JP3845841B2 - 連続熱処理炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼や金属部品等に所定の雰囲気下で浸炭や焼鈍等の熱処理を行うために用いられる連続熱処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱処理炉としては、浸炭を専門に行うための連続浸炭炉、焼鈍を専門に行うための連続焼鈍炉等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
連続浸炭炉および連続焼鈍炉を個別に設置するためには広いスペースを必要とし、また、設備費が高価につく。さらに、これらの処理を比較的小さなロットで流す必要のある場合は向かない。
【０００４】
この発明の目的は、１つの炉で、浸炭および焼鈍の熱処理作業に対応することができて便利であり、設備費が安価に済む連続熱処理炉および熱処理方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明による連続熱処理炉は、一端に入口を、他端に出口をそれぞれ有し、入口から出口にかけて複数の処理ゾーンが順次連なるように設けられている炉本体と、各処理ゾーンをワークが所定時間かけて通過させられるようにワークを搬送する搬送手段と、各処理ゾーンを個別に温度制御する熱手段と、所定の処理ゾーンに雰囲気ガスを供給する供給手段と、処理ゾーン間に選択的に設けられている複数の仕切扉とを備えており、連接された各処理ゾーン間の境界を通過してワークが各処理ゾーン内へ順次搬送される連続熱処理炉であって、浸炭または焼鈍の何れかを選択的に行うことができるように、浸炭時は浸炭用特定ゾーンとなる領域内の浸炭ゾーンに設けられ、焼鈍時は均熱ゾーンが徐冷ゾーンと仕切可能なように設けられた仕切扉と、焼鈍時は焼鈍用特定ゾーンとなる領域外の徐冷ゾーン内に設けられ、浸炭時は降温ゾーンとなる領域に設けられた強制冷却手段と、焼鈍時は焼鈍用特定ゾーンとなる領域外の徐冷ゾーンに設けられ、浸炭時は拡散ゾーンが降温ゾーンと仕切可能なように設けられた仕切扉とを有していることを特徴とするものである。
【０００６】
この発明による連続熱処理炉では、熱処理の種類を、浸炭および焼鈍に特化し、これら双方の熱処理を１つの炉によって、極めて簡単に切り替えて行うことができる。
【０００７】
また、炉本体に、複数ずつの雰囲気ガス給気口および排気口が炉長さ方向に設けられており、これらの給気口および排気口の開閉が、熱処理の種類に対応して、個別に選択可能であると、熱処理の種類によって適切な給気口および排気口を選択することにより、熱処理を効率良く行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照してつぎに説明する。
【０００９】
以下の説明において、前後とは、図１を基準として、その左側を前、これと反対側を後といい、左右とは、前方から見て、その左右の側を左右というものとする。
【００１０】
図１を参照すると、熱処理炉は、前後方向にのびた水平筒状炉本体11を有している。炉本体11の前端には入口12が、その後端には出口13がそれぞれ設けられている。
【００１１】
入口12には入口側ベスチブル14を介して入口パージ室15が接続されている。出口13には油槽16が接続されている。油槽16には出口パージ室19が接続されている。
【００１２】
炉本体11内には多数の搬送ローラ21が前から後にかけて連続して並ぶように設けられるとともに、６つの第１〜第６仕切壁31〜36が前から後にかけて順次設けられている。これらの第１〜第６仕切壁31〜36により、入口12から出口13にかけて、７つの第１〜第７処理ゾーンS1〜S7に炉本体11内が区画されている。各仕切壁31〜36は、ワーク通過用連通口を有している。
【００１３】
第１〜第７処理ゾーンS1〜S7にワークが所定時間停止させられる、所謂タクト搬送されるように搬送ローラ21が間欠的に駆動されるようになっている。また、間欠駆動に代えて、ローラ21を連続的に駆動してもよい。例えば、１つのワークが仕切壁31〜36を通過するときだけ、そのワークを載置したローラ21だけを高速送りとし、それ以外のローラ21は低速送りとする。
【００１４】
入口12には入口扉41が、出口13には出口扉42がそれぞれ設けられている。第１仕切壁31に第１仕切扉51が、第３仕切壁33に第２仕切扉52が、第５仕切壁35に第３仕切扉53が、第６仕切壁36に第４仕切扉54がそれぞれ設けられている。入口扉41、出口扉42、第２仕切扉52および第３仕切扉53は、垂直状態で昇降させられることにより、開閉動作させられ、第１仕切扉51および第４仕切扉54は、垂直線に対し傾斜させられた状態で昇降させられることにより、開閉動作させられる。
【００１５】
第１〜第４仕切扉51〜54は、流体圧シリンダ等のアクチュエータによって自動的に開閉される。また、第１〜第４仕切扉51〜54には、必要に応じて、小さい連通口が設けられており、これを通じて、排気の流れや同圧化が可能となっている。
【００１６】
図２を参照すると、第１〜第７処理ゾーンS1〜S7にそれぞれ連通させられるように第１〜第７給気口61〜67が炉本体11に設けられている。一方、炉本体11には５つの第１〜第５排気口71〜75が設けられているが、第１排気口71は入口側ベスチブル14に、第２排気口72は第３処理ゾーンS3に、第３排気口73は第４処理ゾーンS4に、第４排気口74は第５処理ゾーンS5に、第５排気口75は油槽16にそれぞれ連通させられている。
【００１７】
第１〜第７給気口61〜67には第１〜第７給気管81〜87の出口端がそれぞれ接続されている。第１〜第７給気管81〜87の入口端は、浸炭雰囲気ガス供給源91にそれぞれ接続されている。第２〜第４給気管の入口端近くには、第１〜第３分岐管101〜103の出口端が接続されている。第１〜第３分岐管101〜103には開閉弁111〜113がそれぞれ備えられている。第１〜第３分岐管101〜103の入口端は、合流管114を介して焼鈍雰囲気ガス源121に接続されている。
【００１８】
第１〜第５排気口71〜75には第１〜第５排気管131〜135がそれぞれ接続されている。第１〜第５排気管131〜135には開閉弁141〜145および流量制御弁151〜155がそれぞれ備えられている。第１排気管131および第５排気管135の開閉弁141、145よりも上流には第１分岐管161および第２分岐管162がそれぞれ接続されている。第１分岐管161および第２分岐管162には開閉弁171、172および圧力調整弁181、182がそれぞれ備えられている。また、入口側ベスチブル14および油槽16には圧力スイッチ191、192がそれぞれ備えられている。
【００１９】
炉本体11の適所には、図示しない加熱ヒータおよび空冷装置が備えられている。これらの装置によって、第１〜第７処理ゾーンS1〜S7は、所要温度に上昇・降下させられうるようになされている。加熱ヒータとして、例えば、ラジアントチューブを用いる場合、チューブに冷却エアーを強制的に送り込むことにより、加熱ヒータは冷却装置を兼用できる。加熱・冷却可能である他の装置を用いてもよい。
【００２０】
熱処理の例として、浸炭および焼鈍を行う場合の具体例をつぎに説明する。
【００２１】
図３は、熱処理時のヒートプロファイルを示すものである。図３中、浸炭時のワークの温度が線Ａで示され、焼鈍時のワークの温度が線Ｂで示されている。
【００２２】
浸炭の場合、第１〜第７処理ゾーンS1〜S7は、昇温１ゾーン、昇温２ゾーン、浸炭１ゾーン、浸炭２ゾーン、拡散ゾーン、降温ゾーンおよび均熱ゾーンをそれぞれ形成する。
【００２３】
浸炭時には、浸炭雰囲気ガス源91から第１〜第７給気管81〜87を通じて、第１〜第７処理ゾーンS1〜S7には、表１に示す各種類のガスが供給される。表１中、○印が供給を示す。この場合のベースガスとしては、吸熱型ガス（ＲＸガス）が用いられる。これらの複数種類の処理ガスの組合せが、１種類の浸炭雰囲気ガスを形成することになる。
【００２４】
【表１】

浸炭処理中、第１〜第４仕切扉51〜54のうち、第２仕切扉52は開放され、残りの第１、第３および第４仕切扉51、53、54は閉鎖される。第１仕切扉51により、入口扉41開放時等に浸炭ゾーン雰囲気の外乱が防止される。第３仕切扉53により、拡散ゾーンと降温ゾーンの温度干渉を防止して必要な温度勾配が確保され、かつ雰囲気ガスの干渉が防止される。第４仕切扉54により、出口扉42開放時等に拡散ゾーンを介して降温ゾーンおよび浸炭ゾーン雰囲気の外乱が防止される。
【００２５】
このようにして、浸炭処理においては、第１仕切扉51および第３仕切扉53によって区画された浸炭１ゾーン、浸炭２ゾーンおよび拡散ゾーンが浸炭用特定ゾーンに設定され、線Ａに示す所望の浸炭雰囲気と温度プロファイルを達成することができる。また、降温ゾーンでは空冷装置による強制冷却が行われる。
【００２６】
処理中の雰囲気ガスは、第１〜第５排気管131〜135から炉外に排出される。中でも、第２〜第４排気管132〜134により、浸炭１ゾーン、浸炭２ゾーンおよび拡散ゾーンの各ゾーンから雰囲気ガスが個別に排出されるようになっている。これにより、各ゾーンでの雰囲気ガスのカーボンポテンシャルが異なるが、隣接するゾーンへの雰囲気の影響を少なくすることができる。
【００２７】
つぎに、焼鈍処理を行う場合について説明する。
【００２８】
焼鈍時には、第１〜第７処理ゾーンS1〜S7は、昇温１ゾーン、昇温２ゾーン、均熱ゾーン、徐冷１ゾーン、徐冷２ゾーン、徐冷３ゾーンおよび徐冷４ゾーンをそれぞれ形成する。
【００２９】
焼鈍時には、焼鈍雰囲気ガス源121から、第１〜第３分岐管101〜103および合流管114を介して、第２〜第４給気管82〜84を通じて、昇温２ゾーン、均熱ゾーンおよび徐冷１ゾーンの３つのゾーンにだけ、窒素ガス、プロパンガスおよびエアーの３種類のガスの全てが供給される。これらの３種類の処理ガスが、１種類の焼鈍雰囲気ガスを形成する。窒素ガスは、ベースガスとして用いられる。プロパンガスは、脱炭防止のため、酸素センサの出力信号に基づく雰囲気のカーボンポテンシャル調整用として用いられる。炉内の一酸化炭素濃度を調整するために、エアーが用いられる。
【００３０】
焼鈍処理中、第１〜第４仕切扉51〜54のうち、第３仕切扉53は開放され、残りの第１、第２および第４仕切扉51、52、54は閉鎖される。第１仕切扉51は、入口扉41開放時等に均熱ゾーン雰囲気の外乱防止に有用である。第２仕切扉52により、均熱ゾーンと徐冷１ゾーンの温度勾配の確保のため熱的干渉が防止される。第４仕切扉54は、出口扉42開放時等に均熱ゾーン雰囲気の外乱を防止する。
【００３１】
以上のように、焼鈍処理において、第１仕切扉51および第２仕切扉52によって区画された均熱ゾーンが焼鈍用特定ゾーンに設定され、線Ｂに示す所望のヒートプロファイルの達成することができる。
【００３２】
焼鈍処理中は、第２〜第４排気管132〜134は、閉鎖され、第１および第５排気管131、135を介して、第１および第２分岐管161、162からのみ、雰囲気ガスが排気される。この場合、圧力センサ191、192によって、入口側ベスチブル14および油槽16内の圧力が検出され、この検出信号に基づいて、圧力調整弁181、182が自動的に開度調整（０〜１００％）される。
【００３３】
焼鈍処理において雰囲気ガスが自動的に排出されることにより、炉内に供給される無酸化雰囲気ガスは、炉内圧を維持できるだけの必要最小量であって良い。 また、炉の入口側および出口側の２か所から排出されるガスの量を個別に調整することにより、炉内雰囲気ガスの流れ方向を可変に制御できる。
【００３４】
上記において、浸炭と焼鈍を切り替え実施可能な条件を説明した。上記開示すみ内容以外にも、ゾーン構成、ゾーン長、ゾーン出力（処理温度により異なる）、加熱と冷却をどのように併設させるか等の設計的配慮が払われていることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、１つの炉で、浸炭および焼鈍の熱処理作業に対応することができて便利であり、設備費が安価に済む連続熱処理炉が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による熱処理炉の垂直縦断面図である。
【図２】 同熱処理炉の給気および排気配管経路を示す説明図である。
【図３】 同熱処理炉によって処理されるヒートプロファイルの説明図である。
【符号の説明】
11 炉本体
51〜54 仕切扉

Claims (2)

1. 一端に入口を、他端に出口をそれぞれ有し、入口から出口にかけて複数の処理ゾーンが順次連なるように設けられている炉本体と、各処理ゾーンをワークが所定時間かけて通過させられるようにワークを搬送する搬送手段と、各処理ゾーンを個別に温度制御する熱手段と、所定の処理ゾーンに雰囲気ガスを供給する供給手段と、処理ゾーン間に選択的に設けられている複数の仕切扉とを備えており、連接された各処理ゾーン間の境界を通過してワークが各処理ゾーン内へ順次搬送される連続熱処理炉であって、浸炭または焼鈍の何れかを選択的に行うことができるように、浸炭時は浸炭用特定ゾーンとなる領域内の浸炭ゾーンに設けられ、焼鈍時は均熱ゾーンが徐冷ゾーンと仕切可能なように設けられた仕切扉と、焼鈍時は焼鈍用特定ゾーンとなる領域外の徐冷ゾーン内に設けられ、浸炭時は降温ゾーンとなる領域に設けられた強制冷却手段と、焼鈍時は焼鈍用特定ゾーンとなる領域外の徐冷ゾーンに設けられ、浸炭時は拡散ゾーンが降温ゾーンと仕切可能なように設けられた仕切扉とを有していることを特徴とする連続熱処理炉。
2. 浸炭または焼鈍に応じて個別的に選択可能なように、複数ずつの雰囲気ガス吸気口および排気口が炉長さ方向に設けられている請求項１に記載の連続熱処理炉。

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