(57)【要約】【課題】  被処理物の冷却時の温度差を低減化できる熱処理炉を提供する。【解決手段】  ヒータ２３をそなえた熱処理室（降温保持室１３）の壁部に冷却用ガスの流入口４１と流出口４２とを設け、前記熱処理室の外部において流入口４１と流出口４２とを接続するガス循環路４５に、冷却用ガス温度調節用のクーラ４７および冷却用ガス循環用の送風機４６を設けた熱処理炉において、流入口４１と流出口４２を、通気性を有する仕切板状の蓄熱体５０でそれぞれ覆った。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータをそなえた熱処理室の壁部に冷却用ガスの流入口と流出口とを設け、前記熱処理室の外部において前記流入口と前記流出口とを接続するガス循環路に、冷却用ガス温度調節用のクーラおよび冷却用ガス循環用の送風機を設けた熱処理炉において、
前記流入口と前記流出口を、通気性を有する仕切板状の蓄熱体でそれぞれ覆ったことを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
前記ガス循環路に、冷却用ガス温度調節用のヒータを設けた請求項１記載の熱処理炉。
【請求項３】
前記蓄熱体が、通電により発熱する発熱導体材から成り、前記通電用の電源に接続されている請求項１または２記載の熱処理炉。
【請求項４】
前記蓄熱体がＣ／Ｃコンポジットから成る請求項１または２または３記載の熱処理炉。
【請求項５】
前記蓄熱体が耐熱合金から成る請求項１または２または３記載の熱処理炉。
【請求項６】
前記蓄熱体が、開口巾寸法より大きいガス流通方向寸法を有する格子状に形成された蓄熱体から成る請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理炉。
【請求項７】
前記熱処理室が、加熱後の被処理物を冷却してマルテンサイト変態開始温度であるＭs点の直上温度に所定時間等温保持する降温保持室であって、前記流入口から降温保持室内へ送入される前記冷却用ガスが、ガス温を前記Ｍs点より５〜１００℃高い温度に調整した加温ガスである請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属材料から成る被処理物の熱処理をおこなう熱処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼材料などから成る被処理物を高温に加熱後、冷却用ガスによりガス冷却するバッチ式熱処理炉においては、ひとつの熱処理室で加熱工程と冷却工程を連続しておこなうため、熱処理室の壁部に設けた冷却用ガスの流入口と流出口に開閉用の扉を設け、この扉を閉めた状態で被処理物を加熱後、扉を開けて冷却用ガスを流通させて被処理物の冷却をおこなう構成の炉が用いられている（たとえば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−６６０９０号公報（第２−３頁、図１，図３）
【０００３】
ところが上記構成の炉においては、冷却工程開始時に扉を開放した際、熱処理室を包囲する鋼製の炉殻やこの炉殻に接続した冷却用ガス流通用の鋼製のダクト等は熱処理室内温度よりは大巾に低温（たとえば常温）であるため、開口状態の流入口および流出口を介してこれらの低温の鋼製部材に直面する側の被処理物の放射熱損失により、被処理物の急激な温度低下を生じ、この温度低下は流入口および流出口から離れた位置にある被処理物には生じないため、被処理物の位置によって温度差が生じ、被処理物の品質のばらつきの原因となっている。
【０００４】
また上記のバッチ式の炉の他、ローラハース炉などの連続式の熱処理炉においても、隣接する前段側の加熱室において高温に加熱された被処理物を受入れて冷却用ガスにより所定の温度に冷却する熱処理室も、上記と同様な構成が採用されているので、上記と同様な問題点を有するものである。そしてこの連続式および前記バッチ式の炉においても、特にたとえば１０００℃程度に加熱した被処理物を、加温ガスにより冷却してマルテンサイト変態点であるＭs点の直上温度に所定時間等温保持する降温保持処理をおこなう場合には、位置によって被処理物が過冷却され、降温保持処理後の急冷（焼入）による最終処理物の品質のばらつきが生じるという問題点を有するものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は上記従来の問題点を解決しようとするもので、被処理物の冷却時の温度差を低減化できる熱処理炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の熱処理炉は、ヒータをそなえた熱処理室の壁部に冷却用ガスの流入口と流出口とを設け、前記熱処理室の外部において前記流入口と前記流出口とを接続するガス循環路に、冷却用ガス温度調節用のクーラおよび冷却用ガス循環用の送風機を設けた熱処理炉において、前記流入口と前記流出口を、通気性を有する仕切板状の蓄熱体でそれぞれ覆ったことを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、ひとつの熱処理室において被処理物のヒータによる加熱工程と冷却用ガスによる冷却工程を連続しておこなう場合は、加熱工程時において加熱され蓄熱体が昇温蓄熱状態にあり、また別の加熱室において加熱された被処理物を熱処理室に受入れて冷却用ガスによる冷却をおこなう場合は、冷却工程開始前にヒータにより熱処理室内を昇温し蓄熱体を昇温蓄熱状態とすることにより、冷却用ガス送入による冷却工程開始時には冷却用ガスが蓄熱体通過により昇温して、被処理物への冷風吹付によるガス吹付側の部分的な過冷却が防止されるとともに、流入口および流出口の外側にある炉体やダクトなどの低温部材と被処理物の間に昇温状態の蓄熱体が介在して被処理物から上記低温部材への熱放射を抑制するので、この熱放射による被処理物の部分的な温度低下が防止され、被処理物の温度差が少量に抑制されるのである。
【０００８】
また請求項２記載の熱処理炉は、請求項１記載の熱処理炉において、前記ガス循環路に、冷却用ガス温度調節用のヒータを設けたものである。
【０００９】
この請求項２記載の発明によれば、ヒータにより冷却用ガスを所望の温度に加温して熱処理室内に送入でき、冷却用ガスの流入口側に位置する被処理物の部分的な過冷却を防止して、冷却時の温度差を一層確実に低減化できる。
【００１０】
また請求項３記載の熱処理炉は、請求項１または２記載の熱処理炉において、前記蓄熱体が、通電により発熱する発熱導体材から成り、前記通電用の電源に接続されているものである。
【００１１】
この発明において蓄熱体は、各種の金属材料やカーボン、セラミックなどで構成することができるが、請求項３記載の構成とすれば、通電により蓄熱体自身を昇温させることにより、蓄熱体を流通する冷却用ガスを所望の温度に加温して被処理物の部分的な過冷却を防止できるとともに、被処理物から流入口および流出口の外側にある低温部材への熱放射を一層確実に抑制して、被処理物の温度差を低減化できる。
【００１２】
また請求項４記載の熱処理炉は、請求項１または２または３記載の熱処理炉において、前記蓄熱体がＣ／Ｃコンポジットから成るものである。
【００１３】
この請求項４記載の発明によれば、炭素繊維複合炭素材であるＣ／Ｃコンポジットは高温（たとえば２０００℃）に耐えるので、処理室内温度が高温の場合でも、蓄熱体の変形や破損が生じることがなく、長寿命の蓄熱体が得られる。
【００１４】
また請求項５記載の熱処理炉は、請求項１または２または３記載の熱処理炉において、前記蓄熱体が耐熱合金から成るものである。
【００１５】
この請求項５記載の発明によれば、溶接により所望の形状の蓄熱体を容易に製造することができる。
【００１６】
また請求項６記載の熱処理炉は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理炉において、前記蓄熱体が、開口巾寸法より大きいガス流通方向寸法を有する格子状に形成された蓄熱体から成るものである。
【００１７】
この請求項６記載の発明によれば、冷却用ガスを整流して均一分布状態で被処理物への吹付および排風をおこなうことができ、被処理物を均一冷却できるとともに、たとえば穴あき板などに比べて通気抵抗が小さいので、冷却用ガス循環用のファンも小型小動力のもので済む。
【００１８】
また請求項７記載の熱処理炉は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の熱処理炉において、前記熱処理室が、加熱後の被処理物を冷却してマルテンサイト変態開始温度であるＭs点の直上温度に所定時間等温保持する降温保持室であって、前記流入口から降温保持室内へ送入される前記冷却用ガスが、ガス温を前記Ｍs点より５〜１００℃高い温度に調整した加温ガスであるものである。
【００１９】
この請求項７記載の発明によれば、被処理物はＭs点以上の温度に保持する必要があり、たとえば小サイズの被処理物多数個を一度に冷却および等温保持処理する場合に一部の被処理物がＭs点温度以下に過冷却されると、歪みの発生や後続の急冷工程での焼入不均一など、不良品を発生することになるが、熱処理炉の構成を請求項１ないし６記載の構成とすることにより、被処理物のＭs点以下への過冷却を防止して、被処理物の降温保持処理を確実におこない不良品発生を防止することができる。なお降温保持室内へ送入される冷却用ガスのガス温は、上記調整範囲［Ｍs点＋（５〜１００）℃］よりも低温であると被処理物がＭs点以下に過冷却されやすく、また上記調整範囲よりも高温であると被処理物の降温時間が長くなるので、好ましくないため、上記調整範囲に限定するものである。但し、大サイズの被処理物を冷却する場合は、小サイズの被処理物を冷却する場合ほど、過冷却による歪みの発生や後続の急冷工程での焼入不均一などの問題は生じない。よって、大サイズの被処理物を冷却する場合は、冷却時間を短縮するため、冷却当初のみＭs点以下の温度の加温ガスにより冷却し、所定時間経過後に、ガス温を上記調整範囲［Ｍs点＋（５〜１００）℃］として冷却および等温保持してもよく、この形態も請求項７記載の発明に含まれるものとする。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、昇温蓄熱状態にある蓄熱体による、冷却用ガスの昇温作用および被処理物から流入口および流出口の外側部材への熱放射の抑制作用により、熱処理室内における被処理物の冷却時の温度差を低減化できる。
【００２１】
また上記の効果に加えて、請求項２記載の発明によれば、冷却用ガスをヒータにより加熱することにより、被処理物の部分的な過冷却を防止してその温度差を一層確実に低減化できる。
【００２２】
また上記の効果に加えて、請求項３記載の発明によれば、蓄熱体自身を昇温させることにより、被処理物の部分的な過冷却とともに流入口および流出口の外側の低温部材への熱放射を一層確実に抑制して、被処理物の温度差を低減化できる。
【００２３】
また上記の効果に加えて、請求項４記載の発明によれば、長寿命の蓄熱体が得られ、請求項５記載の発明によれば、所望の形状の蓄熱体を容易に得ることができる。
【００２４】
また上記の効果に加えて、請求項６記載の発明によれば、冷却用ガスを整流して被処理物を均一冷却でき、冷却用ガス循環用のファンも小型小動力もので済む。
【００２５】
また上記の効果に加えて、請求項７記載の発明によれば、被処理物のＭs点以下への過冷却を防止して、被処理物の降温保持処理を確実におこなうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下図１〜図３に示す一例により、この発明の実施の形態を説明する。図中、１は熱処理炉で、この例では被処理物Ｗを真空加熱後ガス焼入れするローラハース式真空炉から成る。２は、円筒状の鋼製の炉体で、３は被処理物装入用の入口、４は同じく取出用の出口で、それぞれエアシリンダ式の開閉装置５により開閉駆動される扉６，７をそなえている。炉体２内は、前室１１、加熱室１２、本発明における熱処理室である降温保持室１３、冷却室１４の四つに区画され、加熱室１２および降温保持室１３は、図示しない真空排気装置に接続され、降温保持室１３および冷却室１４は、図示しない窒素ガス供給源に接続されている。１５は炉長全長にわたって設けた、被処理物搬送用のハースロールで、この例ではＣ／Ｃコンポジット製のカーボンロールから成る。上記の降温保持室１３は、加熱室１２で高温に加熱された被処理物を、所定の温度に冷却し該冷却温度に所定時間等温保持する熱処理室である。
【００２７】
加熱室１２は、四周を黒鉛製の断熱壁２０により囲繞され、室内に電熱式のヒータ２１をそなえ、また降温保持室１３は、加熱室１２と同様な断熱壁２２により四周を囲繞された室内に電熱式のヒータ２３をそなえるとともに、後述する蓄熱体５０をそなえている。冷却室１４は、雰囲気ガス冷却用のクーラ２４と、雰囲気ガス循環用のファン（図示しない）をそなえている。そして上記各室間の扉２５，２６，２７は、エアシリンダ式の開閉装置２８により開閉されるようになっている。
【００２８】
この例における熱処理対象物である被処理物Ｗは、図１には略図示してあるが、図２に示すように鋼製の多数個の小物部品から成り、円板状の底板３１上に複数枚の円板状の棚板３２をスペーサを介して多段積みして成る被処理物保持体３０の各段部に、それぞれ複数個載せられ、この被処理物保持体３０をトレイ３５上に載置して炉内移送し後述の熱処理をおこなう。トレイ３５はカーボン製の角板状を呈し、被処理物保持体３０はトレイ３５の中央部に載置される。
【００２９】
また図２に示すように降温保持室１３の断熱壁２２の側壁部には、冷却用ガスの流入口４１と流出口４２が対向して設けられ、流入口４１に連通する炉体２の給気口４３と、流出口４２に連通する炉体２の排気口４４との間をダクト４５ａで接続したガス循環路４５には、冷却用ガス循環用の送風機４６と、冷却用ガス温度調節用のクーラ４７およびヒータ４８が設けてある。４９はクーラ４７とヒータ４８の切替用のバルブである。そして流入口４１および流出口４２は、通気性を有する仕切板状の蓄熱体５０でそれぞれ覆ってある。この蓄熱体５０としてこの例では、多数枚の狭巾のステンレス板を格子状に枠組みして溶接により一体化し、その格子状体の各開口巾寸法より大きいガス流通方向寸法Ｓを有するものを用いている。５１，５２は一端部が蓄熱体５０に接続された通電用の棒状の導電体で、その炉外に位置する他端部に形成した端子５３，５４は、図示しない交流電源に接続されている。
【００３０】
次に上記構成の熱処理炉１における被処理物Ｗの処理方法の例を、図３も参照しつつ説明する。先ず、空気焼入鋼（この例では冷間ダイス鋼ＳＫＤ１１）製の被処理物Ｗを、被処理物保持体３０に段積みし、これをトレイ３５の中央部に載置した状態で入口３から前室１１内に装入後、扉２５を開いて加熱室１２内に移送し、この加熱室１２内を真空排気して所定の真空雰囲気中でヒータ２１により被処理物Ｗを、図３にも示すように１０００℃に加熱する。
【００３１】
この加熱工程終期に、降温保持室１３内も加熱室１２内と同程度に真空排気するとともに、ヒータ２３により降温保持室１３内を約５００℃に昇温させ、蓄熱体５０，５０も通電によって約５００℃に昇温させておく。加熱工程後、昇温した被処理物Ｗを、扉２６を開いて降温保持室１３内に移送し、被処理物保持体３０の両側部が流入口４１および流出口４２に対面する所定の位置に到達したらトレイ３５を停止させる。
【００３２】
そして扉２６を閉じて窒素ガスの導入により降温保持室１３内をほぼ大気圧の窒素ガス雰囲気とし、ガス循環路４５の送風機４６を運転して、ヒータ４８により被処理物Ｗのマルテンサイト変態開始点温度であるＭs点（ＳＫＤ１１の場合約４００℃）より高い４５０℃に加温した窒素ガスを、流入口４１から降温保持室１３内へ送入して被処理物保持体３０に吹付け、被処理物Ｗを冷却し、冷却時間ｔ１経過により前記Ｍs点の直上温度である５００℃に降温した被処理物Ｗを、この温度に所定の保持時間ｔ２だけ保持して等温保持処理をおこなう。図３に示す被処理物の温度曲線は、被処理物保持体３０上の全被処理物Ｗの平均的な温度を示し、実際には各被処理物の位置などによって降温遅れなどがあるため、上記の保持時間ｔ２の等温保持により全被処理物を等温化し、後工程での焼入れによる品質の均一化をはかるものである。
【００３３】
上記の冷却工程と等温保持工程から成る降温保持処理の完了時点で、ガス循環路４５による冷却用ガスの循環吹付は停止し、扉２７を開きハースロール１５によりトレイ３５を冷却室１４内に移送し、この冷却室１４内において冷却用ガスの吹付けにより被処理物Ｗの急冷処理をおこなって、ガス焼入品を得、熱処理全工程を終了する。後続の被処理物Ｗに対しても上記と同工程で熱処理をおこなえばよい。
【００３４】
上記の降温保持室１３における処理工程においては、冷却用ガスの流入口４１および流出口４２を蓄熱体５０で覆った構成としたので、降温保持工程開始前のヒータ２３による加熱、およびこの例ではさらに通電による蓄熱体５０自身の発熱によって、蓄熱体５０を蓄熱・昇温状態としておくことにより、ガス循環路４５による冷却用ガスの循環開始時に低温のダクト系内の流通により昇温が不充分な低温の冷却用ガスが流入口４１から流入する場合でも、このガスは蓄熱体５０により昇温するので被処理物Ｗの過冷却を防止することができ、これに加えて、高温の被処理物Ｗが降温保持室１３内へ送入されたとき、流入口４１および流出口４２の外側にある給気口４３部や排気口４４部やこれらに接続されたダクト４５ａなどの低温部材への被処理物Ｗからの熱放射が、昇温状態の蓄熱体５０により抑制され、被処理物Ｗの流入口４１および流出口４２に対面する側の部分的な温度低下が防止されるので、被処理物Ｗの均一な冷却が達成される。
【００３５】
さらに蓄熱体５０は開口巾寸法より大きいガス流通方向寸法Ｓを有する格子状を呈しているので、この格子状体による整流作用によって、冷却用ガスは均一分布状態で被処理物Ｗへ吹付けられるので、被処理物は一層確実に均一冷却されるのである。
【００３６】
この発明は上記の例に限定されるものではなく、たとえば被処理物保持体３０としては、金網などの通気性を有するバスケットなどを用いてもよく、また各室の圧力や加熱・冷却温度は被処理物Ｗの材質や形状などに応じて、上記以外のものとしてもよい。また蓄熱体５０としては、穴あき板形式のものなどを用いてもよい。また上記の例では、冷却用ガスの流入口４１と流出口４２は断熱壁２２の側壁部に設けたが、これらの流入口と流出口を断熱壁２２の底壁部と頂壁部に対向する形で設け、これらの流入口と流出口を蓄熱体５０で覆い、通気性を有するトレイ３５を用いるなどしてもよい。またガス循環路４５は、炉体２の外部に設けたが、炉体２内、すなわち炉体２と断熱壁２２の間の空間部にガス循環路４５を形成してもよい。
【００３７】
またこの発明は、上記の連続式熱処理炉のほか、一室で被処理物の高温度への加熱と、それに続く上記の冷却と等温保持をおこなう、加熱室を兼ねた降温保持室に、前室を兼ねた冷却室を連設した２つの熱処理室から成るバッチ式の熱処理炉などにも、適用できるものであり、この場合は蓄熱体５０をＣ／Ｃコンポジット製のものとすれば、加熱時の高温に対しても良好な耐久性が得られ、また被処理物が大サイズの場合などは、冷却用ガスはヒータを用いずにクーラのみにより温度調整をおこなうこともできる。さらにこの発明は、上記の降温保持室から成る熱処理室のほか、加熱後の被処理物を冷却用ガスによりガス焼入れする熱処理室をそなえた熱処理炉や、上記のガス焼入れではなく油焼入れをおこなう熱処理炉などにも、適用できるものである。
【実施例】
【００３８】
上記構成の熱処理炉１（降温保持室１３の容積＝５ｍ３）により被処理物Ｗ（直径１０mm，長さ３０mmのＳＫＤ１１製品）を被処理物保持体３０に５００個積載した状態で、上記の例の処理方法と温度等を同条件で、加熱および降温保持処理をおこない、降温保持室１３（ガス循環路４５の循環風量＝１２０ｍ３／分）における冷却時間ｔ１＝３０分、保持時間ｔ２＝３０分の降温保持処理直後の被処理物の温度Ｔを測定した結果を次に示す。
［実施例１］  被処理物の冷却開始前から等温保持終了時まで蓄熱体５０の通電を継続しつつ、降温保持処理をおこなったところ、被処理物Ｗの温度Ｔは４２０℃〜４５０℃の範囲にあり、良好な均一冷却状態であった。
［実施例２］  蓄熱体５０の通電は冷却開始前も含めて一切おこなわず、その他は実施例１と同条件で降温保持処理をおこなったところ、被処理物Ｗの温度Ｔは４１０℃〜４６０℃の範囲にあり、均一冷却状態であった。
［比較例］  蓄熱体５０を流入口４１および流出口４２部から取外し、その他は実施例１と同条件で降温保持処理をおこなったところ、被処理物の温度Ｔは３９０℃〜４８０℃の範囲にばらつき、一部の被処理物はＭs点以下に過冷却されていた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態の一例を示す熱処理炉の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の熱処理炉による熱処理の例を示す被処理物の処理温度曲線である。
【符号の説明】
【００４０】
１…熱処理炉、１３…降温保持室、１５…ハースロール、２３…ヒータ、３０…被処理物保持体、３５…トレイ、４１…流入口、４２…流出口、４５…ガス循環路、４６…送風機、４７…クーラ、４８…ヒータ、５０…蓄熱体、５１…導電体、５２…導電体。
【図１】
2006266615.tif 000003
【図２】
2006266615.tif 000004
【図３】
2006266615.tif 000005