(57)【要約】      （修正有）【課題】連続焼結炉において、従来より消費するガス量および電力量を低減するとともに、脱ろうを脱ろう部において完遂させることにより焼結不良を抑制する。【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を有する連続焼結炉において、脱ろう部２０と焼結部３０との境界部分に設けた接続通路１４内に、炉内空間を遮蔽して脱ろう部２０と焼結部３０とを仕切る遮蔽気流を噴出するノズル６１を備えた遮蔽気流噴出手段６０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、脱ろう部２０で発生する有害ガスの焼結部３０への侵入を防ぎ、焼結不良の低減を図りつつ、結果として焼結部３０に供給する雰囲気ガスの供給量および雰囲気ガスの加熱のための電力消費量を低減する。【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する連続焼結炉において、
前記脱ろう部と前記焼結部との境界部分の炉内空間を遮蔽して脱ろう部と焼結部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、前記炉内空間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脱ろう部の方向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。
【請求項３】
請求項１または２に記載の連続焼結炉を用いてワークを焼結するにあたり、
前記焼結部に供給する雰囲気ガスを前記遮蔽気流噴出手段に分配して該遮蔽気流噴出手段から該雰囲気ガスを前記境界部分に前記遮蔽気流として噴出することを特徴とする連続焼結炉の運転方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の連続焼結炉を用いてワークを焼結するにあたり、
前記脱ろう部に供給する脱ろう用ガスと同じガスを前記遮蔽気流噴出手段に導入して、該遮蔽気流噴出手段から該脱ろう用ガスを前記境界部分に前記遮蔽気流として噴出することを特徴とする連続焼結炉の運転方法。
【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焼結する粉末冶金技術における連続焼結炉および連続焼結炉の運転方法に関する。
【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ている。この他には、脱ろう部と焼結部との境界部分に上下可動式の天井を設け、ワークの通過には支障のない高さまで仕切り扉を下げて脱ろう部と焼結部との間の自由なガスの流動を規制するといった対策も実施されている。
【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】
上記従来の連続焼結炉では、炉内へのワークの投入量が変化した際に燃焼ガスの発生量が変動したり、脱ろう部での適切な温度を保持するために燃焼量を増減させたりしており、これに応じて、焼結部の下流端部からの炉内への雰囲気ガスの供給量を、常に脱ろう部内のガス量を上回るようにすることが求められる。また、所定の炉内雰囲気に維持するためには、冷却部から焼結部へのガスの侵入も防ぐために、供給する雰囲気ガスの消費量や、雰囲気ガスを加熱するための電力消費量が多くなり、経済的に不利な点がある。
【０００７】
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、消費するガス量および電力量を低減することができる連続焼結炉および連続焼結炉の運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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する連続焼結炉において、前記脱ろう部と前記焼結部との境界部分の炉内空間を遮蔽して脱ろう部と焼結部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（請求項１）。
【０００９】
本発明の連続焼結炉によれば、脱ろう部で発生した有害ガスの焼結部への侵入を、脱ろう部と焼結部との境界部分に噴出させた遮蔽気流によって防ぐことができる。これにより、焼結部へ供給した雰囲気ガスの圧力によって脱ろう部から焼結部への有害ガスの侵入を防ぐといった作用が必要なくなる。脱ろう部から焼結部に至る炉内空間を遮蔽して脱ろう部と焼結部とを仕切る遮蔽気流の温度は、脱ろう部の加熱温度程度でよく焼結部の温度よりも低い。例えば、脱ろう部の温度は６００〜７５０℃程度、焼結部の温度は１１００〜１２００℃程度である。したがって、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。また、脱ろうが脱ろう部において完遂しやすくなり、焼結不良が抑制される。
【００１０】
本発明の連続焼結炉では、前記遮蔽気流噴出手段は、前記炉内空間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脱ろう部の方向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（請求項２）。
【００１１】
遮蔽気流の噴出方向に関しては、上方から下方であって脱ろう部の方向に向かって噴出することにより、脱ろう部から焼結部に向かうガス流に遮蔽気流が対向し、焼結部に有害ガス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り、また、炉内搬送路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、脱ろう部内のガスが乱流状態となって焼結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、脱ろう部の方向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。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。
【００１２】
遮蔽気流の流速に関しては、５ｍ／ｓを下回ると、炉内下方に入り込んだ脱ろう用ガスとの置換が円滑に進まず、一方、３０ｍ／ｓを超えるとワークが軽量の場合にワークが炉内で移動してしまう。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。
【００１３】
次に、本発明の連続焼結炉の運転方法は、上記請求項１または２に記載の連続焼結炉を用いてワークを焼結するにあたり、前記焼結部に供給する雰囲気ガスを前記遮蔽気流噴出手段に分配して該遮蔽気流噴出手段から該雰囲気ガスを前記境界部分に前記遮蔽気流として噴出することを特徴とする。
【００１４】
本発明の連続焼結炉の運転方法によれば、焼結部に供給する雰囲気ガスの一部を、脱ろう部と焼結部との境界部分に噴出する遮蔽気流に流用するものであり、これによると、上記のように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。
【００１５】
また、本発明の連続焼結炉の運転方法は、請求項１または２に記載の連続焼結炉を用いてワークを焼結するにあたり、前記脱ろう部に供給する脱ろう用ガスと同じガスを前記遮蔽気流噴出手段に導入して、該遮蔽気流噴出手段から該脱ろう用ガスを前記境界部分に前記遮蔽気流として噴出することを特徴とする。この方法によれば、脱ろう用ガスは脱ろうに好適な水分を含有するガスであり、また、予め脱ろう部の温度に加熱されていることにより、脱ろう部の方向へ斜めに噴出されても脱ろう部内の雰囲気を乱すことがなく、また、別途ガスを加熱する必要もないことから、経済的である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、消費するガス量および電力量を低減することができる連続焼結炉および連続焼結炉の運転方法が提供されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】図１のII−II断面を示す図である。
【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
【図４】本発明の他の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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、本発明に係る脱ろう部２０と焼結部３０との間の境界部分に設けられた遮蔽気流噴出手段について説明する。
【００３１】
（２）遮蔽気流噴出手段
図１に示すように、脱ろう部２０と焼結部３０との境界部分には、この境界部分の炉内空間を遮蔽して脱ろう部２０と焼結部３０とを仕切る遮蔽気流を噴出する遮蔽気流噴出手段６０が設けられている。
【００３２】
遮蔽気流噴出手段６０は、図１および図２に示すように、脱ろう部２０と焼結部３０の境界部分の接続通路１４の天井部１４１に設置されたノズル６１と、このノズル６１を上記脱ろう用ガス生成部２１に連通するノズル管６２を有している。この場合、遮蔽気流として脱ろう用ガスの一部を流用しており、脱ろう用ガスがノズル６１から遮蔽気流として噴出するようになされている。
【００３３】
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６１から遮蔽気流を噴出させて、接続通路１４の炉内空間を、その遮蔽気流によって遮蔽し、接続通路１４において脱ろう部２０と焼結部３０とを仕切った状態を維持する。遮蔽気流用のガスは、図３に示すように、接続通路１４の天井部１４１に固定されたノズル６１から下方に向けて噴出される。
【００３４】
ノズル６１は、図２および図３に示すように炉内搬送路１１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、すなわち炉内搬送路１１の幅方向に沿ったスリット状の噴出口６１１が形成され、この噴出口６１１から遮蔽気流（図２および図３で符号Ａ）が膜状に噴出する形態のものである。ノズル６１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。
【００３５】
ノズル６１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の搬送上流側、すなわち脱ろう部２０の方向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６１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。
【００３６】
（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６０を備えることにより、脱ろう部２０で加熱されたワークＷから発生する上記有害ガスが焼結部３０へ侵入することを、ノズル６１から噴出する遮蔽気流によって効果的に防止することができる。従来では、焼結部３０へ供給した雰囲気ガスの圧力によって脱ろう部２０から焼結部３０への有害ガスの侵入を防いでいたが、本実施形態ではその必要がなくなる。遮蔽気流は指向性を有しているので遮蔽性が高く、このため、焼結部３０への雰囲気ガスの供給量を低減することができるとともに、雰囲気ガスを加熱する焼結部３０の加熱手段３３で消費する電力も低減させることができる。また、脱ろうが脱ろう部２０において完遂しやすくなるため、ワークＷの焼結不良が抑制される。
【００３７】
また、本実施形態では、脱ろう用ガス生成部２１で生成して脱ろう部２０に供給する脱ろう用ガスを、遮蔽気流噴出手段６０に導入して遮蔽気流として噴出させている。脱ろう用ガスは脱ろうに好適な水分を含有するガスであり、また、予め脱ろう部２０の温度に加熱されていることにより、脱ろう部２０の方向へ斜めに噴出される遮蔽気流によって脱ろう部２０内の雰囲気が乱れることがなく、また、別途遮蔽気流用のガスを用意してそのガスを加熱する必要もないことから、経済的に操業することができる。
【００３８】
また、遮蔽気流の噴出方向が、上方から下方であってワークＷの搬送上流側の脱ろう部２０の方向に向かっていることにより、脱ろう部２０から焼結部３０に向かうガス流に遮蔽気流が対向し、焼結部３０に有害ガス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り、また、炉内搬送路１１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、脱ろう部２０内のガスが乱流状態となって焼結部３０に侵入しやすくなる。よって、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。
【００３９】
さらに、遮蔽気流の流速に関しては、５ｍ／ｓを下回ると、炉内下方に入り込んだ脱ろう用ガスとの置換が円滑に進まず、一方、３０ｍ／ｓを超えるとワークＷが軽量の場合にワークＷが炉内で移動してしまう。よって遮蔽気流の流速は５〜３０ｍ／ｓが好ましく、この範囲では、１５〜３０ｍ／ｓがより好ましい。
【００４０】
（４）他の実施形態
上記実施形態では、脱ろう用ガスを脱ろう部２０と焼結部３０とを仕切る遮蔽気流に流用しているが、遮蔽気流に用いるガスとしては、窒素等の非酸化性ガスを用いてもよい。しかしながら例えば窒素は加熱することができないため好ましいとは言えない。そこで、図４に示すように、遮蔽気流噴出手段６０のノズル管６２を焼結用ガス源３１に延長して接続し、焼結部３０に供給する雰囲気ガスを遮蔽気流噴出手段６０に分配してノズル６１から遮蔽気流として噴出させる。
【００４１】
このような運転形態は、焼結部３０に供給する雰囲気ガスの一部を、脱ろう部２０と焼結部３０との境界部分に噴出する遮蔽気流として流用するものであり、上記一実施形態と同様に、焼結部３０への雰囲気ガスの供給量や、雰囲気ガスを加熱する電力を低減することができるといった効果を同様に得ることができる。ただしこの場合、遮蔽気流噴出手段６０に供給される雰囲気ガスは室温であるため、ノズル６１から噴出させる雰囲気ガスを脱ろう部２０の温度程度まで昇温させることが、脱ろう部２０の操業安定のためには好ましい。
【００４２】
また、遮蔽気流噴出手段６０に供給する雰囲気ガスは、焼結部３０に供給するものと違って脱水せず、水分を含むそのままの状態で使用することができる。このため、焼結部３０に供給する側の雰囲気ガスを脱水するための電力消費量を従来より低減することができるといった利点がある。
【符号の説明】
【００４３】
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
６０…遮蔽気流噴出手段
６１…ノズル
Ｗ…ワーク
【図１】
2014006019.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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