ボギー式炉の産業分野における応用例：発電から風力発電まで
ボギー式炉はニッチな機器ではありません。幅広い産業プロセスを支える主力機器であり、発電設備の大型化、風力タービンの大型化、圧力容器の肉厚化に伴い、過去10年間で大型部品の熱処理に対する需要が高まっています。本稿では、主な用途分野、典型的なプロセスレシピ、そしてモンテ・インテリジェンスがこれらの産業分野での業務を通じて得た知見について解説します。
発電：回転軸および発電機部品
発電業界では、回転軸、発電機リング、タービン部品の焼きならし、焼き戻し、応力除去に台車式炉が用いられています。一般的な蒸気タービンの回転軸は50～200トンの重量があり、必要な機械的特性を得るために焼きならしと焼き戻しのサイクルが必要です。
100トンローターシャフトのプロセスは、おおよそ次のとおりです。1時間あたり100℃の速度で870℃まで加熱し、12～16時間保持した後、1時間あたり50℃の速度で600℃まで制御冷却し、最後に空冷します。全サイクル時間は30～40時間です。温度均一性は、負荷全体にわたって±5℃以内である必要があり、その均一性を実現するために5～6ゾーンの制御システムを使用します。
MONTE INTELLIGENCE社製の発電用鍛造品向けボギー式炉は、バックアップ熱電対と連続データ記録機能を備えたマルチゾーン制御システムを採用しています。この制御システムは、航空宇宙および発電用熱処理の標準規格であるAMS 2750に準拠しています。
風力エネルギー：タワーの応力緩和と大型リングギア
風力タービンタワーの各セクションは、通常1セクションあたり20～80トンで、1つのタワーにつき3～5セクションで構成されます。セクションは厚さ30～80mmの鋼板を溶接して作られ、直径は最大6mのリング状になります。使用中の疲労亀裂を防ぐため、溶接部の応力除去は必須です。
応力除去サイクルは、セクションの厚さに応じて、595～620℃で1～2時間です。ボギー式炉床炉は、1回の加熱で1つまたは2つのタワーセクションを装填し、サイクル時間は1回の加熱で12～18時間です。均一性の要件は±10℃です。
風力タービンのリングギアは、通常1個あたり5～15トン、直径3～5メートルです。これらのギアは、鍛造または鋳造された低合金鋼で作られ、220～280HBの目標硬度に焼きならしと焼き戻し処理が施されます。リングギア用のボギー炉は、回転炉床駆動方式を採用することで均一な熱分布を確保し、1回の加熱サイクル時間は18～24時間です。
モンテ・インテリジェンス社は、中国およびヨーロッパの複数の風力発電タワーメーカーに、風力発電タワーの応力除去用ボギー炉を納入してきました。最大規模の設備は、幅6m×高さ8m×長さ30mのチャンバー内で100トンの荷重を処理できます。
船舶用：プロペラシャフトおよび舵の鍛造品
大型商船用の船舶用プロペラシャフトは、30トンから150トンの重量があります。これらのシャフトは炭素鋼または低合金鋼から鍛造され、必要な強度と靭性を得るために焼きならしと焼き戻しが必要です。船舶用シャフト製造に使用されるボギー式炉は、一般的に幅5m×高さ5m×長さ25mで、耐荷重は200トンです。
舵の鍛造品や船尾フレームの鋳造品も、台車式炉で加工されます。加工工程はローターシャフトの加工工程と似ていますが、鋳造と鍛造では微細構造が異なるため、より厳密な温度制御が必要となるという複雑さが加わります。
圧力容器製造
石油化学、肥料、LNG用途の圧力容器シェルは、圧延鋼板を円筒形に溶接し、最終加工前に応力除去処理を施して製造されます。鋼板の厚さは30～250mm、容器の直径は2～8mです。圧力容器の応力除去に使用されるボギー式炉は、通常、直径6m、長さ30mの荷重に対応し、200～400トンの容量を持つように設計されています。
厚さ200mmの容器シェルに対する応力除去サイクルは、595～650℃で4～8時間です。サイクル時間は、断面の厚さと負荷密度に応じて、容器1個あたり18～30時間です。均一性の要件は、シェル全体にわたって±10℃以内です。
鍛造業界：一般的な熱処理
鍛造工場では、幅広い鍛造部品の焼きならし、焼きなまし、応力除去に台車式炉を使用します。対象となる部品は、小型（5～10トンの鍛造品）から大型（100～200トンのローターシャフト）まで様々です。炉の設計は、典型的な作業量に合わせて行われ、ほとんどの鍛造工場では、作業量に対応するために、サイズの異なる台車式炉を2～4基保有しています。
複数シフト制の操業では、炉の稼働時間は年間5000～8000時間となり、操業コストの大部分は燃料費（60～70％）と人件費（20～30％）が占めます。このテーマに関する前回の記事で説明したエネルギー効率化策は、操業経済性にとって非常に重要です。
熱処理サービス提供業者
商業用熱処理工場も、ボギー式炉の主要なユーザーの一つです。これらの工場では、多種多様な顧客部品を処理するため、炉の設計にはその多様性に対応できる能力が求められます。そのため、マルチゾーン制御、柔軟な積載構成、およびプロセス記録システムが不可欠です。
MONTE INTELLIGENCE社は、柔軟性、信頼性、およびプロセス文書化に重点を置き、複数の商業用熱処理工場にボギー式炉を供給しています。制御システムは、数百種類もの異なるプロセスのレシピ管理に対応できるように設計されており、各プロセスは特定の顧客と部品に紐付けられています。
業界動向
ボギー式炉市場は、風力発電、造船、圧力容器製造などの分野に牽引され、年間4～6%の成長率で拡大している。中でも最も成長著しい分野は風力発電タワーの応力除去であり、タービン設計の大型化に伴い、炉の容量は1回あたり300～400トンにまで増加している。
エネルギー効率は、特に天然ガス価格が高い市場において、調達基準の一つになりつつある。熱回収バーナー、排ガス熱回収システム、最新の制御システムを備えた炉は、旧式の設計に比べてますます好まれるようになっている。
モンテ・インテリジェンスにアプリケーションについてご相談ください
特定の産業用途向けにボギーハース炉を検討している購入者向けに、MONTE INTELLIGENCEのエンジニアリング部門は、装入物の寸法、プロセス要件、生産目標を検討し、炉の構成を提案します。詳しくはウェブサイトをご覧ください。www.cnlymonte.com/products-bogie-hearth-furnace.html 製品仕様や業界事例については、こちらをご覧ください。プロジェクトに関するご相談は、helenxu@cnlymonte.comまでメールでご連絡ください。件名に「ボギー炉床の応用」と、貴社の業界およびプロセスに関する詳細をご記入ください。
