JP6789795B2 - ローラハース式熱処理炉及びこれを用いる熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明はローラハース式熱処理炉及びこれを用いた熱処理方法に関し、更に詳しくは様々な鋼種のワーク、例えば鍛造品を所定の硬度のものに焼鈍や焼準等で熱処理することができるローラハース式熱処理炉及びこれを用いる熱処理方法に関する。

従来一般に、ワークを焼鈍や焼準等で熱処理するローラハース式熱処理炉として、加熱室と、加熱室の下流側に連結された冷却室と、加熱室及び冷却室に渡って敷設されたハースローラと、加熱室の入口及び冷却室の出口に装備された開閉扉と、加熱室に装備された加熱手段と、冷却室に装備された冷却手段と、加熱室及び冷却室に接続された排気ダクトとを備え、トレーに載置したワークをハースローラで搬送しながら、加熱室で所定の温度に加熱し、引き続き冷却室で所定の温度に冷却するようにしたものが使用されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、かかる従来一般のローラハース式熱処理炉には、熱処理したワークの硬度がワークのＣＣＴ曲線に基づきワークの鋼種と冷却速度とによって決まるところ、鋼種によってはワークの冷却室における冷却速度が速すぎるため、熱処理したものが所定の硬度よりも硬くなってしまうという問題があり、またワークの鋼種によっては冷却室における冷却だけでは相当に高温の熱処理したものが冷却室から排出されることがあるため、周囲の作業環境を悪化させるという問題があり、更に鋼種によってはワークを加熱室で所定の温度に加熱するために長時間かけて加熱する必要があるため、ローラハース式熱処理炉全体としての熱処理能力が低下してしまうという問題がある。

特開２０１４−７４５６６号公報

本発明が解決しようとする課題は、様々な鋼種のワークに適応して、周囲の作業環境を悪化させることなく、またローラハース式熱処理炉全体の熱処理能力を低下させることなく、所定の硬度に熱処理したものを得ることができるローラハース式熱処理炉及びこれを用いる熱処理方法を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、トレーに載置したワークをハースローラで搬送しながら熱処理するローラハース式熱処理炉において、加熱室と、加熱室の下流側に連結された加熱兼徐冷室と、加熱兼徐冷室の下流側に離間して接続された急冷室と、加熱室、加熱兼徐冷室及び急冷室に渡って敷設された各室で独立して駆動するハースローラと、加熱室の入口、加熱兼徐冷室の出口、急冷室の入口及び出口に装備された開閉扉と、加熱室及び加熱兼徐冷室に装備された直火バーナと、加熱兼徐冷室及び急冷室に接続された給気ダクトと、これらの給気ダクトに取付けられた給気ファンと、加熱室の入口側、加熱兼徐冷室の出口側及び急冷室に接続された排気ダクトと、これらの排気ダクトに取付けられたダンパとを備え、トレーに載置したワークを、ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、加熱室又は加熱室と加熱兼徐冷室にて所定の温度に加熱し、引き続き加熱兼徐冷室又は急冷室にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却して、所定の硬度のものにするようにして成ることを特徴とするローラハース式熱処理炉に係る。また本発明は、かかるローラハース式熱処理炉を用いるワークの熱処理方法に係る。

本発明に係るローラハース式熱処理炉（以下、本発明の熱処理炉という）は、加熱室と、加熱兼徐冷室と、急冷室とを備えている。加熱兼徐冷室は加熱室の下流側に連結されており、急冷室は加熱兼徐冷室の下流側に離間して接続されている。加熱室と加熱兼徐冷室は通常、画壁を介在して連通されており、加熱室の上流部には加熱室の一部として予熱室を形成することもできる。加熱室、加熱兼徐冷室及び急冷室にはこれらの各室に渡ってハースローラが敷設されており、ハースローラはこれらの各室で独立して駆動するようになっている。

本発明の熱処理炉において、加熱室の入口、加熱兼徐冷室の出口、急冷室の入口及び出口には開閉扉が装備されており、これらの開閉扉はモータ駆動やシリンダ駆動で昇降して、前記の入口や出口を開閉するようになっている。加熱室及び加熱兼徐冷室には直火バーナが装備されており、加熱兼徐冷室に装備された直火バーナには、加熱したワークの徐冷に際して、燃料ガスを供給することなく空気のみを供給してワークを徐冷するようになっている。加熱兼徐冷室及び急冷室には給気ダクトが接続されており、これらの給気ダクトには給気ファンが取付けられている。また加熱室の入口側、加熱兼徐冷室の出口側及び急冷室には排気ダクトが接続されており、これらの排気ダクトにはダンパが取付けられている。加熱したワークの徐冷や急冷に際して、給気ファンの回転数やＣＭ弁の開度、更にはダンパの開度を調節することにより、直火バーナから供給する空気量、給気ダクトから供給する空気量、排気ダクトから排出する排気量を調節して、ワークの冷却速度を制御する。

熱処理したワークの硬度は、ワークのＣＣＴ曲線に基づきワークの鋼種と冷却速度とによって決まる。本発明の熱処理炉は、かかるワークのＣＣＴ曲線を活用して、トレーに載置したワークを、ハースローラで搬送しながら、加熱室又は加熱室と加熱兼徐冷室にて所定の温度に加熱し、引き続き加熱兼徐冷室又は急冷室にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却して、所定の硬度のものにするように成っている。

次に本発明に係るローラハース式熱処理炉を用いるワークの熱処理方法（以下、本発明の熱処理方法という）について説明する。本発明の熱処理方法は、以上説明した本発明の熱処理炉を用いるワークの熱処理方法であって、下記の１）〜３）のいずれかの工程を経由することを特徴とする熱処理方法である。

１）トレーに載置したワークを、ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、加熱室と加熱兼徐冷室にて所定の温度に加熱した後、急冷室にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却する工程。
２）トレーに載置したワークを、ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、加熱室にて所定の温度に加熱した後、加熱兼徐冷室にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却し、引き続き急冷室にて冷却する工程。
３）トレーに載置したワークを、ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、加熱室にて所定の温度に加熱した後、加熱兼徐冷室を通過させ、急冷室にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却する工程。

詳しくは実施例で後述するように、例えばワークの鋼種がＳＮＣＭ２２０で、熱処理したワークの目標ＨＲＢ硬度が８２〜９２の場合には、トレーに載置したワークを、ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、加熱室にて９２０℃に加熱した後、加熱兼徐冷室にて１８℃／分の冷却速度で５５０℃に徐冷し、引き続き急冷室にて１００℃以下にまで冷却する。また例えばワークの鋼種がＳＣＲ４２０で、熱処理したワークの目標ＨＲＢ硬度が８５〜９０の場合には、トレーに載置したワークを、ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、加熱室にて９２０℃に加熱した後、加熱兼徐冷室を通過させ、急冷室にて８４℃／分の冷却速度で５００℃まで冷却した後、更に１００℃以下にまで冷却する。

加熱室におけるワークの加熱温度の制御は、それ自体は公知の方法にしたがって行なうことができる。例えば、予めワークの鋼種ごとにダミーを用いて加熱室の温度とワークの温度との関係を作成しておき、演算装置にワークの目標加熱温度に対応する加熱室の目標加熱温度を設定しておいて、かかる演算装置から実測値との差に応じて発せられる信号により、直火バーナへの燃料ガス供給量や空気供給量を調節することによって行なうことができる。

同様にして、加熱兼徐冷室における徐冷速度も制御することができる。この場合も、予めワークの鋼種ごとにダミーを用いて加熱兼徐冷室の温度とワークの温度との関係を作成しておき、演算装置に（加熱兼徐冷室におけるワークの入口側の温度−出口側の温度）／加熱兼徐冷室におけるワークの滞留時間で計算されるワークの目標徐冷速度に対応する（加熱兼徐冷室の入口側の温度−出口側の温度）／加熱兼徐冷室におけるワークの滞留時間で計算される加熱兼徐冷室での目標徐冷速度を設定しておき、かかる演算装置から実測値に基づく計算値との差に応じて発せられる信号により、１）加熱兼徐冷室の直火バーナに燃料ガスを供給することなく空気のみを供給するときの空気供給量、２）加熱兼徐冷室の給気ダクトの給気ファンにより空気を供給するときの空気供給量、３）加熱兼徐冷室の排気ダクトのダンパの開度、以上の１）〜３）のうちでいずれか一つ又は二つ以上を調節することによって行なうことができる。

更に同様にして、急冷室における冷却速度も制御することができる。この場合も、予めワークの鋼種ごとにダミーを用いて急冷室の温度とワークの温度との関係を作成しておき、演算装置に（急冷室におけるワークの入口側の温度−出口側の温度）／急冷室におけるワークの滞留時間で計算されるワークの目標徐冷速度に対応する（急冷室の入口側の温度−出口側の温度）／急冷室におけるワークの滞留時間で計算される急冷室での目標徐冷速度を設定しておき、かかる演算装置から実測値に基づく計算値との差に応じて発せられる信号により、１）急冷室の給気ダクトの給気ファンにより空気を供給するときの空気供給量、２）急冷室の排気ダクトのダンパの開度、以上の１）及び２）のうちでいずれか一つ又は二つを調節することによって行なうことができる。

本発明によると、様々な鋼種のワークに適応して、周囲の作業環境を悪化させることなく、またローラハース式熱処理炉全体の熱処理能力を低下させることなく、所定の硬度に熱処理したものを得ることができる。

本発明の熱処理炉を一部縦断面で例示する全体図。

図１のローラハース式熱処理炉は、加熱室１１と、加熱兼徐冷室１２と、急冷室１３とを備えている。加熱兼徐冷室１２は加熱室１１の下流側に連結されており、急冷室１３は加熱兼徐冷室１２の下流側に離間して接続されている。加熱室１１と加熱兼徐冷室１２は画壁を介在して連通されており、加熱室１１の上流部には加熱室１１の一部として予熱室１４が形成されている。加熱室１１（上流部の予熱室１４を含む、以下同じ）、加熱兼徐冷室１２及び急冷室１３にはこれらの各室に渡ってハースローラ１５が敷設されており、ハースローラ１５はこれらの各室で独立して駆動するようになっている。

加熱室１１の入口、加熱兼徐冷室１２の出口、急冷室１３の入口及び出口には開閉扉２１〜２４が装備されており、これらの開閉扉はシリンダ駆動で昇降して、前記の入口や出口を開閉するようになっている。加熱室１１及び加熱兼徐冷室１２には直火バーナ３１〜３３が装備されている。加熱室１１に装備された直火バーナ３１，３２には図示しない燃料ガス供給系と空気供給系が接続されており、同様に加熱兼徐冷室１２に装備された直火バーナ３３にも燃料ガス供給系と空気供給系が接続されていて、空気供給系には給気ファン４１が取付けられ、直火バーナ３３には、加熱したワークの徐冷に際して、燃料ガスを供給することなく空気のみを供給してワークを徐冷するようになっている。加熱兼徐冷室１２及び急冷室１３には給気ダクト５１，５２が接続されており、給気ダクト５１，５２には給気ファン４２，４３が取付けられている。また加熱室１１の入口側、加熱兼徐冷室１２の出口側及び急冷室１３には排気ダクト６１〜６３が接続されており、これらの排気ダクトにはダンパ７１〜７３が取付けられている。加熱したワークの徐冷や急冷に際して、給気ファン４１〜４３の回転数、ＣＭ弁の開度、ダンパ７２，７３の開度を調節することにより、直火バーナ３３から供給する空気量、給気ダクト５１，５２から供給する空気量、排気ダクト６２，６３から排出する排気量を調節して、ワークの冷却速度を制御するようになっている。

熱処理したワークの硬度は、ワークのＣＣＴ曲線に基づきワークの鋼種と冷却速度とによって決まるので、図示した熱処理炉は、かかるワークのＣＣＴ曲線を活用して、トレー８１に載置したワークＡを、ハースローラ１５で搬送しながら、加熱室１１又は加熱室１１と加熱兼徐冷室１２にて所定の温度に加熱し、引き続き加熱兼徐冷室１２又は急冷室１３にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却して、所定の硬度のものにするように成っているのである。

加熱室１１におけるワークＡの加熱温度の制御は、次のように行なうことができる。予めワークＡの鋼種ごとにダミーを用いて加熱室１１の温度とワークＡの温度との関係を作成しておき、演算装置９１にワークＡの目標加熱温度に対応する加熱室１１の目標加熱温度を設定しておいて、かかる演算装置９１から実測値との差に応じて発せられる信号により、直火バーナ３１，３２への燃料ガス供給量や空気供給量を調節することによって行なうことができる。

同様にして、加熱兼徐冷室１２におけるワークＡの徐冷速度も次のように制御することができる。予めワークＡの鋼種ごとにダミーを用いて加熱兼徐冷室１２の温度とワークＡの温度との関係を作成しておき、演算装置８１に（加熱兼徐冷室１２におけるワークＡの入口側の温度−出口側の温度）／加熱兼徐冷室１２におけるワークＡの滞留時間で計算されるワークＡの目標徐冷速度に対応する（加熱兼徐冷室１２の入口側の温度−出口側の温度）／加熱兼徐冷室１２におけるワークＡの滞留時間で計算される加熱兼徐冷室１２での目標徐冷速度を設定しておき、かかる演算装置９１から実測値に基づく計算値との差に応じて発せられる信号により、１）直火バーナ３３に燃料ガスを供給することなく空気のみを供給するときの空気供給量、２）給気ダクト５１の給気ファン４２により空気を供給するときの空気供給量、３）排気ダクト６２のダンパ７２の開度、以上の１）〜３）のうちでいずれか一つ又は二つ以上を調節することによって行なうことができる。

また同様にして、急冷室１３におけるワークＡの冷却速度も次のように制御することができる。予めワークＡの鋼種ごとにダミーを用いて急冷室１３の温度とワークＡの温度との関係を作成しておき、演算装置９１に（急冷室１３におけるワークＡの入口側の温度−出口側の温度）／急冷室１３におけるワークＡの滞留時間で計算されるワークＡの目標徐冷速度に対応する（急冷室１３の入口側の温度−出口側の温度）／急冷室１３におけるワークＡの滞留時間で計算される急冷室１３での目標徐冷速度を設定しておき、かかる演算装置９１から実測値に基づく計算値との差に応じて発せられる信号により、１）急冷室１３の給気ダクト５２の給気ファン４３により空気を供給するときの空気供給量、２）急冷室１３の排気ダクト６３のダンパ７３の開度、以上の１）及び２）のうちでいずれか一つ又は二つを調節することによって行なうことができる。

表１は、４種類の鋼種のワークについて、以上説明したように図１のローラハース式熱処理炉を用いて熱処理したときの、処理条件及び処理結果を例示するものである。

表１の結果からも明らかなように、本発明によると、様々な鋼種のワークに適応して、周囲の作業環境を悪化させることなく、またローラハース式熱処理炉全体の熱処理能力を低下させることなく、所定の硬度に熱処理したものを得ることができる。

１１ 加熱室
１２ 加熱兼徐冷室
１３ 急冷室
１４ 予熱室
１５ ハースローラ
２１〜２４ 開閉扉
３１〜３３ 直火バーナ
４１〜４３ 給気ファン
５１，５２ 給気ダクト
６１〜６３ 排気ダクト
７１〜７３ ダンパ
８１ トレー
９１ 演算装置
Ａ ワーク

Claims (5)

1. トレーに載置したワークをハースローラで搬送しながら熱処理するローラハース式熱処理炉において、
   加熱室と、
   前記加熱室の下流側に連結された加熱兼徐冷室と、
   前記加熱兼徐冷室の下流側に離間して接続された急冷室と、
   前記加熱室、前記加熱兼徐冷室及び前記急冷室に渡って敷設された各室で独立して駆動するハースローラと、
   前記加熱室の入口、前記加熱兼徐冷室の出口、前記急冷室の入口及び出口に装備された開閉扉と、
   前記加熱室及び前記加熱兼徐冷室に装備された直火バーナと、
   前記加熱兼徐冷室及び前記急冷室に接続された給気ダクトと、
   これらの給気ダクトに取付けられた給気ファンと、
   前記加熱室の入口側、前記加熱兼徐冷室の出口側及び前記急冷室に接続された排気ダクトと、
   これらの排気ダクトに取付けられたダンパとを備え、
   前記トレーに載置したワークを、前記ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、前記加熱室又は前記加熱室と前記加熱兼徐冷室にて、所定の温度に加熱し、引き続き、前記加熱兼徐冷室と前記急冷室又は前記急冷室にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却して、所定の硬度のものにするようにして成り、
   更に、前記加熱兼徐冷室に装備された前記直火バーナに接続された燃料ガス供給系及び空気供給系と、
   前記空気供給系に取付けられた、前記給気ファンと異なる他の給気ファンと、を備え、
   前記加熱兼徐冷室は、ワークを加熱する機能と、ワークを冷却する機能と、の２つの機能を兼ね備えており、
   前記ワークを冷却する機能は、前記直火バーナに燃料ガスを供給することなく前記他の給気ファンにより空気のみを供給して、又は、前記直火バーナに燃料ガスを供給することなく前記他の給気ファンにより空気のみを供給し、更に、前記給気ダクトの前記給気ファンにより空気を供給して、成ることを特徴とするローラハース式熱処理炉。
2. 前記加熱室の出口と前記加熱兼徐冷室の入口との間に開閉扉が装備されておらず、前記加熱室と前記加熱兼徐冷室とが連通されている請求項１に記載のローラハース式熱処理炉。
3. 前記加熱兼徐冷室による前記ワークを冷却する機能は、前記排気ダクトに取付けられた前記ダンパの開度を調節して成る請求項２に記載のローラハース式熱処理炉。
4. 請求項１乃至３のうちのいずれかに記載のローラハース式熱処理炉を用いたワークの熱処理方法であって、下記の１）又は３）の工程を経由することを特徴とする熱処理方法。
   １）前記トレーに載置したワークを、前記ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、前記加熱室と前記加熱兼徐冷室にて所定の温度に加熱した後、前記急冷室にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却する工程。
   ３）前記トレーに載置したワークを、前記ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、前記加熱室にて所定の温度に加熱した後、前記加熱兼徐冷室を通過させ、前記急冷室にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却する工程。
5. 請求項１乃至３のうちのいずれかに記載のローラハース式熱処理炉を用いたワークの熱処理方法であって、下記の２）の工程を経由することを特徴とする熱処理方法。
   ２）前記トレーに載置したワークを、前記ハースローラで搬送しながら、ワークのＣＣＴ曲線に基づき、前記加熱室にて所定の温度に加熱した後、前記加熱兼徐冷室にて所定の冷却速度で所定の温度に冷却し、引き続き前記急冷室にて冷却する工程であり、前記冷却速度を下記の〈１〉〜〈３〉の調節によって行なう工程。
   〈１〉前記直火バーナに燃料ガスを供給することなく、前記他の給気ファンにより空気のみを供給するときの空気供給量。
   〈２〉前記〈１〉の空気供給量が１００％の場合に、前記給気ダクトに取付けられた前記給気ファンにより空気を供給するときの空気供給量。
   〈３〉前記排気ダクトに取付けられた前記ダンパの開度。

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