JP2007263480A

JP2007263480A - マッフル炉

Info

Publication number: JP2007263480A
Application number: JP2006089914A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kurotaki; 憲一黒滝
Original assignee: Mitsubishi Materials Techno Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Techno Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】マッフル本体内の雰囲気条件を制御することができ、良好な品質の製品を製造することができるマッフル炉を提供する。
【解決手段】ワークWに熱処理を施す処理空間Lが形成されたマッフル本体２０と、マッフル本体２０内を加熱する加熱部２１と、ワークWを搬送する搬送機構１５と、雰囲気ガス５０を加熱するガス加熱機構２２とを備えてなり、ガス加熱機構２２は、マッフル本体２０近傍に配置され、処理空間L内に向けて開口するガス供給孔部を備えたガス供給チャンバー２５と、マッフル本体２０の外部から管路２６を介してガス供給チャンバー２５へ雰囲気ガス５０を供給するガス供給源２７とを備えてなることを特徴とするマッフル炉。
【選択図】図２

Description

この発明は、ワークに焼結等の熱処理を施すマッフル炉に関する。

一般に、各種の熱処理を行う炉としては、バッチ炉やワークを搬送しつつ熱処理を行う連続炉等が知られている。一方、近年、連続炉においては、加熱処理を安定的に行うべく、一定の雰囲気ガスを封入したマッフル炉が多用されている。
このマッフル炉としては、マッフル本体と、マッフル本体内を加熱する加熱機構と、ワークをマッフル本体に搬送する搬送機構と、マッフル本体内の雰囲気ガスを外方に排出する排出機構と、ワークを冷却する冷却装置とを備えたマッフル炉が知られている。
従来、このようなマッフル炉においては、ガス供給機構は冷却装置とマッフル炉との中間及び冷却装置数ヶ所に設けられ、外気の炉内侵入を防止するとともに、搬送機構によりマッフル本体内に搬入されたワークの焼結等熱処理を施すに必要な保護雰囲気を形成させている。（特許文献１参照）。
特開２００２−１９５７５４号公報

ところで、比較的低温で操作される上記従来のマッフル炉においては、ワークへの伝熱機構は対流伝熱が支配的であり、雰囲気ガスの偏流も相俟って、マッフル本体内の温度分布が乱れ易く、ワークを均一加熱することが困難であるという問題があった。
このため、雰囲気温度が比較的低温（約５００℃以下）で操作されるマッフル炉においては、ワークに熱処理が良好に施されず、品質にバラツキが発生する等の問題があった。
特に、一定温度において一定時間熱処理する場合には、マッフル本体内の所定区間の温度を均温状態にする必要があるが、雰囲気ガスの流れによってはマッフル本体内に温度偏差を生じさせるため、所定区間を均温状態に保つことが困難であり、一定温度において所定の熱処理条件を満たすことが困難であるという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、マッフル本体内の雰囲気条件を制御することができ、また、マッフル本体内を均温状態に保つことができ、熱処理を良好に行い得るマッフル炉を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、ワークに熱処理を施す処理空間が形成されたマッフル本体と、該マッフル本体内を加熱する加熱部と、前記マッフル本体内にてワークを前記一方向に搬送する搬送機構と、前記処理空間内の雰囲気ガスを加熱するガス加熱機構とを備えてなり、前記ガス加熱機構は、前記マッフル本体近傍に配置され、前記処理空間内に向けて開口するガス供給孔部を備えたガス供給チャンバーと、前記マッフル本体の外部から管路を介して前記ガス供給チャンバーへ雰囲気ガスを供給するガス供給源とを備えてなることを特徴とする。

この発明に係るマッフル炉によれば、マッフル本体内の処理空間のうち、ガス供給チャンバーが設けられた部分においては、ガス供給チャンバーから直接雰囲気ガスが供給されるため、同一条件の雰囲気ガスにより満たされ、ワークに均熱処理がなされる。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載されたマッフル炉において、前記供給機構の前記管路の少なくとも一部が前記加熱部の近傍に配置され、前記加熱部が前記管路内の前記雰囲気ガスの加熱部を兼ねていることを特徴とする。

この発明に係るマッフル炉によれば、加熱機構は、管路内の雰囲気ガスを加熱して、炉内制御温度と略同温に到達した雰囲気ガスがガス供給チャンバーを介して、マッフル本体内に供給される。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載されたマッフル炉において、前記ガス供給チャンバーは、前記マッフル本体の均熱帯とされる部分の上方と側方の少なくともいずれかに設けられるとともに、前記ガス供給孔部が前記処理空間の均熱帯におけるワークに対応する位置に配置され、前記雰囲気ガスの流量を抑制しつつ、炉内圧を一定に維持しながらワークを均一な温度分布とすることを特徴とする。

この発明に係るマッフル炉によれば、ガス供給チャンバーは、前記マッフル本体の均熱帯とされる部分の上方と側方の少なくともいずれかに設けられているので、均熱帯制御温度と略同温の雰囲気ガスを一定流速でワーク全体に渡り均一に吹き付けられ、ワークが均一な温度分布となる為、良好に均温処理が施される。炉圧変動が微小なので外気の炉内への侵入がなく、また、前記雰囲気ガスの消費量低減を図りつつ安定した操炉を行なうことができる。

本発明によれば、マッフル本体内の雰囲気条件を制御することができ、また、マッフル本体内を均温状態に保つことができ、さらに、良好に熱処理が施された製品を確実に製造することができる。

以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る熱処理設備の側面図である。
この熱処理設備１０は、マッフル炉１１と、冷却装置１２と、排出機構１３と、ワークＷを搬送する搬送機構１５とから構成されている。
マッフル炉１１は、図２に示されるように、床に設けられた支持フレーム１６と、支持フレーム１６の上に設けられ、ワークＷの搬送方向に垂直な断面が矩形とされた外殻体１７とを備えている。
なお、外殻体１７のワークＷの搬送方向に垂直な断面が、円形とされていてもよい。

外殻体１７の内部には、断面が矩形又は半円形のマッフル本体２０と、マッフル本体２０の外方に設けられた加熱部２１と、ガス加熱機構２２とが設けられている。
図３に示されるように、マッフル本体２０は、上壁部２０ａと側壁部２０ｂと下壁部２０ｃとから構成されており、マッフル本体２０内は、ワークに熱処理を施す処理空間Ｌとされている。
加熱部２１は、上部ヒータ２４Ａと、下部ヒータ２４Ｂとを備えており、ヒータ２４Ａはマッフル本体２０の上方に、下部ヒータ２４Ｂはマッフル本体２０の下方に、それぞれワークＷの搬送方向に対して略垂直に延在して設けられるとともに外郭体１７内に支持されている。

図２に示されるように、上部ヒータ２４Ａは、マッフル本体２０内の搬送方向後方側（ワーク搬出口側）から中央部までの間、及び中央部から搬送方向前方側（ワーク搬入側）までの間において、それぞれ略等間隔で配置され、マッフル本体２０内の搬送方向後方側から中央部までの間における間隔の方が、中央部から搬送方向前方側までの間における間隔よりも狭くされている。下部ヒータ２４Ｂも、上部ヒータ２４Ａと同様の配置とされている。

ガス加熱機構２２は、マッフル本体２０の近傍の、上面又は側面に配置された管路２６と、管路２６に雰囲気ガス５０を供給するガス供給源（ガス供給機構）２７とから構成されている。
図５において、ガス供給チャンバー２５は、マッフル本体２０内の処理空間Lの上方において水平方向に亘って配置されたプレート２５aと、搬送方向前方側に設けられた壁部２５ｂと、搬送方向後方側に設けられた壁部２５ｃと、上壁部２０aと、側壁部２０ｂとから構成されている。

図４に示されるように、プレート２５ａには複数のガス供給孔部２８が形成されており、搬送されるワークに対して均一に加熱された雰囲気ガス５０が処理空間Ｌの上方から供給されるようになっている（図３、図５参照）。
特に、処理空間Ｌの均熱帯Ｌ１におけるガス供給孔部２８は、ワークＷに対応した位置（例えば、ワークＷの上方）に形成されることが好適である。
ガス供給孔部２８については、処理空間Ｌの上方と側方のいずれかに形成することが可能であるが、上方に形成することが好適である。

例えば、図２に示されるように、管路２６は、上部ヒータ２４Ａの近傍に配置されており、図５に示されるように、上壁部２０ａの幅方向に順次折り返され蛇行状態となるように配置されている。
管路２６の搬送方向前方側の端部には、窒素ガス等の雰囲気ガス５０を供給するガス供給源２７が接続されている。図２において、管路２６は、上部ヒータ２４Ａからの熱により雰囲気ガス５０を予め加熱する熱交換機を構成し、排出機構１３は、マッフル炉１１の搬送方向前方側に設けられている。

次に、このように構成された熱処理設備１０の作用について説明する。
図２に示されるように、マッフル炉１１においては、ガス供給源２７が雰囲気ガス５０を搬送方向前方側から管路２６に供給する。
上部ヒータ２４Ａは、管路２６内を流れる雰囲気ガス５０を加熱する。図３にしめすように、加熱された雰囲気ガス５０は、ガス供給チャンバー２５内に供給され、プレート２５ａに形成されたガス供給孔部２８からマッフル本体２０内の処理空間Ｌ内に供給される。

図２において、上部ヒータ２４Ａ及び下部ヒータ２４Ｂは、最適間隔に配置され、雰囲気ガス５０は炉内制御温度まで、加熱、昇温される。
ワークも同様にて最高温度に到達し処理空間Ｌに入り、ここで均一加熱された雰囲気ガス５０を吹き付けられる。
その結果、処理空間Ｌでは乱流が形成され、所定の温度偏差内でワークの温度が維持される均熱帯Ｌ１が得られる。

ガス供給チャンバー２５から処理空間Ｌ内に噴出した雰囲気ガス５０は、マッフル本体２０を搬送方向前方側に流れ、排出機構１３より炉外へ排出される。

搬送機構１５は、マッフル炉１１の内部に設置されたマッフル本体２０にワークＷを通過させる。このとき、ワークＷは加熱、昇温される。
この段階でワークＷから不純物ガスが発生することもある。発生した不純物ガスは雰囲気ガス５０に同伴され、排出機構１３より排出される。
そして、ワークＷは、冷却装置１２より冷却される。

このような、熱処理設備１０においては、処理空間Ｌ内のうち、均温帯Ｌ１において、ガス供給孔部２８が、搬送方向前方側から搬送方向後方側に亘ってワークＷに対応する位置に配置されているので、雰囲気ガス５０の温度偏差を抑えることができ、ワークＷを所定時間、等温状態にて良好に熱処理することができる。
また、ガス供給孔部２８が処理空間Ｌの均熱帯Ｌ１におけるワークＷに対応する位置に配置されているため、加熱にともなう熱損失が小さいため、雰囲気ガス５０を最小流量に抑制して、炉内圧を一定に維持することが可能とされる。

なお、この実施形態に係る熱処理設備１０の各種寸法は、プレート２５ａの寸法が４８５ｍｍ×１５００ｍｍとされ、ガス供給孔部２８の寸法が直径１０ｍｍとされており、また、ガス供給孔部２８のプレート２５ａに対する開口比は０．６％以上２．０％以下とされ、ガス供給孔部２８はプレート２５aに９５箇所（５箇所×１９列）設けられている。さらに、雰囲気ガス５０としては窒素ガスが用いられ、雰囲気ガス５０の噴出速度は、１ｍ/Ｓ以上２ｍ/Ｓ以下とされている。

他の例としては、プレート２５ａの寸法が４２０ｍｍ×３０００ｍｍとされ、ガス供給孔部２８の寸法が直径８ｍｍとされており、また、ガス供給孔部２８がプレート２５aに１７５箇所（５箇所×３５列）設けられ、ガス供給孔部２８のプレート２５ａに対する開口比が０．６％以上２．０％以下とされている。さらに、雰囲気ガス５０としてはドライエアが用いられ、雰囲気ガス５０の噴出速度が１ｍ/Ｓ以上２ｍ/Ｓ以下とされている。

ここで、開口比はガス供給孔部２８からの噴流を適正に形成させるとともに、雰囲気ガス５０流量の経済性に基づき得られたものである。噴出速度はプレート２５ａとワークＷとの距離を８０ｍｍ以下としたときの炉圧の安定による外気の侵入防止や炉内発生不純物ガスの除去といった炉内換気の必要性と雰囲気ガス５０の使用量低減といった経済性から選択されるものである。

これらの場合、炉内制御温度が４００℃以下で操作される連続マッフル炉において、均温体Ｌ１の温度偏差を±５℃以内とすることができ、最小流量の雰囲気ガス５０にて、マッフル本体２０内への外気の浸入を防止して、マッフル本体２０内を良好に換気することができるため、有効である。

上記実施の形態においては、熱処理設備１０が１基のマッフル炉１１から構成される場合について説明したが、熱処理設備１０は、２基以上のマッフル炉１１から構成されてもよく、また冷却装置についても任意に組合せることが可能である。

また、上記実施の形態においては、加熱部２１が、上部ヒータ２４Ａ及び下部ヒータ２４Ｂとから構成された場合について説明したが、側壁部２０ｂ側から加熱するヒータを用いてもよく、また、側壁部２０ｂ側から加熱するヒータと、上部ヒータ２４Ａ、下部ヒータ２４Ｂを任意に組合せて、加熱部２１を構成することも可能である。

また、上記実施の形態においては、ガス供給チャンバー２５が、マッフル本体２０の均熱帯Ｌ１とされる部分の上方に設けられる場合について説明したが、ガス供給チャンバー２５は、マッフル本体２０の均熱帯Ｌ１の上方と側方のいずれか又は双方に対して設けることが可能である。

また、上記実施の形態においては、雰囲気ガス５０が、管路２６の搬送方向前方側から供給され、搬送方向後方側に流れる場合について説明したが、管路２６内の雰囲気ガス５０の流通は、搬送方向前方側から後方側へとすることと、搬送方向後方側から前方側へとすることのいずれの構成とすることも可能である。

この発明に係る５００℃以下で操作されるマッフル炉において、マッフル本体内の雰囲気条件を制御することができ、ワークをムラなく均温状態に保つことができ、さらに、良好に熱処理が施された製品を製造することができるため、産業上の利用可能性が認められる。

この発明の第1の実施形態にかかる連続式マッフル炉の側断面図である。図１に示された連続式マッフル炉のマッフル炉の側断面図である。図１に示された連続式マッフル炉の搬送方向に垂直な方向の断面図である。ガス供給チャンバーの底面図である。熱交換機の斜視図である。

符号の説明

Ｗワーク
Ｌ１均熱帯
１１マッフル炉
２０マッフル本体
２１加熱部
２２ガス加熱機構
２４Ａ上部ヒータ（加熱部）
２４Ｂ下部ヒータ（加熱部）
２５ガス供給チャンバー
２６管路
２７ガス供給源（ガス供給機構）
２８ガス供給孔部
５０雰囲気ガス

Claims

ワークに熱処理を施す処理空間が形成されたマッフル本体と、該マッフル本体内を加熱する加熱部と、前記マッフル本体内にてワークを前記一方向に搬送する搬送機構と、前記処理空間内の雰囲気ガスを加熱するガス加熱機構とを備えてなり、
前記ガス加熱機構は、前記マッフル本体近傍に配置され、前記処理空間内に向けて開口するガス供給孔部を備えたガス供給チャンバーと、前記マッフル本体の外部から管路を介して前記ガス供給チャンバーへ雰囲気ガスを供給するガス供給源とを備えてなることを特徴とするマッフル炉。
請求項１に記載されたマッフル炉において、
前記供給機構の前記管路の少なくとも一部が前記加熱部の近傍に配置され、前記加熱部が前記管路内の前記雰囲気ガスの加熱部を兼ねていることを特徴とするマッフル炉。
請求項１又は２に記載されたマッフル炉において、
前記ガス供給チャンバーは、前記マッフル本体の均熱帯とされる部分の上方と側方の少なくともいずれかに設けられるとともに、前記ガス供給孔部が前記処理空間の均熱帯におけるワークに対応する位置に配置され、
前記雰囲気ガスの流量を抑制しつつ、炉内圧を一定に維持しながらワークを均一な温度分布とすることを特徴とするマッフル炉。