(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却部への外気の侵入を遮蔽部材を用いずに効果的に防止し、炉内圧力の均衡状態が保持されて製品の品質を確保することができる連続焼結炉を提供する。【解決手段】ワークＷの炉内搬送路１１が貫通する炉体１０の搬送上流側から下流に向けて、脱ろう部２０、焼結部３０、冷却部４０が連続して設けられ、ワークＷを炉内搬送路１１に沿って搬送する搬送手段５０を有し、冷却部４０の搬送下流端部にワークＷの排出口１３が設けられた連続焼結炉において、排出口１３付近に、該排出口１３を遮蔽して冷却部４０の炉内と炉外とを仕切る遮蔽気流を噴出する遮蔽気流噴出手段７０を設ける。遮蔽気流の噴出方向および流速を適切に設定して冷却部４０への外気の侵入を防ぎ、炉内圧力の均衡状態を保持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの炉内搬送路が貫通する炉体の搬送上流側から下流に向けて、脱ろう部、焼結部、冷却部が連続して設けられ、ワークを炉内搬送路に沿って搬送する搬送手段を有し、冷却部の搬送下流端部にワークの排出口が設けられた連続焼結炉において、
前記排出口に、該排出口を遮蔽して前記冷却部の炉内と炉外とを仕切る遮蔽気流を噴出する遮蔽気流噴出手段を有することを特徴とする連続焼結炉。
【請求項２】
前記遮蔽気流噴出手段は、前記排出口に遮蔽気流を噴出するノズルを有し、該ノズルからの遮蔽気流の噴出方向は、上方から下方であって前記炉内搬送路の下流側に向かって水平方向に対し４０〜６０°の角度で傾斜しており、かつ、該遮蔽気流の流速が５〜３０ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１に記載の連続焼結炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定形状に成形された圧粉体を連続的に搬送しながら焼結処理を行う連続焼結炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料粉末を所定形状に圧縮成形した圧粉体を焼結して得る粉末冶金製品の焼結工程は、圧粉体に含まれる潤滑剤の除去を行う予備工程としての脱ろう工程、所定の温度で加熱する本工程である焼結工程、焼結体を冷却する予後工程である冷却工程を必要としている。これらの工程を実施する炉として、ワークをメッシュベルトで搬送しながら各工程を行う脱ろう部、焼結部、冷却部が連続して設けられた連続焼結炉が用いられている（特許文献１等）。
【０００３】
この種の連続焼結炉においては、ワークに所望の特性を与えるために、雰囲気および温度といった炉内環境の適正化が求められる。一般に、脱ろう部では、熱源としてプロパンやブタンなどの炭化水素ガスを不完全燃焼させ、ワークの酸化を防ぎつつ、発生する排気ガス中の潤滑剤から二次的に発生するすすなどを排出している。このすすは、脱ろう部の温度が低いと脱ろうが不十分となることにより発生しやすいため、温度を上げてカーボンポテンシャルを下げ、脱炭を促進させることで抑制される。しかしながら、昇温燃焼ガスの分解に伴う余剰の水分や圧縮成形時に使用される潤滑剤（例えば、ステアリン酸亜鉛）の熱分解成分である酸化亜鉛を含む有害ガスが焼結部に侵入すると、ワークの脱炭反応が過剰となって所望の強度や寸法が得られないばかりか、外観に変質を来たし不良の要因となる。
【０００４】
そこで従来では、潤滑剤の熱分解で発生する排気ガス量を上回る量の還元性ガスや窒素などの非酸化性ガスからなる雰囲気ガスを、焼結部の下流端部付近において炉内に供給して内圧を高めることで、脱ろう部から焼結部への有害ガスの侵入を抑え、かつ、排出口から冷却部への外気の侵入を抑えている。また、排出口には、外気の侵入防止の補強策として、遮蔽部材を排出口に昇降可能に吊した状態で配設し、ワークが通過する際にはワークが遮蔽部材を押し開いて排出口を通過するような機構を採用する場合もある。遮蔽部材は、例えばセラミック製の多数の紐状部材や、ステンレス製の薄板等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３０３１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記遮蔽部材により排出口を遮蔽して冷却部への外気の侵入を抑える機構においては、遮蔽部材にワークが接触するため、ワークが遮蔽部材に押されてメッシュベルト上での位置ずれ、あるいはメッシュベルトからの脱落が生じる場合がある。排出口でワークに位置ずれが生じていると、自動取り出し装置で排出口から排出されたワークを取り出すようにされた炉の場合、自動取り出しを円滑に行えなくなるといった問題が生じる。また、遮蔽部材においては、ワークの接触により損耗が物理的に生じ、さらに、焼結部に供給する上記雰囲気ガスにブタンやプロパン等の変成ガスやアンモニア分解ガスを使用している場合、含有されている一酸化炭素や水素を、中毒あるいは爆発防止の目的でパイロットバーナーで燃焼させており、この燃焼炎で加熱されることによって遮蔽部材の損耗が加速する。
【０００７】
このように遮蔽部材が損耗すると破損や変形を生じるため、排出口の遮蔽性が低下する。すると、炉内圧力の均衡状態が崩れて外気が排出口を通って冷却部に侵入するばかりでなく、水分や脱炭の触媒となる潤滑剤の灰分である酸化亜鉛等を多量に含む脱ろう部の雰囲気ガスが焼結部に逆流する事態を招き、結果としてワークに酸化、変色、脱炭、組織不良といった不良の原因となる悪影響を与えることになる。遮蔽部材の損耗に対しては、遮蔽部材に昇降機能を設け、損耗の進行に応じて下降させることにより、損耗の影響が少なくなるようにするといった工夫がなされるが、損耗が均等に生じないため遮蔽性を維持させるには不十分であった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、遮蔽部材が損耗したり冷却部の排出口を通過するワークの位置ずれや脱落が生じたりする問題を解消することができるとともに、排出口から外気が冷却部に侵入することを効果的に防止し、その結果、炉内圧力の均衡状態が保持されて製品の品質を確保することができる連続焼結炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の連続焼結炉は、ワークの炉内搬送路が貫通する炉体の搬送上流側から下流に向けて、脱ろう部、焼結部、冷却部が連続して設けられ、ワークを炉内搬送路に沿って搬送する搬送手段を有し、冷却部の搬送下流端部にワークの排出口が設けられた連続焼結炉において、前記排出口に、該排出口を遮蔽して前記冷却部の炉内と炉外とを仕切る遮蔽気流を噴出する遮蔽気流噴出手段を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の連続焼結炉によれば、排出口から冷却部への外気の侵入が、遮蔽気流噴出手段から排出口に噴出される遮蔽気流によって効果的に防止される。遮蔽部材によって排出口を遮蔽する従来構造が不要となり、したがって遮蔽部材が損耗したり冷却部の排出口を通過するワークの位置ずれや脱落が生じたりする問題が解消する。また、焼結部へ供給した雰囲気ガスの圧力によって排出口から冷却部への外気の侵入を防ぐといった作用が必要なくなるため、焼結部への雰囲気ガスの供給量や、該雰囲気ガスを加熱する電力を低減することができる。
【００１１】
本発明の連続焼結炉では、前記遮蔽気流噴出手段は、前記排出口に遮蔽気流を噴出するノズルを有し、該ノズルからの遮蔽気流の噴出方向は、上方から下方であって前記炉内搬送路の下流側に向かって水平方向に対し４０〜６０°の角度で傾斜しており、かつ、該遮蔽気流の流速が５〜３０ｍ／ｓである形態が好ましい。
【００１２】
遮蔽気流の噴出方向に関しては、上方から下方であって下流側に向かって噴出することにより、排出口から冷却部に向かう外気に遮蔽気流が対向し、外気がより侵入しにくくなる。また、４０°を下回る噴出角度ではワークに遮蔽気流が到達しにくくなるとともに、排出口の全断面を遮蔽しにくくなる。一方、６０°を超える噴出角度ではワークの周囲で循環流が生じ、外気の乱流が冷却部に侵入しやすくなる。以上のことから、上方から下方、かつ、下流側に向かって噴出する遮蔽気流の噴出角度は、４０〜６０°で傾斜している形態がよい。なお、この角度の範囲では、４５〜６０°がより好ましい。
【００１３】
遮蔽気流の流速に関しては、５ｍ／ｓを下回ると外気の侵入を防ぎにくくなり、一方、３０ｍ／ｓを超えるとワークが軽量の場合にワークが移動してしまうおそれがある。よって遮蔽気流の流速は５〜３０ｍ／ｓである形態がよく、この範囲では、１５〜３０ｍ／ｓがより好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、遮蔽部材が損耗したり冷却部の排出口を通過するワークの位置ずれや脱落が生じたりする問題を解消することができるとともに、排出口から外気が冷却部に侵入することを効果的に防止し、その結果、炉内圧力の均衡状態が保持されて製品の品質を確保することができる連続焼結炉が提供されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る連続焼結炉を模式的に示す側断面図である。
【図２】一実施形態の連続焼結炉の排出口の横断面図である。
【図３】一実施形態の遮蔽気流噴出手段を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）連続焼結炉の基本構成
図１は一実施形態の連続焼結炉を示している。この連続焼結炉は、ワークＷを水平方向に搬送するためのトンネル状の炉内搬送路１１が内部に直線的に貫通形成された炉体１０と、ワークＷを炉内搬送路１１の上流側から下流側（図１で左側から右側）に沿って搬送する搬送手段５０を有している。
【００１７】
炉体１０の上流端には装入口１２が設けられ、下流端には排出口１３が設けられている。搬送手段５０は、この場合、エンドレスのメッシュベルトで構成されている。メッシュベルトは、装入口１２から排出口１３にわたる炉内搬送路１１に沿って水平に架設された搬送部５１と、排出口１３から炉体１０の下側を通って装入口１２に戻る戻り部５２とを有し、搬送部５１が装入口１から排出口１３に向かって所定速度で移動し、全体として回転するよう駆動される。
【００１８】
なお、本実施形態の連続焼結炉はメッシュベルトを搬送手段として用いているが、本発明の搬送手段はメッシュベルトに限られず、ローラハース炉、プッシャ炉、ウォーキングビーム炉等の連続式の搬送手段を有する焼結炉であれば、適用可能である。
【００１９】
炉体１０は、ワークＷの搬送上流側から下流に向けて、脱ろう部２０、焼結部３０、冷却部４０が連続して一体的に設けられた構成を有しており、ワークＷは、搬送手段５０によって脱ろう部２０、焼結部３０、冷却部４０の順に通過させられて焼結される。
【００２０】
ワークＷは、炉体１０の装入口１２から搬送手段５０に載置されて、まず脱ろう部２０に導入される。装入口１２から搬送手段５０に載置されるワークＷは、原料粉末を所定形状に圧縮成形した圧粉体であり、ワークＷは脱ろう部２０において所定温度（例えば６００〜７５０℃程度）に加熱される。ワークＷは、脱ろう部２０に配設された脱ろう温度に応じた図示せぬ加熱手段によって加熱される。脱ろう部２０の加熱手段としては、カップバーナー、直火のガスバーナー、電気式ヒーター、ラジアントチューブバーナー等が挙げられる。
【００２１】
脱ろう部２０内には、脱ろう用ガス生成部２１から脱ろう用ガスが導入される。脱ろう用ガスは、熱源として例えばプロパンやブタンなどの炭化水素ガスを不完全燃焼させたもので、脱ろう用ガス生成部２１で生成される。脱ろう用ガス生成部２１で生成された脱ろう用ガスは、脱ろう部２０と焼結部３０との間の境界部分に設けられた接続通路１４に連通する配管２２を通して、脱ろう部２０内に供給される。
【００２２】
ワークＷは脱ろう部２０を通過する間に、圧粉体の圧縮成形時に用いられたステアリン酸亜鉛や金属石けん等のろう状の潤滑剤成分が、熱分解されて除去、すなわち脱ろうされる。脱ろうによってワークＷから生じる排気ガスは、脱ろう部２０に設けられた排気筒２３から外部に排出される。この排気ガスは、ワークＷの昇温に伴う余剰の水分や潤滑剤の熱分解成分である酸化亜鉛の他に、すすを含むもので、焼結部３０に侵入すると、ワークＷの脱炭反応が過剰となって所望の強度が得られなかったり、外観に変質を来たしたりする有害ガスである。
【００２３】
搬送手段５０の移動により脱ろう部２０の炉内搬送路１１を通過したワークＷは、接続通路１４を経て焼結部３０に導入され、焼結部３０で所定の焼結温度（例えば１１００〜１２００℃程度）に加熱される。焼結部３０での加熱手段は図示していないが、加熱温度に応じた発熱体（例えば、ニクロム、カンタル、炭化珪素等）が選択されて焼結部３０の炉体１０内に適宜な密度で配設される。
【００２４】
また、焼結部３０内には、焼結用ガス源３１から、焼結部３０の下流端に接続された焼結用ガス導入管３２を介して雰囲気ガスが導入され、この雰囲気ガスによって焼結部３０内は所定圧力に保持される。
【００２５】
焼結部３０に導入する雰囲気ガスは、窒素ガス、水素ガス、アンモニア分解ガス、エキソサーミックガス（プロパン、ブタン、メタン等の炭化水素ガスと空気を発熱反応させた炭化水素変成ガス）、エンドサーミックガス（エキソサーミックガスと同じ原ガスで、空気／ガス比を低くして加熱分解したガス）等の還元性ガスあるいは非酸化性ガスが選択され、室温の状態で、なおかつ脱水して水分を低減した状態で、焼結用ガス導入管３２から焼結部３０内に導入される。焼結部３０内に導入された雰囲気ガスは、焼結部３０内の加熱手段３３によって焼結温度程度まで加熱される。このため、焼結部３０内の温度低下は生じないようになされている。
【００２６】
ワークＷが焼結部３０内の炉内搬送路１１を搬送されながら雰囲気ガス中で加熱され、焼結部３０の終盤で焼結に必要な加熱処理が完了し、次いでワークＷは冷却部４０に導入される。冷却部４０には図示せぬ冷却手段（例えば、炉体１０に設けたウォータジャケット）が設けられ、ワークＷは冷却部４０を通過することで、非酸化、非脱炭の状態が確保される温度以下（例えば２００℃以下）まで冷却される。
【００２７】
冷却部４０を通過して焼結処理が最終的に完了したワークＷは、冷却部４０の下流端に連続して設けられた冷却部４０よりも炉内高さが低い排出部１５に入り、排出部１５の下流端に設けられた排出口１３から炉体１０の外部に排出される。排出されたワークＷは回収され、次の工程に移される。
【００２８】
以上が一実施形態の連続焼結炉の基本的な構成および作用である。次いで、本発明に係る炉体１０の下流端の排出口１３に設けられた遮蔽気流噴出手段について説明する。
【００２９】
（２）遮蔽気流噴出手段
図１に示すように、排出部１５には、排出口１３を遮蔽して冷却部４０の炉内と炉外とを仕切る遮蔽気流を噴出する遮蔽気流噴出手段７０が設けられている。遮蔽気流噴出手段７０は、図１および図２に示すように、排出口１３に設置されたノズル７１と、遮蔽気流源７３と、遮蔽気流源７３をノズル７１に連通するノズル管７２とから構成される。
【００３０】
上記のようにワークＷを焼結するために連続焼結炉を運転している最中においては、ノズル７１から遮蔽気流を噴出させて、排出口１３を、その遮蔽気流によって遮蔽し、冷却部４０の炉内と炉外とを仕切った状態を維持する。排出口１３を遮蔽する遮蔽気流用のガスは、図３に示すように、排出部１５の天井部１５１に固定されたノズル７１から下方に向けて噴出される。
【００３１】
ノズル７１は、図２および図３に示すように排出口１３の幅方向に延びる角筒状の外形を有するもので、長手方向、すなわち排出口１３の幅方向に沿ったスリット状の噴出口７１１が形成され、この噴出口７１１から遮蔽気流（図２および図３で符号Ｂ）が膜状に噴出する形態のものである。ノズル７１としてはこのような形態に限定されるものではなく、下方に向けて遮蔽気流を膜状に噴出し、炉内空間を遮蔽することが可能であれば、いかなる形態のものでも採用することができる。
【００３２】
ノズル７１からの膜状の遮蔽気流の噴出方向は、図３に示すように、上方から下方であってワークＷの搬送下流側に向かって水平方向に対し４０〜６０°の角度θで傾斜する形態となっている。また、ノズル７１から噴出される遮蔽気流の流速は、５〜３０ｍ／ｓ程度に設定される。ノズル７１の噴出口７１１のスリット幅は、適度に小さいと流速を上げやすいため好ましく、例えば０．１５ｍｍ程度に設定される。排出部１５においては雰囲気温度は低く、ノズル７１が熱の影響で変形するという不具合が発生しにくいため、噴出口７１１のスリット幅を小さくしても噴出口７１１の開口状態を保持することができ、したがって噴出口７１１のスリット幅を小さくしても噴出口７１１が閉塞するおそれがない。
【００３３】
遮蔽気流源７３には、窒素ガス等の非酸化性ガスや不活性ガスが貯留され、ノズル７１からはこの種のガスが膜状の遮蔽気流として噴出され、この遮蔽気流によって排出口１３が遮蔽される。冷却部４０においてワークＷは冷却されているため、排出口１３の遮蔽気流の加熱の必要はなく、室温程度の温度でよい。
【００３４】
（３）遮蔽気流噴出手段の作用効果
上記一実施形態の連続焼結炉によれば、上記遮蔽気流噴出手段７０を備えることにより、排出口１３から冷却部４０への外気の侵入が、遮蔽気流噴出手段７０のノズル７１から排出口１３に噴出される遮蔽気流によって効果的に防止される。このため、遮蔽部材を天井に昇降可能に吊して排出口１３を遮蔽するといった従来構造が不要となり、したがって遮蔽部材が損耗したり排出口１３を通過するワークＷの位置ずれや脱落が生じたりする問題が解消する。また、焼結部３０へ供給した雰囲気ガスの圧力によって排出口１３から冷却部４０への外気の侵入を防ぐといった作用が必要なくなるため、焼結部３０への雰囲気ガスの供給量や、この雰囲気ガスを加熱する電力を低減することができる。
【００３５】
また、排出口１３の遮蔽気流の噴出方向が、上方から下方であってワークＷの搬送下流側に向かっていることにより、排出口１３から冷却部４０に向かう外気に遮蔽気流が対向し、外気がより侵入しにくくなる。また、遮蔽気流の噴出方向の角度θに関しては、４０°を下回る噴出角度ではワークＷに遮蔽気流が到達しにくくなるとともに、排出口１３の全断面を遮蔽しにくくなる。一方、６０°を超える噴出角度ではワークＷの周囲で循環流が生じ、外気の乱流が冷却部４０に侵入しやすくなる。よって、ノズル７１から噴出される遮蔽気流の噴出角度θは４０〜６０°で傾斜している形態がよく、この角度の範囲では、４５〜６０°がより好ましい。このように遮蔽気流が指向性を有することにより、遮蔽性がより向上するといった利点を得る。
【００３６】
さらに、排出口１３における遮蔽気流の流速に関しては、５ｍ／ｓを下回ると外気の侵入を防ぎにくくなり、一方、３０ｍ／ｓを超えるとワークが軽量の場合にワークＷが移動してしまうおそれがある。よってノズル７１から噴出される遮蔽気流の流速は５〜３０ｍ／ｓが好ましく、この範囲では、１５〜３０ｍ／ｓがより好ましい。
【００３７】
上記のような条件で排出口１３にノズル７１から遮蔽気流が噴出されることにより、従来の損耗が発生する回動式の遮蔽部材と比べると排出口１３の遮蔽性が向上し、その結果炉内圧力の均衡状態が保持され、製品の品質にばらつきが生じず高品質の製品を安定して生産することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…炉体
１１…炉内搬送路
２０…脱ろう部
３０…焼結部
４０…冷却部
５０…搬送手段
７０…遮蔽気流噴出手段
７１…ノズル
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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