JP6713800B2 - Heat treatment furnace - Google Patents
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Description
本発明は、鋼の光輝熱処理、鋼材のろう付け等、金属製品の熱処理に使用される熱処理炉に関し、特に、予熱炉、加熱炉、冷却室を備え、予熱炉で使用した燃焼ガスバーナの排ガスを酸化防止用の炉内雰囲気ガスとして使用する熱処理炉に関する。 The present invention relates to a heat treatment furnace used for heat treatment of metal products, such as bright heat treatment of steel, brazing of steel materials, and in particular, a preheating furnace, a heating furnace, a cooling chamber, and exhaust gas of a combustion gas burner used in the preheating furnace. The present invention relates to a heat treatment furnace used as an atmospheric gas for preventing oxidation.
熱処理炉では、熱処理される部材(被熱処理物)は、加熱炉内において空気中で昇温されると、被熱処理物中に含まれている炭素成分が脱炭されたり、酸化されたり、変色したり、或いは、ろう付けで使用されるろう材、フラックスについても酸化されたりして、被熱処理物の品質に支障を及ぼす。 In a heat treatment furnace, when a member to be heat treated (heat treatment object) is heated in air in the heating furnace, carbon components contained in the heat treatment object are decarburized, oxidized, or discolored. Or the brazing material and flux used for brazing are also oxidized, which affects the quality of the heat-treated material.
その対策として、従来、炉内に窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスに水素を添加した還元性のガスを導入し、炉内雰囲気ガスとして使用したり、さらには、炉内にマッフルケースを設け、マッフルケース内に窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを単独で、又は水素を混合したガス、又は水素単独ガスを導入し、金属製のマッフル内の酸素濃度を低く抑え、その中で熱処理する技術が知られている。 As a countermeasure, conventionally, a reducing gas prepared by adding hydrogen to an inert gas such as nitrogen gas or argon gas was introduced into the furnace and used as an atmosphere gas in the furnace, and further, a muffle case was used in the furnace. Provided, nitrogen gas, inert gas such as argon gas alone, or mixed gas of hydrogen, or hydrogen alone gas is introduced into the muffle case, and the oxygen concentration in the metal muffle is suppressed to a low level. Techniques for heat treatment are known.
しかし、窒素ガスは、コストが高く、しかもロー付け等の熱処理では、接合部品表面が窒化し易く、ロー付け性能を低下させる可能性があるので、必ずしも好ましくない。 However, nitrogen gas is not always preferable because the cost is high, and the surface of the joined component is likely to be nitrided by heat treatment such as brazing, which may deteriorate the brazing performance.
アルゴンガスは、窒素ガスのような窒化の問題は生じないが、窒素ガス以上にコストが高いために、炉内を不活性ガス雰囲気に保つために使用すると、稼働コストがさらに高くなる。 Argon gas does not cause the problem of nitriding like nitrogen gas, but since it is more expensive than nitrogen gas, if it is used to keep the inside of the furnace in an inert gas atmosphere, the operating cost becomes higher.
そこで、使用済みのアルゴンガスを回収して資源の有効利用を促進する再利用技術を検討したが、ロー付け炉内で使用したアルゴンガスは、回収しても、余剰のフラックス等の不純物が混入し、再利用しても、適正な不活性雰囲気を保つことができず、ロー付け性能を低下させることとなる等の問題があった。 Therefore, we investigated a reuse technology that collects used argon gas and promotes effective utilization of resources.However, even if the argon gas used in the brazing furnace is recovered, impurities such as excess flux are mixed. However, even if reused, there is a problem that a proper inert atmosphere cannot be maintained and brazing performance is deteriorated.
本発明者等は、炉内雰囲気ガスとして使用する不活性ガスの低コスト化について、鋭意研究開発を進めてきたが、予熱炉内にガスバーナを配置してその燃焼熱を予熱の熱源として使用し、ガスバーナの燃焼によって生じる排気ガスを、炉内雰囲気ガスとして活用することに着目した。 The inventors of the present invention have made extensive efforts to reduce the cost of the inert gas used as the atmosphere gas in the furnace.However, by arranging a gas burner in the preheating furnace and using its combustion heat as a heat source for preheating. We focused on using the exhaust gas generated by the combustion of the gas burner as the atmosphere gas in the furnace.
このようにガスバーナの燃焼によって生じる排気ガスを、炉内雰囲気ガスとして活用する技術は、すでに知られている(特許文1参照)。この技術は、熱処理炉の加熱域に隣接した昇温域に、燃焼用バーナを有する発熱型ガス発生装置を配置し、原料ガス(ブタン、プロパン等)と空気を混合した混合ガスを燃焼用バーナで燃焼し、その燃焼熱で被熱処理物の予熱を行い、燃焼用バーナから排気される変成ガスを、変成ガス熱交換器で冷却、脱水し、冷凍脱水機でさらに冷却、脱水し、露点調節する構成である。この露点調節された変成ガスを、加熱域及び冷却域に送給し、低炭素鋼の無酸化処理用の炉気として使用する。 The technique of utilizing the exhaust gas generated by the combustion of the gas burner as the atmosphere gas in the furnace is already known (see Patent Document 1). In this technology, an exothermic gas generator having a combustion burner is arranged in a temperature rising region adjacent to the heating region of a heat treatment furnace, and a mixed gas obtained by mixing a raw material gas (butane, propane, etc.) and air is burned by a combustion burner. The heat-treated material is preheated by the combustion heat, and the modified gas exhausted from the combustion burner is cooled and dehydrated by the modified gas heat exchanger and further cooled and dehydrated by the freeze dehydrator, and the dew point is adjusted. This is the configuration. This dew-point-controlled metamorphic gas is fed to a heating zone and a cooling zone and used as furnace gas for non-oxidizing treatment of low carbon steel.
本発明者等は、ガスバーナの燃焼によって生じる変成ガスを炉内雰囲気ガスとして活用する技術を、グラファイト等の炭素質で形成されたマッフルを備え、しかも、搬送ローラを設けた熱処理炉、特に、鋼の光輝熱処理、鋼材のろう付け等を行う熱処理炉に適用するための開発を鋭意進めたが、その過程で次のような問題点があるという知見を得た。 The inventors of the present invention have utilized a technique of utilizing the metamorphic gas generated by the combustion of a gas burner as an atmosphere gas in the furnace, which is provided with a muffle formed of carbonaceous material such as graphite and further provided with a conveying roller, particularly a steel furnace. We eagerly proceeded with the development for applying to the heat treatment furnace for performing bright heat treatment, brazing of steel materials, etc., but we found that there were the following problems in the process.
ガスバーナから排気される変成ガスは、窒素(N2)以外に、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、水素(H2)が含まれている(例えば、特許文献1の第1表参照)。なお、変成ガスには、実際は、微量の水分(H2O)、酸素(O2)等も含まれている。 The modified gas exhausted from the gas burner contains carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), and hydrogen (H 2 ) in addition to nitrogen (N 2 ) (for example, Patent Document 1 No. 1). See table). The metamorphic gas actually contains a small amount of water (H 2 O), oxygen (O 2 ), and the like.
特に、完全燃焼に比較的近い燃焼によって生じる発熱型変成ガス(DXガス)の場合の成分比は、一酸化炭素は少なくなり二酸化炭素が増加する。また、比較的不完全燃焼で生じる吸熱型変成ガス(RXガス)の場合の成分比は、一酸化炭素は多くなり二酸化炭素は少ない。予熱における燃焼熱を十分得るためには、原料ガスを完全燃焼近くまで燃焼させた方がよく、その場合は、発熱型変成ガスが排気される。 In particular, in the case of an exothermic shift gas (DX gas) generated by combustion that is relatively close to complete combustion, the component ratio is such that carbon monoxide decreases and carbon dioxide increases. Further, the component ratio in the case of an endothermic shift gas (RX gas) produced by relatively incomplete combustion is such that carbon monoxide is large and carbon dioxide is small. In order to obtain sufficient combustion heat in preheating, it is better to burn the raw material gas up to near complete combustion, in which case the exothermic shift gas is exhausted.
このような発熱型変成ガスを、炉内雰囲気ガスとして、グラファイト等の炭素質で形成されたマッフルを備えた熱処理炉内に導入すると、変成ガス内に含まれる、二酸化炭素、水分は、それぞれマッフルのグラファイトと反応し、C+CO2→2CO、C+H2O→CO+H2のような化学変化で、一酸化炭素を生じる。この一酸化炭素は、還元性ガスであり、雰囲気ガスとして特に問題はない。 When such an exothermic shift gas is introduced as a furnace atmosphere gas into a heat treatment furnace provided with a muffle formed of carbonaceous material such as graphite, carbon dioxide and water contained in the shift gas are muffled respectively. React with graphite to produce carbon monoxide by chemical changes such as C+CO 2 →2CO, C+H 2 O→CO+H 2 . This carbon monoxide is a reducing gas, and there is no particular problem as an atmospheric gas.
しかしながら、変成ガスにおいて二酸化炭素、水分の成分比が多いと、二酸化炭素、水分は、マッフルの炭素と反応マッフル材のグラファイトを消耗するだけでなく、さらに、鋼製の被熱処理物内の炭素、例えば、光輝熱処理、鋼材のろう付け等される鋼内に含まれる炭素と反応し、C+CO2→2CO、C+H2O→CO+H2と化学変化を生じ、鋼の脱炭現象が生じる。そのために、被熱処理物(鋼等)内に含まれる適正な炭素の成分量に変化が生じ、その品質に悪影響を及ぼす。 However, when the ratio of carbon dioxide and water in the metamorphic gas is high, carbon dioxide and water not only consume carbon in the muffle and graphite in the reaction muffle material, but also carbon in the heat-treated object made of steel, For example, it reacts with carbon contained in steel that is subjected to bright heat treatment, brazing of steel materials, etc., and chemically changes to C+CO 2 →2CO, C+H 2 O→CO+H 2, and decarburization phenomenon of steel occurs. Therefore, the appropriate amount of carbon contained in the heat-treated object (steel or the like) is changed, which adversely affects the quality.
一方、比較的不完全燃焼で生じる吸熱型変成ガスの場合は、不完全燃焼により燃焼熱が得られないという問題以外に、吸熱型変成ガスを炉内雰囲気ガスとして炉内に導入すると、吸熱型変成ガスがCOを比較的に多く含まれるので、被熱処理物に煤が多量に付着してしまうという問題が生じる。 On the other hand, in the case of endothermic shift gas generated by relatively incomplete combustion, in addition to the problem that combustion heat cannot be obtained due to incomplete combustion, when the endothermic shift gas is introduced into the furnace as atmospheric gas in the furnace, Since the metamorphic gas contains a relatively large amount of CO, there arises a problem that a large amount of soot adheres to the object to be heat treated.
本発明者等は、上記問題を解決することを目的として、特に、炉内雰囲気ガスとして、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを使用することなく、ガスバーナの燃焼によって生じる変成ガスを、CO2吸収装置で二酸化炭素と水分を吸収して、炉内を無酸化状態とする炉内雰囲気ガスとして活用し、しかも、鋼製の被熱処理物の脱炭等、品質に悪影響を及ぼすことのないような熱処理炉を提案した(特許文献2参照)。 For the purpose of solving the above problems, the inventors of the present invention, in particular, use CO gas generated by combustion of a gas burner without using an inert gas such as nitrogen gas or argon gas as a furnace atmosphere gas. 2 Absorbing carbon dioxide and water with the absorbing device, and utilizing it as a furnace atmosphere gas that makes the furnace non-oxidizing state, and does not adversely affect the quality such as decarburization of the steel heat-treated object Such a heat treatment furnace has been proposed (see Patent Document 2).
本発明者等は、特許文献1及び特許文献2に記載の熱処理炉をベースとして、さらに省エネルギー効果を追求した技術開発を鋭意行った。また、炉内構造を、煉瓦等の断熱材を極力使用することなく、しかも、強度を有する構成を備えた構成とする技術開発を鋭意行った。 The inventors of the present invention have made earnest efforts to develop technology based on the heat treatment furnaces described in Patent Documents 1 and 2 to further pursue an energy saving effect. In addition, the inventors have earnestly conducted technical development to make the internal structure of the furnace to have a structure that has strength without using heat insulating materials such as bricks as much as possible.
本発明は、特許文献2に記載の熱処理炉において、炉内雰囲気ガスとして使用する変成ガスをさらに有効活用することで、省エネルギー性能の向上を図るとともに、炉内構造を、煉瓦等の断熱材を極力使用することなく強度を有する構成を備えた熱処理炉を実現することを課題とする。 In the heat treatment furnace described in Patent Document 2, the present invention aims to improve the energy-saving performance by further effectively utilizing the shift gas used as the furnace atmosphere gas, and at the same time, the furnace structure is made of a heat insulating material such as brick. It is an object to realize a heat treatment furnace having a structure having strength without using it as much as possible.
本発明は上記課題を解決するために、前室、予熱室、加熱室及び冷却室が連続的に設けられており、予熱室及び加熱室には、ヒータが設けられており、被熱処理物を、予熱室で予熱し、加熱室で加熱して熱処理を行う熱処理炉であって、予熱室は、ガスバーナを備え、ガスバーナの燃焼熱によって被熱処理物を予熱するとともに、ガスバーナの燃焼によって発生した変成ガスを排気して、変成ガス供給路を通して炉内雰囲気ガスとして熱処理炉内に供給する構成であり、前室には、変成ガス燃焼装置が設けられており、変成ガス燃焼装置は、熱処理炉内で炉内雰囲気ガスとして使用された変成ガスを燃焼し、その燃焼熱によって、前室内を搬送される被熱処理物を予熱する構成であることを特徴とする熱処理炉を提供する。 The present invention, in order to solve the above problems, a front chamber, a preheating chamber, a heating chamber and a cooling chamber are continuously provided, a heater is provided in the preheating chamber and the heating chamber, the object to be heat treated A heat treatment furnace for preheating in a preheating chamber and heating in a heating chamber for heat treatment, wherein the preheating chamber is equipped with a gas burner, preheats an object to be heat-treated by combustion heat of the gas burner, and transforms generated by combustion of the gas burner. The gas is exhausted and supplied into the heat treatment furnace as atmospheric gas in the furnace through the shift gas supply path.The shift chamber gas combustion apparatus is provided in the front chamber. The heat treatment furnace is characterized in that the metamorphic gas used as the atmosphere gas in the furnace is burned, and the heat of combustion preheats the heat-treated object conveyed in the front chamber.
前室は、水平な隔壁で下方の搬入室と上方の変成ガス燃焼室に仕切られ、前室の入口にはフードが設けられており、フードには、変成ガス燃焼室に空気を導入する空気導入パイプが取り付けられており、変成ガス燃焼装置は、変成ガス燃焼室、フード及び空気導入パイプから成ることが好ましい。 The front chamber is divided by a horizontal partition into a lower carry-in chamber and an upper shift gas combustion chamber, and a hood is provided at the inlet of the front chamber.Air that introduces air into the shift gas combustion chamber is provided in the hood. An introduction pipe is attached, and the shift gas combustion apparatus preferably comprises a shift gas combustion chamber, a hood and an air introduction pipe.
フードには変成ガスの排ガス部及び排ガス出口が設けられており、変成ガス燃焼室の搬送方向の端部には、変成ガスが変成ガス燃焼室で燃焼して発生する排ガスの排ガス出口が設けられていることが好ましい。 The hood is provided with an exhaust gas portion and an exhaust gas outlet of the shift gas, and an exhaust gas outlet of the exhaust gas generated when the shift gas is burned in the shift gas combustion chamber is provided at the end of the shift gas combustion chamber in the conveying direction. Preferably.
変成ガス供給路には、順次、水冷熱交換器及び冷凍脱水機が配置されていることが好ましい。 It is preferable that a water cooling heat exchanger and a freezing/dehydrating machine are sequentially arranged in the modified gas supply path.
変成ガス供給路には、順次、水冷熱交換器、冷凍脱水機及びCO2吸着装置が配置されていることが好ましい。 It is preferable that a water-cooled heat exchanger, a freezer-dehydrator, and a CO 2 adsorption device are sequentially arranged in the modified gas supply path.
予熱室及び加熱室は、周囲を囲うようにセラミックファイバーから成る断熱材が配置されており、炭化珪素で形成された搬送方向に延びる複数の縦桁部材と搬送方向に直交する方向に延びる複数の横桁部材が互いに交叉した支持構造を備えており、該支持構造上に、メッシュベルトコンベアが走行するように配置されていることが好ましい。 In the preheating chamber and the heating chamber, a heat insulating material made of ceramic fibers is arranged so as to surround the peripheries, and a plurality of longitudinal girder members formed of silicon carbide extending in the carrying direction and a plurality of longitudinal girder members extending in the direction orthogonal to the carrying direction. It is preferable that the cross beam members have a support structure in which they cross each other, and the mesh belt conveyor is arranged so as to travel on the support structure.
本発明に係る熱処理炉よれば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを使用することなく、ガスバーナの燃焼によって生じる変成ガスを、炉内を無酸化状態とする炉内雰囲気ガスとして活用するだけでなく、さらに変成ガスの未燃焼成分を前室で燃焼する変成ガス燃焼装置を設けたので、省エネルギー化を一層向上させ、多大の経済的な効果が生じ、しかも鋼製の被熱処理物の酸化等、品質に悪影響を及ぼすことがなく、熱処理が可能となる。 According to the heat treatment furnace according to the present invention, without using an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, the metamorphic gas generated by the combustion of the gas burner is simply used as a furnace atmosphere gas that makes the furnace non-oxidizing state. Not only that, because a metamorphic gas combustion device that burns the unburned components of the metamorphic gas in the front chamber was installed, energy saving was further improved, and a great economic effect was produced. As a result, heat treatment can be performed without adversely affecting the quality.
本発明に係る熱処理炉を実施するための形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。 A mode for carrying out a heat treatment furnace according to the present invention will be described below based on embodiments with reference to the drawings.
(全体構成)
図1は、本発明に係る熱処理炉の実施例の全体の概略構成を示す図である。この実施例の熱処理炉1は、搬送手段で搬送される鋼、銅等の材料から成る被熱処理物2が搬送される方向(以下、「搬送方向」又は「長手方向」という)に向けて、搬入テーブル3、前室6、予熱室7、加熱室8、複数の冷却室11〜13、後室(出口室)16、及び搬出テーブル17等が、連続的に設けられている。
(overall structure)
FIG. 1 is a diagram showing the overall schematic configuration of an embodiment of a heat treatment furnace according to the present invention. The heat treatment furnace 1 of this embodiment has a direction in which the object 2 to be heat-treated, which is made of a material such as steel or copper, is conveyed by a conveying means (hereinafter, referred to as "conveying direction" or "longitudinal direction"). The carry-in table 3, the
熱処理炉1には、被熱処理物2を熱処理炉1内を通して長手方向に搬送する搬送手段として、モータ20で駆動されるメッシュベルトコンベア21が配置されている。
A
(予熱室及び加熱室)
予熱室7及び加熱室8の構造を、図1〜図6において説明する。予熱室7及び加熱室8は、図2及び図3に示すように連通して設けられ、それぞれ図5及び図4に示すように、搬送方向に直交する断面視で矩形であり、周囲がセラミックファイバーから成る断熱壁29で囲まれて形成されている。断熱壁29は、熱処理炉1の両側外壁24及び上下部外壁25、26等の内面に貼り付けられて形成されている。
(Preheating room and heating room)
The structures of the preheating
予熱室7及び加熱室8には、図2及び図3に示すように、搬送方向に直交する方向(幅方向)に向けて延びる複数本の横桁材30が、下側の断熱壁29上において両側外壁24間に架設されている。
In the preheating
さらに、予熱室7及び加熱室8を通して搬送方向に向けて延びる複数本の縦桁材31が、横桁材30上に配置されている。横桁材30と縦桁材31は、互いに交叉して配置され、支持構造35を形成している。
Further, a plurality of
横桁材30及び縦桁材31としては、炭化珪素材(SiC)で形成された角パイプが使用されている。縦桁材31の上面上に、図1、図4、図5に示すメッシュベルトコンベア21が走行するように配置されている。
As the
横桁材30と縦桁材31が互いに交叉して配置された支持構造35は、被熱処理物2を載せて走行するメッシュベルトコンベア21を下方から支持するために十分は強度を発揮する。
The
予熱室7及び加熱室8内には、図1、図2、図4、図5に示すように、上側の断熱壁29の下方に幅方向に延びる複数本のヒータ36が、搬送方向に間隔をおいて配置されている。さらに、加熱室8内については、図1及び図2に示すように、下側の断熱壁29の上方であって、縦桁材31の下方の部分に幅方向に延びる複数本のヒータ36が、搬送方向に間隔をおいて配置されている。
In the preheating
これらヒータ36で、被熱処理物2は加熱され、その処理目的(光輝熱処理、鋼材のろう付け等)に応じて熱処理される。加熱室8には、後記する変成ガスを導入する導入口37が設けられている。
The object to be heat-treated 2 is heated by these
変成ガスの導入口37は、図1では加熱室8に対して1つ設けられた構成を示しているが、1つだけでなく複数設けても良く、さらに加熱室8だけでなく、予熱室、冷却室等に設けてもよい。
In FIG. 1, the metamorphic
予熱室7内には、変成ガス生成用のガスバーナ40が設けられている。このガスバーナ40については、本発明者等がすでに提案した発明(特許文献2参照)の構成と略同じであるので、ここでは、その概要のみを、図1及び図5等において記載する。
In the preheating
このガスバーナ40は、予熱室7内においてメッシュベルトコンベア21の下方に配置されており、ラジアントチューブから成るバーナ本体41と、供給筒部42と、供給筒部42の周囲に形成された排気通路部45と、原料ガス供給筒部46と、原料ガス供給筒部46内に設けられたスパークロッド47と、を備えている。
The
バーナ本体41内に、パイロット用原料ガス源50から燃焼用のパイロット用原料ガスを原料ガス供給筒部46を通して供給するとともに、供給筒部42から空気と原料ガスが予め混合された予混合ガスを採り入れてバーナ本体41内に供給する。原料ガスは、その組成として、CO2、H2、N2を含み、ブタン、プロパン等が使用される。
Into the burner body 41, the pilot raw material gas for combustion is supplied from the pilot raw
そして、バーナ本体41内においてパイロット用原料ガスを、点火手段であるスパークロッド47に、スパーク用電源51で電圧を印加して、点火することにより燃焼させる。点火による燃焼後は、予混合ガスによって燃焼が維持される。
Then, in the burner body 41, the pilot raw material gas is burned by applying a voltage to the
このガスバーナ40による燃焼熱で、予熱室7内に搬入される被熱処理物2が予熱される。この燃焼によって生じる変成ガスは、排気通路部45を通過し、採り入れる予混合ガスを、予熱部52において予熱し、ガスバーナ40から排出される。このようにして生成された変成ガスは、CO、CO2、H2、H2O、N2 を含んでいる。
The heat of combustion by the
ガスバーナ40から排出された変成ガスは、変成ガス供給路53を通して加熱室8に供給される。変成ガス供給路53には、順次、水冷熱交換器55、冷凍脱水機56が配置されている。
The modified gas discharged from the
変成ガスは、変成ガス供給路53を通過する過程で、水冷熱交換器55で40℃程度に下げられ、冷凍脱水機56において5℃程度に下げられかつ脱水され、加熱室8内に送られる。
The metamorphic gas is lowered to about 40° C. in the water-cooled
なお、予熱室7、加熱室8及び冷却室11〜13は、互いに連通している。従って、冷凍脱水機56は、加熱室8に加えて冷却室11〜13にも接続し、上記のとおり降温され脱水された変成ガスを、冷凍脱水機56から予熱室7、加熱室8及び冷却室11〜13に行き渡るように供給する構成としてもよい。
The preheating
ところで、熱処理目的によっては、図1の想像線(2点鎖線)で示すように、冷凍脱水機56の下流に、CO2吸着装置57を設け、変成ガスは、さらに、二酸化炭素が吸収、低減され、水分も吸着低減されて、加熱室8内に送られるような構成としてもよい。
By the way, depending on the purpose of the heat treatment, as shown by the imaginary line (two-dot chain line) in FIG. 1, a CO 2 adsorption device 57 is provided downstream of the freezing/dehydrating
ここで、熱処理目的とは、予熱室7及び加熱室8内を低酸素雰囲気に保ち、被熱処理物2の酸化、脱炭を防止し、高品質の熱処理を行う等の目的であり、そのために、変成ガスを、上記構成によって、二酸化炭素、水分を低減し、微小量の酸素等が含まれているが、そのほとんどは、窒素、一酸化炭素、水素のような還元ガスとする。
Here, the purpose of the heat treatment is to maintain a low oxygen atmosphere in the preheating
CO2吸着装置57は、単数又は複数の吸着筒60を備えている。この実施例では、2つの吸着筒60を備えており、それぞれシリカゲル(silica gel、組成式SiO2・nH2O)等の乾燥剤有するフィルタを備えている。1つの吸着筒60が二酸化炭素を十分吸着して吸着性能が低減した際に、切替弁によって他の1つの吸着筒60に切り替える。
The CO 2 adsorption device 57 includes a single or a plurality of
以上のとおりCO2吸着装置57を設けた構成では、予熱室7に設けたガスバーナ40から排気された変成ガスを、水冷熱交換器55、冷凍脱水機56及びCO2吸着装置57を順次通すことにより、変成ガスに含まれる二酸化炭素を低減するとともに、水分も低減してから、還元性の炉内雰囲気ガスとして加熱室8内に供給し、無酸化状態で熱処理を可能とする。
As described above, in the configuration in which the CO 2 adsorption device 57 is provided, the modified gas exhausted from the
なお、予熱室7、加熱室8及び冷却室11〜13は、互いに連通している。従って、CO2吸着装置57は、加熱室8に加えて冷却室11〜13にも接続し、二酸化炭素が除去されて低減した変成ガスを、CO2吸着装置57から予熱室7、加熱室8及び冷却室11〜13に行き渡るように供給する構成としてもよい。
The preheating
(前室)
前室6は、本発明の熱処理炉1の特徴的な構成である変成ガス燃焼装置61を備えている。変成ガス燃焼装置61は、図6(a)、(b)に示すように、変成ガス燃焼室62と、フード65と、空気導入パイプ66と、を備えている。変成ガス燃焼装置61の各部の構成を明確にするために、前室6の具体的な構成を、以下説明する。
(Front chamber)
The
前室6は、図6(a)に示すように、その室内が、搬送方向に延びる水平な隔壁67によって、上下に仕切られている。隔壁67の下方は、図示はしないがメッシュベルトコンベア21が配置され、搬入室70となっている。
As shown in FIG. 6A, the
隔壁67の上方は、セラミックファイバーの断熱壁29で囲まれた変成ガス燃焼室62となっている。変成ガス燃焼室62の搬送方向の先端側(図6(a)の右端側)は閉じられており、上方に向けて排ガス出口71が設けられている。変成ガス燃焼室62で燃焼して生成され排ガスは、排ガス出口71から排気される。
Above the
前室6の搬送方向の基端部は、被熱処理物2の搬入口72となっているが、基端部には、図6(a)、(b)に示すようなフード65が取り付けられている。フード65は、その下部には被熱処理物2を前室6に搬入するための開口75が設けられており、その上部には排ガス部76が形成されている。
A base end portion of the
排ガス部76の上方には、上方に向けて排ガス出口77が設けられている。また、排ガス部76を貫通するように、3本の空気導入パイプ66が、変成ガス燃焼室62内に向けてフード65の前壁68に取り付けられている。
An
加熱室8、予熱室7で炉内雰囲気ガスとして使用された変成ガスは、前室6の搬入室70の基端側から変成ガス燃焼室62内に流入し、変成ガス燃焼装置61において、空気導入パイプ66から導入される空気と反応して、変成ガス燃焼室62内で、燃焼するような構成となっている。
The shift gas used as the furnace atmosphere gas in the
(作用)
以上の構成から成る実施例の熱処理炉1の作用を、以下、説明する。被熱処理物2は、搬入テーブル3からメッシュベルトコンベア21上に載置され、前室6内に搬入され、予熱室7内に送られる。被熱処理物2は、前室6及び予熱室7内を搬送される際に予熱される。
(Action)
The operation of the heat treatment furnace 1 of the embodiment having the above configuration will be described below. The heat-treated object 2 is placed on the
予熱された被熱処理物2は、加熱室8内に搬入され、搬送されながら、被熱処理物2の熱処理目的に応じた所定の温度(例えば、鋼の場合は600℃以上の鋼の熱処理目的に応じた所定の温度)で、所要の熱処理が行われる。熱処理としては、例えば、鋼材のろう付け、鋼等の光輝熱処理等である。
The preheated object 2 to be heat-treated is carried into the
その後、被熱処理物2は、冷却室11〜13を通過して300℃程度に冷却され、後室16に搬入される。そして、後室16において、室温+20℃程度に冷却され、搬出テーブル17に取り出される。
Then, the heat-treated object 2 passes through the cooling
予熱室7では、ガスバーナ40にパイロット用原料ガス及び予混合ガスが供給されて燃焼し、この燃焼熱によって被熱処理物2は予熱される。ガスバーナ40における原料ガスの燃焼によって生じる変成ガスは、N2、CO2、CO、H2、O2、H2O等を含んでおり、その排気温度は、およそ400℃程度である。
In the preheating
ガスバーナ40で発生し排気通路部45から排出される変成ガスは、予熱部52において、供給筒部42を通して供給される予混合ガスを予熱し、さらに、水冷熱交換器55に送られ、その温度が40℃程度に冷やされる。
The modified gas generated in the
さらに、変成ガスは、冷凍脱水機56に送られ、その温度が5℃程度に冷やされ、脱水が行われ、炉内雰囲気ガスとして、加熱室8及び予熱室7等に供給される。
Further, the modified gas is sent to the freeze-
このようにして得られた変成ガス(CO2吸着装置57を通さない変成ガス)は、二酸化炭素を含み、水分は0.8%程度に低減され、微小量の酸素等が含まれているが、低炭素鋼、銅を還元するには十分な一酸化炭素、水素を含んでいる。よって、変成ガスは、予熱室7及び加熱室8内を低酸素還元雰囲気に保ち、被熱処理物2の酸化を防止する。
The modified gas thus obtained (the modified gas that does not pass through the CO 2 adsorption device 57) contains carbon dioxide, the water content is reduced to about 0.8%, and a minute amount of oxygen or the like is contained. , Low carbon steel, contains sufficient carbon monoxide and hydrogen to reduce copper. Therefore, the metamorphic gas keeps the preheating
なお、図1の想像線(2点鎖線)で示すように、冷凍脱水機56の下流に、CO2吸着装置57が設けられている場合は、変成ガスは、さらに、CO2吸着装置57において二酸化炭素が吸収、低減され、水分も吸着低減されて、炉内雰囲気ガスとして加熱室8内に送られる。
As shown by the imaginary line (two-dot chain line) in FIG. 1, when the CO 2 adsorbing device 57 is provided downstream of the freezing/dehydrating
このようにCO2吸着装置57を通した変成ガスの成分は、上記のとおり、N2、CO2、CO、H2、O2、H2O等を含んでおり、本出願人が実証試験を行った例では、CO:0.03%〜3%、CO2:0.1%、H2:0.03%〜3%、N2:99.8%〜94.4%であり、露点(DP)は−50℃であった。 As described above, the components of the metamorphic gas that have passed through the CO 2 adsorption device 57 include N 2 , CO 2 , CO, H 2 , O 2 , H 2 O, etc. as described above. in the example carried out, CO: 0.03% ~3%, CO 2: 0.1%, H 2: 0.03% ~3%, N 2: 99.8% ~94.4%, The dew point (DP) was -50°C.
CO2吸着装置57を通した変成ガスは、二酸化炭素、水分は低減され、微小量の酸素等が含まれているが、そのほとんどは、窒素、一酸化炭素、水素のような還元ガスである。よって、変成ガスは、予熱室7及び加熱室8内を低酸素雰囲気に保ち、被熱処理物2の酸化、脱炭を防止する。
The converted gas that has passed through the CO 2 adsorption device 57 has reduced carbon dioxide and water content and contains a minute amount of oxygen and the like, but most of it is a reducing gas such as nitrogen, carbon monoxide, or hydrogen. .. Therefore, the metamorphic gas keeps the preheating
ところで、本発明の特徴的な作用は、以下のとおりである。変成ガスは、加熱室8及び予熱室7において炉内雰囲気ガスとして機能してから、さらに前室6内に流れ込む。変成ガスの一部は、前室6における変成ガス燃焼装置61において燃焼し、被熱処理物2を予熱する。
By the way, the characteristic operation of the present invention is as follows. The metamorphic gas functions as a furnace atmosphere gas in the
即ち、予熱室7から前室6へ向けて流れ込んだ変成ガスは、搬入室70を通り、その一部は変成ガス燃焼室62内に流れ込み、フード65の空気導入パイプ66および開口75から変成ガス燃焼室62内に導入される空気と反応して燃焼する。その燃焼で生成される排ガスは、排ガス出口71から排気される。
That is, the shift gas flowing from the preheating
この燃焼により発生する燃焼熱によって、前室6の搬入室70内を搬送される被熱処理物2は、酸化することなく450℃程度に予熱される。なお、搬入室70の基端部においても、変成ガスはフード65の開口75から流入する空気と反応して燃焼し、その燃焼炎は、その一部は変成ガス燃焼室62内へ流れ込み、残りはフード65の排ガス部76、排ガス出口77から排ガスとなって排出される。
Due to the combustion heat generated by this combustion, the heat-treated object 2 conveyed in the carry-in
本発明によれば、従来は加熱室8及び予熱室7において炉内雰囲気ガスとして使用するのみで排気していた変成ガスを、その未燃焼成分を燃焼させ、その燃焼熱により前室6内を搬送される被熱処理物2を酸化させることなく予熱する。
According to the present invention, the unburned components of the modified gas, which has been conventionally exhausted only in the
以上のとおり、予熱室7において原料ガスをガスバーナ40で燃焼し被熱処理物2の予熱し、ガスバーナ40の燃焼で生成された変成ガスを炉内雰囲気ガスとして使用し、さらに変成ガスを前室6内の変成ガス燃焼室62で燃焼し被熱処理物2を予熱することで、原料ガスの有するエネルギーを効果的に利用することが可能となり、熱処理炉1の省エネルギー効果を向上させることが可能となる。
As described above, in the preheating
なお、本発明者等は、前室6において変成ガス燃焼装置61を備えた本発明の熱処理炉1の省エネルギー効果を確認するために、実証試験を行った。この実証試験の結果を図7において説明する。
The present inventors conducted a verification test in order to confirm the energy saving effect of the heat treatment furnace 1 of the present invention including the modified
この実証実験では、本発明の熱処理炉1に対して、鋼製の被熱処理物2を搬入し、加熱処理し、熱処理炉1における、前室6、予熱室7及び加熱室8内の雰囲気実体温度(雰囲気ガスの実体温度)を、ベルト21上に3つの熱電対を浮かせるようにして走行しながら計測した。
In this demonstration experiment, the heat-treated object 2 made of steel was loaded into the heat treatment furnace 1 of the present invention, heat-treated, and the atmosphere in the
本発明の熱処理炉1におけるベルト21上の3つの熱電対による雰囲気実体温度カーブの計測対象箇所は、前室6の異なる3カ所(その計測データは異なる3系列No.1〜3として示す)、予熱室7の異なる3カ所(その計測データは異なる3系列No.1〜3として示す)、加熱室8(その計測データは異なる3系列No.1〜3として示す)であり、前室6から加熱室8までの3系列を通した計測データを取得し、図7ではそれぞれ系列1〜3として示した。
In the heat treatment furnace 1 of the present invention, the measurement target locations of the atmosphere body temperature curve by the three thermocouples on the
さらに、ベルト上における被熱処理物2自体に3つの熱電対を装着して前室6から加熱室8までの異なる3系列4〜6(被熱処理物2の異なる3カ所)について、被熱処理物実体温度の計測データを取得し、図7ではそれぞれ系列4〜6として示した。
Furthermore, three thermocouples are attached to the object 2 to be heat-treated on the belt, and three different series 4 to 6 (three different points of the object 2 to be heat-treated) from the
図7の計測データを示すグラフの横軸は、加熱の経過時間(分)を示し、縦軸はそれぞれの系列における炉内各所の温度(℃)を示している。グラフに示すカーブの積分値は、加熱に利用された熱量となる。なお、図7中、1Zは予熱室7のゾーンを示し、2Z〜4Zは加熱室8内の上流から下流に向けての3つのゾーンを示し、それぞれゾーンの設定温度を併せて示した。
The horizontal axis of the graph showing the measurement data of FIG. 7 shows the elapsed time (minutes) of heating, and the vertical axis shows the temperature (° C.) of each place in the furnace in each series. The integrated value of the curve shown in the graph is the amount of heat used for heating. In FIG. 7, 1Z indicates a zone of the preheating
図7に示す実証試験の結果から明らかなように、本発明の熱処理炉1の系列1〜3については、いずれも前室6において、雰囲気実体温度は500℃となり、系列4〜6の3系列の温度は450℃まで予熱されており、本発明の熱処理炉1の前室6では、より効果的に予熱されて昇温されていることが実証された。
As is clear from the results of the verification test shown in FIG. 7, in all of the series 1 to 3 of the heat treatment furnace 1 of the present invention, the ambient substance temperature in the
本発明の熱処理炉1では、予熱室7及び加熱室8において、メッシュベルトコンベア21を走行可能に載置する支持構造35を、炭化珪素材(SiC)で形成された角パイプから成る横桁材30及び縦桁材31を、互いに直交するように配置して構成し、極めて強度を有する構造としている。
In the heat treatment furnace 1 of the present invention, in the preheating
従って、メッシュベルトコンベア21の上に、多数の被熱処理物2を載置しても、メッシュベルトコンベア21が下方に撓んだりすることなく、円滑に走行することが可能であり、また加熱室8及び予熱室7の炉構造全体の強度を向上させている。
Therefore, even if a large number of objects to be heat-treated 2 are placed on the
さらに、セラミックファイバーを断熱材として使用し、断熱壁29を形成しているので、従来の熱処理炉のように、煉瓦を積んで断熱壁を構築する必要がなく、熱処理炉の製造が容易となる。
Further, since the ceramic fiber is used as the heat insulating material to form the
そして、煉瓦に比べてセラミックファイバーは蓄熱量が小さいので、熱処理炉1を温めるための熱量は小さくて良く、熱処理炉1の昇温及び降温時間を短くすることが可能となる。 Further, since the heat storage amount of the ceramic fiber is smaller than that of the brick, the heat amount for heating the heat treatment furnace 1 may be small, and the heating and cooling time of the heat treatment furnace 1 can be shortened.
以上、本発明に係る熱処理炉を実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。 Although the embodiments for carrying out the heat treatment furnace according to the present invention have been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to such embodiments, and the technical scope described in the claims is not limited thereto. It goes without saying that there are various embodiments within the scope of matters.
本発明に係る熱処理炉は、ショックアブソーバ等の自動車部品の光輝熱処理、鋼材のろう付け等、鋼材若しくは鋼材から製造された製品について、又はその他の金属製品について、それぞれ所要の目的に沿った熱処理に適用可能である。 The heat treatment furnace according to the present invention performs bright heat treatment for automobile parts such as shock absorbers, brazing of steel materials, steel products or products manufactured from steel materials, or other metal products for heat treatment according to the required purpose. Applicable.
1 熱処理炉
2 被熱処理物
3 搬入テーブル
6 前室
7 予熱室
8 加熱室
11〜13 複数の冷却室
16 後室(出口室)
17 搬出テーブル
20 モータ
21 メッシュベルトコンベア
24 両側外壁
25 上部外壁
26 下部外壁
29 断熱壁
30 横桁材
31 縦桁材
35 支持構造
36 ヒータ
37 変成ガスの導入口
40 ガスバーナ
41 バーナ本体
42 供給筒部
45 排気通路部
46 原料ガス供給筒部
47 スパークロッド
50 パイロット用原料ガス源
51 スパーク用電源1
52 予熱部
53 変成ガス供給路
55 水冷熱交換器
56 冷凍脱水機
57 CO2吸着装置
60 吸着筒
61 変成ガス燃焼装置
62 変成ガス燃焼室
65 フード
66 空気導入パイプ
67 前室内の隔壁
68 フードの前壁
70 搬入室
71 変成ガス燃焼室排ガス出口
72 前室の搬入口
75 フードの開口
76 フードの排ガス部
77 フードの排ガス出口
1 heat treatment furnace
2 Heat treated object
3 carry-in table
6 anterior chamber
7 preheating room
8 heating chambers
11-13 Multiple cooling chambers
16 Rear room (exit room)
17 Export table
20 motor
21 mesh belt conveyor
24 both sides outer wall
25 Upper outer wall
26 Lower outer wall
29 Thermal insulation wall
30 cross beam
31 stringer
35 Support structure
36 heater
37 Metamorphic gas inlet
40 gas burner
41 Burner body
42 Supply cylinder
45 Exhaust passage
46 Raw material gas supply cylinder
47 Spark Rod
50 Source gas source for pilot
51 Spark power supply 1
52 Preheating section
53 Metamorphic gas supply path
55 Water-cooled heat exchanger
56 Frozen dehydrator
57 CO 2 adsorption device
60 adsorption cylinder
61 Metamorphic gas combustion device
62 Metamorphic gas combustion chamber
65 hood
66 Air introduction pipe
67 Partition in the front room
68 Front wall of hood
70 Carry-in room
71 Metamorphic gas combustion chamber exhaust gas outlet
72 Front entrance
75 Hood opening
76 Hood exhaust gas section
77 Hood exhaust gas outlet
Claims (6)
予熱室は、ガスバーナを備え、ガスバーナの燃焼熱によって被熱処理物を予熱するとともに、ガスバーナの燃焼によって発生した変成ガスを排気して、変成ガス供給路を通して炉内雰囲気ガスとして熱処理炉内の加熱室に供給する、又は加熱室に供給するとともに予熱室及び冷却室の両方若しくはいずれか一方に供給する構成であり、
前室には、変成ガス燃焼装置が設けられており、
変成ガス燃焼装置は、熱処理炉内の加熱室及び予熱室で炉内雰囲気ガスとして使用されてから、さらに前室内に流れ込む変成ガスを燃焼し、その燃焼熱によって、前室内を搬送される被熱処理物を予熱する構成であり、
前室は、水平な隔壁で下方の搬入室と上方の変成ガス燃焼室に仕切られ、被熱処理物の搬入口となっている前室の搬送方向の基端部にはフードが設けられており、
フードには、前室の搬入室の基端側から変成ガスが流入する前記変成ガス燃焼室に空気を導入する空気導入パイプが取り付けられており、
変成ガス燃焼装置は、変成ガス燃焼室、フード及び空気導入パイプから成り、
フードには変成ガスの排ガス部及び排ガス出口が設けられており、変成ガス燃焼室の搬送方向の端部には、変成ガスが変成ガス燃焼室で燃焼して発生する排ガスの排ガス出口が設けられていることを特徴とする熱処理炉。 An antechamber, a preheating chamber, a heating chamber and a cooling chamber are continuously provided so as to communicate with each other, and a heater is provided in the preheating chamber and the heating chamber to preheat an object to be heat-treated in the preheating chamber, A heat treatment furnace for performing heat treatment by heating in a heating chamber,
The preheating chamber is equipped with a gas burner, which preheats the object to be heat-treated by the combustion heat of the gas burner, exhausts the metamorphic gas generated by the combustion of the gas burner, and supplies it as a furnace atmosphere gas through the metamorphic gas supply passage to the heating chamber in the heat treatment furnace. Or to a heating chamber and a preheating chamber and/or a cooling chamber.
In the antechamber, a modified gas combustion device is installed,
The metamorphic gas combustion device is used as a furnace atmosphere gas in a heating chamber and a preheating chamber in a heat treatment furnace, and then burns the metamorphic gas that flows into the front chamber, and the heat of combustion burns the target heat-treated substance that is conveyed in the front chamber. It is a composition to preheat things,
The front chamber is partitioned by a horizontal partition into a lower loading chamber and an upper shift gas combustion chamber, and a hood is provided at the base end in the transport direction of the front chamber, which is the loading port for the heat-treated material. ,
The hood is attached with an air introduction pipe for introducing air into the metamorphic gas combustion chamber into which the metamorphic gas flows from the base end side of the carry-in chamber of the front chamber.
The metamorphic gas combustion device comprises a metamorphic gas combustion chamber, a hood and an air introduction pipe,
The hood is provided with an exhaust gas part and an exhaust gas outlet of the metamorphic gas, and an exhaust gas exhaust port of the exhaust gas generated by burning the metamorphic gas in the metamorphic gas combustion chamber is provided at the end of the metamorphic gas combustion chamber in the conveying direction. A heat treatment furnace characterized in that
予熱室は、ガスバーナを備え、ガスバーナの燃焼熱によって被熱処理物を予熱するとともに、ガスバーナの燃焼によって発生した変成ガスを排気して、変成ガス供給路を通して炉内雰囲気ガスとして熱処理炉内の加熱室に供給する、又は加熱室に供給するとともに予熱室及び冷却室の両方若しくはいずれか一方に供給する構成であり、
前室には、変成ガス燃焼装置が設けられており、
変成ガス燃焼装置は、熱処理炉内の加熱室及び予熱室で炉内雰囲気ガスとして使用されてから、さらに前室内に流れ込む変成ガスを燃焼し、その燃焼熱によって、前室内を搬送される被熱処理物を予熱する構成であり、
予熱室及び加熱室は、周囲を囲うようにセラミックファイバーから成る断熱材が配置されており、炭化珪素で形成された搬送方向に延びる複数の縦桁部材と搬送方向に直交する方向に延びる複数の横桁部材が互いに交叉した支持構造を備えており、該支持構造上に、メッシュベルトコンベアが走行するように配置されていることを特徴とする熱処理炉。 An antechamber, a preheating chamber, a heating chamber and a cooling chamber are continuously provided so as to communicate with each other, and a heater is provided in the preheating chamber and the heating chamber to preheat an object to be heat-treated in the preheating chamber, A heat treatment furnace for performing heat treatment by heating in a heating chamber,
The preheating chamber is equipped with a gas burner, which preheats the object to be heat-treated by the combustion heat of the gas burner, exhausts the metamorphic gas generated by the combustion of the gas burner, and supplies it as a furnace atmosphere gas through the metamorphic gas supply passage to the heating chamber in the heat treatment furnace. Or to a heating chamber and a preheating chamber and/or a cooling chamber.
In the antechamber, a modified gas combustion device is installed,
The metamorphic gas combustion device is used as a furnace atmosphere gas in a heating chamber and a preheating chamber in a heat treatment furnace, and then burns the metamorphic gas that flows into the front chamber, and the heat of combustion burns the target heat-treated substance that is conveyed in the front chamber. It is a composition to preheat things,
In the preheating chamber and the heating chamber, a heat insulating material made of ceramic fibers is arranged so as to surround the peripheries, and a plurality of longitudinal girder members formed of silicon carbide and extending in the carrying direction and a plurality of longitudinal girder members extending in the direction orthogonal to the carrying direction. A heat treatment furnace, wherein the cross beam members are provided with a support structure in which they cross each other, and a mesh belt conveyor is arranged on the support structure so as to travel.
フードには、前室の搬入室の基端側から変成ガスが流入する前記変成ガス燃焼室に空気を導入する空気導入パイプが取り付けられており、
変成ガス燃焼装置は、変成ガス燃焼室、フード及び空気導入パイプから成ることを特徴とする請求項3に記載の熱処理炉。 The front chamber is partitioned by a horizontal partition into a lower loading chamber and an upper metamorphic gas combustion chamber, and a hood is provided at the base end in the transport direction of the front chamber, which is the loading port for the heat-treated material. ,
The hood is attached with an air introduction pipe for introducing air into the metamorphic gas combustion chamber into which the metamorphic gas flows from the base end side of the carry-in chamber of the front chamber.
The heat treatment furnace according to claim 3, wherein the shift gas combustion apparatus includes a shift gas combustion chamber, a hood, and an air introduction pipe.
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