(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸炭のための雰囲気ガス中で被処理物を浸炭処理する連続浸炭炉であって、
被処理物を搬送する搬送装置と、
搬送されて来た被処理物を、第１の雰囲気ガス中で昇温させる昇温ゾーンと、
前記昇温ゾーンより上流側に設けられ、弁開度を調節することにより、前記昇温ゾーン内の第１の雰囲気ガスを上流側に導いて排気する前排気弁と、
前記昇温ゾーンに続いて下流側に設けられ、第２の雰囲気ガス中で被処理物に浸炭処理及び拡散処理を施す浸炭・拡散ゾーンと、
前記昇温ゾーンと浸炭・拡散ゾーンとを仕切る開閉可能な中間扉と、
前記浸炭・拡散ゾーンより下流側に設けられ、弁開度を調節することにより、前記浸炭・拡散ゾーン内の第２の雰囲気ガスを下流側に導いて排気する後排気弁と
を備えたことを特徴とする連続浸炭炉。
【請求項２】
前記搬送装置は、被処理物を載せたトレイをハースローラにより送るものである請求項１記載の連続浸炭炉。
【請求項３】
前記前排気弁の上流側及び前記後排気弁の下流側にそれぞれ入口パージ室及び出口パージ室を設けた請求項１記載の連続浸炭炉。
【請求項４】
前記第１及び第２の雰囲気ガスを生成するために、ＣＯ２５％以上の高ＣＯ濃度のキャリアガスが導入される請求項１記載の連続浸炭炉。
【請求項５】
前記浸炭・拡散ゾーンの下流側に、冷却装置を備えた降温ゾーンが設けられ、両ゾーン間を仕切る開閉可能な第２の中間扉が設けられた請求項１記載の連続浸炭炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸炭のための雰囲気ガス中で被処理物を浸炭処理する連続浸炭炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の連続浸炭炉は、炉内に昇温ゾーン、浸炭ゾーン、拡散ゾーン、降温ゾーン及び均熱ゾーン等が設けられ、これらは空間的に互いに連通した構造になっている。また、炉の入口及び出口にはそれぞれ扉が設けられ、扉の外側にはフレームカーテンが設けられている。そして、被処理物を載せたトレイがプッシャーにより搬送されながら、これらのゾーンを順次通過するように構成されている。昇温、浸炭、拡散の各ゾーンにはそれぞれ所定流量のキャリアガス（吸熱型変成ガス、ＣＯ２０〜２３％）が導入されている。また、各ゾーンに別途供給される空気及びブタンガスにより、浸炭・拡散ゾーンのカーボンポテンシャルは、昇温ゾーンより高くなるように設定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような従来の連続浸炭炉では、カーボンポテンシャルの高い浸炭・拡散ゾーンの雰囲気ガスが昇温ゾーンに流れ込み、まだ温度の低い被処理物の表面に煤を発生させ、これが原因で浸炭むらを引き起こすことがある。その結果、浸炭処理の品質が安定しなかった。一方、サイクル毎に炉の入口・出口の扉を開閉すると、炉内の雰囲気が乱れ、元の状態に回復するのに時間がかかる。従って、一般的なバッチ炉での浸炭処理に比べて、長い処理時間が必要である。また、浸炭・拡散ゾーンにおける雰囲気のカーボンポテンシャルが低下すると、処理の品質に悪影響を及ぼす。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、浸炭・拡散処理を迅速に行うことができ、しかも、処理の品質が安定した連続浸炭炉を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、浸炭のための雰囲気ガス中で被処理物を浸炭処理する連続浸炭炉であって、被処理物を搬送する搬送装置と、搬送されて来た被処理物を、第１の雰囲気ガス中で昇温させる昇温ゾーンと、前記昇温ゾーンより上流側に設けられ、弁開度を調節することにより、前記昇温ゾーン内の第１の雰囲気ガスを上流側に導いて排気する前排気弁と、前記昇温ゾーンに続いて下流側に設けられ、第２の雰囲気ガス中で被処理物に浸炭処理及び拡散処理を施す浸炭・拡散ゾーンと、前記昇温ゾーンと浸炭・拡散ゾーンとを仕切る開閉可能な中間扉と、前記浸炭・拡散ゾーンより下流側に設けられ、弁開度を調節することにより、前記浸炭・拡散ゾーン内の第２の雰囲気ガスを下流側に導いて排気する後排気弁とを備えたものである（請求項１）。
上記のように構成された連続浸炭炉では、弁開度調節された前後の排気弁及び中間扉の存在により、昇温ゾーンの雰囲気ガスは上流側へ流れ、浸炭・拡散ゾーンの雰囲気ガスは下流側へ流れる。これにより、浸炭・拡散ゾーンの雰囲気ガスと昇温ゾーンの雰囲気ガスとが混ざり合って浸炭・拡散ゾーンの浸炭性ガスのカーボンポテンシャルが低下することを防止することができる。また、ガスの流れの維持によって、昇温ゾーンに浸炭・拡散ゾーンの雰囲気ガスが流れ込むことを防止することができる。従って、昇温ゾーンにおける煤の発生（スーティング）を抑制することができる。
【０００６】
また、上記連続浸炭炉（請求項１）において、搬送装置は、被処理物を載せたトレイをハースローラにより送るものであってもよい（請求項２）。
ハースローラによるトレイ送りは、従来のプッシャ式に比べ、中間扉を設けることができるとともに、段替えによる空炉時間を大幅に短縮することができる。
【０００７】
また、上記連続浸炭炉（請求項１）において、前排気弁の上流側及び後排気弁の下流側にそれぞれ入口パージ室及び出口パージ室を設けてもよい（請求項３）。
この場合、各パージ室の存在によって炉内への外気（空気）の吸込みが防止されることにより、炉の扉開閉時の浸炭性ガス濃度低下を微量にくい止め、かつ、低下を迅速に回復させることができる。
【０００８】
また、上記連続浸炭炉（請求項１）において、第１及び第２の雰囲気ガスを生成するために、ＣＯ２５％以上の高ＣＯ濃度のキャリアガスが導入されることが好ましい（請求項４）。
この場合のキャリアガスは、従来のＣＯ２０〜２３％に比べて高濃度の変成ガスであり、浸炭効率の向上に寄与する。
【０００９】
また、上記連続浸炭炉（請求項１）において、浸炭・拡散ゾーンの下流側に、冷却装置を備えた降温ゾーンが設けられ、両ゾーン間を仕切る開閉可能な第２の中間扉が設けられてもよい（請求項５）。
この場合、浸炭・拡散ゾーンとは仕切られた降温ゾーンとすることにより、被処理物の冷却を促進することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による連続浸炭炉を、搬送方向に対して側面側から見た図である。図において、当該連続浸炭炉は、上流側（左側）から順に、入口パージ室１と、前排気弁２と、昇温ゾーン３と、浸炭ゾーン４と、拡散ゾーン５と、降温ゾーン６と、均熱ゾーン７と、焼き入れ用の油槽８と、後排気弁９と、出口パージ室１０とを備えている。なお、浸炭ゾーン４は、第１浸炭ゾーン４１と、第２浸炭ゾーン４２とを有している。前排気弁２及び後排気弁９は、弁開度の調節が可能である。また、昇温ゾーン３と浸炭ゾーン４とを仕切る開閉可能な第１の中間扉１１、拡散ゾーン５と降温ゾーン６とを仕切る開閉可能な第２の中間扉１２、及び、降温ゾーン６と均熱ゾーン７とを仕切る開閉可能な第３の中間扉１３が設けられている。
【００１１】
上記炉内には被処理物を載せたトレイ１４を搬送するハースローラ１５が敷設されている。油槽８は、トレイ１４を昇降させるエレベータ１６を備えている。なお、入口パージ室１の手前には準備テーブル１７が、出口パージ室１０の外側には後テーブル１８が、それぞれ設けられている。昇温ゾーン３には、Ｗ型リジェネバーナー２１が設けられている。これは、従来用いられていた電気ヒータに比べて高効率であり、省エネルギー効果が大きい。また、炉内へのＣＯ２排出量も抑制される。なお、温度設定の具体例を挙げると、昇温ゾーン３の目標温度及び浸炭・拡散ゾーン４，５の温度は９５０℃、均熱ゾーン７の温度は８５０℃である。従来の一般的な浸炭ゾーンの温度は９３０℃であり、本実施形態ではこれより高い温度を採用することにより、浸炭効率の向上を図っている。
【００１２】
上記昇温ゾーン３、浸炭ゾーン４及び拡散ゾーン５には、メタノール気化器１９から、キャリアガス（メタノール分解ガス：ＣＯ３３％、Ｈ２６７％）が圧送される。ＣＯ３３％は、従来のＣＯ２０〜２３％に比べて高濃度であり、浸炭効率の向上に寄与する。メタノール気化器１９は、熱媒体油でメタノールを間接加熱して、熱分解したメタノールガスを発生させる装置である。従来、このような装置として用いられてきたのは変成炉であり、これは、空気とブタンガスとの混合気体を１１５０℃でＮｉ触媒により変成する炉であった。メタノール気化器は、変成炉に比べて大幅に安価で設置スペースもコンパクトである。
【００１３】
また、図示していないが、各ゾーンには、上記キャリアガスとは別に、空気又はブタンガスが導入できるようになっており、それら全体により雰囲気ガスが構成される。空気又はブタンガスの導入量を制御することにより、各ゾーンのカーボンポテンシャルを所望の値に設定することができる。この値は例えば、昇温ゾーン３で０．４％、浸炭・拡散ゾーン４，５で１．１〜１．３％、均熱ゾーン７で１．０％である。浸炭ゾーン４のうち、第１浸炭ゾーン４１のカーボンポテンシャルは、第２浸炭ゾーン４２より若干低い値に設定される。
なお、第２の中間扉１２によって浸炭・拡散ゾーン４，５と仕切られた降温ゾーン６には、冷却装置として、冷却パイプ中に空気（外気）を導入して炉内を冷却する空冷装置を備えることにより、被処理物の冷却を促進することができる。
【００１４】
図２は、上記入口パージ室１から昇温ゾーン３に至る部分の概略構成を示す断面図である。図において、入口パージ室１には、前扉１ａと、後扉１ｂとが設けられており、前扉１ａは駆動部１ｃにより、後扉１ｂは駆動部１ｄにより、それぞれ開閉される。また、昇温ゾーン３に設けられた扉３ａは、駆動部３ｂによって開閉される。扉３ａには、これを貫通する通気孔３ａ１が設けられている。入口パージ室１と昇温ゾーン３との間には、前排気弁２に連通する前排気弁室２Ｒが介在しており、この内部空間は、上記通気孔３ａ１を通じて常に昇温ゾーン３の内部空間と連通している。前排気弁２は、排気筒２ａの排気口２ｂに対して若干の隙間を空けて蓋２ｃをする構成であり、蓋２ｃの位置調節により、弁開度を調節する機能を有する。また、必要な場合には蓋２ｃが大きく開いて（上に移動して）雰囲気ガスを排気する。排気口２ｂの周囲にはリングバーナー２ｄが配置され、排気されるＣＯを含む雰囲気ガスを燃焼させて排出し、被処理物の出入炉時に炉内が負圧になったときは、リングバーナー２ｄの燃焼ガスを炉内に導入し、酸素を炉内に導入しないようになっている。なお、入口パージ室１や昇温ゾーン３に対するガス管接続等の図示は省略している。
【００１５】
図３は、図１における昇温ゾーン３とその下流側に設けられた第１の中間扉１１の部分の拡大図である。中間扉１１は、開閉方向が鉛直線よりやや傾いた斜め扉になっており、断熱材２０の中に形成されたスリット部２０ａを、チェーン等に吊された扉部１１ａが昇降する構成である。閉扉時の下端部１１ａ１は、ハースローラ１５のローラ間隙間に差し込まれている。このような斜め扉構造は、扉部１１ａが自重で断熱材２０に押し当てられるので、垂直扉の構造より気密性が高い（但し、通気を完全に遮断する程ではない）。第３の中間扉１３（図１）も、同様な構造（但し、傾きは逆）である。第２の中間扉１２は、垂直扉であり、主として断熱を目的としたもので、気密性はほとんどない。
【００１６】
図４は、上記均熱ゾーン７から出口パージ室１０に至る部分の概略構成を示す断面図である。図において、均熱ゾーン７の終端に設けられた扉７ａは、駆動部７ｂによって開閉される。扉７ａには、これを貫通する通気孔７ａ１が設けられている。油槽８の内部空間は後排気弁９に連通している。この後排気弁９は、前排気弁２（図２）と同様に、排気筒９ａの排気口９ｂに対して若干の隙間を空けて蓋９ｃをする構成であり、蓋９ｃの位置調節により、弁開度を調節する機能を有する。また、必要な場合には蓋９ｃが大きく開いて（上に移動して）雰囲気ガスを排気する。排気口９ｂの周囲にはリングバーナー９ｄが配置されている。油槽８の内部空間は、上記通気孔７ａ１を通じて常に均熱ゾーン７の内部空間と連通している。出口パージ室１０には、前扉１０ａと、後扉１０ｂとが設けられており、前扉１０ａは駆動部１０ｃにより、後扉１０ｂは駆動部１０ｄにより、それぞれ開閉される。
【００１７】
図１に戻り、上記第１，第２，第３の中間扉１１，１２，１３が閉じている状態において、キャリアガスが昇温ゾーン３及び浸炭・拡散ゾーン４，５に導入される。これらの中間扉１１，１２，１３が閉じていることによって、浸炭・拡散ゾーン４，５は前後で仕切られた独立空間となり、当該ゾーン内の雰囲気ガスを高ＣＯ濃度に安定保持することができる。これは、浸炭・拡散処理の品質を安定させる効果がある。また、これらの中間扉１１，１２，１３の存在により、昇温ゾーン３から均熱ゾーン７までの各ゾーンについて、カーボンポテンシャルを任意に設定しやすい。
【００１８】
上記キャリアガスの導入量の一例を挙げると、昇温ゾーン３に２００ＣＦＨ、浸炭・拡散ゾーン４，５に合わせて５００ＣＦＨが導入される。すなわち、昇温ゾーン３に対する導入量と、浸炭・拡散ゾーン４，５に対する導入量との比は、２：５である。前排気弁２及び後排気弁９は、通常、排気口２ｂ，９ｂと蓋２ｃ，９ｃとの間に隙間が確保され、これにより雰囲気ガスの圧力調節をしている。このときの前排気弁２の弁開度及び、後排気弁９の弁開度は、上記比に合わせて設定される。すなわち、前排気弁２の弁開度を２とすると、後排気弁９の弁開度は５である。また、昇温ゾーン３と浸炭・拡散ゾーン４，５との間には第１の中間扉１１が存在しており、両空間を仕切っている。この結果、昇温ゾーン３の雰囲気ガス（第１の雰囲気ガス）は前排気弁２から、浸炭・拡散ゾーン４，５の雰囲気ガス（第２の雰囲気ガス）は後排気弁９から、それぞれ排気されようとするガスの流れが生じる。なお、第３の中間扉１３はある程度の気密性を有しているが、このときのガスの流れを妨げるほどではない。従って、図１の白抜き矢印に示すように、昇温ゾーン３の雰囲気ガスは前排気弁２に向かって上流側へ流れ、浸炭・拡散ゾーン４，５の雰囲気ガスは後排気弁９に向かって下流側へ流れる。このようなガスの流れが一旦確立されると、その後に第１の中間扉１１が開いた場合でも、浸炭・拡散ゾーン４，５から昇温ゾーン３に流れ込む雰囲気ガスの量は少ない。
【００１９】
次に、上記のように構成された連続浸炭炉の処理動作について、搬送工程ごとに説明する。
《準備テーブル→入口パージ室》
準備テーブル１７に載せられているトレイ１４を、入口パージ室１に搬入するにあたり、まず、入口パージ室１を真空引きする。真空引き完了後、空気に置換し、前扉１ａ（図２）を開ける。ここで、ハースローラ１５によって、トレイ１４を入口パージ室１に搬入する。搬入後、前扉１ａを閉める。
【００２０】
《入口パージ室→昇温ゾーン》
入口パージ室１を真空引きし、真空引き完了後、雰囲気ガスに置換する。置換完了後、前排気弁２及び後排気弁９を開く（これは、蓋２ｃ，９ｃを完全に上昇させることを意味し、弁開度調節のことではない。）。同時に、リングバーナー２ｄ，９ｄに点火する。次に、入口パージ室１の後扉１ｂ及び、昇温ゾーン３の扉３ａをそれぞれ開き、トレイ１４を昇温ゾーン３に搬入する。搬入後、入口パージ室１の後扉１ｂ及び、昇温ゾーン３の扉３ａをそれぞれ閉じる。そして、リングバーナー２ｄ，９ｄの火を消す。トレイ１４を昇温ゾーン３に搬入した直後、浸炭・拡散ゾーン４，５のＣＯ％が２％程度落ち込むが、これは直ちに復帰する。
【００２１】
《昇温ゾーン→浸炭ゾーン→拡散ゾーン→降温ゾーン→均熱ゾーン》
第１〜第３の中間扉１１，１２，１３を開閉しながら、ハースローラ１５により、トレイ１４を搬送する。前述のように、第１の中間扉１１が開いても、ガスの流れは維持される。従って、昇温ゾーン３に、浸炭・拡散ゾーン４，５の高いカーボンポテンシャルの雰囲気ガスが流れてくるとしても、その量は少ない。
【００２２】
《均熱ゾーン→油槽》
均熱処理完了後、図４において、トレイ１４が扉７ａの手前まで来たことを、図示しないセンサによって検知すると、前排気弁２及び後排気弁９を開く。同時に、リングバーナー２ｄ，９ｄに点火する。次に、扉７ａを開き、エレベータ１６（図１）にトレイ１４を載せる。このとき、雰囲気の熱膨張により炉内圧力が高まり、前後の排気弁２，９から出る炎が大きくなる。続いて、扉７ａを閉め、エレベータ１６を下降動作させてトレイ１４の被処理物を油に浸し、焼き入れする。ここで炉内が負圧になり、リングバーナー２ｄ，９ｄで燃やされた排気ガスが炉内に吸い込まれる。所定時間経過後、リングバーナー２ｄ，９ｄの火を消し、前排気弁２及び後排気弁９を元の位置まで閉じる。
【００２３】
《油槽→出口パージ室》
焼き入れ完了後、エレベータ１６を上昇動作させ、トレイ１４を引き上げる。また、出口パージ室１０を真空引きし、真空引き完了後、雰囲気ガスに置換する。置換完了後、出口パージ室１０の前扉１０ａを開き、トレイ１４を搬入する。搬入後、前扉１０ａを閉める。
【００２４】
《出口パージ室→後テーブル》
まず、出口パージ室１０を真空引きする。真空引き完了後、空気に置換し、後扉１０ｂを開ける。ここで、トレイ１４を後テーブル１８（図１）に搬出する。その後、後扉１０ｂを閉める。こうして、トレイ１４に対する浸炭処理等の全工程が完了する。
【００２５】
以上のような連続浸炭炉においては、第１の中間扉１１を境に、昇温ゾーン３の雰囲気ガスは上流側へ流れ、浸炭・拡散ゾーン４，５の雰囲気ガスは下流側へ流れるので、浸炭・拡散ゾーン４，５の雰囲気ガスと昇温ゾーン３の雰囲気ガスとが混ざり合って浸炭・拡散ゾーン４，５のＣＯ濃度が低下することを防止することができる。従って、高いカーボンポテンシャルの雰囲気を常に維持して、浸炭・拡散の処理時間を短縮することができる。また、入口パージ室１と出口パージ室１０とを設けたことにより、外気（空気）の吸込みを防止して、扉開閉時のＣＯ濃度の低下を微量にくい止め、かつ、低下を迅速に回復させることができる。従って、高いカーボンポテンシャルの雰囲気をより確実に維持して、浸炭・拡散の処理時間を短縮することができる。
また、ガスの流れの維持によって、昇温ゾーン３に浸炭・拡散ゾーン４，５の雰囲気ガスが流れ込むことを防止するので、煤の発生（スーティング）を抑制することができ、処理の品質が安定した連続浸炭炉を提供することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態ではメタノール分解のＣＯ３３％のキャリアガスとして説明したが、３３％に限られないことはいうまでもない。例えば、従来のＣＯ２０〜２３％を充分に上回る２５％以上の高ＣＯ濃度が浸炭効率の向上には好適である。但し、従来のようなＣＯ２０〜２３％のキャリアガスを本発明の連続浸炭炉に用いることは可能である。また、Ｎ２等で希釈したキャリアガスや、他の方法で生成したキャリアガスを用いてもよいことはいうまでもない。
【００２７】
なお、従来の連続浸炭炉では、被処理物のロットが替わり、浸炭条件を変更するときに、被処理物の全ての処理動作が終わらないと次の被処理物を処理できなかった。これに対して上記実施形態では、中間扉１１〜１３を設け、被処理物を載せたトレイ１４をハースローラ１５により搬送する構成としたことで、中間扉で区切られ、ハースローラで個別のゾーン毎に搬送速度を変えることができる。従って、前の被処理物について全ての処理動作が終わる前に次の被処理物の処理が可能となり、段替え（浸炭条件の変更）による空炉時間を大幅に短縮することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の連続浸炭炉によれば、弁開度調節された前後の排気弁及び中間扉の存在により、昇温ゾーンの雰囲気ガスは上流側へ流れ、浸炭・拡散ゾーンの雰囲気ガスは下流側へ流れるので、浸炭・拡散ゾーンの雰囲気ガスと昇温ゾーンの雰囲気ガスとが混ざり合って浸炭・拡散ゾーンの浸炭性ガスのカーボンポテンシャルが低下することを防止することができる。従って、浸炭・拡散ゾーンの高いカーボンポテンシャルの雰囲気を常に維持して、浸炭・拡散の処理時間を短縮することができる。また、ガスの流れの維持によって、昇温ゾーンに浸炭・拡散ゾーンの雰囲気ガスが流れ込むことを防止することができるので、昇温ゾーンにおける煤の発生（スーティング）を抑制することができ、処理の品質が安定した連続浸炭炉を提供することができる。
【００２９】
請求項２の連続浸炭炉によれば、ハースローラによるトレイ送りにより、従来のプッシャ式に比べ、中間扉を設けることができるとともに、段替えによる空炉時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】
請求項３の連続浸炭炉によれば、各パージ室の存在によって炉内への外気（空気）の吸込みが防止されることにより、炉の扉開閉時の浸炭性ガス濃度低下を微量にくい止め、かつ、低下を迅速に回復させることができるので、浸炭・拡散ゾーンの高いカーボンポテンシャルの雰囲気をより確実に維持して、浸炭・拡散の処理時間を短縮することができる。
【００３１】
請求項４の連続浸炭炉によれば、キャリアガスは従来のＣＯ２０〜２３％に比べて高濃度の変成ガスであり、浸炭効率の向上に寄与する。
【００３２】
請求項５の連続浸炭炉によれば、浸炭・拡散ゾーンとは仕切られた降温ゾーンとすることにより、被処理物の冷却を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による連続浸炭炉を、搬送方向に対して側面側から見た図である。
【図２】図１の連続浸炭炉における、入口パージ室から昇温ゾーンに至る部分の概略構成を示す断面図である。
【図３】図１の連続浸炭炉における、昇温ゾーンとその下流側に設けられた第１の中間扉の部分の拡大図である。
【図４】図１の連続浸炭炉における、均熱ゾーンから出口パージ室に至る部分の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１    入口パージ室
２    前排気弁
３    昇温ゾーン
４    浸炭ゾーン
５    拡散ゾーン
６    降温ゾーン
９    後排気弁
１０    出口パージ室
１１    第１の中間扉
１２    第２の中間扉
１４    トレイ（被処理物）
１５    ハースローラ（搬送装置）
【図１】
0003581140.tif 000002
【図２】
0003581140.tif 000003
【図３】
0003581140.tif 000004
【図４】
0003581140.tif 000005