JP2002249819A - 金属材料のガス冷却方法 - Google Patents
金属材料のガス冷却方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属材料の急冷時には冷却ファン駆動用モー
タの焼損を防止しつつモータの最大出力限界で運転して
最大能力を発揮させる一方、その他の冷却時には金属材
料の温度に応じた回転数でモータを駆動して冷却曲線に
対応したガス冷却方法を提供する。 【解決手段】 焼入れ温度に加熱された金属材料Ｗを炉
内雰囲気中で強制対流冷却する金属材料のガス冷却方法
において、設定冷却曲線と炉内雰囲気温度または炉内金
属材料温度とを比較して、その偏差に基づき冷却ファン
駆動用モータＭの回転数を制御するとともに、当該モー
タの出力が限界に達したとき、温度変化による負荷変動
にかかわらず当該限界の最大出力で前記冷却ファン駆動
用モータを回転させ続ける。
タの焼損を防止しつつモータの最大出力限界で運転して
最大能力を発揮させる一方、その他の冷却時には金属材
料の温度に応じた回転数でモータを駆動して冷却曲線に
対応したガス冷却方法を提供する。 【解決手段】 焼入れ温度に加熱された金属材料Ｗを炉
内雰囲気中で強制対流冷却する金属材料のガス冷却方法
において、設定冷却曲線と炉内雰囲気温度または炉内金
属材料温度とを比較して、その偏差に基づき冷却ファン
駆動用モータＭの回転数を制御するとともに、当該モー
タの出力が限界に達したとき、温度変化による負荷変動
にかかわらず当該限界の最大出力で前記冷却ファン駆動
用モータを回転させ続ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材部品等の金属
材料の焼入処理におけるガス冷却方法に関するものであ
る。
材料の焼入処理におけるガス冷却方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属材料の焼入処理における冷却
方法の一形態としてガス冷却方式があり、また、焼入処
理には、たとえば、焼入れ温度に保持された金属材料を
マルテンサイト変態開始温度の直上温度までの臨界区域
はできるだけ急速に冷却させ、逆にマルテンサイト変態
開始温度以下の危険区域はゆっくりと冷却させる方法が
ある。
方法の一形態としてガス冷却方式があり、また、焼入処
理には、たとえば、焼入れ温度に保持された金属材料を
マルテンサイト変態開始温度の直上温度までの臨界区域
はできるだけ急速に冷却させ、逆にマルテンサイト変態
開始温度以下の危険区域はゆっくりと冷却させる方法が
ある。
【０００３】そして、前記ガス冷却方法には内部循環式
（炉内に循環ファンを配置するもの）と外部循環式（炉
外に循環ブロアを配置するもの）とに大別できるが、い
ずれの方式でも同一炉で異なる鋼種の金属材料あるいは
異なる形状の金属材料を熱処理することから、各金属材
料の種類あるいは形状に応じた適正な温度パターンで冷
却することが歪みの発生を減少させるとともに、所期の
目的を達成するために必要である。
（炉内に循環ファンを配置するもの）と外部循環式（炉
外に循環ブロアを配置するもの）とに大別できるが、い
ずれの方式でも同一炉で異なる鋼種の金属材料あるいは
異なる形状の金属材料を熱処理することから、各金属材
料の種類あるいは形状に応じた適正な温度パターンで冷
却することが歪みの発生を減少させるとともに、所期の
目的を達成するために必要である。
【０００４】ところで、対流冷却では、循環雰囲気の温
度変化に対応してガス密度が変化（伝熱係数の変化）す
ることから、ファンの回転数が一定であれば、冷却初期
時（高温時）においてはガス密度が低いことから冷却効
率が低下する。そのため、ファンの回転数を炉内の雰囲
気あるいは金属材料温度の変化に応じて高温時には高速
回転、低温時には低速回転することで、冷却効率を向上
させる方法が提案されている（特開昭５２−１１９４０
８号公報）。
度変化に対応してガス密度が変化（伝熱係数の変化）す
ることから、ファンの回転数が一定であれば、冷却初期
時（高温時）においてはガス密度が低いことから冷却効
率が低下する。そのため、ファンの回転数を炉内の雰囲
気あるいは金属材料温度の変化に応じて高温時には高速
回転、低温時には低速回転することで、冷却効率を向上
させる方法が提案されている（特開昭５２−１１９４０
８号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法は、炉内雰囲気あるいは金属材料の温度に基づいて直
接的にファンの回転数を変更するに過ぎないため冷却能
力が不足し、設定冷却曲線に対応した冷却ができないと
いう課題を有する。
法は、炉内雰囲気あるいは金属材料の温度に基づいて直
接的にファンの回転数を変更するに過ぎないため冷却能
力が不足し、設定冷却曲線に対応した冷却ができないと
いう課題を有する。
【０００６】また、前記循環ファン（内部循環式の場
合）あるいは循環ブロア（外部循環式の場合）における
冷却ファン駆動用モータの容量は、設備容量、効率等を
考慮して決められるため、冷却状態によっては冷却ファ
ン駆動用モータの定格容量以上で駆動する可能性があ
り、冷却ファン駆動用モータが焼損する危険性があると
いう課題を有する。
合）あるいは循環ブロア（外部循環式の場合）における
冷却ファン駆動用モータの容量は、設備容量、効率等を
考慮して決められるため、冷却状態によっては冷却ファ
ン駆動用モータの定格容量以上で駆動する可能性があ
り、冷却ファン駆動用モータが焼損する危険性があると
いう課題を有する。
【０００７】したがって、本発明は、設定冷却速度が実
冷却速度より大の時、その時点における冷却ファン駆動
用モータの許容最大出力で駆動させて冷却能力の不足を
改善する一方、それ以外の時には炉内雰囲気温度あるい
は炉内金属材料温度が設定冷却速度となるように冷却フ
ァン駆動用モータの回転数を調節し冷却速度をコントロ
ールするようにして、前記課題を解決する金属材料の冷
却方法を提供することを目的とする。
冷却速度より大の時、その時点における冷却ファン駆動
用モータの許容最大出力で駆動させて冷却能力の不足を
改善する一方、それ以外の時には炉内雰囲気温度あるい
は炉内金属材料温度が設定冷却速度となるように冷却フ
ァン駆動用モータの回転数を調節し冷却速度をコントロ
ールするようにして、前記課題を解決する金属材料の冷
却方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、焼入れ温度に加熱された金属材料を炉内
雰囲気中で強制対流冷却する金属材料のガス冷却方法に
おいて、設定冷却曲線と炉内雰囲気温度または炉内金属
材料温度とを比較して、その偏差に基づき冷却ファン駆
動用モータの回転数を制御するとともに、当該モータの
出力が限界に達したとき、温度変化による負荷変動にか
かわらず当該限界の最大出力で前記冷却ファン駆動用モ
ータを回転させ続けるようにしたものである。
成するために、焼入れ温度に加熱された金属材料を炉内
雰囲気中で強制対流冷却する金属材料のガス冷却方法に
おいて、設定冷却曲線と炉内雰囲気温度または炉内金属
材料温度とを比較して、その偏差に基づき冷却ファン駆
動用モータの回転数を制御するとともに、当該モータの
出力が限界に達したとき、温度変化による負荷変動にか
かわらず当該限界の最大出力で前記冷却ファン駆動用モ
ータを回転させ続けるようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態につ
いて図１にしたがって説明する。図において、１は単室
型真空熱処理炉で、ケーシング２内に処理室４が配設さ
れるとともに、ケーシング２の一方側には前記処理室４
の扉５を備えた装入・抽出扉３が設けられ、他方側には
冷却ファン駆動用モータＭが設けられ、この冷却ファン
駆動用モータＭにより冷却ファン８が回転するようにな
っている。なお、９は冷却ファン８の前方に配置したク
ーラ、１０ａ，１０ｂはダンパである。
いて図１にしたがって説明する。図において、１は単室
型真空熱処理炉で、ケーシング２内に処理室４が配設さ
れるとともに、ケーシング２の一方側には前記処理室４
の扉５を備えた装入・抽出扉３が設けられ、他方側には
冷却ファン駆動用モータＭが設けられ、この冷却ファン
駆動用モータＭにより冷却ファン８が回転するようにな
っている。なお、９は冷却ファン８の前方に配置したク
ーラ、１０ａ，１０ｂはダンパである。
【００１０】そして、前記処理室４内にはヒータＨが配
設されるとともに、処理室４の天井部および底部には開
口６ａ，６ｂが設けられ、この開口６ａ，６ｂはそれぞ
れ昇降式扉７ａ，７ｂにより開閉されるようになってい
る。
設されるとともに、処理室４の天井部および底部には開
口６ａ，６ｂが設けられ、この開口６ａ，６ｂはそれぞ
れ昇降式扉７ａ，７ｂにより開閉されるようになってい
る。
【００１１】また、冷却ファン駆動用モータＭにはイン
バータ１５が接続され、このインバータ１５は出力周波
数制御と出力電力による制御機能とを備えるもので、前
記出力周波数制御は処理室内雰囲気温度あるいは金属材
料温度に基づくフィードバック制御であると同時に冷却
ファン駆動用モータＭが限界出力となった場合は、冷却
ファン駆動用モータＭの実電力値をフィードバックし、
温度変化による冷却ファン駆動用モータＭの負荷変動に
かかわらず、限界出力で運転し続ける制御を行うもので
ある。
バータ１５が接続され、このインバータ１５は出力周波
数制御と出力電力による制御機能とを備えるもので、前
記出力周波数制御は処理室内雰囲気温度あるいは金属材
料温度に基づくフィードバック制御であると同時に冷却
ファン駆動用モータＭが限界出力となった場合は、冷却
ファン駆動用モータＭの実電力値をフィードバックし、
温度変化による冷却ファン駆動用モータＭの負荷変動に
かかわらず、限界出力で運転し続ける制御を行うもので
ある。
【００１２】つぎに、前記構成からなる金属材料のガス
冷却方法を冷却ファン駆動モータＭの制御回路とともに
説明する。まず、装入・抽出扉３を処理室４の扉５と一
緒に開き、処理室４内に金属材料Ｗを装入し、前記装入
・抽出扉３および扉５を閉じるとともに、処理室４内を
図示しない手段により所定の真空度としたのちヒータＨ
により金属材料Ｗを加熱する。なお、この場合、前記昇
降式扉７ａ，７ｂは閉である。
冷却方法を冷却ファン駆動モータＭの制御回路とともに
説明する。まず、装入・抽出扉３を処理室４の扉５と一
緒に開き、処理室４内に金属材料Ｗを装入し、前記装入
・抽出扉３および扉５を閉じるとともに、処理室４内を
図示しない手段により所定の真空度としたのちヒータＨ
により金属材料Ｗを加熱する。なお、この場合、前記昇
降式扉７ａ，７ｂは閉である。
【００１３】そして、金属材料Ｗが焼入れ温度に達する
と、ヒータＨをＯＦＦとするとともに処理室４内を復圧
したのち昇降式扉７ａ，７ｂを開とし、ダンパー１０
ａ，１０ｂを図示の通りとしたうえで冷却ファン８によ
り当該金属材料Ｗは所定の冷却曲線にしたがって冷却す
る。
と、ヒータＨをＯＦＦとするとともに処理室４内を復圧
したのち昇降式扉７ａ，７ｂを開とし、ダンパー１０
ａ，１０ｂを図示の通りとしたうえで冷却ファン８によ
り当該金属材料Ｗは所定の冷却曲線にしたがって冷却す
る。
【００１４】すなわち、炉内雰囲気温度を温度検出器Ｐ
で検出し、変換器１６を介してその温度値信号が温度調
節計１７に入力されるとともに、前記温度調節計１７に
はプログラム設定器１８からの温度設定値信号が入力さ
れる。この温度調節計１７で前記温度検出値信号値と前
記温度設定値信号値とが比較されて回転数設定信号Ａが
信号セレクター１９に入力される。
で検出し、変換器１６を介してその温度値信号が温度調
節計１７に入力されるとともに、前記温度調節計１７に
はプログラム設定器１８からの温度設定値信号が入力さ
れる。この温度調節計１７で前記温度検出値信号値と前
記温度設定値信号値とが比較されて回転数設定信号Ａが
信号セレクター１９に入力される。
【００１５】一方、冷却ファン駆動用モータＭの電圧お
よび電流が検知され、その実電圧値信号Ｄおよび実電流
値信号Ｅが出力電力演算調節器２０に入力されるととも
に、この出力電力演算調節器２０には限界電力設定値２
１からの限界電力設定値信号が入力される。この出力電
力演算調節器２０で実電力が演算される。この出力電力
演算調節器２０で前記実電力値信号と限界電力値信号と
が比較され、実電力値信号≧限界電力値信号のときは、
冷却ファン駆動用モータＭの焼損を防止するため電力値
の差に相当する回転数を減速した回転数設定信号Ｂを、
また、実電力値信号＜限界電力値信号のときは、回転数
に余裕があるため電力値の差に相当する回転数を増速し
た回転数設定信号Ｂを出力する。なお、限界電力値信号
は、限界の最大出力時における連続運転時間あるいは冷
却ファン駆動用モータＭの仕様等により変更することが
できる。
よび電流が検知され、その実電圧値信号Ｄおよび実電流
値信号Ｅが出力電力演算調節器２０に入力されるととも
に、この出力電力演算調節器２０には限界電力設定値２
１からの限界電力設定値信号が入力される。この出力電
力演算調節器２０で実電力が演算される。この出力電力
演算調節器２０で前記実電力値信号と限界電力値信号と
が比較され、実電力値信号≧限界電力値信号のときは、
冷却ファン駆動用モータＭの焼損を防止するため電力値
の差に相当する回転数を減速した回転数設定信号Ｂを、
また、実電力値信号＜限界電力値信号のときは、回転数
に余裕があるため電力値の差に相当する回転数を増速し
た回転数設定信号Ｂを出力する。なお、限界電力値信号
は、限界の最大出力時における連続運転時間あるいは冷
却ファン駆動用モータＭの仕様等により変更することが
できる。
【００１６】そして、前記回転数設定信号Ｂは信号セレ
クター１９に入力され、この信号セレクター１９で温度
調節計１７からの前記回転数設定信号Ａと出力電力演算
調節器２０からの前記回転数設定信号Ｂとが比較され、
回転数設定信号Ａ≦回転数設定信号Ｂのときは、回転数
設定信号Ａを回転数設定信号Ｃとして、また、回転数設
定信号Ａ＞回転数設定信号Ｂのときは、回転数設定信号
Ｂを回転数設定信号Ｃとしてインバータ１５に入力さ
れ、冷却ファン駆動用モータＭの回転数を制御するもの
である。
クター１９に入力され、この信号セレクター１９で温度
調節計１７からの前記回転数設定信号Ａと出力電力演算
調節器２０からの前記回転数設定信号Ｂとが比較され、
回転数設定信号Ａ≦回転数設定信号Ｂのときは、回転数
設定信号Ａを回転数設定信号Ｃとして、また、回転数設
定信号Ａ＞回転数設定信号Ｂのときは、回転数設定信号
Ｂを回転数設定信号Ｃとしてインバータ１５に入力さ
れ、冷却ファン駆動用モータＭの回転数を制御するもの
である。
【００１７】なお、前記冷却ファン８が回転すると、ダ
ンパー１０ａ，１０ｂの作用により単室型真空熱処理炉
１内の雰囲気はクーラ９を通って冷却されたのち炉内循
環し、金属材料Ｗを冷却する。
ンパー１０ａ，１０ｂの作用により単室型真空熱処理炉
１内の雰囲気はクーラ９を通って冷却されたのち炉内循
環し、金属材料Ｗを冷却する。
【００１８】そして、所定の焼入処理が完了すると、冷
却ファン駆動用モータＭを停止し、装入・抽出扉３を開
放して金属材料Ｗを炉外に抽出する。
却ファン駆動用モータＭを停止し、装入・抽出扉３を開
放して金属材料Ｗを炉外に抽出する。
【００１９】本発明の金属材料のガス冷却方法は前述の
ものに限定されるものでなく、温度のフィードバックを
前述の炉内雰囲気温度で行うことなく、金属材料Ｗの表
面温度で行ってもよく、また、冷却ファン８、クーラ９
等の冷却機構を炉外に設置し、ダクトで炉と冷却機構と
を接続した外部循環方式としてもよい。
ものに限定されるものでなく、温度のフィードバックを
前述の炉内雰囲気温度で行うことなく、金属材料Ｗの表
面温度で行ってもよく、また、冷却ファン８、クーラ９
等の冷却機構を炉外に設置し、ダクトで炉と冷却機構と
を接続した外部循環方式としてもよい。
【００２０】さらに、効率、レスポンス、制御性は悪い
が、一定の効果を有する炉内圧力制御と組み合わせて、
一層効果的な制御を行うようにしてもよい。
が、一定の効果を有する炉内圧力制御と組み合わせて、
一層効果的な制御を行うようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明
は、金属材料の急速冷却が必要な場合には、出力フィー
ドバックにて回転数制御を行なって常時冷却ファン駆動
用モータの最大出力限界で運転を行うため、冷却ファン
駆動用モータの焼損を防止しながら設備の有する最大冷
却能力を発揮する。そして、その後、比較的緩慢かつ制
御された金属材料の冷却が必要な場合には、温度フィー
ドバックにての回転数制御を行うというフィードバック
制御を併用することにより、急冷時に最大の冷却能力を
発揮するとともに、徐冷時には金属材料の温度を連続的
に制御した状態で冷却を行うため、金属材料の種類、形
状に適合した設定冷却曲線に柔軟に対応した冷却処理を
行うことができる。
は、金属材料の急速冷却が必要な場合には、出力フィー
ドバックにて回転数制御を行なって常時冷却ファン駆動
用モータの最大出力限界で運転を行うため、冷却ファン
駆動用モータの焼損を防止しながら設備の有する最大冷
却能力を発揮する。そして、その後、比較的緩慢かつ制
御された金属材料の冷却が必要な場合には、温度フィー
ドバックにての回転数制御を行うというフィードバック
制御を併用することにより、急冷時に最大の冷却能力を
発揮するとともに、徐冷時には金属材料の温度を連続的
に制御した状態で冷却を行うため、金属材料の種類、形
状に適合した設定冷却曲線に柔軟に対応した冷却処理を
行うことができる。
【図１】 本発明を適用する単室型真空熱処理炉および
その制御回路を示す図。
その制御回路を示す図。
１〜単室型真空熱処理炉、２〜ケーシング、３〜装入・
抽出扉、４〜処理室、５〜扉、６ａ，６ｂ〜開口、７
ａ，７ｂ〜昇降式扉、８〜冷却ファン、９〜クーラ、Ｍ
〜冷却ファン駆動用モータ。
抽出扉、４〜処理室、５〜扉、６ａ，６ｂ〜開口、７
ａ，７ｂ〜昇降式扉、８〜冷却ファン、９〜クーラ、Ｍ
〜冷却ファン駆動用モータ。
Claims (1)
- 【請求項１】 焼入れ温度に加熱された金属材料を炉内
雰囲気中で強制対流冷却する金属材料のガス冷却方法に
おいて、設定冷却曲線と炉内雰囲気温度または炉内金属
材料温度とを比較して、その偏差に基づき冷却ファン駆
動用モータの回転数を制御するとともに、当該モータの
出力が限界に達したとき、温度変化による負荷変動にか
かわらず当該限界の最大出力で前記冷却ファン駆動用モ
ータを回転させ続けることを特徴とする金属材料のガス
冷却方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001046614A JP2002249819A (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | 金属材料のガス冷却方法 |
| TW090132230A TW544470B (en) | 2001-02-22 | 2001-12-25 | A gas-cooled single-chamber type heat-treating furnace and a gas cooling process in the furnace |
| PCT/JP2001/011421 WO2002066687A1 (fr) | 2001-02-22 | 2001-12-26 | Four de traitement thermique a chambre unique a refroidissement par gaz et procede de refroidissement du four a l'aide d'un gaz |
| CNB018084133A CN1232660C (zh) | 2001-02-22 | 2001-12-26 | 气冷式单室型热处理炉 |
| US10/239,894 US6821114B2 (en) | 2001-02-22 | 2001-12-26 | Gas-cooled single chamber heat treating furnace, and method for gas cooling in the furnace |
| KR1020027013174A KR20020093884A (ko) | 2001-02-22 | 2001-12-26 | 가스 냉각식 단실형 열처리로 및 이 노(爐)에 있어서의 가스 냉각 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001046614A JP2002249819A (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | 金属材料のガス冷却方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002249819A true JP2002249819A (ja) | 2002-09-06 |
Family
ID=18908206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001046614A Pending JP2002249819A (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | 金属材料のガス冷却方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002249819A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002333277A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-22 | Chugai Ro Co Ltd | ガス冷却式単室型熱処理炉 |
| JP2008527176A (ja) * | 2005-01-17 | 2008-07-24 | エチューズ エ コンストリクションズ メカニクス | 鋼製部品用ガス焼入れセル |
| JPWO2012118175A1 (ja) * | 2011-03-02 | 2014-07-07 | 株式会社ニコン | 光学用セラミック材料の熱処理装置、光学用セラミック材料の熱処理方法、合成石英ガラスの熱処理方法、光学系の製造方法、および露光装置の製造方法 |
| WO2015053118A1 (ja) * | 2013-10-11 | 2015-04-16 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ステンレス部材の熱処理方法、及びステンレス鍛造品の製造方法 |
-
2001
- 2001-02-22 JP JP2001046614A patent/JP2002249819A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002333277A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-22 | Chugai Ro Co Ltd | ガス冷却式単室型熱処理炉 |
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| JPWO2012118175A1 (ja) * | 2011-03-02 | 2014-07-07 | 株式会社ニコン | 光学用セラミック材料の熱処理装置、光学用セラミック材料の熱処理方法、合成石英ガラスの熱処理方法、光学系の製造方法、および露光装置の製造方法 |
| JP6024653B2 (ja) * | 2011-03-02 | 2016-11-16 | 株式会社ニコン | 合成石英ガラスの熱処理装置、合成石英ガラスの熱処理方法、光学系の製造方法および露光装置の製造方法 |
| WO2015053118A1 (ja) * | 2013-10-11 | 2015-04-16 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ステンレス部材の熱処理方法、及びステンレス鍛造品の製造方法 |
| JP2015074822A (ja) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | 三菱重工業株式会社 | ステンレス部材の熱処理方法、及びステンレス鍛造品の製造方法。 |
| US10370734B2 (en) | 2013-10-11 | 2019-08-06 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Method for heat treatment of stainless member, and method for producing forged stainless product |
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