JP2016125769A - 熱処理炉、断熱材ユニット、攪拌ファン及び築炉方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理炉の炉内雰囲気と炉外雰囲気の温度差や湿度差の影響により、炉壁を構成する断熱材と外壁との間に結露が生じたとしても、断熱材の断熱性能を低下させない。
【解決手段】ワークＷの熱処理を行う熱処理炉１において、炉壁５が外壁６と断熱材ユニット７で構成され、前記断熱材ユニット７は、断熱材から成る基材層７ａと、前記基材層７ａの少なくとも１面を覆う耐水性樹脂フィルム７ｂとを備え、前記断熱材ユニット７は、前記耐水性樹脂フィルム７ｂが前記外壁６の内面に対向するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、炉内が高温となる熱処理炉に用いられる断熱材ユニットに関する。

ワークの浸炭処理を行う浸炭炉のように、炉内が高温（例えば、８５０℃以上）となる熱処理炉には、炉壁を構成する外壁（鉄皮）の内面に断熱材が設けられる。外壁の内面には、ピンが設けられており、そのピンは中心軸が外壁に対して垂直となるように固定されている。断熱材は、そのピンを貫通するようにして外壁内面に取り付けられる。

熱処理炉用の断熱材としては、例えば特許文献１に記載された複合断熱材がある。特許文献１に記載された複合断熱材は、複層構造となっており、加熱膨張性断熱材から成る芯部を、アルミナ系またはアルミナ‐シリカ系のセラミックスファイバーで被覆している。

特開平６−２７１３６２号公報

しかしながら、熱処理炉においては、炉内雰囲気と炉外雰囲気との温度差及び湿度差の影響により、炉壁を構成する断熱材と外壁との間で結露が生じることがある。断熱材は、吸湿することで変形や劣化が生じやすくなる。このため、結露の発生は、断熱性能が低下する要因となっていた。特に、熱処理炉に一般的に用いられるような高性能断熱材（ロスリム（登録商標）ボード等）は、親水性が高く、その問題が生じやすい。

一方で、特許文献１のような従来の断熱材構造では、断熱材と外壁との間の結露については、特に考慮されていなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、断熱材と外壁との間で結露が生じても、断熱材の断熱性能を低下させないことを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理炉であって、炉壁が外壁と断熱材ユニットで構成され、前記断熱材ユニットは、断熱材から成る基材層と、前記基材層の少なくとも１面を覆う耐水性樹脂フィルムとを備え、前記断熱材ユニットは、前記耐水性樹脂フィルムが前記外壁の内面に対向するように配置されていることを特徴とする。

本発明に係る熱処理炉は、断熱材と外壁との間に耐水性樹脂フィルムが存在するため、断熱材と外壁との間で結露が生じたとしても、発生した水滴は耐水性樹脂フィルムに遮られて、断熱材には到達しない。

別の観点による本発明は、熱処理炉用の断熱材ユニットであって、断熱材から成る基材層と、前記基材層の少なくとも１面を覆う耐水性樹脂フィルムを備えていることを特徴とする。

別の観点による本発明は、熱処理炉内の雰囲気を攪拌する攪拌ファンであって、前記攪拌ファンの回転軸が断熱材ユニットを貫通し、前記断熱材ユニットは、断熱材から成る基材層と、前記基材層の少なくとも１面を覆う耐水性樹脂フィルムとを備え、前記熱処理炉に取り付けた際に、前記耐水性樹脂フィルムが前記熱処理炉の外壁の内面に対向するように前記断熱材ユニットが設けられていることを特徴とする。

別の観点による本発明は、炉壁が外壁と断熱材で構成された、ワークの熱処理を行う熱処理炉の築炉方法であって、上記の断熱材ユニットを複数準備し、前記耐水性樹脂フィルムが前記外壁の内面に対向するように各断熱材ユニットを配置することを特徴とする。

本発明によれば、断熱材と外壁との間で結露が生じたとしても、発生した水滴は耐水性樹脂フィルムに遮られるため、断熱材には到達しない。即ち、断熱材の吸湿を防ぐことができる。これにより、断熱材の変形や劣化を抑制することが可能となり、断熱性能の低下を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る熱処理炉の概略構成を示す平面図である。 図１中のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係る断熱材ユニットの概略構成を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係る断熱材ユニットの概略構成を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係る断熱材ユニットの概略構成を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係る断熱材ユニットの概略構成を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係る断熱材ユニットの概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る断熱材ユニットを攪拌ファンに適用した場合の熱処理炉を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る熱処理炉について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の熱処理炉は、浸炭処理に係る一連の熱処理を行う連続式熱処理炉である。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１に示すように、本実施形態に係る熱処理炉１は、平面視において方形状の外形を有している。その熱処理炉１の四隅のうちの一隅の炉床には、ワークＷを搬入する搬入口２が形成されている。図１，図２に示すように、熱処理炉内の中央部には、一方の側壁から他方の側壁に向かって延びるようにして耐熱レンガ３が配置されている。耐熱レンガ３は、炉床及び天井部に接するように設けられている。搬入口２から搬入されたワークＷは、その耐熱レンガ３の周囲に沿って搬送される。ワーク搬送方向Ｔの下流にある熱処理炉１の側壁部には、ワークＷを搬出する搬出口４が形成されている。

熱処理炉１の炉壁５は、鉄皮等から成る外壁６と、外壁６の内面に設けられた断熱材ユニット７で構成されている。炉壁５の側面及び底面の各断熱材ユニット７は、互いの隙間を埋めるように敷き詰められることで固定されている。一方、炉壁５の天井部においては、外壁６の内面に、外壁６を貫通するようにしてピン８が設けられている。ピン８は、中心軸が外壁６に対して垂直となるようにして、外壁６の外側において外周溶接されて固定されている。天井部の断熱材ユニット７は、ピン径と同程度の開口を有している。また、天井部には、セラミックス等から成るプレート９が設けられ、ピン８により天井面に固定されている。天井部の断熱材ユニット７は、そのプレート９により自重を支えられることで固定されている。

また、熱処理炉１には、炉内雰囲気を攪拌する攪拌ファン１０が複数設けられている。炉内に位置する攪拌ファン１０の羽根部１０ａには、回転軸１１が接続されている。回転軸１１は、プレート９及び炉壁５を貫通して炉外の駆動源（不図示）に接続されている。

また、攪拌ファン１０は、複数設けられている。各攪拌ファン１０の間には、昇降式の仕切扉１２（図２には不図示）が設けられている。即ち、仕切扉１２が閉じた状態においては、仕切扉１２、炉壁５、耐熱レンガ３により密閉空間が形成される。そして、その密閉空間において所望の熱処理（昇温、浸炭、拡散、焼入れ等）を順次行うことで、ワークＷに浸炭処理に係る一連の熱処理が施される。

図３に示すように、本実施形態に係る断熱材ユニット７は、断熱材から成る基材層７ａを備えている。基材層７ａの断熱材は、直方体や立方体のように平面視における形状が方形となる形状となっている。なお、基材層７ａの断熱材は、ロスリム（登録商標）ボード等のいわゆる高性能断熱材（例えば耐熱温度が８００℃以上で、熱伝導率が０．０５W/m・K以下のもの）を採用することが好ましい。

また、６面ある基材層７ａの１面には、耐水性樹脂フィルム７ｂが取り付けられている。耐水性樹脂フィルム７ｂの基材層７ａへの取り付け方法は、熱処理炉１の築炉中や使用中に、耐水性樹脂フィルム７ｂがずれて基材層７ａが露出することがないような取り付け方法であれば良い。例えば、耐熱性接着剤を用いて、耐水性樹脂フィルム７ｂが基材層７ａに取り付けられる。

なお、耐水性樹脂フィルム７ｂとは、水分を透過させない材料で形成されている。「耐水性樹脂フィルム」としては、例えば、ポリエチレンを含有する合成樹脂フィルムがある。また、ポリエチレンを含有する樹脂フィルムの場合、ポリエチレンを９９％以上含有していることが好ましい。また、耐水性樹脂フィルムの厚さは０．０５ｍｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましい。好ましくは０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である。

以上の通り、本実施形態に係る断熱材ユニット７は、基材層７ａと耐水性樹脂フィルム７ｂで構成されている。そして、図１，図２に示すように、断熱材ユニット７は、耐水性樹脂フィルム７ｂが炉壁５の外壁内面に対向するように配置される。複数の断熱材ユニット７がこのような配置方法で外壁内面全体に敷き詰められることにより、熱処理炉１の炉壁５が構成される。

このため、炉壁５を構成する断熱材ユニット７の基材層７ａと外壁６との間には、耐水性樹脂フィルム７ｂが存在することになる。これにより、炉内雰囲気と炉外雰囲気の温度差や湿度差の影響により外壁内面に結露が発生しても、発生した水滴は、耐水性樹脂フィルム７ｂに遮られ、基材層７ａには到達しない。

即ち、本実施形態に係る断熱材ユニット７によれば、基材層７ａと外壁６との間に結露が発生したとしても、耐水性樹脂フィルム７ｂがあることによって、基材層７ａを構成する断熱材は発生した水滴を吸収しない。これにより、断熱材の吸湿に伴う変形や劣化を防ぐことができ、断熱性能の低下を防ぐことが可能となる。

なお、熱処理中の炉内は、例えば８５０℃以上の温度となるが、基材層７ａの断熱効果により、基材層７ａと外壁６の間の温度は、耐水性樹脂フィルム７ｂが溶けるほどの温度にはなっていない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、断熱材ユニット７の構成として、基材層７ａの１面に耐水性樹脂フィルム７ｂを取り付ける構成としたが、図４に示すように、基材層７ａの全面を耐水性樹脂フィルム７ｂで覆う構成としても良い。この場合、耐水性樹脂フィルム７ｂで包んだ断熱材を加熱炉に入れ、２００℃程度の温度を保持することで耐水性樹脂フィルム７ｂが熱収縮する。これにより、耐水性樹脂フィルム７ｂが基材層７ａを構成する断熱材に固定される。

耐水性樹脂フィルム７ｂ同士の摩擦力は小さいため、耐水性樹脂フィルム７ｂで基材層７ａの全面を覆う場合には、断熱材ユニット７を炉内に並べて配置する際に、隣り合う断熱材ユニット７同士の摩擦が小さくなる。これにより、築炉段階における断熱材ユニット７の外壁６への取り付けが容易となる。その結果、築炉にかかる時間を短縮することが可能となる。また、基材層７ａの全面が耐水性樹脂フィルム７ｂで覆われていることから、断熱材ユニット７の作製後から築炉するまでの間の断熱材ユニット７の保管時において、断熱材の吸湿を防ぐことが可能となる。なお、基材層７ａの全面を耐水性樹脂フィルム７ｂで覆う場合、耐水性樹脂フィルム７ｂは、炉内の熱処理時の熱によって、外壁６に対向する面を除いて溶けてしまう。そのため、築炉の際には、耐水性樹脂フィルム７ｂで覆われた断熱材ユニット７を積み上げて炉壁を構成した後に、炉内側に面しているフィルムを除去することが好ましい。

また、上記実施形態では、基材層７ａを１つの断熱材で構成することとしたが、例えば、図５に示すように、基材層７ａを複数の断熱材で構成することとしても良い。この場合、耐水性樹脂フィルム７ｂで基材層７ａの全面を覆うことが好ましい。

熱処理炉においては、断熱材を複層構造とすることが一般的であり、築炉段階では、断熱材を１枚ずつ外壁６に取り付けており、炉の完成までに時間がかかっていた。しかしながら、図５に示すように、例えば３枚の断熱材が耐水性樹脂フィルム７ｂで覆われた断熱材ユニット７であれば、断熱材の運搬や取り付けを３枚まとめて行うことができる。これにより、築炉に費やす時間を大幅に短縮することが可能となる。

一方で、熱処理中の炉内の温度は８５０℃以上となるため、断熱材ユニット７の耐水性樹脂フィルム７ｂは、外壁６に対向する面を除いて溶けてしまうおそれがある。この場合、基材層７ａの各断熱材が耐水性樹脂フィルム７ｂで包まれていない状態となるため、各断熱材の位置が拘束されていない状態となる。このため、熱処理炉１の側壁に取り付けられた断熱材ユニット７は、振動等により、断熱材が炉内側に脱落することも懸念される。

そこで、断熱材ユニット７としては、図６に示すように、基材層７ａの全面を繊維状断熱材７ｃで覆い、その繊維状断熱材７ｃの全面を耐水性樹脂フィルム７ｂで覆うことが更に好ましい。繊維状断熱材７ｃは、炉内温度によって溶解しない材料で形成されている。このため、炉内温度の上昇により耐水性樹脂フィルム７ｂが溶けたとしても、側壁にある断熱材ユニット７の基材層７ａは、繊維状断熱材７ｃで包まれており、基材層７ａの各断熱材の位置は拘束された状態にある。即ち、各断熱材の脱落を防ぐことが可能となる。

また、繊維状断熱材７ｃで基材層７ａの全面を覆うことにより、複数の断熱材を束ねる力が強くなる。これにより、築炉段階における断熱材ユニット７の運搬や取り付け時に、断熱材ユニット７の形状を崩れ難くすることも可能となる。

また、断熱材ユニット７を構成する複数の断熱材は、設計上、同一の寸法であったとしても、製品誤差により完全な同一形状とはならない。このため、炉壁を構成するために複数の断熱材ユニット７を使用すると、累積誤差により、断熱材ユニット間に隙間が生じることがある。このような場合、断熱材ユニット７の構成として繊維状断熱材７ｃを設けておくと、伸縮性を有する繊維状断熱材７ｃにより、断熱材ユニット間の隙間を埋めることができる。これにより、炉壁の断熱性を向上させることができる。なお、「繊維状断熱材」としては、例えば、ガラス繊維から成るブランケットがある。

また、図６に示す断熱材ユニット７は、基材層７ａ、繊維状断熱材７ｃ、耐水性樹脂フィルム７ｂの順に構成されているが、耐水性樹脂フィルム７ｂと繊維状断熱材７ｃの順序は入れ替えても良い。即ち、基材層７ａを耐水性樹脂フィルム７ｂで覆い、その上に更に繊維状断熱材７ｃを覆う構成としても良い。この場合であっても、各断熱材の脱落を防ぐ効果を得ることは可能である。

ただし、繊維状断熱材７ｃで耐水性樹脂フィルム７ｂを覆うように構成する場合、繊維状断熱材７ｃを基材層７ａに固定する際に、エアタッカー等を用いることが必要となる。この場合、基材層７ａを構成する断熱材を傷つけることになり、断熱材本来の断熱性能や耐久性能を発揮できないおそれがある。したがって、断熱材ユニット７としての機能を十分に発揮させ、築炉性を向上させるためには、図６に示す構成とすることが好ましい。

また、本願発明に係る断熱材の吸湿を防ぐという効果を得るためには、断熱材ユニット７の外壁６に対向する面に耐水性樹脂フィルム７ｂが設けられていれば良い。このため、繊維状断熱材７ｃで基材層７ａの全面を覆う場合には、図７に示すように繊維状断熱材７ｃの１面にのみ耐水性樹脂フィルム７ｂを設けることとしても良い。

なお、熱処理炉１の天井部の断熱材ユニット７は、プレート９により支持されており、炉床部にある断熱材ユニット７は、炉床の外壁６によって支持されている。このため、天井部用の断熱材ユニット７及び炉床部用の断熱材ユニット７に関しては、繊維状断熱材７ｃを用いなくても、外壁６から断熱材が剥がれる等の問題は生じない。したがって、例えば、炉床部用の断熱材ユニット７は繊維状断熱材７ｃを設けない構成とし、側壁用の断熱材ユニット７は繊維状断熱材７ｃを設ける構成として、異なる種類の断熱材ユニット７を組み合わせて、築炉することも可能である。

また、図８に示すように、本願発明に係る攪拌ファン１０の回転軸１１が断熱材ユニット７を貫通し、断熱材ユニット７が、攪拌ファン１０の回転軸１１を覆うように設けても良い。断熱材ユニット７を攪拌ファン１０に適用する場合には、基材層７ａを円柱状に形成し、外壁６に対向する面を耐水性樹脂フィルム７ｂで覆えば良い。これにより、基材層７ａの吸湿を防ぐことができる。また、断熱材ユニット７を攪拌ファン１０に適用する場合には、前述のように、基材層７ａの全面を耐水性樹脂フィルム７ｂで覆うことや、基材層７ａを複層化すること、繊維状断熱材７ｃを設けることも可能である。

また、上記実施形態では、断熱材ユニット７を連続式の浸炭処理炉に適用することとしたが、バッチ式の熱処理炉に適用しても良い。また、熱処理炉は、浸炭処理用のものに限定されない。

本発明は、ワークの浸炭処理等を行う熱処理炉に適用することができる。

１ 熱処理炉
２ 搬入口
３ 耐熱レンガ
４ 搬出口
５ 炉壁
６ 外壁
７ 断熱材ユニット
７ａ 基材層
７ｂ 耐水性樹脂フィルム
７ｃ 繊維状断熱材
８ ピン
９ プレート
１０ 攪拌ファン
１０ａ 羽根部
１１ 回転軸
１２ 仕切扉
Ｔ ワーク搬送方向
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. ワークの熱処理を行う熱処理炉であって、
   炉壁が外壁と断熱材ユニットで構成され、
   前記断熱材ユニットは、
   断熱材から成る基材層と、
   前記基材層の少なくとも１面を覆う耐水性樹脂フィルムとを備え、
   前記断熱材ユニットは、前記耐水性樹脂フィルムが前記外壁の内面に対向するように配置されている、熱処理炉。
2. 断熱材から成る基材層と、
   前記基材層の少なくとも１面を覆う耐水性樹脂フィルムとを備えた、熱処理炉用の断熱材ユニット。
3. 前記基材層の全面が前記耐水性樹脂フィルムで覆われている、請求項２に記載の熱処理炉用の断熱材ユニット。
4. 前記基材層は、複数の断熱材で構成されている、請求項２又は３に記載の熱処理炉用の断熱材ユニット。
5. 前記基材層の全面を覆う繊維状断熱材を更に備えた、請求項２〜４のいずれか一項に記載の熱処理炉用の断熱材ユニット。
6. 前記繊維状断熱材の全面が前記耐水性樹脂フィルムで覆われている、請求項５に記載の熱処理炉用の断熱材ユニット。
7. 熱処理炉内の雰囲気を攪拌する攪拌ファンであって、
   前記攪拌ファンの回転軸が断熱材ユニットを貫通し、
   前記断熱材ユニットは、
   断熱材から成る基材層と、
   前記基材層の少なくとも１面を覆う耐水性樹脂フィルムとを備え、
   前記熱処理炉に取り付けた際に、前記耐水性樹脂フィルムが前記熱処理炉の外壁の内面に対向するように前記断熱材ユニットが設けられている、攪拌ファン。
8. 炉壁が外壁と断熱材で構成された、ワークの熱処理を行う熱処理炉の築炉方法であって、
   請求項２〜６のいずれか一項に記載の断熱材ユニットを複数準備し、
   前記耐水性樹脂フィルムが前記外壁の内面に対向するように各断熱材ユニットを配置する、熱処理炉の築炉方法。
   

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