(57)【要約】      （修正有）【課題】断熱材内への炭化水素系ガスの重合物・煤等の蓄積を抑制し、かつ断熱材内に蓄積した炭化水素系ガスの重合物・煤等を燃焼させ断熱材の断熱機能を維持させ、断熱材の断熱性能が劣化したときに最小費用と短時間で断熱材の交換およびメンテナンスを可能にした浸炭室を有する真空浸炭炉を提供。【解決手段】断熱材枠３の内部には、３層組合せたセラミックスファイバーボード断熱材４、５、６の中間に緻密なカーボン板７が挟み込まれて配置されている。内層断熱材６は単独で断熱枠に溶接されたスタッドにナットにより固定され、中間のカーボン板及び外層断熱材５、４とは区別して、個別に分解交換できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空浸炭炉の浸炭室において、該浸炭室は、断熱枠とその内側に多層組合せて配置された断熱材からなる断熱層とを有し、多層組合せた該断熱材の中間に緻密なカーボン板を挟み込んで配置したことを特徴とする真空浸炭炉。
【請求項２】
該断熱材はセラミックスファイバーボードであることを特徴とする請求項１記載の真空浸炭炉。
【請求項３】
該カーボン板の内側に配置した該断熱材を、該カーボン板及びその外側に配置した該断熱材とは区別して、個別に分解交換できる構造としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空浸炭炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭室を有する真空浸炭炉に関し、特に真空浸炭炉の浸炭室の断熱材構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温減圧下で炭化水素系ガスによる真空浸炭を行う浸炭室を有する真空浸炭炉は周知であり、この場合、炭化水素系ガスが炭素と水素に分解して炭素分が鋼の表面で反応し浸炭が起きるといわれている。炭化水素系ガスは高温減圧下で炭素と水素の分解のほか、重合反応が起き重合物が発生する可能性があり、又、温度分布状態により分解した炭素が煤化する可能性もある。この重合物や煤といった発生物が断熱材に含浸され断熱機能の劣化につながるため、従来よりバーンアウトによる発生物を燃焼させる方法が知られている。
特許文献１には、図３に示す浸炭室を有する真空浸炭炉の概略断面ブロック図にみるように、炉殻31と、その内側に配置された断熱枠32と、さらにその内側に配置された厚板状または多層状の断熱材であるアルミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケット 33、34と薄板状のアルミナ系セラミック複合材35とによって形成した断熱層と、からなる浸炭室40を有する真空熱処理炉30が記載されている。37はワーク、38は炉床、41は炭化水素系ガスノズル、42は排気口である。図４は図３に示す浸炭室の断熱材構成と留め方の一例を示す部分拡大説明図である。断熱材33、34、35は、断熱枠32に溶接46で留められたスタッド45に、ナット44で留められている。特許文献２には断熱材の炉内側に炭素薄板やシート状にした炭素薄板で被覆した断熱構造が記載され、特許文献３には断熱材の炉内側にシート状にした天然鱗状黒鉛で被覆した断熱構造のものが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３５７３８９号公報
【特許文献２】特開平１１−１９０５１６号公報
【特許文献３】特開２０００−０５５５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
かかる従来の浸炭室を有する真空熱処理炉では、断熱材に含浸された炭化水素系ガスの重合物・煤等の発生物は断熱材内部まで拡散し、バーンアウトを実施しても表面近くのものは燃焼するが内部に蓄積されたものは十分酸素がいきわたらないことと、断熱材による断熱効果のため、温度分布が発生物の発火点以下であれば燃焼せず蓄積量が次第に増加し、断熱材の蓄熱量が増加し昇温、降温時間が延びサイクルタイムに影響することと消費エネルギーの増大につながる。また断熱材の断熱機能が劣化してきたときには、図３の断熱材構成と留め方の一例を示す図４でみるように、断熱材33、34、35は、断熱枠32に溶接46で留められたスタッド45に、ナット44で留められているので、断熱材33、34、35一式を交換する必要があり、費用面、時間的な点からも無駄が多かった。
特許文献１に記載の真空熱処理炉の断熱層の断熱材構成では、これを炭化水素系ガスを使用する真空浸炭炉として使用するときは、前述の炭化水素系ガスの重合物・煤等の発生物が断熱材内に含浸される可能性があり、特に内側断熱材であるアルミナ系セラミック複合材35及びアルミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケット 33、34は重合物、煤等の発火温度は約500 ℃以下のためバーンアウトしても燃焼せず、次第に重合物・煤等が断熱材内に蓄積されてゆく。特許文献２、特許文献３では炭素薄板やシート状にした天然鱗状黒鉛による断熱材構成の浸炭室を有する真空熱処理炉では、バーンアウトすると炭素薄板や天然鱗状黒鉛など断熱材自体が燃焼するためバーンアウトできない課題があった。
【０００４】
本発明の課題は、真空浸炭炉の浸炭室において、断熱材内への炭化水素系ガスの重合物・煤等の蓄積抑制と蓄積した重合物・煤等をバーンアウトにより燃焼させ断熱材の断熱機能を維持させることにある。本発明の別の課題は、断熱材の断熱性能が劣化したときに最小費用と短時間で断熱材の交換およびメンテナンスを可能にした浸炭室を有する真空浸炭炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため本発明は、真空浸炭炉の浸炭室において、該浸炭室は、断熱枠とその内側に多層組合せて配置された断熱材からなる断熱層とを有し、多層組合せた該断熱材の中間に緻密なカーボン板を挟み込んで配置したことを特徴とする真空浸炭炉を提供することによって上記した従来製品の課題を解決した。
【発明の効果】
【０００６】
かかる構成により、本発明の真空浸炭炉の浸炭室においては、多層組合せた該断熱材の中間に緻密なカーボン板を挟み込んで配置したので、高温減圧下で炭化水素系ガスの重合反応により発生する重合物や温度状態により発生する煤が、断熱材内に浸透し、断熱材の断熱機能の劣化が起きることを最小限にすることが可能になり、かつ断熱材内に蓄積した重合物・煤等は、バーンアウトにより燃焼させて断熱材の断熱機能を維持することができる断熱層をもつ浸炭室を有する真空浸炭炉を提供するものとなった。
【０００７】
好ましくは、該断熱材はセラミックスファイバーボードであり、又、該カーボン板の内側に配置した該断熱材を、該カーボン板及びその外側に配置した該断熱材とは区別して、個別に分解交換できる構造とすることにより、断熱層の断熱性能が劣化したときに、最小費用と短時間で断熱材の交換およびメンテナンスを可能にした浸炭室を有する真空浸炭炉を提供するものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態の一例を図面を参照して説明する。図１は本発明を実施するための最良の形態の、３層のセラミックスファイバーボード断熱材と、断熱材の中間にカーボン板を挟み込んで配置した断熱材構成の浸炭室を有する真空浸炭炉の概略断面ブロック図、図２（ａ）は図１の浸炭室でのセラミックスファイバーボード断熱材及びカーボン板の留め方を示す部分拡大説明図で、（ｂ）は図１の浸炭室での３層組合せた各断熱材層の温度分布を示す説明図を示す。本発明の実施形態では、断熱材はセラミックスファイバーボードを使用したが、他のアルミナ系セラミック複合材を使用してもよい。
【０００９】
図１、図２に示すように、本発明の実施形態の真空浸炭炉１の浸炭室兼加熱室10では、炉体２の内部に断熱材枠３が図示しない取付具により炉体２に固定されている。炉体２に取付けられた炉床８上に図示しないトレイ又はバスケットに積載された被処理物であるワーク９が載置されている。炉体２上部に取付けられた熱源ラジアントチューブ16が図１ではワーク９の左右にあって、ワーク９を加熱する。浸炭用炭化水素系ガスは炉体２上部から浸炭用炭化水素系ガスノズル11により炉内に注入され、炉体２下部に設置された排気口12から図示しない真空ポンプにより炉体２外部に排気される。断熱材枠３の内部には、３層組合せたセラミックスファイバーボード断熱材４、５、６の中間に、緻密なカーボン板７が、挟み込まれて配置されてる。内層断熱材６は炉内設定温度に耐えうる材質からなるものを選択し、外層断熱材４、５は断熱性能とコストのトレードオフにより有利なものが選択される。図２（ａ）に示すように、断熱材枠３はパンチングメタル材等の通過性のある材料で作られており、スタッド65を断熱枠３に溶接し、外層断熱材４、５及びカーボン板７は、ワッシャー67を介してナット68により締められ固定される。内層断熱材６は単独に、カーボン板７及び外層断熱材４、５に対してスタッド15を断熱材枠３に溶接しワッシャー17を介してナット18により共締めされて固定される。内側ナット18用穴19を、高温用モルタルと無機結合材を混練下セメントで埋めた。
【００１０】
かかる構成により、本発明の実施形態の真空浸炭炉１の浸炭室10においては、多層組合せた断熱材４、５、６の中間に、緻密なカーボン板７を挟み込んで配置したたので、高温減圧下で炭化水素系ガスの重合反応により発生する重合物や温度状態により発生する煤が、断熱材内に浸透し断熱材の断熱機能の劣化が起きることを最小限にすることが可能になった。かつ内側断熱材６内に蓄積した重合物・煤等は、バーンアウトにより燃焼させることができ、断熱材の断熱機能を維持することができる断熱層をもつ浸炭室を有する真空浸炭炉を提供するものとなった。図２（ｂ）は図１の浸炭室10の断熱材６、５、４の温度分布状態を示す説明図で、カーボン板７付近の温度分布は約 500〜600 ℃とされ、内側に配置したセラミックスファイバーボード断熱材６の材質は、カーボン板７付近の温度分布が約 500〜600 ℃となるように選定される。
【００１１】
作動においては、図示しない搬入装置で浸炭室10内に搬入されたワーク９は熱源により加熱される。熱源はセラミックス製ラジアントチューブ16に電気ヒータを入れるか又はガス焚きが一般的である。炉体２外部から浸炭ガスとして炭化水素系ガス例えばエチレン、プロパン等を浸炭用炭化水素系ガスノズル11により炉内に注入し、浸炭工程、拡散工程を行う。炭化水素系ガスは高温減圧下で炭素と水素に分解するが一部重合反応し重合物を生成する。重合物は気体状で多くは排気口12より排気されるが、断熱材の気孔率が非常に高いため断熱材内部に拡散して断熱材内に絡みつく現象がみられる。いったん絡みつくと次第に増大していく傾向があり、絡みつく温度は500 ℃以上であることが実炉および確認試験で実証されている。熱処理設備の性格上24時間運転が一般的であるため、バーンアウトは週末に実施する例が多く、その週に蓄積された重合物、煤等を燃焼させる。
【実施例１】
【００１２】
セラミックスファイバーボード断熱材６は25mm、カーボン板７は10mm、セラミックスファイバーボード断熱材５、４はそれぞれ50mmとし、炉内設定温度930 ℃で真空雰囲気のもとで加熱し、炭化水素系ガスによる浸炭、拡散工程を繰返し実施した。浸炭、拡散工程を繰返して所定の回数実施後、各断熱材６、５、４を確認したところ、カーボン板７の内側の断熱材６には重合物や煤等の蓄積がみられたが、カーボン板７より外側の断熱材５、４には重合物や煤等の蓄積はなかった。断熱材６内には内部側に重合物や煤等の蓄積が多く外側にいくに従い漸減していた。このことは重合物・煤が断熱材６の内側組織から蓄積し始め次第に外側組織に移っていくことを示している。その後、蓄積した重合物・煤に必要なエアー量によるバーンアウトを実施することにより、断熱材６内の重合物や煤等がほぼ燃焼したことを確認できた。
【００１３】
内層部の断熱材６内には、バーンアウトしても重合物・煤が完全に燃焼せず若干の残留量があり、時間経過と共に断熱機能が損なわれる可能性がある。その場合、断熱材６の交換が必要になり、従来方法では断熱材を一式交換する必要があったが、本発明の実施形態では、図２（ａ）に示すように、内層断熱材６は単独に、カーボン板７及び外層断熱材４、５に対してスタッド15、ワッシャー17を介してナット18により、断熱材枠３に固定されれ、内層断熱材６は、中間のカーボン板７及び外層断熱材５、４とは区別して、個別に分解交換できる構造とすることにより、断熱層の断熱性能が劣化したときに、最小費用と短時間で断熱材の交換およびメンテナンスを可能にした浸炭室を有する真空浸炭炉を提供するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を実施するための最良の形態の、３層のセラミックスファイバーボード断熱材と、断熱材の中間にカーボン板を挟み込んで配置した断熱材構成の浸炭室を有する真空浸炭炉の概略断面ブロック図。
【図２】（ａ）は図１の浸炭室でのセラミックスファイバーボード断熱材及びカーボン板の留め方を示す部分拡大説明図で、（ｂ）は図１の浸炭室での３層組合せた各断熱層の温度分布を示す説明図を示す。
【図３】特許文献１の浸炭室を有する真空浸炭炉の概略断面ブロック図。
【図４】図３の浸炭室の断熱材構成とその留め方の一例を示す部分拡大説明図。
【符号の説明】
【００１５】
１：真空浸炭炉              ２：炉体                ３：断熱材枠
４、５、６：セラミックスファイバーボード断熱材      ８：炉床  
７：カーボン板              ９：ワーク              10：浸炭室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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