(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前室、予熱室、加熱室及び冷却室が互いに連通して連続的に設けられており、予熱室及び加熱室には、ヒータが設けられており、被熱処理物を、予熱室で予熱し、加熱室で加熱して熱処理を行う熱処理炉であって、
予熱室は、ガスバーナを備え、ガスバーナの燃焼熱によって被熱処理物を予熱するとともに、ガスバーナの燃焼によって発生した変成ガスを排気して、変成ガス供給路を通して炉内雰囲気ガスとして熱処理炉内の加熱室に供給する、又は加熱室に供給するとともに予熱室及び冷却室の両方若しくはいずれか一方に供給する構成であり、
前室には、変成ガス燃焼装置が設けられており、
変成ガス燃焼装置は、熱処理炉内の加熱室及び予熱室で炉内雰囲気ガスとして使用されてから、さらに前室内に流れ込む変成ガスを燃焼し、その燃焼熱によって、前室内を搬送される被熱処理物を予熱する構成であり、
前室は、水平な隔壁で下方の搬入室と上方の変成ガス燃焼室に仕切られ、被熱処理物の搬入口となっている前室の搬送方向の基端部にはフードが設けられており、
フードには、前室の搬入室の基端側から変成ガスが流入する前記変成ガス燃焼室に空気を導入する空気導入パイプが取り付けられており、
変成ガス燃焼装置は、変成ガス燃焼室、フード及び空気導入パイプから成り、
フードには変成ガスの排ガス部及び排ガス出口が設けられており、変成ガス燃焼室の搬送方向の端部には、変成ガスが変成ガス燃焼室で燃焼して発生する排ガスの排ガス出口が設けられていることを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
予熱室及び加熱室は、周囲を囲うようにセラミックファイバーから成る断熱材が配置されており、炭化珪素で形成された搬送方向に延びる複数の縦桁部材と搬送方向に直交する方向に延びる複数の横桁部材が互いに交叉した支持構造を備えており、該支持構造上に、メッシュベルトコンベアが走行するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項３】
前室、予熱室、加熱室及び冷却室が互いに連通して連続的に設けられており、予熱室及び加熱室には、ヒータが設けられており、被熱処理物を、予熱室で予熱し、加熱室で加熱して熱処理を行う熱処理炉であって、
予熱室は、ガスバーナを備え、ガスバーナの燃焼熱によって被熱処理物を予熱するとともに、ガスバーナの燃焼によって発生した変成ガスを排気して、変成ガス供給路を通して炉内雰囲気ガスとして熱処理炉内の加熱室に供給する、又は加熱室に供給するとともに予熱室及び冷却室の両方若しくはいずれか一方に供給する構成であり、
前室には、変成ガス燃焼装置が設けられており、
変成ガス燃焼装置は、熱処理炉内の加熱室及び予熱室で炉内雰囲気ガスとして使用されてから、さらに前室内に流れ込む変成ガスを燃焼し、その燃焼熱によって、前室内を搬送される被熱処理物を予熱する構成であり、
予熱室及び加熱室は、周囲を囲うようにセラミックファイバーから成る断熱材が配置されており、炭化珪素で形成された搬送方向に延びる複数の縦桁部材と搬送方向に直交する方向に延びる複数の横桁部材が互いに交叉した支持構造を備えており、該支持構造上に、メッシュベルトコンベアが走行するように配置されていることを特徴とする熱処理炉。
【請求項４】
前室は、水平な隔壁で下方の搬入室と上方の変成ガス燃焼室に仕切られ、被熱処理物の搬入口となっている前室の搬送方向の基端部にはフードが設けられており、
フードには、前室の搬入室の基端側から変成ガスが流入する前記変成ガス燃焼室に空気を導入する空気導入パイプが取り付けられており、
変成ガス燃焼装置は、変成ガス燃焼室、フード及び空気導入パイプから成ることを特徴とする請求項３に記載の熱処理炉。
【請求項５】
変成ガス供給路には、順次、水冷熱交換器及び冷凍脱水機が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱処理炉。
【請求項６】
変成ガス供給路には、順次、水冷熱交換器、冷凍脱水機及びＣＯ２吸着装置が配置されていることを特徴とする請求項１から４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】
本発明は、鋼の光輝熱処理、鋼材のろう付け等、金属製品の熱処理に使用される熱処理炉に関し、特に、予熱炉、加熱炉、冷却室を備え、予熱炉で使用した燃焼ガスバーナの排ガスを酸化防止用の炉内雰囲気ガスとして使用する熱処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱処理炉では、熱処理される部材（被熱処理物）は、加熱炉内において空気中で昇温されると、被熱処理物中に含まれている炭素成分が脱炭されたり、酸化されたり、変色したり、或いは、ろう付けで使用されるろう材、フラックスについても酸化されたりして、被熱処理物の品質に支障を及ぼす。
【０００３】
その対策として、従来、炉内に窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスに水素を添加した還元性のガスを導入し、炉内雰囲気ガスとして使用したり、さらには、炉内にマッフルケースを設け、マッフルケース内に窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを単独で、又は水素を混合したガス、又は水素単独ガスを導入し、金属製のマッフル内の酸素濃度を低く抑え、その中で熱処理する技術が知られている。
【０００４】
しかし、窒素ガスは、コストが高く、しかもロー付け等の熱処理では、接合部品表面が窒化し易く、ロー付け性能を低下させる可能性があるので、必ずしも好ましくない。
【０００５】
アルゴンガスは、窒素ガスのような窒化の問題は生じないが、窒素ガス以上にコストが高いために、炉内を不活性ガス雰囲気に保つために使用すると、稼働コストがさらに高くなる。
【０００６】
そこで、使用済みのアルゴンガスを回収して資源の有効利用を促進する再利用技術を検討したが、ロー付け炉内で使用したアルゴンガスは、回収しても、余剰のフラックス等の不純物が混入し、再利用しても、適正な不活性雰囲気を保つことができず、ロー付け性能を低下させることとなる等の問題があった。
【０００７】
本発明者等は、炉内雰囲気ガスとして使用する不活性ガスの低コスト化について、鋭意研究開発を進めてきたが、予熱炉内にガスバーナを配置してその燃焼熱を予熱の熱源として使用し、ガスバーナの燃焼によって生じる排気ガスを、炉内雰囲気ガスとして活用することに着目した。
【０００８】
このようにガスバーナの燃焼によって生じる排気ガスを、炉内雰囲気ガスとして活用する技術は、すでに知られている（特許文１参照）。この技術は、熱処理炉の加熱域に隣接した昇温域に、燃焼用バーナを有する発熱型ガス発生装置を配置し、原料ガス（ブタン、プロパン等）と空気を混合した混合ガスを燃焼用バーナで燃焼し、その燃焼熱で被熱処理物の予熱を行い、燃焼用バーナから排気される変成ガスを、変成ガス熱交換器で冷却、脱水し、冷凍脱水機でさらに冷却、脱水し、露点調節する構成である。この露点調節された変成ガスを、加熱域及び冷却域に送給し、低炭素鋼の無酸化処理用の炉気として使用する。
【０００９】
本発明者等は、ガスバーナの燃焼によって生じる変成ガスを炉内雰囲気ガスとして活用する技術を、グラファイト等の炭素質で形成されたマッフルを備え、しかも、搬送ローラを設けた熱処理炉、特に、鋼の光輝熱処理、鋼材のろう付け等を行う熱処理炉に適用するための開発を鋭意進めたが、その過程で次のような問題点があるという知見を得た。
【００１０】
ガスバーナから排気される変成ガスは、窒素（Ｎ２）以外に、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）が含まれている（例えば、特許文献１の第１表参照）。なお、変成ガスには、実際は、微量の水分（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）等も含まれている。
【００１１】
特に、完全燃焼に比較的近い燃焼によって生じる発熱型変成ガス（ＤＸガス）の場合の成分比は、一酸化炭素は少なくなり二酸化炭素が増加する。また、比較的不完全燃焼で生じる吸熱型変成ガス（ＲＸガス）の場合の成分比は、一酸化炭素は多くなり二酸化炭素は少ない。予熱における燃焼熱を十分得るためには、原料ガスを完全燃焼近くまで燃焼させた方がよく、その場合は、発熱型変成ガスが排気される。
【００１２】
このような発熱型変成ガスを、炉内雰囲気ガスとして、グラファイト等の炭素質で形成されたマッフルを備えた熱処理炉内に導入すると、変成ガス内に含まれる、二酸化炭素、水分は、それぞれマッフルのグラファイトと反応し、Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ、Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２のような化学変化で、一酸化炭素を生じる。この一酸化炭素は、還元性ガスであり、雰囲気ガスとして特に問題はない。
【００１３】
しかしながら、変成ガスにおいて二酸化炭素、水分の成分比が多いと、二酸化炭素、水分は、マッフルの炭素と反応マッフル材のグラファイトを消耗するだけでなく、さらに、鋼製の被熱処理物内の炭素、例えば、光輝熱処理、鋼材のろう付け等される鋼内に含まれる炭素と反応し、Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ、Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２と化学変化を生じ、鋼の脱炭現象が生じる。そのために、被熱処理物（鋼等）内に含まれる適正な炭素の成分量に変化が生じ、その品質に悪影響を及ぼす。
【００１４】
一方、比較的不完全燃焼で生じる吸熱型変成ガスの場合は、不完全燃焼により燃焼熱が得られないという問題以外に、吸熱型変成ガスを炉内雰囲気ガスとして炉内に導入すると、吸熱型変成ガスがＣＯを比較的に多く含まれるので、被熱処理物に煤が多量に付着してしまうという問題が生じる。  
【００１５】
本発明者等は、上記問題を解決することを目的として、特に、炉内雰囲気ガスとして、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを使用することなく、ガスバーナの燃焼によって生じる変成ガスを、ＣＯ２吸収装置で二酸化炭素と水分を吸収して、炉内を無酸化状態とする炉内雰囲気ガスとして活用し、しかも、鋼製の被熱処理物の脱炭等、品質に悪影響を及ぼすことのないような熱処理炉を提案した（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特公昭５８−２７３２３号公報
【特許文献２】特開２０１４−７４５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明者等は、特許文献１及び特許文献２に記載の熱処理炉をベースとして、さらに省エネルギー効果を追求した技術開発を鋭意行った。また、炉内構造を、煉瓦等の断熱材を極力使用することなく、しかも、強度を有する構成を備えた構成とする技術開発を鋭意行った。
【００１８】
本発明は、特許文献２に記載の熱処理炉において、炉内雰囲気ガスとして使用する変成ガスをさらに有効活用することで、省エネルギー性能の向上を図るとともに、炉内構造を、煉瓦等の断熱材を極力使用することなく強度を有する構成を備えた熱処理炉を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は上記課題を解決するために、前室、予熱室、加熱室及び冷却室が連続的に設けられており、予熱室及び加熱室には、ヒータが設けられており、被熱処理物を、予熱室で予熱し、加熱室で加熱して熱処理を行う熱処理炉であって、予熱室は、ガスバーナを備え、ガスバーナの燃焼熱によって被熱処理物を予熱するとともに、ガスバーナの燃焼によって発生した変成ガスを排気して、変成ガス供給路を通して炉内雰囲気ガスとして熱処理炉内に供給する構成であり、前室には、変成ガス燃焼装置が設けられており、変成ガス燃焼装置は、熱処理炉内で炉内雰囲気ガスとして使用された変成ガスを燃焼し、その燃焼熱によって、前室内を搬送される被熱処理物を予熱する構成であることを特徴とする熱処理炉を提供する。
【００２０】
前室は、水平な隔壁で下方の搬入室と上方の変成ガス燃焼室に仕切られ、前室の入口にはフードが設けられており、フードには、変成ガス燃焼室に空気を導入する空気導入パイプが取り付けられており、変成ガス燃焼装置は、変成ガス燃焼室、フード及び空気導入パイプから成ることが好ましい。
【００２１】
フードには変成ガスの排ガス部及び排ガス出口が設けられており、変成ガス燃焼室の搬送方向の端部には、変成ガスが変成ガス燃焼室で燃焼して発生する排ガスの排ガス出口が設けられていることが好ましい。
【００２２】
変成ガス供給路には、順次、水冷熱交換器及び冷凍脱水機が配置されていることが好ましい。
【００２３】
変成ガス供給路には、順次、水冷熱交換器、冷凍脱水機及びＣＯ２吸着装置が配置されていることが好ましい。
【００２４】
予熱室及び加熱室は、周囲を囲うようにセラミックファイバーから成る断熱材が配置されており、炭化珪素で形成された搬送方向に延びる複数の縦桁部材と搬送方向に直交する方向に延びる複数の横桁部材が互いに交叉した支持構造を備えており、該支持構造上に、メッシュベルトコンベアが走行するように配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る熱処理炉よれば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを使用することなく、ガスバーナの燃焼によって生じる変成ガスを、炉内を無酸化状態とする炉内雰囲気ガスとして活用するだけでなく、さらに変成ガスの未燃焼成分を前室で燃焼する変成ガス燃焼装置を設けたので、省エネルギー化を一層向上させ、多大の経済的な効果が生じ、しかも鋼製の被熱処理物の酸化等、品質に悪影響を及ぼすことがなく、熱処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る熱処理炉の実施例の全体構成を示す図である。
【図２】上記実施例の熱処理炉の予熱室と加熱室の構成を説明する長手方向に沿った垂直断面図である。
【図３】上記実施例の熱処理炉の予熱室と加熱室の構成を説明する長手方向に沿った水平断面図である。
【図４】上記実施例の熱処理炉の加熱室を説明する図であり、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】上記実施例の熱処理炉の予熱室を説明する図であり、図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】上記実施例の熱処理炉の前室における変成ガス燃焼装置を説明する長手方向に沿った垂直断面図である。
【図７】本発明に係る熱処理炉の効果について、実証試験の計測データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係る熱処理炉を実施するための形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。
【実施例】
【００２８】
（全体構成）
図１は、本発明に係る熱処理炉の実施例の全体の概略構成を示す図である。この実施例の熱処理炉１は、搬送手段で搬送される鋼、銅等の材料から成る被熱処理物２が搬送される方向（以下、「搬送方向」又は「長手方向」という）に向けて、搬入テーブル３、前室６、予熱室７、加熱室８、複数の冷却室１１〜１３、後室（出口室）１６、及び搬出テーブル１７等が、連続的に設けられている。
【００２９】
熱処理炉１には、被熱処理物２を熱処理炉１内を通して長手方向に搬送する搬送手段として、モータ２０で駆動されるメッシュベルトコンベア２１が配置されている。
【００３０】
（予熱室及び加熱室）                        
予熱室７及び加熱室８の構造を、図１〜図６において説明する。予熱室７及び加熱室８は、図２及び図３に示すように連通して設けられ、それぞれ図５及び図４に示すように、搬送方向に直交する断面視で矩形であり、周囲がセラミックファイバーから成る断熱壁２９で囲まれて形成されている。断熱壁２９は、熱処理炉１の両側外壁２４及び上下部外壁２５、２６等の内面に貼り付けられて形成されている。
【００３１】
予熱室７及び加熱室８には、図２及び図３に示すように、搬送方向に直交する方向（幅方向）に向けて延びる複数本の横桁材３０が、下側の断熱壁２９上において両側外壁２４間に架設されている。
【００３２】
さらに、予熱室７及び加熱室８を通して搬送方向に向けて延びる複数本の縦桁材３１が、横桁材３０上に配置されている。横桁材３０と縦桁材３１は、互いに交叉して配置され、支持構造３５を形成している。
【００３３】
横桁材３０及び縦桁材３１としては、炭化珪素材（ＳｉＣ）で形成された角パイプが使用されている。縦桁材３１の上面上に、図１、図４、図５に示すメッシュベルトコンベア２１が走行するように配置されている。
【００３４】
横桁材３０と縦桁材３１が互いに交叉して配置された支持構造３５は、被熱処理物２を載せて走行するメッシュベルトコンベア２１を下方から支持するために十分は強度を発揮する。
【００３５】
予熱室７及び加熱室８内には、図１、図２、図４、図５に示すように、上側の断熱壁２９の下方に幅方向に延びる複数本のヒータ３６が、搬送方向に間隔をおいて配置されている。さらに、加熱室８内については、図１及び図２に示すように、下側の断熱壁２９の上方であって、縦桁材３１の下方の部分に幅方向に延びる複数本のヒータ３６が、搬送方向に間隔をおいて配置されている。
【００３６】
これらヒータ３６で、被熱処理物２は加熱され、その処理目的（光輝熱処理、鋼材のろう付け等）に応じて熱処理される。加熱室８には、後記する変成ガスを導入する導入口３７が設けられている。
【００３７】
変成ガスの導入口３７は、図１では加熱室８に対して１つ設けられた構成を示しているが、１つだけでなく複数設けても良く、さらに加熱室８だけでなく、予熱室、冷却室等に設けてもよい。   
【００３８】
予熱室７内には、変成ガス生成用のガスバーナ４０が設けられている。このガスバーナ４０については、本発明者等がすでに提案した発明（特許文献２参照）の構成と略同じであるので、ここでは、その概要のみを、図１及び図５等において記載する。
【００３９】
このガスバーナ４０は、予熱室７内においてメッシュベルトコンベア２１の下方に配置されており、ラジアントチューブから成るバーナ本体４１と、供給筒部４２と、供給筒部４２の周囲に形成された排気通路部４５と、原料ガス供給筒部４６と、原料ガス供給筒部４６内に設けられたスパークロッド４７と、を備えている。
【００４０】
バーナ本体４１内に、パイロット用原料ガス源５０から燃焼用のパイロット用原料ガスを原料ガス供給筒部４６を通して供給するとともに、供給筒部４２から空気と原料ガスが予め混合された予混合ガスを採り入れてバーナ本体４１内に供給する。原料ガスは、その組成として、ＣＯ２、Ｈ２、Ｎ２を含み、ブタン、プロパン等が使用される。  
【００４１】
そして、バーナ本体４１内においてパイロット用原料ガスを、点火手段であるスパークロッド４７に、スパーク用電源５１で電圧を印加して、点火することにより燃焼させる。点火による燃焼後は、予混合ガスによって燃焼が維持される。
【００４２】
このガスバーナ４０による燃焼熱で、予熱室７内に搬入される被熱処理物２が予熱される。この燃焼によって生じる変成ガスは、排気通路部４５を通過し、採り入れる予混合ガスを、予熱部５２において予熱し、ガスバーナ４０から排出される。このようにして生成された変成ガスは、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２ を含んでいる。  
【００４３】
ガスバーナ４０から排出された変成ガスは、変成ガス供給路５３を通して加熱室８に供給される。変成ガス供給路５３には、順次、水冷熱交換器５５、冷凍脱水機５６が配置されている。
【００４４】
変成ガスは、変成ガス供給路５３を通過する過程で、水冷熱交換器５５で４０℃程度に下げられ、冷凍脱水機５６において５℃程度に下げられかつ脱水され、加熱室８内に送られる。
【００４５】
なお、予熱室７、加熱室８及び冷却室１１〜１３は、互いに連通している。従って、冷凍脱水機５６は、加熱室８に加えて冷却室１１〜１３にも接続し、上記のとおり降温され脱水された変成ガスを、冷凍脱水機５６から予熱室７、加熱室８及び冷却室１１〜１３に行き渡るように供給する構成としてもよい。
【００４６】
ところで、熱処理目的によっては、図１の想像線（２点鎖線）で示すように、冷凍脱水機５６の下流に、ＣＯ２吸着装置５７を設け、変成ガスは、さらに、二酸化炭素が吸収、低減され、水分も吸着低減されて、加熱室８内に送られるような構成としてもよい。
【００４７】
ここで、熱処理目的とは、予熱室７及び加熱室８内を低酸素雰囲気に保ち、被熱処理物２の酸化、脱炭を防止し、高品質の熱処理を行う等の目的であり、そのために、変成ガスを、上記構成によって、二酸化炭素、水分を低減し、微小量の酸素等が含まれているが、そのほとんどは、窒素、一酸化炭素、水素のような還元ガスとする。
【００４８】
ＣＯ２吸着装置５７は、単数又は複数の吸着筒６０を備えている。この実施例では、２つの吸着筒６０を備えており、それぞれシリカゲル（silica gel、組成式ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ）等の乾燥剤有するフィルタを備えている。１つの吸着筒６０が二酸化炭素を十分吸着して吸着性能が低減した際に、切替弁によって他の１つの吸着筒６０に切り替える。
【００４９】
以上のとおりＣＯ２吸着装置５７を設けた構成では、予熱室７に設けたガスバーナ４０から排気された変成ガスを、水冷熱交換器５５、冷凍脱水機５６及びＣＯ２吸着装置５７を順次通すことにより、変成ガスに含まれる二酸化炭素を低減するとともに、水分も低減してから、還元性の炉内雰囲気ガスとして加熱室８内に供給し、無酸化状態で熱処理を可能とする。
【００５０】
なお、予熱室７、加熱室８及び冷却室１１〜１３は、互いに連通している。従って、ＣＯ２吸着装置５７は、加熱室８に加えて冷却室１１〜１３にも接続し、二酸化炭素が除去されて低減した変成ガスを、ＣＯ２吸着装置５７から予熱室７、加熱室８及び冷却室１１〜１３に行き渡るように供給する構成としてもよい。
【００５１】
（前室）
前室６は、本発明の熱処理炉１の特徴的な構成である変成ガス燃焼装置６１を備えている。変成ガス燃焼装置６１は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、変成ガス燃焼室６２と、フード６５と、空気導入パイプ６６と、を備えている。変成ガス燃焼装置６１の各部の構成を明確にするために、前室６の具体的な構成を、以下説明する。
【００５２】
前室６は、図６（ａ）に示すように、その室内が、搬送方向に延びる水平な隔壁６７によって、上下に仕切られている。隔壁６７の下方は、図示はしないがメッシュベルトコンベア２１が配置され、搬入室７０となっている。
【００５３】
隔壁６７の上方は、セラミックファイバーの断熱壁２９で囲まれた変成ガス燃焼室６２となっている。変成ガス燃焼室６２の搬送方向の先端側（図６（ａ）の右端側）は閉じられており、上方に向けて排ガス出口７１が設けられている。変成ガス燃焼室６２で燃焼して生成され排ガスは、排ガス出口７１から排気される。
【００５４】
前室６の搬送方向の基端部は、被熱処理物２の搬入口７２となっているが、基端部には、図６（ａ）、（ｂ）に示すようなフード６５が取り付けられている。フード６５は、その下部には被熱処理物２を前室６に搬入するための開口７５が設けられており、その上部には排ガス部７６が形成されている。
【００５５】
排ガス部７６の上方には、上方に向けて排ガス出口７７が設けられている。また、排ガス部７６を貫通するように、３本の空気導入パイプ６６が、変成ガス燃焼室６２内に向けてフード６５の前壁６８に取り付けられている。
【００５６】
加熱室８、予熱室７で炉内雰囲気ガスとして使用された変成ガスは、前室６の搬入室７０の基端側から変成ガス燃焼室６２内に流入し、変成ガス燃焼装置６１において、空気導入パイプ６６から導入される空気と反応して、変成ガス燃焼室６２内で、燃焼するような構成となっている。
【００５７】
（作用）
以上の構成から成る実施例の熱処理炉１の作用を、以下、説明する。被熱処理物２は、搬入テーブル３からメッシュベルトコンベア２１上に載置され、前室６内に搬入され、予熱室７内に送られる。被熱処理物２は、前室６及び予熱室７内を搬送される際に予熱される。
【００５８】
予熱された被熱処理物２は、加熱室８内に搬入され、搬送されながら、被熱処理物２の熱処理目的に応じた所定の温度（例えば、鋼の場合は６００℃以上の鋼の熱処理目的に応じた所定の温度）で、所要の熱処理が行われる。熱処理としては、例えば、鋼材のろう付け、鋼等の光輝熱処理等である。 
【００５９】
その後、被熱処理物２は、冷却室１１〜１３を通過して３００℃程度に冷却され、後室１６に搬入される。そして、後室１６において、室温＋２０℃程度に冷却され、搬出テーブル１７に取り出される。
【００６０】
予熱室７では、ガスバーナ４０にパイロット用原料ガス及び予混合ガスが供給されて燃焼し、この燃焼熱によって被熱処理物２は予熱される。ガスバーナ４０における原料ガスの燃焼によって生じる変成ガスは、Ｎ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ等を含んでおり、その排気温度は、およそ４００℃程度である。
【００６１】
ガスバーナ４０で発生し排気通路部４５から排出される変成ガスは、予熱部５２において、供給筒部４２を通して供給される予混合ガスを予熱し、さらに、水冷熱交換器５５に送られ、その温度が４０℃程度に冷やされる。
【００６２】
さらに、変成ガスは、冷凍脱水機５６に送られ、その温度が５℃程度に冷やされ、脱水が行われ、炉内雰囲気ガスとして、加熱室８及び予熱室７等に供給される。
【００６３】
このようにして得られた変成ガス（ＣＯ２吸着装置５７を通さない変成ガス）は、二酸化炭素を含み、水分は０．８％程度に低減され、微小量の酸素等が含まれているが、低炭素鋼、銅を還元するには十分な一酸化炭素、水素を含んでいる。よって、変成ガスは、予熱室７及び加熱室８内を低酸素還元雰囲気に保ち、被熱処理物２の酸化を防止する。
【００６４】
なお、図１の想像線（２点鎖線）で示すように、冷凍脱水機５６の下流に、ＣＯ２吸着装置５７が設けられている場合は、変成ガスは、さらに、ＣＯ２吸着装置５７において二酸化炭素が吸収、低減され、水分も吸着低減されて、炉内雰囲気ガスとして加熱室８内に送られる。
【００６５】
このようにＣＯ２吸着装置５７を通した変成ガスの成分は、上記のとおり、Ｎ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ等を含んでおり、本出願人が実証試験を行った例では、ＣＯ：０．０３％〜３％、ＣＯ２：０．１％、Ｈ２：０．０３％〜３％、Ｎ２：９９．８％〜９４．４％であり、露点（ＤＰ）は−５０℃であった。
【００６６】
ＣＯ２吸着装置５７を通した変成ガスは、二酸化炭素、水分は低減され、微小量の酸素等が含まれているが、そのほとんどは、窒素、一酸化炭素、水素のような還元ガスである。よって、変成ガスは、予熱室７及び加熱室８内を低酸素雰囲気に保ち、被熱処理物２の酸化、脱炭を防止する。
【００６７】
ところで、本発明の特徴的な作用は、以下のとおりである。変成ガスは、加熱室８及び予熱室７において炉内雰囲気ガスとして機能してから、さらに前室６内に流れ込む。変成ガスの一部は、前室６における変成ガス燃焼装置６１において燃焼し、被熱処理物２を予熱する。
【００６８】
即ち、予熱室７から前室６へ向けて流れ込んだ変成ガスは、搬入室７０を通り、その一部は変成ガス燃焼室６２内に流れ込み、フード６５の空気導入パイプ６６および開口７５から変成ガス燃焼室６２内に導入される空気と反応して燃焼する。その燃焼で生成される排ガスは、排ガス出口７１から排気される。
【００６９】
この燃焼により発生する燃焼熱によって、前室６の搬入室７０内を搬送される被熱処理物２は、酸化することなく４５０℃程度に予熱される。なお、搬入室７０の基端部においても、変成ガスはフード６５の開口７５から流入する空気と反応して燃焼し、その燃焼炎は、その一部は変成ガス燃焼室６２内へ流れ込み、残りはフード６５の排ガス部７６、排ガス出口７７から排ガスとなって排出される。
【００７０】
本発明によれば、従来は加熱室８及び予熱室７において炉内雰囲気ガスとして使用するのみで排気していた変成ガスを、その未燃焼成分を燃焼させ、その燃焼熱により前室６内を搬送される被熱処理物２を酸化させることなく予熱する。
【００７１】
以上のとおり、予熱室７において原料ガスをガスバーナ４０で燃焼し被熱処理物２の予熱し、ガスバーナ４０の燃焼で生成された変成ガスを炉内雰囲気ガスとして使用し、さらに変成ガスを前室６内の変成ガス燃焼室６２で燃焼し被熱処理物２を予熱することで、原料ガスの有するエネルギーを効果的に利用することが可能となり、熱処理炉１の省エネルギー効果を向上させることが可能となる。
【００７２】
なお、本発明者等は、前室６において変成ガス燃焼装置６１を備えた本発明の熱処理炉１の省エネルギー効果を確認するために、実証試験を行った。この実証試験の結果を図７において説明する。
【００７３】
この実証実験では、本発明の熱処理炉１に対して、鋼製の被熱処理物２を搬入し、加熱処理し、熱処理炉１における、前室６、予熱室７及び加熱室８内の雰囲気実体温度（雰囲気ガスの実体温度）を、ベルト２１上に３つの熱電対を浮かせるようにして走行しながら計測した。
【００７４】
本発明の熱処理炉１におけるベルト２１上の３つの熱電対による雰囲気実体温度カーブの計測対象箇所は、前室６の異なる３カ所（その計測データは異なる３系列Ｎｏ．１〜３として示す）、予熱室７の異なる３カ所（その計測データは異なる３系列Ｎｏ．１〜３として示す）、加熱室８（その計測データは異なる３系列Ｎｏ．１〜３として示す）であり、前室６から加熱室８までの３系列を通した計測データを取得し、図７ではそれぞれ系列１〜３として示した。
【００７５】
さらに、ベルト上における被熱処理物２自体に３つの熱電対を装着して前室６から加熱室８までの異なる３系列４〜６（被熱処理物２の異なる３カ所）について、被熱処理物実体温度の計測データを取得し、図７ではそれぞれ系列４〜６として示した。
【００７６】
図７の計測データを示すグラフの横軸は、加熱の経過時間（分）を示し、縦軸はそれぞれの系列における炉内各所の温度（℃）を示している。グラフに示すカーブの積分値は、加熱に利用された熱量となる。なお、図７中、１Ｚは予熱室７のゾーンを示し、２Ｚ〜４Ｚは加熱室８内の上流から下流に向けての３つのゾーンを示し、それぞれゾーンの設定温度を併せて示した。
【００７７】
図７に示す実証試験の結果から明らかなように、本発明の熱処理炉１の系列１〜３については、いずれも前室６において、雰囲気実体温度は５００℃となり、系列４〜６の３系列の温度は４５０℃まで予熱されており、本発明の熱処理炉１の前室６では、より効果的に予熱されて昇温されていることが実証された。
【００７８】
本発明の熱処理炉１では、予熱室７及び加熱室８において、メッシュベルトコンベア２１を走行可能に載置する支持構造３５を、炭化珪素材（ＳｉＣ）で形成された角パイプから成る横桁材３０及び縦桁材３１を、互いに直交するように配置して構成し、極めて強度を有する構造としている。
【００７９】
従って、メッシュベルトコンベア２１の上に、多数の被熱処理物２を載置しても、メッシュベルトコンベア２１が下方に撓んだりすることなく、円滑に走行することが可能であり、また加熱室８及び予熱室７の炉構造全体の強度を向上させている。
【００８０】
さらに、セラミックファイバーを断熱材として使用し、断熱壁２９を形成しているので、従来の熱処理炉のように、煉瓦を積んで断熱壁を構築する必要がなく、熱処理炉の製造が容易となる。
【００８１】
そして、煉瓦に比べてセラミックファイバーは蓄熱量が小さいので、熱処理炉１を温めるための熱量は小さくて良く、熱処理炉１の昇温及び降温時間を短くすることが可能となる。
【００８２】
以上、本発明に係る熱処理炉を実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る熱処理炉は、ショックアブソーバ等の自動車部品の光輝熱処理、鋼材のろう付け等、鋼材若しくは鋼材から製造された製品について、又はその他の金属製品について、それぞれ所要の目的に沿った熱処理に適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１  熱処理炉                                 
２  被熱処理物                               
３  搬入テーブル                             
６  前室                                     
７  予熱室                                   
８  加熱室                                   
１１〜１３  複数の冷却室                     
１６  後室（出口室）                         
１７  搬出テーブル                           
２０  モータ                                 
２１  メッシュベルトコンベア                 
２４  両側外壁                               
２５  上部外壁                               
２６  下部外壁                               
２９  断熱壁                                 
３０  横桁材                                 
３１  縦桁材                                 
３５  支持構造                               
３６  ヒータ                                 
３７  変成ガスの導入口                       
４０  ガスバーナ                             
４１  バーナ本体                             
４２  供給筒部                           
４５  排気通路部                             
４６  原料ガス供給筒部                       
４７  スパークロッド                         
５０  パイロット用原料ガス源                             
５１  スパーク用電源１                       
５２  予熱部                                 
５３  変成ガス供給路                         
５５  水冷熱交換器                           
５６  冷凍脱水機                             
５７  ＣＯ２吸着装置                         
６０  吸着筒                                 
６１  変成ガス燃焼装置                       
６２  変成ガス燃焼室                         
６５  フード                                 
６６  空気導入パイプ                         
６７  前室内の隔壁                           
６８  フードの前壁                           
７０  搬入室                                 
７１  変成ガス燃焼室排ガス出口               
７２  前室の搬入口                           
７５  フードの開口                           
７６  フードの排ガス部                       
７７  フードの排ガス出口                     
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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