(57)【要約】【課題】高温の浸炭炉の熱効率を向上させるとともに，その廃熱を利用することにより設備全体を省エネルギーなものとすることのできる熱処理炉を提供すること。【解決手段】本発明の熱処理炉の浸炭炉１は，対象物に対して第１の加熱温度（例えば９５０℃）で浸炭処理を施す浸炭拡散ゾーン１１と，対象物に対して第１の加熱温度より低い第２の加熱温度（例えば１５０℃）で焼き戻し処理を施す第２炉と，第１炉と第２炉との間を仕切る炉間壁１５と，第２炉と外部との間を仕切る外壁１６とを有し，第１炉と第２炉とが，炉間壁１５を介して隣接して配置されているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して第１の加熱温度で第１の熱処理を施す第１炉と，
対象物に対して第１の加熱温度より低い第２の加熱温度で第２の熱処理を施す第２炉と，
前記第１炉と前記第２炉との間を仕切る炉間壁と，
前記第２炉と外部との間を仕切る外壁とを有し，
前記第１炉と前記第２炉とが，炉間壁を介して隣接して配置されていることを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理炉において，
前記第１炉内と前記第２炉内とにそれぞれ，対象物を入口から出口まで搬送する搬送部材を有し，
前記第１炉の出口と前記第２炉の入口とが隣接して設けられていることを特徴とする熱処理炉。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱処理炉において，
前記第１炉が，浸炭処理を行う浸炭炉であり，
前記第２炉が，浸炭処理後の焼き戻し処理を行う焼き戻し室であることを特徴とする熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ステンレス鋼材等を熱処理する熱処理炉に関する。さらに詳細には，少なくとも高温における熱処理を行う高温炉と，その高温炉の処理温度より低い温度での熱処理を行う低温炉とを有する熱処理炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，ギヤ等の製造工程では，例えば，鍛造工程→熱処理工程→機械加工工程の順に処理が実施される。熱処理工程としては，例えば，浸炭処理，焼きもどし処理等が行われる。このうち，浸炭処理は，例えば９５０℃程度の高温での熱処理である。そのため，例えば，厚さ２００ｍｍの断熱レンガと厚さ５０ｍｍのロックウールとによる断熱壁で囲った浸炭炉等を用いて処理していた。また，焼きもどし処理は，浸炭処理よりは低温での熱処理である。従来，浸炭炉とは独立に，焼き戻し炉を設けて，適切な温度に温度管理しつつ熱処理を行っていた。
【０００３】
このように高温での熱処理とそれよりは低温での熱処理とを含む工程での省エネルギー対策として，高温炉の排ガスを低温炉に流通させることが提案されている。例えば，特許文献１には，排ガス通路にて直結した一対の連結炉を積層した熱処理炉が開示されている。本文献の装置によれば，例えば焼入れ前加熱用の加熱炉と焼戻し炉とが排ガス通路で連結されており，高温の排ガスを焼戻し炉へ導くことができる。また，その排ガス通路に設けられたダンパーによって，個別に温度調節もできるとされている。
【特許文献１】特公平４−６３１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，前記した特許文献１の熱処理炉では排ガスを流通させているが，浸炭炉の排ガスを焼き戻し室へ流通させることはできない。浸炭処理に用いられている雰囲気ガスが，焼き戻し工程に悪影響を与えるからである。そのため，この熱処理炉は，浸炭炉の熱を有効活用する目的には適用できなかった。
【０００５】
また，従来のような独立の浸炭炉では，例えば，廃熱が約４９４Ｗ／ｍ2とかなり大きいものとなっているため，熱効率が良好とは言えなかった。熱効率を向上させるために，単に炉壁を厚くする方法も考えられるが，設備の内容積を減少させれば生産性の低下の原因となる。あるいは，外側へ壁厚を増やせば，設備サイズの増大となる。さらには，炉壁の熱容量が大きくなるため，炉内温度の昇降に掛かる時間が長くなるという問題点もあった。またあるいは，断熱性の特に良好な断熱材を用いることも考えられるが，そのような断熱材は概して高価であり，設備費の増大となる。
【０００６】
本発明は，前記した従来の熱処理炉が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，高温の浸炭炉の熱効率を向上させるとともに，その廃熱を利用することにより設備全体を省エネルギーなものとすることのできる熱処理炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の熱処理炉は，対象物に対して第１の加熱温度で第１の熱処理を施す第１炉と，対象物に対して第１の加熱温度より低い第２の加熱温度で第２の熱処理を施す第２炉と，第１炉と第２炉との間を仕切る炉間壁と，第２炉と外部との間を仕切る外壁とを有し，第１炉と第２炉とが，炉間壁を介して隣接して配置されているものである。
【０００８】
本発明の熱処理炉によれば，第１炉と第２炉との間の炉間壁として，断熱性の適度なものを用いれば，これらの炉間である程度の熱が伝達される。さらに，第２炉は第１炉より低い温度での熱処理であるので，外部との仕切りである外壁として，通常の断熱性を有する材料によるものを使用できる。さらに，第１炉と第２炉とは炉間壁で仕切られているので，それらの間に雰囲気ガスが流れ込むおそれはない。従って，第１炉として浸炭炉を適用することができる。これにより，高温の浸炭炉の熱効率を向上させるとともに，その廃熱を利用することにより設備全体を省エネルギーなものとすることのできる熱処理炉となっている。
【０００９】
さらに本発明では，第１炉内と第２炉内とにそれぞれ，対象物を入口から出口まで搬送する搬送部材を有し，第１炉の出口と第２炉の入口とが隣接して設けられていることが望ましい。
このようになっていれば，対象物は，搬送部材によって第１炉内を入口から出口まで搬送されつつ，第１炉での熱処理が施される。さらに，第２炉の入口が第１炉の出口と隣接しているので，第１炉の出口から第２炉の入口へ移載することは容易である。従って，対象物を移動させる距離が小さく，例えば，ロボット等によって移載できる。
【００１０】
さらに本発明では，第１炉が，浸炭処理を行う浸炭炉であり，第２炉が，浸炭処理後の焼き戻し処理を行う焼き戻し室であることが望ましい。
通常，焼き戻し処理は浸炭処理に比較して低温で行われる。従って，本発明の熱処理炉をこれらの処理を行うものに適用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱処理炉によれば，高温の浸炭炉の熱効率を向上させるとともに，その廃熱を利用することにより設備全体を省エネルギーなものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，ギヤ等の金属部品を製造する製造工程に含まれる熱処理工程において使用される熱処理炉に本発明を適用したものである。
【００１３】
本形態の熱処理炉は，図１に示すように，浸炭炉１と焼き入れ槽２と洗浄機３とを有している。浸炭炉１は，図１と図２に示すように，浸炭拡散ゾーン１１とその左右に隣接した２室のもどしゾーン１２とを有する複合炉である。図１は，上から見た断面図であり，図２は，浸炭炉１を正面から見た断面図である。それぞれのゾーン１１，１２の内部には，上下に複数段のメッシュベルト１３が備えられている。
【００１４】
本形態の浸炭炉１では，浸炭拡散ゾーン１１ともどしゾーン１２との境界は，断熱レンガ製の炉間壁１５となっている。ここでは，熱伝導率０．２０Ｗ／（ｍ・Ｋ），厚さ２００ｍｍの断熱レンガを用いている。また，もどしゾーン１２と外部との間には，ロックウール製の外壁１６が配置されている。ここでは，熱伝導率０．０６Ｗ／（ｍ・Ｋ），厚さ５０ｍｍのロックウールを用いている。さらに，浸炭炉１の上面と下面は，適度な断熱性を有する断熱壁１７が設けられている。
【００１５】
本形態では，浸炭拡散ゾーン１１ともどしゾーン１２とはそれぞれ独立に温度制御できるようになっている。例えば，図３に示すように，浸炭拡散ゾーン１１は９５０℃，もどしゾーン１２は１５０℃にそれぞれ制御することができる。しかし，それらの間の隔壁は前述の構造の炉間壁１５のみであり，厚さ２００ｍｍの断熱レンガの断熱性は極端に高いわけではない。そのため，高温である浸炭拡散ゾーン１１から低温であるもどしゾーン１２へと，ある程度熱が伝達される。
【００１６】
各ゾーン１１，１２の温度が上記の程度に制御されている場合には，炉間壁１５の外側の面（もどしゾーン１２の側）では，２００℃を超える程度の温度（例えば，２１７℃）となることが分かっている。従って，もどしゾーン１２は，浸炭拡散ゾーン１１から十分な熱を得ることができるので，内部を加熱するための独自の加熱手段は，ほとんど不要である。備える場合でもごく簡略なものでよい。また，もどしゾーン１２の温度調節は，例えば流すガスの流量によって行うことができる。このとき熱エネルギーは，図３中に矢印で示すように伝達される。浸炭拡散ゾーン１１からもどしゾーン１２への熱の供給量は，約７３３Ｗ／ｍ2である。
【００１７】
さらに，もどしゾーン１２の外側は，外壁１６によって断熱されている。外壁１６の外側は，例えば，２３℃程度となる。この程度の温度であれば，作業者が触れたとしても問題はないので，露出されていてもよい。このとき，もどしゾーン１２から外気へ，図３中に矢印で示すように，約１６２Ｗ／ｍ2の熱エネルギーを排出していることとなる。この廃熱の量は従来のもの（約４９４Ｗ／ｍ2；課題欄参照）と比較して非常に小さい。従って，非常に熱効率の良好な熱処理炉となっている。
【００１８】
また，浸炭拡散ゾーン１１ともどしゾーン１２とは，炉間壁１５で仕切られているので，雰囲気制御も独立にできる。例えば，浸炭拡散ゾーン１１はＲＸガス雰囲気とし，もどしゾーン１２は大気雰囲気とすることもできる。ＲＸガスは，天然ガスなどを変成させた変成ガスである。浸炭拡散ゾーン１１の排ガスをもどしゾーン１２に流すことはしていない。従って，雰囲気ガスを用いる浸炭処理と用いないもどし処理であっても，炉間壁１５の熱伝導により熱を再利用することができる。さらに，それぞれのゾーン１１，１２の内部に配置されるメッシュベルト１３のスピードもそれぞれ独立に設定可能である。
【００１９】
次に，本形態の熱処理炉による熱処理の手順について説明する。本形態の熱処理炉では，浸炭処理，焼き入れ処理，焼き戻し処理の順に各処理が行われる。前工程から搬送されてきたワークは，まず浸炭拡散ゾーン１１によって浸炭処理される。浸炭拡散ゾーン１１のうち，図１中で上方側の端部が，入口１１ａである。ワークは，ロボット等によってこの入口１１ａから浸炭拡散ゾーン１１に搬入されて，メッシュベルト１３上に載せられる。
【００２０】
そして，メッシュベルト１３によって，図１に破線の矢印で示すように，水平方向に運ばれる。浸炭拡散ゾーン１１のうち，図１中で下方側の端部が，出口１１ｂである。本形態では，浸炭拡散ゾーン１１内は，９００℃〜１０５０℃程度に昇温されている。ワークは，メッシュベルト１３によってこの中を約３時間かけて出口１１ｂへと送られつつ，浸炭処理される。
【００２１】
浸炭処理が終了したワークに対して，次に焼き入れ処理が行われる。そのために，ワークは，ロボット等によって浸炭拡散ゾーン１１の出口１１ｂから取り出される。続いて，図１に破線の矢印で示すように，焼き入れ槽２に入れられる。この焼き入れ槽２には，水または油が満たされている。ここでは，油を用いることとする。ワークは，この油の中に挿入されることにより，急冷される。この焼き入れ槽２は，浸炭拡散ゾーン１１の出口１１ｂの近くに配置されるとよい。なお，油を用いる場合には，焼き戻し前に洗浄機３によってワークの洗浄を行うことが一般的である。
【００２２】
焼き入れの終了したワークに対して，次に焼き戻し処理が行われる。そのために，ロボット等によってもどしゾーン１２のメッシュベルト１３に載せられる。もどしゾーン１２の入口１２ａは，図１中で下方側の端部であり，浸炭拡散ゾーン１１の出口１１ｂと隣接して設けられている。もどしゾーン１２のメッシュベルト１３は，図１に破線の矢印で示すように，図中下から上向きに搬送する。これにより，ワークは，もどしゾーン１２の図中上方側の端部である，出口１２ｂへと送られる。もどしゾーン１２は，例えば１５０℃程度に制御されており，処理時間は１時間程度である。
【００２３】
次に，別の形態の浸炭炉を図４に示す。この浸炭炉２０は，その全体が円柱形をなしているものである。内部には，内周側の略円柱状の浸炭拡散ゾーン２１と，その外周を取り囲む略円筒状のもどしゾーン２２とが形成されている。これらの浸炭拡散ゾーン２１ともどしゾーン２２内には，それぞれ複数段のターンテーブルが配置されている。浸炭拡散ゾーン２１内のターンテーブルともどしゾーン２２内のターンテーブルとは，それぞれ独立に回転可能にされている。
【００２４】
また，浸炭炉１と同様に，浸炭拡散ゾーン２１ともどしゾーン２２との間は，熱伝導率０．２０Ｗ／（ｍ・Ｋ），厚さ２００ｍｍの断熱レンガ製の炉間壁２５によって仕切られている。また，もどしゾーン２２の外周側には，熱伝導率０．０６Ｗ／（ｍ・Ｋ），厚さ５０ｍｍのロックウール製の外壁２６が設けられている。炉間壁２５には，開閉可能な出し入れ口２７が形成されている。また，外壁２６には，開閉可能な出し入れ口２８が形成されている。
【００２５】
浸炭処理時には，浸炭拡散ゾーン２１内は，浸炭炉１の浸炭拡散ゾーン１１と同様に，例えば，９５０℃に昇温される。また，もどしゾーン２２内は，浸炭炉１のもどしゾーン１２内と同様に，例えば，１５０℃程度とされる。ワークは，まず奥側の浸炭拡散ゾーン２１のターンテーブルに載せられ，回転されつつ浸炭処理される。続いて，ワークは浸炭炉２０から取り出されて，焼き入れ処理が行われる。その後，もどしゾーン２２のターンテーブルに載せられて焼き戻し処理が行われる。
【００２６】
さらに，別の配置としては，図５に示すように，浸炭拡散ゾーン３１ともどしゾーン３２とが上下に積み重ねられた浸炭炉３０であってもよい。各ゾーン３１，３２の内部にはメッシュベルト３３が設けられている。処理実行時には，浸炭拡散ゾーン３１のメッシュベルト３３は図中手前から奥へ，もどしゾーン３２のメッシュベルト３３は図中奥から手前へ，それぞれワークを搬送する。この場合，焼き入れ槽３５は，浸炭拡散ゾーン１１の出口近く（図中奥側）に配置されていればよい。浸炭拡散ゾーン３１の上部にも，さらにもどしゾーンを設けるようにしても良い。あるいは，浸炭拡散ゾーンの上下左右にそれぞれ，もどしゾーンを設けても良い。
【００２７】
あるいは，図６に示すように，３段積み型の浸炭炉４０としてもよい。この図では，一番上に９５０℃ゾーン４１，中段に８４５℃ゾーン４２，一番下に１５０℃ゾーン４３を配置したものを示した。９５０℃ゾーンの上にも，さらに１５０℃ゾーン等を設けても良い。この場合，９５０℃ゾーン４１と８４５℃ゾーン４２との関係では，９５０℃ゾーン４１が第１炉に，８４５℃ゾーン４２が第２炉にそれぞれ相当する。また，８４５℃ゾーン４２と１５０℃ゾーン４３との関係では，８４５℃ゾーン４２が第１炉に，１５０℃ゾーン４３が第２炉にそれぞれ相当する。
【００２８】
あるいは，図７に示すように，円柱形で積み型の浸炭炉５０としてもよい。ここでは，上部に浸炭拡散ゾーン５１を，下部にもどしゾーン５２を配している。さらに，浸炭拡散ゾーン５１の上部にも，もどしゾーンを配してもよい。
【００２９】
以上詳細に説明したように本形態の浸炭炉によれば，浸炭拡散ゾーンの外周側に，もどしゾーンを配置しているので，浸炭拡散ゾーンからの廃熱をもどしゾーンで利用することができる。さらに，浸炭拡散ゾーンともどしゾーンとの間には，適度な厚さの断熱レンガ製の炉間壁を配置するだけでよいので，設備の大型化や設備費の増大を招くおそれはない。もどしゾーンの外周側の外壁は，適度な厚さのロックウール製のものでよい。また，炉外部への廃熱の量を抑制でき，熱効率のよいものとなっている。
【００３０】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
上記の各形態では，浸炭拡散ゾーンともどしゾーンとの間に断熱レンガ製の炉間壁を，もどしゾーンの外側にロックウール製の外壁を配置するとしたが，これらの壁の材質は，上記のものに限らない。例えば，これらの材質は逆でもよいし，ともに同じ材質のものを用いてもよい。また例えば，本発明の熱処理炉は，浸炭処理ともどし処理とに使用されるものに限らない。例えば，焼き鈍し処理ともどし処理を行うものでもよい。また，処理内容によっては，焼き入れ槽２を使わない熱処理もある。その様な処理のみを行う熱処理炉であれば，焼き入れ槽２を有しないものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本形態の浸炭炉を示す平面断面図である。
【図２】本形態の浸炭炉を示す正面断面図である。
【図３】浸炭炉の内外における温度変化と熱伝達量を示す説明図である。
【図４】別の形態の浸炭炉を示す説明図である。
【図５】別の形態の浸炭炉を示す説明図である。
【図６】別の形態の浸炭炉を示す説明図である。
【図７】別の形態の浸炭炉を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，２０，３０，４０，５０  浸炭炉
１１，２１，３１，４１，５１  浸炭拡散ゾーン
１２，２２，３２，４２，５２  もどしゾーン
１５，２５  炉間壁
１６，２６  外壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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