度から30℃もずれる炉は、1日の生産を台無しにしてしまう可能性があります。また、炉が故障すれば、プレス機やハンマーが停止し、鍛造作業員は帰宅せざるを得なくなります。
モンテ・インテリジェンス社は、アジアおよび中東の鍛造工場向けに、バッチ式（ボギーハース）と連続式（プッシャー式、ウォーキングビーム式、ロータリーハース式）の両方のガス焚き鍛造炉を供給しています。この記事では、鍛造炉の性能を左右する設計および運転上の要因について解説します。
鋼の鍛造温度は、金属が軟化してより低い力で変形できる再結晶温度以上の高温加工温度範囲にあります。中炭素鋼および合金鋼の場合、鍛造温度範囲は通常1150～1250℃です。上限は、粒界溶融が始まる温度（多くの鋼で約1250～1300℃）である燃焼温度と、温度とともに指数関数的に増加するスケール形成速度によって決まります。下限は、必要な鍛造力と加工物の割れリスクによって決まります。
鍛造炉内の温度均一性は、鍛造中の金属の流れの均一性を決定します。片端が1200℃、もう片端が1150℃のビレットは、両端で流れ方が異なり、低温側の端部で金型充填不良、寸法ばらつき、または割れが発生する可能性があります。鍛造炉の温度均一性に関する標準要件は、±14℃（AMS 2750のクラス5）から±28℃（クラス6）です。これは、後続の鍛造工程で金属が再分配され、わずかな温度変動が平均化されるため、熱処理の均一性要件よりも緩やかです。
鍛造時の加熱速度は、生産性と加工物の熱応力割れのリスクとのバランスを取る必要があります。直径200mmの工具鋼ビレットを室温から毎分100℃の速度で加熱すると、高温の表面と低温の中心部との間の熱応力によって割れが生じる可能性があります。安全な最大加熱速度は、鋼種、断面形状、および初期温度によって異なります。高炭素鋼および高合金鋼は、普通炭素鋼よりも加熱速度を遅くする必要があります。冬期の低温ビレット（0℃から開始）は、暖かい場所に保管して予熱したビレットよりも加熱速度を遅くする必要があります。
スケール形成とは、鍛造炉での加熱中に鋼材表面が酸化される現象です。スケール層（酸化鉄、FeO、Fe3O4、Fe2O3）は、材料損失（通常、ビレット重量の1～3％）、金型摩耗促進剤（スケールは研磨性があり、きれいな金属よりも鍛造金型表面を早く摩耗させる）、および表面仕上げの問題（鍛造表面に埋め込まれたスケールは、より多くの機械加工代を必要とする）を引き起こします。
スケール形成速度は主に温度と時間の関数です。1200℃の空気中で炭素鋼ビレットを加熱すると、15分で約0.1mmのスケールが形成されます。60分後には、スケールの厚さは0.3～0.5mmになる可能性があります。温度依存性は指数関数的であるため、炉の温度が50℃上昇すると、スケール形成速度は2倍になります。これが、精密な温度制御が省エネルギーだけでなく、スケールによる材料損失を直接的に削減するという経済的価値を持つ理由の一つです。
還元雰囲気運転（化学量論量よりも少ない空気でガスを燃焼させ、燃焼生成物中に CO と H2 を生成する）は、スケールの形成を抑制できます。CO と H2 は酸化鉄と反応し、酸化鉄を金属鉄に還元します。しかし、燃料過剰運転ではすすが発生し、CO 排出量が増加し、安全上の問題（排気システム内の可燃性ガス）が生じます。化学量論量の空気より 5～10% 少ない、いわゆる還元炎と呼ばれる適度な燃料過剰条件は、一部の鍛造炉でスケールを制御するために使用されていますが、バーナーの慎重な調整と排気ガスの監視が必要です。
連続鍛造炉のスループットは、炉の加熱長さ、ビレットのサイズ、および必要な加熱時間によって決まります。鋼ビレットの加熱時間は、断面から推定できます。1200℃でよく攪拌されたガス炉で加熱された丸ビレットの場合、直径25mmあたり約5～6分です。直径100mmのビレットは、均一な鍛造温度に達するまでに約22～25分かかります。炉の加熱長さが6メートル、炉床上のビレット間隔が200mmの場合、炉には約30個のビレットが収容でき、1個あたり25分かかるとすると、スループットは30 / 25 × 60 = 72個のビレット/時となります。
炉内雰囲気の循環、すなわちビレットの周囲を高温の燃焼ガスが移動する現象は、対流熱伝達のメカニズムです。高温の炉内では自然対流によってある程度の循環が起こりますが、高処理量で均一な加熱を行うには、再循環ファンが必要です。ファンは通常、炉の天井または側壁に取り付けられ、炉室から高温ガスを吸い込み、高速で炉室に送り戻すことで、ビレットのすべての表面を均一に加熱する攪拌環境を作り出します。
MONTE INTELLIGENCE社の鍛造炉は、堅牢な耐火ライニング、工業用バーナー、そして鍛造作業に必要な熱サイクルに対応した制御システムを備え、24時間365日稼働できるように設計されています。
お客様の生産要件に基づいた鍛造炉の提案については、helenxu@cnlymonte.comまでお問い合わせください。
