(57)【要約】酸素を含む環境で移送する間における熱処理された部品の酸化を最小化する部品容器。この容器は、内部空間を有しかつ対向する第１開口部及び第２開口部を含む耐熱ベッセルと；第１開口部に流動的に接続されてベッセルに底部を提供する耐熱多孔質支持体要素と；内部空間に配置された複数の流動化可能粒状固体及び少なくとも一つの熱処理可能部と；を含む。流動化可能粒状固体は、熱処理の後、部品に対して一時的な保護環境を与え、これにより周囲の環境部品が酸素にさらされることを最小化する。付加的な実施例及び使用方法がまた記述されている。
2005537455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理された部品の酸化を最小にする部品容器であって、
内部空間を有しかつ対向する第１開口部及び第２開口部を含む耐熱ベッセルと；
前記第１開口部に流動的に接続され、これにより前記ベッセルに底部を提供する耐熱多孔質支持体要素と；
前記内部空間に配置された複数の流動化可能粒状固体及び少なくとも一つの熱処理可能部と；
を含むことを特徴とする部品容器。
【請求項２】
請求項１記載の部品容器において、
前記ベッセルの前記内部空間への流動ガスの移動を促進するために前記多孔質支持体要素に流動的に接続された導管をさらに含むことを特徴とする部品容器。
【請求項３】
請求項１記載の部品容器において、
前記第２開口部に流動的に接続され、これにより前記ベッセルに頂部を提供する第２耐熱多孔質支持体要素をさらに含むことを特徴とする部品容器。
【請求項４】
請求項１記載の部品容器において、
前記ベッセルは円柱体であることを特徴とする部品容器。
【請求項５】
請求項１記載の部品容器において、
前記多孔質支持体要素は耐熱網であることを特徴とする部品容器。
【請求項６】
請求項３記載の部品容器において、
前記第２多孔質支持体要素は耐熱網であることを特徴とする部品容器。
【請求項７】
請求項１記載の部品容器において、
前記内部空間は、前記複数の流動化可能粒状固体に分散された複数の熱処理可能部を含むことを特徴とする部品容器。
【請求項８】
請求項１記載の部品容器において、
前記ベッセルは金属であることを特徴とする部品容器。
【請求項９】
請求項１記載の部品容器において、
前記熱処理可能部は金属であることを特徴とする部品容器。
【請求項１０】
請求項１記載の部品容器において、
前記複数の流動化可能粒状固体は前記熱処理可能部と反応することを特徴とする部品容器。
【請求項１１】
熱処理された部品を移動している間の酸化を最小にする方法であって、
熱処理すべき受取部のためのチャンバを有する流動床炉を提供する段階と；
内部空間を有しかつ対向する第１開口部及び第２開口部を含む耐熱ベッセルと；
前記第１開口部に流動的に接続され、これにより前記ベッセルに底部を提供する耐熱多孔質支持体要素と；
前記内部空間に配置された複数の流動化可能粒状固体及び少なくとも一つの熱処理可能部と；を含む
部品容器を提供する段階と；
前記流動床炉の前記チャンバへ前記部品容器を浸水させ、これにより流動ガスが、前記複数の粒状固体を流動化する前記多孔質支持体要素を通じて前記部品容器へ入る段階と；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、
前記チャンバから前記部品容器を取り去り、これにより前記ベッセルの前記内部空間で前記複数の粒状固体を非流動化する段階であって、前記熱処理可能部が前記非流動化粒状固体に分散される段階をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法において、
前記流動床炉から流動床クエンチへ前記部品容器を移動させる段階をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、
前記部品容器を流動クエンチに浸水させる段階をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の方法において、
前記部品容器は、前記第２開口部へ流動的に接続され、これにより前記ベッセルの頂部が提供される第２耐熱多孔質支持体要素をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１記載の方法において、
前記部品容器は、前記ベッセルの前記内部空間への流動ガスの移動を促進するために前記多孔質支持体要素に流動的に接続された導管をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１１記載の方法において、
前記内部空間は、前記複数の流動化可能粒状固体に分散された複数の熱処理可能部を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、部品（parts）を熱処理する分野に関し、特に流動床熱処理及び続くクエンチの間に熱処理された部品の望まれない酸化を最小化する移送ベッセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
部品の温度を制御することを要求し、時には炉の雰囲気を制御することを要求する、金属部品（例えば鋳物、鋳造物、及び同様のもの）の物理的な特性を改善する方法は良く知られており、全体的に「金属処理方法（Metal Treatment Processes）」と称されている。これらの方法の例は、炭化、浸炭窒化、はだ焼き、無心焼入れ、炭素回復（carbon restoration）、焼ならし、応力除去、特にアニーリングを含む。
【０００３】
一般に、これらの方法は、部品の化学組成を変更又は維持する制御された雰囲気を有する炉内で高い温度に金属部品をさらすことを含む。炉内で加熱を経た後、部品は通常、所望の物理特性を獲得するためにクエンチ媒体で冷却される。
【０００４】
金属処理の分野では、熱の移動が急速かつ均一であること、使用が容易であること、及び安全であることの利点のために、流動床炉が良く知られている。金属処理方法に適した流動床炉の使用例は、特許文献１及び特許文献２に説明されている。流動床炉を用いた金属処理は多くの場合、流動床クエンチ（fluid bed quench）の前に行われる。
【０００５】
当業者に知られているように、流動床は、チャンバに収容された細かく分割された粒子の塊からなり、チャンバを通してガスがチャンバの底部にある多数のポートを通過する。床に入るガスの速度が適切に調整されている場合には、粒子は、浮揚した粒子の全床が振る舞いの点で液体相に似ているような任意の方法で、分離され、浮揚され、移動する。そのような装置は良く知られており、その基本的な振る舞いには非常に多くの用途がある。典型的な床は、この出願の譲受人によって所有されている特許文献３及び特許文献２に開示されており、参照によって本願に組み入れられる。典型的な構成では、流動ガスは、床の底部水平区域と一般に同一の広がりを持つプレナムチャンバに入り、ポートを通じて流動ガスを導く。ガスは床を通じて立ち上がり、その間液体のような振る舞いが粒子媒体に授けられる。
【０００６】
しかしながら、多くの金属処理方法に伴う問題は、金属部品が高まった温度で炉環境から除去される時に、通常クエンチバス又は冷却浴で部品が最大温度よりも下に冷却されるまで、部品の表面が空気のような他の雰囲気と接触するのを防がなければならないということである。例えば、部品の表面が高められた温度で空気と接触するときに酸化によって化学的に分解可能であるならば、部品の温度が低下するまで、部品が接触するのを防ぐ必要がある。これは部品を炉からクエンチへ移動させるとき特に問題となる。
【０００７】
部品を酸素と接触させることなく移動させるために、通常、酸素を排除するよう流動床炉の頂部、移動機構、及び流動床クエンチベッセルの頂部に、密閉された囲いを作る必要がある。この囲いは通常、炉及び／又はクエンチベッセルから空気を排除するために酸素のないガスでパージされる。
【０００８】
移動の間の酸化を最小化する他のアプローチは、まず配置され、炉の頂部の装填開口部で封される可動性移送ベッセルを使用することである。部品の荷重は、流動床炉から垂直に可動性移送ベッセルへ持ち上げられる。移送ベッセルには底部でスライドゲートドアが設けられ、それゆえ閉じられる。次いで移送ベッセルは、酸素を含まない気体相で流動化されるクエンチ又は冷却流動床へ移動される。次いでスライドゲートドアは移送ベッセルの底部で開けられ、部品の荷重はクエンチ又は冷却流動床へ下げられる。部品は、もはや酸素を含む雰囲気から保護する必要がないほど十分に低い温度まで冷却された後、取り除かれる。これらの囲いはしばしば、操作上の観点から面倒となり、加熱処理炉及びクエンチ装置の主要なコストを著しく増加させる。
【０００９】
このように、炉からクエンチへ移送している間に金属部品が酸化するのを防ぐ単純でありかつ致命的でない強力な方法が当技術で必要とされている。したがって、この発明の目的は、そのような方法、及びそのような方法を使用する装置を提供することである。
【特許文献１】米国特許第３，０５３，７０４号明細書
【特許文献２】米国特許第４，５１２，８２１号明細書
【特許文献３】米国特許第３，６７７，４０４号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、加熱処理された部品の酸化を最小化する部品容器（parts container）を提供する。本容器は、内部空間を有しかつ対向する第１開口部及び第２開口部を含む耐熱ベッセルと；第１開口部に流動的に接続され、これによりベッセルに底部を提供する耐熱多孔質支持体要素と；内部空間に配置された複数の流動化可能粒状固体及び少なくとも一つの熱処理可能部と；を含む。部品コンテナは付加的に、ベッセルの前記内部空間への流動ガスの移動を促進するために多孔質支持体要素に流動的に接続された導管を含むことができる。同様に、部品コンテナはまた、第２開口部に流動的に接続されて、ベッセルに頂部を提供する第２耐熱多孔質支持体要素を含むことができる。好ましくは、部品のベッセルは円柱体であり、かつ金属である。第１及び第２多孔質支持体要素は好ましくは耐熱網である。他の好ましい実施例では、ベッセルの内部空間は、複数の流動化可能粒状固体に分散された複数の熱処理可能部を含む。熱処理可能部は好ましくは金属である。他の実施例では、複数の流動化可能粒状固体は前記熱処理可能部と反応する。
【００１１】
加熱処理された部品を移送する間の酸化を最小化する方法がまた提供される。本方法は、熱処理すべき部品を受け取るためのチャンバを有する流動床炉を提供する段階と；上述の部品容器を提供する段階と；流動床炉のチャンバへ部品容器を浸水させ、そこで流動ガスが、多孔質支持体要素を通じて部品容器へ入り、かくして複数の粒状固体を流動化させる段階と；を含む。好ましくは、本方法はさらに、チャンバから部品容器を取り去り、かくしてベッセルの内部空間で複数の粒状固体を非流動化させる段階であって、熱処理可能部が非流動化粒状固体に浸水されるようになる段階を含む。より好ましい実施例では、本方法はさらに、流動床炉から流動床クエンチへ部品容器を移動させる段階を含み、部品容器を流動クエンチに浸水させる段階を含む。
【００１２】
好適には、この発明の方法及び装置は、現在当技術で用いられているようなシールされた囲い及びシールされた移送ベッセルに頼ることなく、酸素を含む環境で移送している間の加熱処理された部品の酸化を抑制する。本発明のこれら及び他の利点は、以下で明らかにされる説明からより容易に明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明は、流動床炉から移送する間の加熱処理された部品の酸化、及び他の望まない反応を最小化する方法及び装置を提供する。上述のように、流動床炉のチャンバからひとたび除去された加熱処理された部品は、雰囲気中の酸素により酸化しやすい。本発明によれば、酸化環境（例えば通常の雰囲気）にさらされることによる加熱処理可能部の酸化は、（１）内部空間を有しかつ対向する第１開口部及び第２開口部を含む耐熱ベッセルと；（２）ベッセルに底部を提供する第１開口部に流動的に接続された耐熱多孔質支持体要素と；（３）ベッセルの内部空間に配置された複数の流動化可能粒状固体及び少なくとも一つの熱処理可能部と；を含む部品容器を用いて最小化され、部品は好ましくは複数の流動化可能粒状固体に分散される。
【００１４】
図１を参照すると、内部空間１４を有する耐熱ベッセル１２を含む部品容器１０が提供される。より好ましい実施例では、ベッセル１２は円柱体である。ベッセル１２はさらに、対向する位置（すなわちベッセル１２の相対する端部）に配置された第１開口部１６と第２開口部１８とを含む。任意に、ベッセル１２は、第１及び第２開口部１６及び１８を取り囲むボルトフランジ２０及び２２をそれぞれ含む。図１に示されるように、フランジ２０及び２２は任意に通り穴２４を含む。「耐熱」との用語の意味は、材料が、部品を加熱処理するのに用いられる流動床炉で一般に得られる高められた温度に対して持ちこたえることができることを意味する。本発明に従って用いられるべき耐熱材料（例えば金属及び金属合金）の例は当技術でよく知られている。より好ましい実施例では、ベッセル１２は耐熱金属又は金属合金から作られる。
【００１５】
本発明によれば、耐熱多孔質支持体要素２６は、ベッセル１２の底部を提供するためにベッセル１２の第１開口部１６に流動的に接続されている。図１に示すように、多孔質支持体要素２６は任意に、フランジ２０を介してベッセル１２に多孔質支持体要素２６を接続する通り穴２４を含むことができる。しかしながら、当業者に明らかなように、多孔質支持体要素２６は、当技術で知られているあらゆる手段でベッセル１２に流動的に接続することができる。好ましくは、多孔質支持体要素２６は、多孔質支持体要素２６が除去可能なように、ベッセル１２に接続されている。好ましい実施例では、多孔質支持体要素２６は耐熱網である。多孔質支持体要素２６は、ベッセル内の及びベッセルからの流動ガスの移動を容認する一方でベッセル１２の内部空間１４内に固体を維持するために、流動化可能粒状固体よりも小さい多孔率（又は網の場合にはメッシュサイズ）を有する。当業者に明らかなように、穴のあいた金属プレートのような他の構造をまた、発明に係る多孔質支持体要素として利用することができる。
【００１６】
より好ましい実施例では、図１に示すように、導管２８は、ベッセル１２の内部空間１４への流動ガスの漏斗状の移動を容易にするために多孔質支持体要素２６へ流動的に接続されている。導管２８は好ましくは、導管が多孔質支持体要素２６を通じてベッセル１２へ流動ガスを漏斗状に移動させるように、中空錐台構造（hollowed frustoconical structure）３０と一体の（任意に通り穴２４を有する）締めフランジ（fastening flange）３２を含む。導管２８は任意に、多孔質支持体要素２６が導管２８とベッセル１２との間に位置するように、通り穴２４を通じてボルトで締めることによってベッセル１２に機械的に取り付けることができる。
【００１７】
同様に、より好ましい実施例では、図１に示すように、第２耐熱多孔質支持体要素３４が、ベッセル１２に頂部を提供するためにベッセル１２の第２開口部１８に流動的に接続される。多孔質支持体要素３４は付加的に、ベッセル１２からの内部空間１４に配置された粒状固体の出口に対する仕切りと、流動床チャンバからベッセル１２への粒状固体の入口に対する仕切りとを提供する。多孔質支持体要素３４はまた、加熱処理すべき部品が出て行くことを許容するほど低い密度を有する場合には、ベッセル１２の内部に配置された部品の出口に対する仕切りを与える。多孔質支持体要素３４は内部空間１４の装填を促進するために除去することができる。
【００１８】
図２を参照すると、組み立てられた部品容器１０の断面が与えられている。部品容器１０は、好ましくは複数の加熱処理可能部４０が分散された流動化可能粒状固体３８で部分的に満たされた内部空間１４を有するベッセル１２を含む。好ましくは、内部空間１４は、内部空間１４の約６０体積パーセントまで占めるように、流動化可能粒状固体３８及び加熱処理可能部４０で充填（すなわち装填）される。特定レベルの充填は、粒状固体３８及び加熱可能部品４０の流動特性に依存して高くすることも低くすることもできる。しかしながら、流動固体のレベルは、流れる流動ガスによって占められる体積のために非流動固体よりも常に高いので、膨張のための十分な空間が多孔質支持体要素３４ともし利用されるならば部品４０及び粒状固体３８との間に与えられるべきである。粒状固体３８対部品４０の体積比は好ましくは、約１：２であり、より好ましくは２：３であり、１：１の比がさらにより好ましい。しかしながら、当業者に明らかなように、個々の比は、部品４０の形状と、粒状固体３８及び加熱処理可能部４０流動化特性とに依存する。好ましくは、（部品４０のない）粒状固体３８の層は、部品４０が非流動化の後粒状固体３８に浸水される（すなわち実質的に沈められる）のを促進するように、開口部１８に近い位置の内部１４内に与えられる。本発明によれば、粒状固体３８は、流動床炉及び続く流動床クエンチ内の流動化媒体として用いられる粒状固体と同一であるか又は該粒状固体とは異なる。好ましくは、粒状固体３８は、流動化媒体として用いられるものと全く同じであり、かくして部品４０と反応しない。用いられるべき粒状固体は好ましくは劣った熱導体（poor heat conductor）である（すなわち絶縁体として作用する）。他の実施例では、粒状固体３８は、当技術で知られている様々な化学処理を達成するために熱処理可能部４０と反応する。熱処理が望まれるあらゆる種類の部品は部品容器１０を用いて処理することができる。一実施例では、熱処理可能部４０は金属又は金属合金である。
【００１９】
図２に示すように、ベッセル１２には、導管２８の締めフランジ３２を用いて多孔質支持体要素２６をボルティングフランジ２０へ接続することによって底部が設けられる。ボルティングフランジ２０、多孔質支持体要素２６、及び締めフランジ３６はそれぞれ、通り穴２４（不図示）を通じて、ボルト４４を用いて、及びナット４２を用いてサンドイッチ構造で接続される。同様に、ベッセル１２には、内部空間１４が粒状固体３８及び部品４０で装填された後、多孔質支持体要素３４を用いて頂部が設けられる。ボルティングフランジ２２、多孔質支持体要素３４、及び締めフランジ３６はそれぞれ、通り穴（不図示）を通じて、ボルト４４を用いて、ナット４２を用いてサンドイッチ構造で接続される。
【００２０】
前述したように、この発明は、本発明の部品容器を用いて加熱処理された部品の酸化を最小化する方法を提供する。この方法は、図２の好ましい実施例で示されたように、組み立てられた部品容器１０を加熱処理する部品のために設けられた流動床炉のチャンバへ浸水させることによって達成される。そのような炉は当技術でよく知られている。部品容器１０は、ホイストのようなあらゆる適切な手段を用いて容器を流動炉へ下ろすことによって浸水される。部品容器１０が炉へ浸水されるにつれ、流動ガスは、多孔質支持体要素２６を通じて内部空間１４に入り、かくして複数の粒状固体３８が流動化され、第２多孔質支持体要素３４を通じて出る。浸水の間、多孔質支持体要素２６を通る流動ガスの動きは、導管２８の錐台構造３０によって促進され、漏斗のようなやり方で流動ガスをさらに導く。部品容器１０が流動床炉のチャンバへさらに浸水されるにつれ、気体相の圧力が増加し、これにより部品容器１０を通過する気体相の流量が増加する。部品容器１０の粒状固体３８は、ガスの流量が最小流動速度に達するときに流動化されるようになり、かくして部品容器１０自身が流動床炉の流動床によって外側で囲まれる一方で部品４０を囲む部品容器１０内に流動床が形成される。理論に制限されることを望む訳ではないが、炉の流動固体によって示される優れた熱伝達率及び温度均一性のために、熱はベッセル１２の壁を通じて急速かつ均一に流動床炉から流動粒状固体３８へ移送され、部品４０が熱処理される。部品容器１０が浸水される温度及び時間のパラメータは、達成される熱処理プロセスに依存する。これらのパラメータは、当業者によって容易に突き止めることができる。
【００２１】
熱処理サイクルの最後に、部品容器１０はあらゆる適切な手段（例えばホイスト）を用いて流動床炉から引き出される（すなわち除去される）。部品容器１０は流動床炉から引き出され、部品４０は非流動化された粒状固体３８によって囲まれる（すなわち粒状固体３８で埋められる）ようになり、次いで一時的に大気からの保護環境が与えられる。理論に制限されることを望む訳ではないが、部品容器１０が流動床炉のチャンバから引き出されているとき、気体相の圧力が減少し、その結果、部品容器１０内の流動ガスの流れが減少する。非流動化がひとたび起こると、多孔質支持体要素２６は、流動床炉のチャンバをきれいにし、その結果、部品容器１０内の粒状固体３８は部品４０と包囲する関係を形成する。包囲関係は、粒状固体３８の絶縁特性のために部品４０からの熱損失を最小化することに加えて、大気との接触をさらに最小化する。
【００２２】
より好ましい実施例では、部品容器１０は、流動床炉から除去された後、流動床クエンチへ移送される。本発明に従って用いられるべき移送機構及び流動床クエンチャは当技術でよく知られている。好適には、移送は、当技術で一般的に用いられているようなシールされた囲い又はシールされた移送ベッセルなしに達成される。かくして部品コンテナ１０は、流動床炉からの除去後、及び流動クエンチへの移送の間、酸素を含む環境へさらすことができる。次いで部品容器１０は、流動床クエンチに浸水され、これにより粒状固体３８は流動床炉に対する上述の方法で流動化される。最低限、流動床クエンチの流動ガスは、部品４０の酸化を避けるために酸素のない状態とされ、好ましくは流動床炉で用いられるのと同じである。部品の温度が流動床クエンチ内で急速に低下した後、部品容器１０は除去され、粒状固体３８は上述の方法で非流動化される。部品容器１０は、続く処理で部品４０を除去するために部分的に又は完全に分解される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の部品容器の好ましい実施例を示す分解組立図である。
【図２】加熱処理すべき部品と非流動化状態で流動化可能な粒子状固体とを含む図１の組み立てられた部品容器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  部品容器
１２  ベッセル
１６  第１開口部
１８  第２開口部
２６  多孔質支持体要素
２８  導管
３８  流動化可能粒状固体
４０  加熱処理可能部
【図１】
2005537455.tif 000003
【図２】
2005537455.tif 000004
【国際調査報告】
2005537455.tif 000005
2005537455.tif 000006
2005537455.tif 000007