JP5093441B2 - 炉内雰囲気ガスの封止装置を備えた加熱炉 - Google Patents

Description

本発明は、金属製品、特に難還元金属材料を含む金属製品を連続して焼結、ろう付け等の熱処理を行う加熱炉内の雰囲気ガスの封止装置を備えた加熱炉に関するものである。

なお、本文では、被加熱処理品（製品）の移動方向において基端側を上流側（又は搬入側）、先端側を下流側（又は搬出側）として表現する。

ステンレス鋼をはじめとして、金属製品を熱処理するときには、製品を酸化することなく還元雰囲気で行うことは広く知られている。このため、還元性ガスである水素（Ｈ₂）ガスを雰囲気とする加熱炉が多用されている。この種の加熱炉は、雰囲気である水素ガスが空気と比べて非常に軽く、空気の侵入による爆発を防ぐため、加熱炉の構造に種々の工夫が施されている。

例えば、加熱炉の搬入口側に加熱炉に向かって徐々に高くなるように傾斜したトンネル形の搬入装置を、また搬出口には加熱炉から離れるに従って徐々に低くなるように傾斜したトンネル形の搬出装置をそれぞれ連設し、これら搬入装置、搬出装置の中には不活性ガス例えば窒素ガスを満たしておくことにより、前記加熱炉内の水素ガスをガスシールするように構成されたいわゆるハンプ型加熱炉が知られている。

しかし、このハンプ型加熱炉は、被加熱処理品（製品）が傾斜した面を上り進んで加熱炉に装入され、そして熱処理された被加熱処理品が斜面を下って外部へ搬出されるため、被加熱処理品が不安定な形状や長尺である場合には、上記傾斜面での転落や滑り等が生じ易く、処理が困難となったり不可能となるという問題があり、しかも上記搬入装置及び搬出装置の勾配を確保するために装置全体が必然的に長大になるという欠点もあった。

また、加熱炉の前後にある搬入装置、搬出装置を前記のように傾斜させずに加熱炉と同じ高さにされた水平構造のものも提案されているが、この搬入装置及び搬出装置が水平構造の加熱炉は、構造的にその出入り口から炉外に漏出した分の水素ガスを常に補給する必要があり、使用される水素ガスの量が多くなり、しかも漏出する水素ガスの安全策として、上記出入り口にフレームカーテンを設けて、漏洩した水素ガスを燃焼させる手段が採用されているため、被加熱処理品（製品）が該フレームカーテンを形成するバーナー等の熱の影響を受け易いという問題及び燃焼で生じた水分が搬送ベルトに付着し炉内に持ち運ばれ炉中の露点を上昇させてしまうという問題等があった。

本発明は、前記したような諸問題を一挙に解決することができる新規の加熱炉の雰囲気ガス封止装置を備えた加熱炉を提供するものである。

前記目的を達成するため、本発明の加熱炉の雰囲気ガス封止方法は、上方が仕切部により区画され下方が連通するようにされた上流側室と下流側室とから構成される封止用ガス槽を加熱炉への搬入通路又は搬出通路と連結し、上記封止用ガス内には加熱炉の雰囲気ガスよりも重い封止用ガスを該封止用ガスの上面が仕切部の下端よりも常に上になるように供給し、被加熱処理品をまず上流側室内から上記仕切部下端より下側を通過させて下流側室内に入るようにして、封止用ガス槽内を通過させたのち、搬入通路から炉内に搬入させ、また加熱処理後の被加熱処理品は搬出通路を経て上記と同様にして封止用ガス槽内を通過させたのち、炉外に搬出させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る加熱炉の雰囲気ガス封止装置および該装置を備えた加熱炉は、上方が仕切部により区画され下方が連通するようにされた上流側室と下流側室とから構成された封止用ガス槽を加熱炉への搬入通路又は搬出通路と連結し、被加熱処理品をまず上流側室内から上記仕切部下端より下側を通過させて下流側室内に入るようにして、封止用ガス槽内を通過させたのち、搬入通路から炉内に搬入し、又は加熱炉での加熱処理後の被加熱処理品を搬出通路を経て上記と同様にして封止用ガス槽内を通過させたのち炉外に搬出させるようにした被加熱処理品の搬送装置を備え、上記封止用ガス槽内には炉内雰囲気ガスより重い又は炉内雰囲気ガスよりも重くかつ外気よりも重い封止用ガスを該封止用ガスの上面が上記仕切部の下端よりも常に上側となる状態に収容して加熱炉内の雰囲気ガスを封止するように構成されたことを特徴とする。

そして、この加熱炉では、前記した雰囲気ガス封止装置を加熱炉への搬入側と搬出側の両方に配置し、これら両方の雰囲気ガス封止装置における封止用ガス槽どうしを連通管路で連結することにより両槽内の封止用ガスを連通状態にしたり、また使用する封止用ガスはＡｒガス又はＣＯ₂とし、かつこのＡｒガス又はＣＯ₂は炉内雰囲気ガスよりもより重くかつ外気よりもよりも重くする（即ち密度を高くする）ように冷却するようにしてもよい。

本発明によれば、加熱炉内の雰囲気ガスは、封止用ガス槽内に収容された炉内雰囲気ガスより重く（即ち密度の高い）かつかつ外気よりも重い封止用ガスによって封止されているので、炉内雰囲気ガスが加熱炉外に漏出することが少なく、しかも外部空気が封止用ガス槽内に侵入したり封止用ガスが大気中に放散することも少なく、炉内雰囲気ガスの補給量（使用量）を減らすことができ、バーナー等を利用するフレームカーテンを設けずに実施でき、バーナー等の燃焼に必要なエネルギーの節約ができるのみならず、該燃焼のよる熱の影響を被加熱処理品（製品）が受ける問題も解消できる。

しかも、被加熱処理品（製品）は、上記封止用ガス槽内を通過させて炉内へ送られるので、該被加熱処理品（製品）に付着していた酸素および油分等を加熱炉内に移動する前に予め洗浄できる等の副次的な効果がある。

さらに、この封止用ガス槽は、加熱炉の移動床より下方に設けてあるから、たとえば図３に示すように、加熱炉の複数台を水平に並べて使用する場合には好都合である。

また、被加熱処理品の炉内又は炉外への搬送装置には傾斜した移動部分を設ける必要がないので、装置全体の小型化が可能となり、被加熱処理品が不安定な形や長尺ものである場合の処理が困難となったり不可能となるというような問題を回避できる。

図１は、本発明の一実施例を示す概略側面図であり、５は雰囲気加熱炉で、この加熱炉５の前側（上流側）には、上方が天井面から垂設固定された板状の仕切部１により前後に区画され下方が連通するように形成された上流側室２と下流側室３とから構成された封止用ガス槽４が配置され、該封止用ガス槽４の下流側室３上方は加熱炉５への予熱室兼搬入通路６に連通連結されている。

７は被加熱処理品８を搬送するためのローラ、９は上記封止用ガス槽４の上流側室２及び下流側室３内にそれぞれ設置された昇降装置であり、図ではこの昇降装置９は例えばシリンダ駆動により上下に伸縮可能なパンタグラフ状に構成されている例を示しているが、シリンダ駆動によって単に載置テーブルが上下動するように構成することもできる。

しかして、被加熱処理品８が搬入口１０から駆動装置（図示せず）によりローラ７に載って封止用ガス槽４の上流側室２上方に来ると、昇降装置９ａに受け渡され、昇降装置９ａ上の被加熱処理品８は該昇降装置９ａと共に降下して封止用ガス槽４の槽底に配置された他のローラ７上に移され、該ローラ７上の処理品８は槽４底から離間している上記仕切部１下端の下側を通過して下流側室３内に入り、次に処理品８は下流側室３内の昇降装置９ｂ上に移されて上昇し、加熱炉５に通じる予熱室兼搬入通路６に設置されたローラ７上に移されて、該搬入通路６から加熱炉５内に搬入され、加熱処理が行われる。

また、加熱炉５の（後側）にも、前記と同様の構成の封止用ガス槽４が配置されており、加熱処理後の処理品８は加熱炉５につながる徐冷室兼搬出通路１１を経て、封止用ガス槽４内の上流側室２から仕切部１下端下側を通過して下流側室３内に入り、昇降装置９ｂにより上昇して搬出ローラ７により搬出口１２から外部に搬出される。

加熱炉５の前後の上記両封止用ガス槽４内には、加熱炉５の炉内雰囲気ガスより重く（即ち密度の高い）、かつ外気よりも重い封止用ガス１３が収容され、少なくともそのガス１３上面が前記仕切部１下端よりも常に上となるように供給されている。

加熱炉５内の雰囲気は、熱処理の目的によって異なるが、炉内雰囲気ガスとしては、通常Ｈ₂、Ｎ₂、Ａｒ蒸気、ＣＯ₂またはＣＯガスの一種類又はその混合ガスが使用されるので、封止用ガス１３としてはこれらよりも重いＡｒガス又はＣＯ₂ガスが使用される。

また、封止用ガス１３としてのＡｒガス、ＣＯ₂ガスは、外気よりも重くするために、必要により封止用ガス槽４の外周に冷却水による冷却パイプ１４を巻装して冷却するようにしてもよく、これにより外気が封止用ガス槽４を介して加熱炉５内に絶対入らないようにすることができる。

なお、加熱炉５は、鋼製の外殻５ａ内側の断熱材５ｂにより囲まれた長尺なトンネル状の加熱室５ｃが形成され、加熱室５ｃ内にはその上側に設けられた送入口１７からＨ₂ガスやＮ₂ガス等の炉内雰囲気ガスが充填される。また、前記仕切部１は加熱炉５への搬入通路６及び搬出通路１１の天井面と同一高さ位置から各封止用ガス槽４内に吊下固定することができるから、図１に示すように加熱炉５の移動床の下側に位置させることができるので、結果として後述する第３実施例（図３参照）のように加熱炉３０〜３２を複数台並べて使用するようなときには、これら加熱炉３０〜３２の移動床を同一の平面にして構築することができる。

さらに、前記両封止用ガス槽４内には、その側壁の下方に設けられた送入口１５からＡｒガスやＣＯ₂ガス等の封止用ガス１３が供給され、該封止用ガス１３は同壁の上方に設けられた溢出口１６からオーバーフローされるようにする。

なお、図４に一例として示すように、上記溢出口１６には雰囲気ガス排出用ダンバー１８と封止用ガス溢出用ダンパー１９を設けて、雰囲気ガス排出口１６ａと封止用ガス排出口１６ｂは該溢出口１６から共に排出されるように同一個所に設け、該両排ガスを調整して雰囲気ガスを封止用ガスで薄めて排出することが望ましい。

また、上記溢出口１６の高さは仕切部１の下端より常に上側となるようにし、かつ封止用ガス槽４内において雰囲気ガスのレベルと封止用ガスのレベルの中間に位置するように設置する。これにより、封止用ガス１３は炉５内の雰囲気ガスを薄めて漏出することとなるから、フレームカーテンの構成もそのバーナー等を不要にでき、前記熱等の影響による問題を解決できる。

なお、前記被加熱処理品８の搬送装置として、図ではローラーコンベア７が使用されているが、該ローラーコンベア７の構造や駆動機構は本発明の要点ではないので、その詳細な説明はここでは省略する。

前記被加熱処理品８は、前記のように封止用ガス槽４ａ内のＡｒガスやＣＯ₂ガス等の封止用ガス１３と接触した後に加熱炉５内に送られるようになっているので、これにより被加熱処理品８に付着していた酸素や油分等が洗われるから、副次的な効果として該被加熱処理品８には良好な加熱処理が施される。

なお、上記実施例にあって、炉内雰囲気ガスをＨ₂とし、封止用ガスをＡｒガスとした場合、炉内雰囲気ガスの温度を１１２０℃としたときのＨ₂ガスの密度は０．０２ｋｇ/ｍ³であり、封止用ガス槽４の温度を３０℃としたときの封止用Ａｒガスの密度は１．５７ｋｇ/ｍ³であり、炉内雰囲気ガスの圧力は１０Ｐａ程度とするから、炉内雰囲気ガス(Ｈ₂)はそれより重い封止用ガス（Ａｒガス）によって封止（シール）されることとなる。

図２は、第２実施例を示す概略側面図であり、図２から明らかなように、前記実施例と異なり、加熱炉５内の被加熱処理品８の搬送装置として駆動ローラ２１により駆動されるメッシュベルトコンベア２０を採用しており、また加熱炉５への上流側（搬入側）のガス封止槽４ａと下流側（搬出側）のガス封止槽４ｂとは連通管路２２により連結し、該連通管路２２の途中に封止用ガス１３の供給口２３を設けて、該供給口２３から加熱炉５前後のガス封止槽４ａ、４ｂに封止用ガス１３を同時供給できるようになっている。

また、図２では、ガス封止槽４ａ、４ｂ内には、図１とは異なり、封止用ガス１３中に浸漬させるために被加熱処理品８を昇降させる昇降装置９を各槽４ａ、４ｂ内に１台づつ設置し、図１のように上流側室２と下流側室３のそれぞれに昇降装置９を設けてはいない。この図２の場合には、昇降装置９は上下動だけでなく、前後移動も可能として、被加熱処理品８を上流側室２の上方で受け取って下降し、そのまま仕切部１下側を通過して下流側室３内に入り、下流側室３内で上昇してコンベア２０上に載置することができるように構成されている。

なお、図２では、図１と同じ部位には同一の符号を付してあるので、その詳細な説明は省略する。

この第２実施例によれば、ガス封止槽４ａ、４ｂ内に供給する封止用ガス１３のコントロール装置等の簡略化、装置全体の低コスト化等が可能となる。

図３は、第３実施例示す概略側面図であり、図３から明らかなように、酸化性雰囲気の脱脂炉３０、Ｈ₂雰囲気による脱炭炉３１及びＡｒガス雰囲気の焼結炉３２を、前記したガス封止槽４を介してそれぞれ連結し、各ガス封止槽４内に供給する封止用ガス１３としては、最も重いＣＯ₂ガスを入れ、これにより各炉内雰囲気が外部に漏出したり、外部から炉内に他のガスが混入することが少なく、脱脂工程、脱炭工程、焼結工程を連続で行い得るようにしてある。

この第３実施例によれば、同一構成の前記したガス封止槽４を使用することができるので、装置全体のコンパクト化、低コスト化が可能となる。

本発明の第１実施例示す概念側面図である。 同じく第２実施例示す概念側面図である。 同じく第３実施例示す概念側面図である。 封止用ガス槽に設けたガス溢出口の拡大断面説明図である。

符号の説明

１−仕切部
２−上流側室
３−下流側室
４−封止用ガス槽
５−加熱炉
６−（予熱室兼）搬入通路６
７−ローラコンベア
８−被加熱処理品
９−昇降装置
１０−搬入口
１１−（徐冷室兼）搬出通路
１２−搬出口
１３−封止用ガス
１４−冷却パイプ
１５−封止用ガス送入口
１６−ガス溢出口
１７−雰囲気ガス送入口
１８−ダンパー
１９−ダンパー
２０−ベルトコンベア
２１−駆動用ローラ
２２−封止用ガスの連通通路
２３−封止用ガス供給口
３０−脱脂炉
３１−脱炭炉
３２−焼結炉

Claims (1)

1. 上方が仕切部により区画され下方が連通するようにされた上流側室と下流側室とから構成された封止用ガス槽を被加熱処理品の加熱炉への搬入通路下側及び加熱炉からの搬出通路下側にそれぞれ連結配置し、
   上記両封止用ガス槽を形成する上流側室及び下流側室内には、被加熱処理品が上流側室内から上記仕切部下端の下側を通過して下流側室内に入るよう構成されたシリンダ駆動によるパンタグラフ型の昇降装置が設けられ、
   上記両封止用ガス槽どうしは連通管路で連結して両槽内の封止用ガスを連通状態にしてなり、
   両封止用ガス槽内には、炉内雰囲気ガスよりも重くかつ外気よりも重いＡｒガス又はＣＯ _２ ガスよりなる封止用ガスを該封止用ガスの上面が常に上記仕切部下端よりも上側となるように収容してなり、
   また、封止用ガスがオーバーフローする両封止用ガス槽の槽壁上方の溢出口内側には、雰囲気ガス排出用ダンパーと封止用ガス溢出用ダンパーを設けて、封止用ガスと雰囲気ガスが共に該溢出口から排出されるよう構成され、
   さらに、両封止用ガス槽の外周には冷却パイプを巻装してなることを特徴とする炉内雰囲気ガスの封止装置を備えた加熱炉。

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