JPH0141684B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〈産業上の利用分野〉 本発明は鋼材を被熱物とする真空熱処理炉、と
くに加熱室と冷却室の２室と、これらの両室を区
画する１つの中間真空扉で構成した真空熱処理炉
の操業方法に関する。 〈従来の技術〉 従来、被熱物を熱処理する際には、被熱物が酸
化して金属肌に支障を生じさせないよう、真空中
で加熱するか、あるいは不活性ガス雰囲気中で加
熱して行なつていた。そして、従来の真空熱処理
炉では、特開昭52−47531号公報等に記載されて
いるものがある。この公報記載の炉における加熱
室とガス冷却室と油焼入室のうち、例えば、加熱
室とガス冷却室との２室を使用して、これらの両
室を区画する中間扉により、２室１扉タイプの真
空熱処理炉として使用することが考えられる。 そして、加熱室においては、従来、発熱体がモ
リブデン線、タングステン線、あるいはグラフア
イトバー等から構成され、また、断熱材が同様に
モリブデン板、タングステン板、あるいはグラフ
アイトフエルト等から構成され、共に耐酸化性が
低く、300℃以上で空気に触れると燃焼してしま
うことから、加熱室を直接大気にさらすことはで
きない。勿論、被熱物を入れる際などに、加熱室
を300℃以下に降温させれば、支障はないが、そ
の後の昇温が必要となつて、エネルギーロスが著
しく、かつ稼動率も著しく低下してしまう。 そしてまた、仮に加熱室を大気にさらすことが
できたとしても、加熱室に被熱物が装入された
際、加熱室内の高温状態と装入時に加熱室内へ導
入される空気とによつて、被熱物の表面が酸化し
て金属肌に支障が生じ、不良品となると判断され
ていた。 そのため、従来の２室１扉タイプの真空熱処理
炉としては、冷却室を、冷却用に使用するばかり
でなく、加熱室を大気に直接さらさないように、
準備室と兼用で使用しなければならず、次のよう
な工程で操業することとなる（第３表参照）。 第１工程：装入扉を開けて冷却室内に第１被熱
物M1を装入する。 第２工程：冷却室を真空状態にし、中間扉を開
け、第１被熱物M1を高温・真空状態の加熱室
１に装入して、中間扉を閉じる。 第３工程：第１被熱物M1を加熱室内で昇温さ
せ、所定の高温に所定時間保持させる。 第４工程：中間扉を開け、第１被熱物M1を冷
却室に移送させ、その後、中間扉を閉じる。 第５工程：冷却室内で不活性ガスを封入した状
態で第１被熱物M1を冷却する。 第６工程：装入扉を開け、第１被熱物M1を冷
却室から取り出す。 第７工程：次の第２被熱物M2を冷却室内へ装
入させる。 以上のように、従来公知の発明を応用した２室
１扉タイプの真空熱処理炉を使用した操業では、
加熱室への被熱物の出し入れが必ず冷却室を介在
させて行なう必要があることから、所謂インアウ
ト方式あるいはバツチ方式の炉となつて、６つの
工程で１サイクルの操業が行なわれ、稼動率が良
いとは言えず、大量の被熱物を効率良く熱処理す
ることができなかつた。 〈発明が解決しようとする問題点〉 このような欠点を除くために、加熱室の前部に
準備室を設ける３室２扉の真空熱処理炉を使用す
る操業が開発された。この操業に使用する熱処理
炉はたとえば第１図に示すように真空状態で被熱
物を加熱するために発熱体Ｂ１と断熱材Ｂ２から
なる加熱室Ｂと、その前後にそれぞれ準備室Ａと
冷却フアンＥをもつ冷却室Ｃとが設けられ、これ
ら３室を区画する２つの中間真空扉Ｇ，Ｈと、被
熱物の装入扉Ｇおよび搬出扉Ｉで構成されてい
る。 この上記真空熱処理炉の操業工程を第１表によ
り説明すると次のようである。 なお、あらかじめ、加熱室Ｂは真空状態で所定
温度に予熱され、冷却室Ｃは減圧状態に維持し装
入扉Ｆ、第１および第２中間真空扉Ｇ，Ｈ、搬出
扉Ｉは閉鎖しておく。 第１工程では装入扉Ｆを開放して第１被熱物Ｍ
１を大気圧状態の準備室Ａへ挿入し、装入扉Ｆを
閉鎖する。 第２工程では準備室Ａを真空状態とした後、第
１中間真空扉Ｇを開放して第１被熱物Ｍ１を準備
室Ａから加熱室Ｂへ移送し、直ちに第１中間真空
扉Ｇを閉鎖する。 第３工程では第１被熱物Ｍ１を所定温度に加熱
し、その温度に所定時間保持する。また、準備室
Ａを大気圧状態にもどし、装入扉Ｆを開放して第
２被熱物M2を装入し、直ちに装入扉Ｆを閉鎖す
る。 第４工程では準備室Ａを真空状態にするととも
に、減圧状態の冷却室Ｃを真空状態にした後、第
２中間真空扉Ｈを開放して第１被熱物Ｍ１を加熱
室Ｂから冷却室Ｃへ移送後、直ちに第２中間真空
扉Ｈを閉鎖する。 第５工程では第１中間真空扉Ｇを開放して第２
被熱物Ｍ２を準備室Ａから加熱室Ｂへ移送すると
ともに、冷却室Ｃへ冷却ガスを導入し減圧状態に
してこれを冷却フアン（第１図のＥ参照）によつ
て撹拌し冷却する。第１被熱物Ｍ１を所定冷却速
度で所定温度に冷却したら、ついで冷却室Ｃを大
気圧状態にする。 第６工程では搬出扉Ｉを開放して第１被熱物Ｍ
１を冷却室Ｃから炉外へ搬出する。これと同時に
加熱室Ｂでは第２被熱物Ｍ２を所定温度に加熱
し、その温度に所定時間保持する。一方、準備室
Ａは真空状態を大気圧状態にもどし、搬出扉Ｆを
開放して第３被熱物Ｍ３を挿入し、搬出扉Ｆを閉
鎖する。 第７工程では第４工程と同様な操業が行われ
る。 したがつて、３室２扉タイプの真空熱処理炉を
使用する操業とすると、操業当初に６つの工程が
必要となるものの、別途準備室Ａを設けたことか
ら、その後においては３つの工程を経るだけで１
サイクルの操業を行なうことができ、６つの工程
で１サイクルの操業となる従来の２室１扉タイプ
の真空熱処理炉に比べて、著しく稼動率を向上さ
せることができ、大量の被熱物を効率良く熱処理
することができる。ちなみに、従来の２室１扉タ
イプの炉の操業では、定常状態の１サイクルに
3.5時間程度要するのに対し、３室２扉タイプの
炉の操業では、2.5時間程度と稼動率が向上する。 しかし、上記のような３室２扉タイプの真空熱
処理炉を使用する操業では、上記のような稼動率
向上の効果が得られるも、炉自体が準備室のない
従来の２室１扉タイプの真空熱処理炉に比べ必然
的に炉長が長くなり、真空排気系諸機器も大型と
なるほか、制御系機器、被熱物移送機器なども複
雑となるため、熱処理炉の製造価格が高く、保守
点検に長時間を要するなどの問題がある。 本発明は、上記の問題を解決するもので、真空
加熱する場合、被熱物の表面に微弱な酸化被膜が
形成されていても、その酸化被膜が真空加熱中に
解離消失して、被熱物の金属肌に支障を生じさせ
ないことに着目し、据付け面積が少なく、製造価
格が低く、保守点検が容易な準備室のない２室１
扉タイプの真空熱処理炉を使用しても、３室２扉
タイプの真空熱処理炉と同様に、被熱物の金属肌
に支障を生じさせることなく稼動率を著しく向上
でき、大量の被熱物を効率良く熱処理できる真空
熱処理炉の操業方法を提供することを目的とす
る。 〈問題点を解決するための手段〉 本発明に係る真空熱処理炉の操業方法は、炉の
前後にそれぞれ装入扉と搬出扉とを設け、炉の前
部及び、後部をそれぞれ加熱室及び冷却室とな
し、この加熱室と冷却室とを中間真空扉によつて
区画し、加熱室を高温環境の真空中ならびに大気
中において化学的、強度的に安定な発熱体及び断
熱材によつて構成し、冷却室に接続される不活性
ガス供給装置と、加熱室と冷却室とに接続される
真空減圧装置とを具備させた鋼材を被熱物とする
真空熱処理炉の操業方法であつて、 (a) 装入扉を開閉して加熱室に第１の被熱物を装
入する第１工程、 (b) 加熱室において真空減圧装置と発熱体とを使
用して第１被熱物を真空加熱するとともに、冷
却室を真空減圧装置を使用して所定の真空圧と
する第２工程、 (c) 中間真空扉を開閉して加熱室から冷却室へ第
１被熱物を移送する第３工程、 (d) 冷却室において不活性ガス供給装置を使用し
て不活性ガス雰囲気とするとともに冷却手段に
よつて第１被熱物を冷却し、かつ、装入扉を開
閉して高温状態に維持されている加熱室に大気
圧状態で第２の被熱物を装入する第４工程、 (e) 加熱室において真空減圧装置と発熱体とを使
用して直ちに第２被熱物を真空加熱し、その際
併せて加熱室装入時に形成された第２被熱物の
酸化被膜を解離消失させるとともに、搬出扉を
開閉して冷却室から炉外へ第１被熱物を搬出
し、真空減圧装置を使用し冷却室を所定の真空
圧とする第５工程、 を経て、その後、第３工程以降を順次繰返して後
続の被熱物を熱処理することによつて、既述の問
題点を解決するものである。 〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図例に基づいて説明す
る。 実施例に使用する真空熱処理炉は、第２図に示
すように、炉の前後にそれぞれ装入扉４と搬出扉
５とを備えるとともに中間部位の中間真空扉３で
区画される加熱室１と冷却室２とからなる。 加熱室１の構成部材中、発熱体１ａは、高温強
度が大で、高温状態で直接空気に触れても酸化燃
焼せず、また熱亀裂が生じなくて、高温真空時で
も蒸発しない抵抗発熱体を使用する。たとえば再
結晶処理を施した炭化ケイ素質発熱体、またはそ
の表面にアルミナ溶射被膜層を形成させた炭化ケ
イ素質発熱体のほか、最高加熱温度が1000℃以
下、真空圧0.2トール程度ならばニツケル・クロ
ム系合金発熱体、鉄・クロム系合金発熱体などが
使用できる。また、断熱材１ｂは、熱伝導率が小
さく、高温状態で繰返し真空←→大気にさらされて
も化学的に安定な耐火材、たとえば高純度セラミ
ツクフアイバーで構成した断熱材を使用する。 また、加熱室１と冷却室２とには、各々真空減
圧装置７が接続され、さらに、冷却室２には、窒
素等の不活性ガスを供給できる不活性ガス供給装
置８が接続されている。 なお、中間真空扉３、装入扉４、および搬出扉
５は、各々図示しない扉開閉装置に連結されて迅
速に開閉されるよう構成され、また、加熱室１お
よび冷却室２内には各々被熱物の装入・移送・搬
出のために図示しない移送装置が配設されてい
る。 つぎに、上記のように構成した実施例の真空熱
処理炉、とくにガス冷却炉の操業工程を第２表に
より説明する。 あらかじめ加熱室１は大気圧状態で所定温度に
予熱し、冷却室２は大気圧状態に維持し、装入扉
４、中間真空扉３、搬出扉５はいづれも閉鎖して
おく。 第１工程では装入扉４を開放し、第１被熱物Ｍ
１を加熱室１へ装入する。ついで装入扉４を閉鎖
する。 第２工程では加熱室１を真空減圧装置７により
真空排気して約0.5トール以下の真空圧となし、
第１被熱物Ｍ１を所定温度に加熱し、所定時間保
持する。これと同時に冷却室２を真空減圧装置７
により真空排気して約0.5トール以下の圧力とす
る。 第３工程では中間真空扉を開放して第１被熱物
Ｍ１を加熱室１から冷却室２へ移送し、中間真空
扉３を閉鎖する。 第４工程では冷却室２へ不活性ガス供給装置８
から不活性ガスを導入して少なくとも0.3Kgｆ／
cm²の加圧ガス雰囲気となし、冷却フアン（第２図
の６参照）によつて冷却手段である不活性ガスを
撹拌しつつ所定の冷却速度で第１被熱物Ｍ１を冷
却する。一方、加熱室１へ空気を導入して大気圧
状態となし、装入扉４を開放して第２被熱物Ｍ２
を加熱室１へ装入し、装入扉４を閉鎖する。 なお、高温の加熱室１内へ空気を導入しても、
この加熱室１の構成部材である発熱体１ａと断熱
材１ｂとが共に高温環境の真空中ならびに大気中
において化学的・強度的に安定なもので構成され
ており、何ら支障は生じない。 また、加熱室１内へ空気を導入して大気圧状態
とした際、加熱室１は若干降温するものの依然高
温状態に維持されており、この中の第２被熱物Ｍ
２を装入するが、装入後、後述する第５工程にお
いて、直ちに（約60秒で）真空状態にするので、
酸化雰囲気にさらされている時間が短かく、その
間に第２被熱物Ｍ２の温度上昇も少ないので、酸
化が非常に微弱である。そしてその酸化被膜は、
引き続き行なわれる真空加熱によつて、容易に解
離消失する。そのため、その第２被熱物の金属肌
に支障をきたすことがない。 さらにまた、この第４工程では、冷却室２内を
大気圧状態より高い加圧状態としていることか
ら、加熱室１に第２被熱物Ｍ２を装入するために
空気を導入して大気圧状態とする際、その空気が
中間真空扉３から冷却室２内へ侵入することを一
層防止でき、第１被熱物Ｍ１の酸化を防止でき
る。ちなみに、中間真空扉３の冷却室２に対する
気密性能が十分であれば、冷却室２内を大気圧状
態より高い加圧状態とする必要はない。しかし、
冷却手段として不活性ガスを利用するのではなく
油槽浸漬や油噴射等を利用する場合には、低圧す
ぎるとそれらの油が蒸発し易くなることから、冷
却室２内には、被熱物の酸化防止と油蒸発防止の
ために、不活性ガスを導入しておく必要がある。 第５工程では加熱室１を直ちに真空減圧装置７
により真空排気して所定の真空圧となし、第２被
熱物Ｍ２を所定温度に加熱し、所定時間保持す
る。一方冷却室２への上記ガスの導入を止め、外
部へ上記ガスを放出して大気圧状態となし、搬出
扉５を開放して第１被熱物Ｍ１を冷却室２から炉
外へ搬出する。その後、搬出扉５を閉鎖し、冷却
室２を所定の真空圧となるように、真空減圧装置
７により真空排気する。 第６工程は第３工程と同様な操業が行なわれる
ため、定常状態では第３・４・５工程がこの順序
で繰返される。 したがつて、実施例では、定常状態の１サイク
ルが３工程で行なえることから、第３図に示すよ
うに、従来の３室２扉タイプの真空熱処理炉を使
用する場合と同様に、被熱物の金属肌に支障を生
じさせることなく、定常状態の１サイクルを2.5
時間程度の稼動で行なえ、従来の２室１扉タイプ
の真空熱処理炉を使用する場合に比べて稼動率が
著しく向上し、大量の被熱物を効率良く熱処理す
ることができる。 そして勿論、準備室のない２室１扉タイプの真
空熱処理炉の使用となることから、従来の３室２
扉タイプの真空熱処理炉の操業と相違して、炉の
製造価格や据付け面積を低減でき、保守点検を容
易に行なうことができる。 なお、実施例において、加熱室１に浸炭性ガス
源を接続させて、真空浸炭を行なう場合には、加
熱室１の発熱体１ａや断熱材１ｂに煤が付着する
こととなるが、この半連続真空熱処理炉では、サ
イクル毎に高温状態の加熱室１内に空気を導入し
て大気圧状態に戻すことから、その際にそれらに
付着した煤が焼除され、加熱室１の清浄化を図る
ことができる。 〈発明の作用・効果〉 本発明に係る操業方法は、使用する真空熱処理
炉が、従来の２室１扉タイプの真空熱処理炉と相
違し、加熱室の発熱体や断熱材を高温環境の真空
中ならびに大気圧中において化学的・強度的に安
定なもので構成したことから、高温の加熱室の内
部を支障なく大気にさらすことができ、直接被熱
物を加熱室に装入できる。 そして、高温の加熱室に被熱物を装入した直後
では、加熱室内に導入された大気によつて被熱物
表面に酸化被膜が形成されるが、その酸化被膜
は、その後に直ちに真空加熱されることから、微
弱であり、さらに、その真空加熱によつて解離消
失するため、金属肌に支障を生じさせることなく
被熱物の熱処理が可能である。 したがつて、本発明の操業方法では、２室１扉
タイプの真空熱処理炉を使用しても、被熱物に支
障を生じさせることなく、被熱物を加熱室に直接
大気中で装入でき、従来の３室２扉タイプの真空
熱処理炉の操業と同様に、被熱物の金属肌に支障
を生じさせることなく稼動率を向上でき、大量の
被熱物を効率良く熱処理できる。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉の前後にそれぞれ装入扉と搬出扉とを設
   け、炉の前部及び、後部をそれぞれ加熱室及び冷
   却室となし、この加熱室と冷却室とは中間真空扉
   によつて区画され、前記加熱室を高温環境の真空
   中ならびに大気中において化学的、強度的に安定
   な発熱体及び断熱材によつて構成し、前記冷却室
   に接続される不活性ガス供給装置と、前記加熱室
   と冷却室とに接続される真空減圧装置とを具備し
   て鋼材を被熱物とする真空熱処理炉の操業方法で
   あつて、 (a) 前記装入扉を開放して前記加熱室に第１の被
   熱物を装入し、前記装入扉を閉じる第１工程、 (b) 前記加熱室において前記真空減圧装置と発熱
   体とを使用して前記第１被熱物を真空加熱する
   とともに、前記冷却室を前記真空減圧装置を使
   用して所定の真空圧とする第２工程、 (c) 前記中間真空扉を開放して前記加熱室から前
   記冷却室へ前記第１被熱物を移送し、前記中間
   真空扉を閉じる第３工程、 (d) 前記冷却室において前記不活性ガス供給装置
   を使用して不活性ガス雰囲気とするとともに冷
   却手段によつて前記第１被熱物を冷却し、か
   つ、前記装入扉を開放して高温状態に維持され
   ている前記加熱室に大気圧状態で第２の被熱物
   を装入し、前記装入扉を閉じる第４工程、 (e) 前記加熱室において前記真空減圧装置と発熱
   体とを使用して直ちに記第２被熱物を真空加熱
   し、その際併せて前記加熱室装入時に形成され
   た前記第２被熱物の酸化被膜を解離消失させる
   とともに、前記搬出扉を開放して前記冷却室か
   ら炉外へ前記第１被熱物を搬出し、前記搬出扉
   を閉じて前記真空減圧装置を使用し前記冷却室
   を所定の真空圧とする第５工程、 を経て、その後、第３工程以降を順次繰返して後
   続の被熱物を熱処理することを特徴とする真空熱
   処理炉の操業方法。