(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却水の接触でマッフルを冷却する構造において、マッフル全体を十分、かつ均一に冷却して塩成分の析出を抑制し、冷却効率が向上する連続焼結炉を提供する。【解決手段】搬送手段５０によってワークＷを脱ろう部２０、焼結部３０、冷却部４０に通過させて焼結する連続焼結炉において、マッフル４２の周囲に炉殻４１が配設されてなる冷却部４０の、マッフル４２の外面に螺旋状のフィン４３を設けることで、マッフル４２と炉殻４１との間に、搬送上流側から下流側に向かいマッフル４２の周囲に沿って螺旋状に延びる冷却通路４４を形成し、この冷却通路４４に冷却水を流してマッフル４２およびマッフル４２内の雰囲気を冷却する構造とする。【選択図】図２
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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、
前記冷却部は、
前記炉体として、前記炉内搬送路が内部に形成された金属製のマッフルと、該マッフルを覆って配設される炉殻とを有し、
さらに前記マッフルと前記炉殻との間に、搬送上流側から下流側に向かい該マッフルの周囲に沿って螺旋状に延びる冷却通路が形成され、該冷却通路に冷却水が流通されることを特徴とする連続焼結炉。
【請求項２】
前記冷却通路は、前記マッフルの外面または前記炉殻の内面の少なくとも一方に設けられたフィンで構成されてい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】
前記マッフル内の底部には、前記搬送手段が搬送動作時に該搬送手段を摺動可能に支持する搬送方向に延びるスキッドが設けられており、
前記搬送手段と前記スキッドとが同種の金属で構成されていることを特徴とする請求項１または２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、脱ろう部および焼結部では、それぞれ適正な雰囲気ガスの供給および加熱が行われ、この後、冷却部で非酸化、非脱炭の状態が保持され得る温度以下まで冷却される。
【０００４】
図５はメッシュベルト式の連続焼結炉における冷却部の構造の一例を示している。この連続焼結炉は、炉殻４１内にマッフル４２が挿入されて炉体１０が構成され、マッフル４２とマッフル４２を覆う炉殻４１との間の空間が、冷却水を流通させる冷却通路４９として形成されている。炉殻４１およびマッフル４２はいずれも金属製であり、図５（ｃ）に示すようにマッフル４２内の炉内搬送路の底部には、搬送方向の上流側から下流側（図５（ａ），（ｂ）で左側から右側）に沿って延びる複数のスキッド４６が設けられ、スキッド４６上を、ワークＷが載置される搬送手段（メッシュベルト）５０が摺動して移動するよう構成されている。
【０００５】
炉体１０内の冷却通路４９には、搬送上流側の端部に設けられた給水口４９１から冷却水が供給され、冷却水は、冷却通路４９を下流側に流れ、搬送下流側の端部に設けられた排水口４９２から排水される。冷却通路４９を流れる冷却水によってマッフル４２内の温度が冷却され、ワークＷは冷却されたマッフル４２内の雰囲気に接触することで搬送中に冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
上記冷却部においては、炉内の内側であって比較的高熱のマッフル４２の外面に接触する冷却水が連続的に交換、すなわち速やかに流れていないと、マッフル４２の外面に過熱が生じ、冷却水が部分的に沸騰する場合がある。冷却水が沸騰すると、冷却水中に含まれるカルシウムやマグネシウムといった塩成分が析出する現象が、マッフル４２の外面で生じる。このような塩成分は冷却水よりも熱伝導率が小さく、析出温度は６０〜７０℃程度と水の沸点よりも低いため、析出は促進されて凝固し拡大する傾向にあり、マッフル４２の外面に付着して冷却水による熱交換効率（冷却効率）の低下や、炉内温度分布の乱れを引き起こす。
【０００８】
図５に示した従来の冷却部では、冷却通路４９は炉殻４１とマッフル４２との間に空けられた単なる空間である。このため、冷却水は図５（ｂ）の矢印Ａのように給水口４９１から排水口４９２に向けてある程度直線的に流れ、主たる流路は抵抗の少ない部分に限定的となり、流路以外であって例えば給水口４９１および排水口４９２から比較的遠い部分では、冷却水に流れが生じにくく流速が低くなりやすい。このような流速が低い部分では冷却水の温度が上昇し、上記塩成分が析出しやすくなる。マッフル４２の外面での塩成分の析出は、上記のように冷却効率の低下や炉内温度分布の乱れを引き起こすほかに、部分的な冷却水の高温化によりマッフル４２が熱変形してしまうといった不具合も生じる。
【０００９】
冷却通路４９内での塩成分の発生は、供給前にイオン交換を行って冷却水の塩成分を予め除去したり、冷却通路４９を洗浄するフラッシングを行ったりする対策があり、さらに、冷却部以外の炉内高温ガスを回収して熱交換器で冷却し、その冷却ガスを用いるといった手段もあるが、いずれも手間がかかったり、構造の複雑化・高コスト化を招く。また、冷却水が直線的に流れると、例えば最短流路を流れる冷却水は、マッフル４２によって十分に加熱されないまま、すなわち熱交換を十分果たせないまま排水されてしまい、これによっても冷却効率の低下が生じる。
【００１０】
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、冷却水の接触でマッフルを冷却する構造において、マッフル全体を十分、かつ均一に冷却することにより塩成分の析出を抑制することができ、その結果、冷却部によるワークの冷却効率を向上させ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】
【００１１】
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、前記冷却部は、前記炉体として、前記炉内搬送路が内部に形成された金属製のマッフルと、該マッフルを覆って配設される炉殻とを有し、さらに前記マッフルと前記炉殻との間に、搬送上流側から下流側に向かい該マッフルの周囲に沿って螺旋状に延びる冷却通路が形成され、該冷却通路に冷却水が流通されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の連続焼結炉によれば、冷却水はマッフルの周囲に形成された冷却通路に沿って螺旋状に流れ、これによりマッフルが冷却される。冷却通路が螺旋状に規定されることによって冷却水の流速がほぼ均一になるため、マッフルの周囲の大部分に冷却通路を形成することにより、マッフル全体を十分、かつ均一に冷却することができる。その結果、冷却水の沸騰に伴う塩成分の析出を抑制することができ、したがって塩成分の析出による冷却効率の低下といった従来の問題を解消し、冷却効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明では、前記冷却通路が、前記マッフルの外面または前記炉殻の内面の少なくとも一方に設けられたフィンで構成されている形態を含む。
【００１４】
また、本発明では、前記マッフル内の底部には、前記搬送手段が搬送動作時に該搬送手段を摺動可能に支持する搬送方向に延びるスキッドが設けられており、前記搬送手段と前記スキッドとが同種の金属で構成されている形態を含む。スキッドと搬送手段が同種の金属で構成されている場合、高熱で冷却部に移動してきた搬送手段の熱がスキッドに伝達して凝着に近いいわゆる“ともずれ”を起こし、搬送不良になるおそれがある。しかしながら本発明においては、搬送手段を十分に冷却することができるため、ともずれが起こりにくく、安定した搬送が達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、冷却水の接触でマッフルを冷却する構造において、マッフル全体を十分、かつ均一に冷却することにより塩成分の析出を抑制することができ、その結果、冷却部によるワークの冷却効率を向上させ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】
【００１６】
【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】一実施形態の冷却部の構造を示す三面図であり、（ａ）上面断面図、（ｂ）側断面図、（ｃ）横断面図である。
【図３】一実施形態の冷却部の炉体を構成する炉殻の（ａ）側断面図、（ｂ）横断面図である。
【図４】一実施形態の冷却部の炉体を構成するマッフルの（ａ）側断面図、（ｂ）横断面図である。
【図５】従来の連続焼結炉の冷却部構造の一例を示す三面図であり、（ａ）上面断面図、（ｂ）側断面図、（ｃ）横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【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。また、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からの焼結部３０への有害ガスの侵入や、排出口１３から冷却部４０への外気の侵入が抑えられる。
【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。そして冷却部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、本発明に係る冷却部４０の構造について説明する。
【００２９】
（２）冷却部の構造
【００３０】
冷却部４０は、図２に示すように、炉殻４１内にマッフル４２が挿入されて炉体１０が構成されている。図３および図４は，それぞれ炉殻４１およびマッフル４２を示している。炉殻４１およびマッフル４２は、いずれも断面矩形状の筒体であり、例えばＳＳ（一般構造用圧延鋼材）等の鉄材料によって形成されている。
【００３１】
マッフル４２内の空間が炉内搬送路１１となっており、図２（ｃ）に示すようにマッフル４２の底部には、搬送方向に沿って延びる複数のスキッド４６が幅方向に間隔をおいた状態で敷設されている。搬送手段５０であるメッシュベルトは、スキッド４６上を摺動して移動するようになされている。この場合、搬送手段５０とスキッド４６は同種の金属で構成されており、例えばＳＵＳ（各種ステンレス鋼）が用いられる。
【００３２】
図４に示すように、マッフル４２の外面には、該外面に沿って搬送上流側から下流側に向かうフィン４３が螺旋状に形成されている。フィン４３はマッフル４２の外面に直角に立っており、適宜なピッチでマッフル４２のほぼ全長にわたり設けられている。フィン４３はマッフル４２と一体成形、あるいはフィン４３の素材を溶接によってマッフル４２の外面に固着するなどの手段で、連続的に設けることができる。
【００３３】
図２に示すように、炉殻４１内にマッフル４２が挿入されて炉体１０が構成された状態で、炉殻４１とマッフル４２との間には、フィン４３によって仕切られた螺旋状の空間４４が形成される。フィン４３はマッフル４２の外面に沿った矩形状に形成され、フィン４３の先端は、炉殻４１の内面に接触するか、もしくは炉殻４１の内面との間に僅かな隙間が空く状態となる。
【００３４】
螺旋状の空間４４は、搬送上流側から下流側に向かいマッフル４２の周囲に沿って螺旋状に延びるように形成されており、この空間４４が、冷却水が流される冷却通路とされる。すなわち冷却部４０における炉体１０は搬送上流側から下流側に向かって螺旋状に延びる冷却通路４４を有している。炉殻４１の上流側の端部には冷却通路４４に冷却水を導入する給水口４４１が設けられ、炉殻４１の下流側の端部には冷却通路４４の排水口４４２が設けられている。
【００３５】
給水口４４１には図示せぬ冷却水導入管が接続され、排水口４４２には図示せぬ冷却水排水管が接続される。冷却部４０の両端部には、炉殻４１とマッフル４２との間の開口を塞ぐ環状の閉塞板４５が固着されており、冷却通路４４は炉殻４１とマッフル４２との間で閉じた空間となっている。
【００３６】
（３）冷却部の作用およびそれに伴う効果
上記一実施形態に係る連続焼結炉の冷却部４０においては、給水口４４１から冷却通路４４に導入された冷却水は、図２（ａ）の冷却通路４４内の矢印のようにマッフル４２の周囲に形成された冷却通路４４に沿って搬送上流側から下流側に向かって螺旋状に流れ、排水口４４２から排水されていく。このように炉体１０内を流れる冷却水がマッフル４２の外面に接触することにより、マッフル４２が冷却される。マッフル４２４が冷却されるに伴い、マッフル４２内の雰囲気が冷却され、搬送手段５０で搬送されているワークＷが冷却されたマッフル４２内の雰囲気に接触することで冷却される。
【００３７】
炉殻４１の内面とマッフル４２の外面およびフィン４３で仕切られた冷却通路４４は、フィン４３によって螺旋状に規定され、これにより冷却水の流速はほぼ均一になり、マッフル４２の周囲で冷却水が部分的に滞留することが起こりにくい。また、冷却通路４４は、マッフル４２の外面のほぼ全面に形成されている。したがって、冷却通路４４を流通する冷却水によってマッフル４２全体が十分、かつ均一に冷却される。その結果、マッフル４２に接触する冷却水が沸騰または高熱になることより塩成分が析出するといった不具合が抑制される。よって、塩成分の析出による冷却効率の低下といった従来の問題は解消され、冷却効率の向上が図られる。
【００３８】
また、本実施形態では、マッフル４２内の底部に設けられたスキッド４６と搬送手段５０（メッシュベルト）が同種の金属で構成されている。このようにスキッド４６と搬送手段５０が同種の金属で構成されている場合、高熱で冷却部４０に移動してきた搬送手段５０の熱がスキッド４６に伝達してともずれを起こし、搬送不良になるおそれがあることは前述した通りである。しかしながら本実施形態では冷却部４０の冷却効率が高く、搬送手段５０も十分に冷却することができる。したがってスキッド４６と搬送手段５０のともずれが起こりにくく、安定した搬送が達成される。
【００３９】
なお、本発明は、冷却部４０のマッフル４２の周囲に螺旋状の冷却通路４４を形成することを骨子とするものであり、連続焼結炉の搬送手段として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。
【００４０】
また、螺旋状の冷却通路４４を形成する螺旋状のフィン４３は、上記実施形態のようにマッフル４２の外面に設ける形態に替えて、炉殻４１の内面に設けてもよく、さらには、マッフル４２の外面と炉殻４１の内面の双方に設けることにより螺旋状の冷却通路４４を形成するようにすることもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…炉体
１１…炉内搬送路
２０…脱ろう部
３０…焼結部
４０…冷却部
４１…炉殻
４２…マッフル
４３…フィン
４４…冷却通路
４６…スキッド
５０…搬送手段
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014016118.tif 000006
【図５】
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