熱処理の直接加熱と間接加熱について

熱処理には、「直接加熱」と「間接加熱」の方式があります。本記事では、それぞれの熱源や仕組み、メリット・デメリットについて解説します。

熱処理の直接加熱とは？

熱処理における直接加熱の熱源の種類と仕組み

熱処理における直接加熱とは、加熱源が直接処理物に熱を伝える方式を指します。主に以下の熱源が使用されています。

乾燥炉

乾燥炉は、ガスや灯油などの熱源を用いて、水分・溶剤・粉体などの乾燥や焼付処理を行う装置です。なかでも直接加熱方式は、バーナーで加熱した熱風を炉内に直接送り込み循環させる方法であり、熱伝達効率に優れ、短時間での加熱が可能です。また、鉄鋼やアルミニウムなどの金属製品を塗装する際にも、熱硬化型塗料を乾燥させ塗膜を硬化させる工程で、乾燥炉が活用されます。

電気炉

電気炉は温度制御が容易なため、精密な温度管理が求められる用途で広く利用されています。なかでも直接加熱方式では、処理対象に直接通電して加熱を行うため、急速な昇温が可能です。ただし、加熱効率は対象物の電気抵抗に左右されるため、形状や材質によって温度上昇に差が出ることがあります。そのため、電気炉による直接加熱は、電気的特性が均一で比較的単純な形状の部品に適しています。

直接加熱のメリット・デメリット

乾燥炉や電気炉による直接加熱は、熱伝達効率が高く、短時間で加熱が進むという利点があります。

ただし、塗膜の硬化状態を細かく調整しにくいため、焼きすぎや焼き残しといった不具合を防ぐには、炉内の温度や加熱時間を厳密に管理する必要があります。特に電気炉の場合は、加熱対象物の形状によって温度分布に偏りが生じる可能性があり、複雑な形状には不向きとされる点がデメリットです。

熱処理の間接加熱とは？

熱処理における間接加熱の熱源の種類と仕組み

間接加熱でも、燃焼炉および電気炉を用いた処理が行われます。

乾燥炉

乾燥炉の間接加熱方式では、燃焼室と炉内が分かれており、バーナーで燃焼管を加熱して、その放射熱で炉内を間接的に加熱・循環させます。この方式は炉内温度の精密な制御が可能で、加熱雰囲気にも影響を与えないという特長があります。光輝熱処理や浸炭焼入用の加熱炉にも広く用いられています。

電気炉

電気炉における間接加熱方式には、発熱体、高周波コイル、レーザー、電子ビームなどを利用する方法がありますが、なかでも最も一般的なのは発熱体を用いる方式です。発熱体には、ニクロムなどの金属系と、炭化ケイ素やカーボンなどの非金属系があり、それぞれに特性があります。これらの特性を活かし、焼入れや焼戻し、浸炭焼入れ、窒化処理、光輝熱処理など、さまざまな熱処理工程で広く活用されています。