(57)【要約】      （修正有）【課題】オーステンパはじめ、マルテンパ、マルクエンチ等、等温保持の必要な熱処理を塩浴を用いずして効率良く、確実に実施できるホットガスの応用による金属熱処理装置を提供する。【解決手段】ワーク収納部２と連通される循環路を第１（高温用）Ｆ１及び第２（低温用）Ｆ２の２つの流路に分岐し、両流路に備えた制御窓２３の開度調節をしつつ前記第１及び第２流路の終端位置に備えたミキサ６出力温度を中間温度（ホットガス温度）に制御する金属熱処理装置であって、両流路に夫々ブロワー装置９，１０を有し、第１流路には蓄熱材を備えた蓄熱式熱交換装置４を有し、第２流路には常温までの冷却を可能とする冷却用の熱交換装置５を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼入れ開始温度に予熱されたワークを、前記ワークの等温変態点温度付近に定めた中間温度に急冷し、その後等温保持することができる金属熱処理装置であって、予熱されたワークを不活性ガス雰囲気中で収納するワーク収納部と、前記ワーク収納部に対し、夫々に開度調節可能な制御窓を有して分岐配置される第１（高温用）及び第２（低温用）の流路と、
前記第１の流路中に配置され、前記中間温度付近に温度調節された所要量の蓄熱材を有し、その入口から入力された不活性ガスを前記中間温度に馴染ませて出力する蓄熱式熱交換装置と、前記第２の流路中に配置され、その入口から入力された不活性ガスを常温に向けて冷却するガス常温冷却装置と、前記第１及び第２の流路の終端位置に配置され、両流路から送られてきた異なる温度の不活性ガスを均一温度に混合するミキサと、前記ミキサから出力される不活性ガスを細管に分岐し、前記ワークの外周面に均一に吹付けるディストリビュータと、各流路中に配置され、各流路中の不活性ガスを前期ディストリビュータに対し加圧して供給する各ブロワ-装置と、を備えたことを特徴とする金属熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の金属熱処理装置において、前記蓄熱式熱交換装置は、流路形成すべく適宜仕切り壁を介して仕切り室を備えた容器中に蓄熱材体を入れ、前記仕切り室の一端に入力された流体を各仕切り室を介して他端に出力し、前記蓄熱材との間で熱交換する蓄熱式熱交換装置であって、
前記蓄熱材を球状カーボンとすると共に、これを前記仕切り室の中に適量装脱可能に構成したことを特徴とする金属熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ２ ガスやＡｒガス等の不活性ガスを金属の変態点温度に関連して定めた中間温度に調節して成るホットガスを用いて、金属の急冷或いは等温保持を行うことにより、塩浴を用いずして高品質の等温保持による熱処理を効率的に行うことができる金属熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の焼入れ方法としては、焼入れ開始温度に予熱したワークを一気に常温まで冷却し、その後焼戻す通常焼入れの他に、等温熱処理法と称し、Ｓ曲線（Ｔ，Ｔ，Ｔ，曲線）で定められる中間温度で一定時間等温保持し、格別に品質向上できるオーステンパ、マルテンパ、マルクエンチ等が知られている。
【０００３】
従来より、等温保持による熱処理は、塩浴を用いて行なわれている。焼入れには、１５０〜５５０℃の低温用、５７０〜９５０℃の中温用、１０００〜１３００℃の高温用の塩浴が用いられる。塩浴材としては、ＫＮＯ２ やＫＮＯ３ とＮａＮＯ２ の混合物や、ＢａＣｌ２ とＫＣｌ又はＣａＣｌ２との混合物、或いはＮａＣｌとＬｉＣｌ又はＫＣｌの混合物等が温度別に区分されて使用される。
【０００４】
塩浴を用いた金属の熱処理では、真空炉や雰囲気炉等の予熱炉からワークを取り出し一気に目的とする温度へ冷却することはできず、種々の対策がねられている。
【０００５】
例えば、真空炉内に高温の塩浴を配置し、一度塩を表面に付けた状態でワークを取り出し、防錆被覆を施した状態で、順次温度の低い塩浴へ移行させ、最終中間温度の塩浴で等温保持することが行われている。塩浴間の移動は、チェーンブロック等を用いて行なう。高温ワーク及び高温熱浴を相手とする作業で、熟練を必要とし、極めて注意深く行なわれる。
【０００６】
一方、連続式と称し、予熱炉の下方にオーステンパ処理用の塩浴を配置し、予熱炉から排出した小物ワークを塩浴へ移し、コンベア等で順次移動させる例もある。処理品に制限が多く、オーステンパにしか利用できない欠点がある。
【０００７】
多目的と称し、トレイバッチ式自動搬送により、予熱炉及びソルト冷却槽を連係して全自動でオーステンパ処理を行うようにした例もある。しかし、これも大がかりで塩浴を使うことに変わりは無い。
【０００８】
塩浴は、その使い方を如何にしようとも、塩浴内にワークを浸漬し、冷却又は、等温保持しようとするものであるから、ワークの漬け込み及び引き上げの手段を必要とし、自ずと、処理に制限が生ずる。例えば、昇温オーステンパのように、２００℃へ急冷後、素早く２５０℃へ昇温して等温保持し、その後常温へ冷却しようとするような複雑工程にあっては、複数の塩浴が必要で、またワークを塩浴に対し移送する手段が必要で、装置が大がかりで製品コストアップの原因となっていた。
【０００９】
また、近年、塩浴の使用による環境劣化の問題等から、ワークの冷却、特に焼入れを行うに際し、塩浴での冷却を避けてＮ２ガスやＡｒガス等の不活性ガスを用いて冷却、焼入れすることが行われるようになってきた。例えば、特開平５−６６０９０号公報に示される真空炉では、耐圧性の炉本体内にワークを収納して１０００〜１２００℃に加熱し、次いでの冷却を行うため、前記炉本体内に５Ｂａｒの不活性ガスを導入し、該ガスをターボブロワーの作動により循環させ、前記熱処理品を比較的速やかに常温まで一気に冷却することができる。この真空炉は、内部に設置したワークを、除熱、１次予熱、２次予熱、焼入れ温度への予熱、予熱温度での高温保持等の一連の加熱処理を行うヒータ等の加熱手段が設けられている。ワークに一連の予熱処理を施すと、次いで５ＢａｒのＮ２ ガスを吸込み、冷却し、焼入れ処理することができる。当該炉は、噴流炉とも称されている。
【００１０】
しかしながら、従来のガス焼入れ可能な噴流炉にあっては、予熱されたワークを常温へ向けて急冷でき、常温への焼入れ処理はできるものの、中間温度での等温保持はできず、オーステンパ、マルテンパ、マルクエンチ等等温保持を必要とする熱処理はできなかった。
【００１１】
上記噴流炉を用いて、等温保持によるオーステンパを試みた例がある。この場合、制御装置の目標温度を等温保持温度に設定して、ここで一定時間の等温保持させるよう指令することになる。すると、上記噴流炉は、指令に従い、ガス温が目標温度から下に外れると、ワーク加熱用のヒータが入り、上に外れるとヒータが切れる。
【００１２】
この間、ブロワーによって循環されるガス流は常時水冷装置によって冷却されている。このため、上記噴流路は、上に５０〜１００℃、下に１００℃と大幅な温度変化を示し、到底使用に耐えない。即ち、従来の噴流炉では、等温保持の制御は不可能である。また、不活性ガスの導入が常温であることから、部分的、局所的に過冷却を生じるという問題点もある。さりとて、不活性ガスの導入温度を単に上昇させれば良いというものでもない。
【特許文献１】特開平５−６６０９０号公報（第１項、図１）
【非特許文献１】（社）日本熱処理技術協会編、熱処理技術便覧、初版、２０００年８月３０日発行、P.１４４〜１４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明者等は、等温保持可能なガス焼入れ方法を鋭意研究した。また、この研究結果により、予熱後のワークを冷却するに際し、常温不活性ガスを吹付ければ、必ず部分的、局所的な過冷却を生じるので、少なくとも初期に与える不活性ガスは、例えばＭｓ点付近の高温とすべきであることに着目し、ホットガスの概念を確立し、その応用について研究した。ホットガスとは、予熱ワークを目標温度に冷却するのに用いられる不活性ガスで、焼入れ方法の種別に応じワークに過冷却を生じさせることの無い温度、例えばＭｓ点付近に定めた中間温度の不活性ガスをいう。このホットガスを生成し、ワークに吹付けることにより、過冷却無しでワークを目標温度に冷却し、等温保持することができる。
【００１４】
本発明は、以上示したホットガスの概念を踏襲した上で、等温保持を加えての熱処理を行うことができ、また、従来の通常焼入れのみ実施可能の噴流炉に対し、中間温度での等温保持が可能で、オーステンパ、昇温オーステンパ、マルテンパ、マルクエンチ等、任意の焼入れを実施でき、さらに、ガスの循環路を、夫々にブロワー装置を備えたホットガス循環路および常温冷却循環路とを併設し、両循環路の循環量の制御により、ワークに吹付けるガスの温度、風量を適切に制御することができる金属熱処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
また、上記のホットガス循環路中に配置される蓄熱式熱交換装置の蓄熱材として球状カーボンを用いることにより、制御能力を高くし、取扱い性を良くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決することができる本発明の金属熱処理装置は、焼入れ開始温度に予熱されたワークを、前記ワークの等温変態点温度付近に定めた中間温度に急冷し、その後等温保持することができる金属熱処理装置であって、予熱されたワークを不活性ガス雰囲気中で収納するワーク収納部と、前記ワーク収納部に対し、夫々に開度調節可能な制御窓を有して分岐配置される第１（高温用）及び第２（低温用）の流路と、
前記第１の流路中に配置され、前記中間温度付近に温度調節された蓄熱材を有し、その入口から入力された不活性ガスを前記中間温度と馴染ませて出力する蓄熱式熱交換装置と、前記第２の流路中に配置され、その入口から入力された不活性ガスを常温に向けて冷却するガス常温冷却装置と、前記第１及び第２の流路の終端位置に配置され、両流路から送られてきた異なる温度の不活性ガスを均一温度に混合するミキサと、前記ミキサから出力される不活性ガスを細管に分岐し、前記ワークの外周面に均一に吹付けるディストリビュータと、各流路中に配置され、各流路中の不活性ガスを前期ディストリビュータに対し加圧して供給する各ブロワ-装置と、を備えたことを特徴とする。前記蓄熱式熱交換装置は、流路形成すべく適宜仕切り壁を介して仕切り室を備えた容器中に蓄熱材を入れ、前記仕切り室の一端に入力された流体を各仕切り室を介して他端に出力し、前記蓄熱材との間で熱交換し、前記蓄熱材の蓄熱機能をもって入力流体の出力温度を適切に制御する蓄熱式熱交換装置であって、前記蓄熱材を球状カーボンとすると共に、これを前記仕切り室の中に適量装脱可能に構成することができる。
【００１７】
高温用の第１流路は、流路中に中間温度に加熱された蓄熱材による蓄熱式熱交換装置を有し、制御窓を介してワーク収納部と連通される。同様に低温用の第２流路は、水冷装置等による常温冷却装置を有し、別の制御窓を介してワーク収納部と連通される。そして、夫々の流路には個別のブロワー装置が配置されている。さらに、両流路はミキサで結合されて両流路のガスを均一混合して後、ディストリビュータを介してワークに吹付ける。冷却開始時に必要な不活性ガスは、予め前記中間温度に予熱されて入力されるが、前記蓄熱材に対して吹込めば、ここで中間温度に予熱されるので、別途の予熱装置は不要である。
【００１８】
以上の構成において、１０００℃以上の温度に予熱されたワークを、例えば３００℃の中間温度に冷却し、等温保持し、その後常温へ向けて冷却する場合、まず、不活性ガスを中間温度に予熱された蓄熱材に対して吹込み、第１流路の制御窓を開けて中間温度の不活性ガスをワークに吹付けることができる。常温又はそれ以下の低温不活性ガスをワークに直接吹付けることはしないので、ワークに局所的な過冷却を生じることはない。
【００１９】
続いて、第２流路の制御窓を開け、ワーク表面の高温ガスを冷却し、このガスと前記第１流路の高温（中間温度）ガスとをミキサで混合し、ミキサ出力温度を中間温度に調節する。ミキサ出力が中間温度となるよう、両制御窓、特に第２流路の制御窓が制御される。等温保持の段階では、第２流路の制御窓は、殆ど閉じられた状態となる。
【００２０】
等温保持終了時点では、第１流路の制御窓を閉じ、第２流路の制御窓を全開する。これにより、従来噴流炉同様に、ワークを常温へ向けて急冷できる。このとき、第１流路の制御窓は閉じられているので、蓄熱材の温度は中間温度に保たれており、次の焼入れ処理を待つことになる。即ち、蓄熱材は、各焼入れ処理毎に加熱処理する必要は無い。
【００２１】
蓄熱式熱交換装置は、流路形成すべく適宜仕切り壁を介して仕切り室を備えた容器中に蓄熱材を入れ、前記仕切り室の一端に入力された流体を各仕切り室を介して他端に出力し、前記蓄熱材との間で熱交換し、前記熱交換材の蓄熱機能をもって入力流体の出力温度を適切に制御する蓄熱式熱交換装置とすることができる。前記蓄熱材を球状のカーボンとすると共に、これを前記仕切り室の中に適量装脱可能に構成するのが好ましい。球状とは、直径1cm、2cm、3cm、5cm、10cmのような真球の他、その表面に凹凸を有するようなものを含む。また、直径の異なるものを混合して利用することも可能である。カーボンを真球状とした場合の特性を次表１に示す。
【表１】
2005163155.tif 000003
【００２２】
球状に形成された熱交換媒体は、適量装脱可能とされて仕切り室の中に配置し、或いは各仕切り室内にそのまま放り込む。いずれの場合も個別又は全体的に出し入れ自在とされる。適量とは、１個単位、又は１籠単位、或いは１区画単位で装脱可能とされて、その量を自由に調節可能とできる態様である。
【００２３】
以上の構成により、本発明の蓄熱式熱交換装置によれば、各仕切り室に適量の球状カーボンを配置し、その熱交換機能でもって熱交換処理できる。熱交換媒体はカーボンであるので、耐熱性があり、反応性がなく、高度の熱交換処理を行うことができる。各カーボンは出し入れ自在であり、修理、改善、容量変更も自在であり、各種使用設備に対し適合できる。
【００２４】
蓄熱材は、新たに導入される不活性ガスの温度を中間温度に上昇させる役目と、第１流路の循環ガス温度を中間温度に冷却する役目を為す。このため、蓄熱材の量は、ワーク重量に対し、多ければ多いほど制御容易となる。少なすぎると制御追従が困難となる。これらのことから、蓄熱材の量は、ワーク重量と、比熱、体積等の関係から、ワーク重量１トンに対し、可能な限り多い量として２００〜１０００ｋｇが用いられる。
【発明の効果】
【００２５】
以上の通り、本発明の金属熱処理装置によれば、特許請求の範囲に記載の通りの構成を有するので、中間温度制御用の第１流路と、常温冷却用の第２流路とを併設し、両流路に備えた制御窓の開閉制御により、中間温度への等温保持を含めて、所要の冷却曲線を得ることができる。両流路には、夫々ブロワ-装置が付属されるので、夫々の風量を最適に制御できる。
【００２６】
前記第１流路には、蓄熱式熱交換装置を備えるので、等温保持の温度を極めて安定した一定温度に制御できる。また、低温不活性ガスを蓄熱材で中間温度に加温する場合には、不活性ガス加熱用の別途の熱源を量略することができる。
【００２７】
本発明の第１流路及び第２流路の構成により、中間温度での熱交換装置は不要であるので、装置を極めてコンパクトに構成でき、かつ制御特性が良好である。
【００２８】
第１流路には、蓄熱材を過熱するヒータを設けることができるので、中間温度を自由に定めることができ、任意に定めた第１、第２の中間温度に対し、昇温又は降温も自在にでき、温度変化の制御を容易、迅速、自在に行うことができ、オーステンパ、マルテンパ、マルクエンチ始め、種々の熱処理方法を実施でき、さらに従来できなかった新規の熱処理方法を確立できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る金属熱処理装置の構造を示す断面説明図、図２は、蓄熱式熱交換装置の具体例を示す断面図である。
【００３０】
図１に示すように、本発明の金属熱処理装置１は、焼入れ開始温度に予熱されたワークＷを、前記ワークの等温変態点温度付近に定めた中間温度に急冷し、その後等温保持することができる金属熱処理装置１であって、予熱されたワークＷを不活性ガス、例えばＮ２ガス雰囲気中で収納するワーク収納部２と、前記ワーク収納部２に対し、夫々に開度調節可能な制御窓を有して分岐配置される高温用の第１流路Ｆ１、及び低温用の第２流路Ｆ２と、
前記第１流路Ｆ１中に配置され、前記中間温度付近に温度調節された蓄熱材３を有し、その入口から入力された不活性ガスＮ２を前記中間温度に馴染ませて出力する蓄熱式熱交換装置４と、前記第２の流路Ｆ２中に配置され、その入口から入力された不活性ガスＮ２を常温に向けて冷却するガス常温冷却装置５と、前記第１及び第２の流路Ｆ１、Ｆ２の終端位置に配置され、両流路から送られてきた異なる温度の不活性ガスＮ２を均一温度に混合するミキサ６と、前記ミキサ６から出力される不活性ガスＮ２を細管７に分岐し、前記ワークＷの外周面に均一に吹付けるディストリビュータ８と、各流路Ｆ１、Ｆ２中に配置され、各流路Ｆ１、Ｆ２中の不活性ガスＮ２を前期ディストリビュータ８に対し加圧して供給する各ブロワ-装置９、１０と、を備えている。
【００３１】
前記ワーク収納部２の両端には、夫々２重扉１１、１２と１３、１４とが設けられている。ガス常温冷却装置５は、水管１５を有し、この水管１５には、図示しない水タンクと接続され、水管１５の一端から常温水を入力し、水管１５の表面でガスＮ２と熱交換し、昇温された水を水タンクに返すようになっている。ブロワー装置９のモータ９Ｍはインバータ制御され、ファン９Ｆの回転数を調節可能である。
【００３２】
前記ファン９Ｆで加圧されたＮ２ガスは、送気管１６を介して前記ミキサ６へ出力される。送気管１６の入力端には夫々制御窓（弁）１７、１８が設けられ、夫々シリンダ装置１９、２０で開度調節可能となっている。
【００３３】
以上示したワーク収納部２、２重扉１１、１２、常温冷却装置５、ファン９Ｆ、送気管１６、ミキサ６、ディストリビュータ８を通じての空洞部分全体で第２流路Ｆ１が形成される。
【００３４】
一方、第２流路Ｆ２は、ファン１０Ｆで加圧されたＮ２ガスを送気管２１を介してミキサ６へ送るようになっている。送気管２１の途中には、制御窓としてのダンパ２２、２３が設けられ、その手前位置には、蓄熱式熱交換装置４と外側の２重扉１４との間に連通される還流路２４が設けられている。従って、制御窓２２、２３を閉じ、ファン１０Ｆを回し、蓄熱式熱交換装置４の内部に配置した電気ヒータ２５をオン、オフ制御することにより、ワーク収納部２の温度と関係なく、第１流路Ｆ１の温度を等温保持の中間温度付近の例えば２５０℃等に調節できる。
【００３５】
前記ミキサ６は、両送気管１６、２１の内、一方、又は両方から送られてくるＮ２ガスを混合し、ディストリビュータ８に送気するもので、必ずしも複雑な構成を有しない。例えば、送気管１６、２１の両先端を付き合わせただけの構成であってもよく、その中間部分に鉄或いはカーボン等のガス混合用の接触材を配置したものであっても良い。また、その中間部分に両ガスを緻密に混合すべく図示しないファンを配置したようなものであっても良い。いずれの場合も、ディストリビュータ８の各細管７に対し、均一温度のガスを供給できるよう、ヘッダや集合管を含めて相応の設計が必要である。ミキサ６の混合ガスの温度を検出すべく、温度センサ２６が設けられている。
【００３６】
ワーク収納部２の温度、蓄熱材３回りの温度、第２流路Ｆ２の温度等、各部の温度を検出するため多数の温度センサが設けられるが、図示を省略する。また、Ｎ２ガスの圧力を検出するためセンサ類、安全弁等の付属部品についても図示を省略する。
【００３７】
ワーク収納部２へのワークＷの出し入れは、第１流路Ｆ１側の２重扉１３、１４の中間部分に示す線２７をワーク扉として構成することができる。この他、図１の前方又は後方側を扉構成することも可能である。本例では、線２７位置がワーク出し入れ用の扉として構成されているものとする。
【００３８】
図２に詳細に示すように、蓄熱式熱交換装置４の容器２８内には、仕切り壁２９が設けられ、複数の仕切り室３０（３０−１、３０−２、３０−３）が連通形成され、初段仕切り室３０−１と最終段仕切り室３０−３の一端又は他端には、熱交換すべきＮ２ガスを入出力するための出入口３１、３２が設けられている。入口３１は、図１の扉１４に面し、出口３２はファン１０Ｆに面する。
【００３９】
前記各仕切り室３０−１、３０−２、３０−３の内部には、装脱自在の網籠３３が設置されている。網籠３３内には、蓄熱材３としての球状カーボンが適量投入されている。球状カーボンとしては、熱伝導率の高い黒鉛質のものを用いている。
【００４０】
網籠３３の中の一部にはヒータ２５が組込まれている。また、入口３１の近くにはバルブ３５の付いたＮ２ガスの導入管３４が設けられている。ヒータ２５の位置は、必ずしも蓄熱材３と一体的でなくとも良く、第１流路Ｆ１の途中なら何処でも良い。また、Ｎ２ガスの導入管３４は、入口３１の付近なら何処でも良い。球状カーボン１０は、材料一定であれば個性が無いので、交換自在である。
【００４１】
ここで、金属熱処理装置において必要な熱交換方式を示す。図３は、金属熱処理加工の焼入れで用いられる時間及び温度の焼入れ線図である。図において、破線は、通常焼入れを示す。実線は、オーステンパを示す。一点鎖線は、昇温オーステンパを示す。２点鎖線は、マルクエンチを示す。３点鎖線は、マルテンパを示す。
【００４２】
破線で示す通常焼入れでは、焼入れ開始温度を、例えば１０００℃とするとき、常温へ向けて一気に冷却し、後で適宜焼戻しする。この方法は、従来の噴流炉でも実施できる。本発明の金属熱処理装置１では、等温保持機能を用いて、同一炉内で焼戻しまで行うことができる。
【００４３】
オーステンパでは、例えば等温保持の目標温度を３００℃として、例えば２５０℃の中間温度のホットガスにより、Ｓ曲線の鼻に掛かるまでの時間で冷却し、等温保持してＳ曲線を通過させ、その後常温へ向けて冷却する。
【００４４】
昇温オーステンパでは、目標温度を前記の目標温度３００℃より幾分低い温度、例えば２５０℃に設定し、ワークＷの表面及び内部が均一温度になってから、次の目標温度３００℃に上昇させて等温保持し、Ｓ曲線通過の後に常温へ向けて冷却する。常温への冷却は、装置外で行うこともできる。
【００４５】
マルクエンチでは、Ｍｓ点より少し高い温度で等温保持して焼入れし、Ｓ曲線に当たるまでの時間内に空冷相当の冷却速度で冷却し、その後焼戻しを行う。空冷は、装置外で行うこともできる。
【００４６】
マルテンパでは、Ｍｓ及びＭｆ点の中間温度に急冷及び等温保持し、焼戻し、マルテンサイトと下部ベイナイトの混合組成を作る。等温変態の完了を待たずに炉から出し、別の炉で焼戻し処理することもできる。
【００４７】
以上のように、本発明の金属熱処理装置１では、１００〜４００℃の中間温度で自由に急冷、かつ等温保持できる。制御温度の誤差は５〜１０℃以下、特に、等温保持では±1℃程度とすることができる。
【００４８】
上記焼入れ線図の内、オーステンパを行うものとして、本発明の金属熱処理装置１の作用を示す。ワークＷは、厚さ１ｍｍ〜２０ｍｍ程度の鋼材であるとする。図４は、オーステンパの実施例曲線である。
【００４９】
図４において、ワーク収納部２にはワークＷが配置され、例えば１０００℃に予熱されているとする。そのとき、図１に示す金属熱処理装置１は、全２重扉１１、１２、１３、１４を閉じ、第１流路Ｆ１のダンパ２２、２３を閉じ、ヒータ２５を制御しつつファン１０Ｆを軽く回転し、第１流路Ｆ１の温度、即ち蓄熱材３の温度を等温変態点温度、例えば３００℃より少し低い値に定めた中間温度、例えば２５０℃に保持している。この中間温度（２５０℃）は、この温度のＮ２ガスをワークＷに吹付けても、過冷却の問題が生じない温度として定める。因みに、この温度を２０〜２５℃の常温とするならば、小さなワーク、或いは尖鋭部分の有するワークに冷風が当り、その部分が局所的に過冷却を生じて、ワークに歪みをもたらす原因となる。この時点で、第２流路Ｆ２は待機状態である。水管１５に常温の水を流し、またファン９Ｆを軽く回し、雰囲気を安定させておく。
【００５０】
次に、図４の時刻ｔ２において、焼入れ開始するとする。このときのワークＷの温度をＴ５℃とする。常温をＴ１℃、蓄熱材３の加熱温度をＴ２℃、等温変態点温度（制御目標温度）をＴ３℃、第１流路Ｆ１の温度が加熱されたときの最大温度（後述する）をＴ４℃とする。
【００５１】
焼入れ開始の時刻ｔ２で、第１流路Ｆ１のファン１０Ｍを高速回転とし、２重扉１３、１４を開け、Ｎ２ガスを導入し、ダンパ２２、２３を開けていく。Ｎ２ガスは蓄熱材３で過熱されて中間温度となり、送気管２１、ミキサ６を通り、ワークＷに吹付けられる。ワークＷに吹付けられたＮ２ガスは１００〜２００℃程度昇温し、蓄熱材３で冷却され、循環を繰り返す。
【００５２】
次いで第１流路２１のダンパ２２、２３を開放してから後、少しの時間（数十秒から１分程度）遅れて、第２流路Ｆ２の２重扉１１、１２を開き、ファン９Ｆを高速回転し、制御窓１７、１８を開けていく。このときの開度は、センサ２６の検出温度に応じて、ミキサ６の出力温度が制御目標値、例えば等温変態点温度Ｔ３℃となるようにする。
【００５３】
各制御窓１７、１８、２２、２３の開度調節を行うことにより、図４に示すように、時刻ｔ３において、ワークＷの表面近くの雰囲気温度θ１を等温変態点温度Ｔ３℃とすることができる。このとき、ワークＷの表面温度θ２とその内部温度θ３との間には大きな差Δθが有り、これをゼロとするため、時刻ｔ４までの間、雰囲気温度θ１の等温維持を図り、時刻ｔ５まで等温保持する。Ｎ２ガスの圧力は、冷却促進のため、３〜５Ｂａｒ程度の高圧下で制御するものとする。
【００５４】
等温変態点温度Ｔ３での等温保持の制御状態を示すと、制御窓２２、２３は全開で、ファン１０Ｆは、中速ないし高速で運転される。蓄熱材３が存在するので、温度差は極めて小さく、その差±１〜３℃程度と格別高精度の制御が可能である。一方、制御窓１７、１８は、ワークＷその他の余熱による温度上昇を抑制するだけの小さな冷却を行うのみであるので開度小とされる。これら等温保持の間にワークＷが制御目標温度Ｔ３以下に次第に下がってくることは考えられない。しかし、等温保持の時間が長時間の場合には、この事態が考えられる。さらに、昇温オーステンパのように温度上昇させたい場合もある。この場合には、制御目標値を上昇させ、制御窓１７、１８を閉じて、ヒータ２５や、ワークＷの加熱用のヒータをオンとすれば良い。
【００５５】
時刻ｔ５で等温保持が終了すると、第１流路Ｆ１側の制御窓２２、２３と、２重扉１３、１４を閉じ、第２流路側の制御窓１７、１８を全開し、ワークＷを急冷する。時刻Ｔ６、Ｔ７で完全冷却できる。この急冷作用は、従来の噴流路と同一である。
【００５６】
時刻ｔ２〜ｔ３での蓄熱材３の作用を詳述すると、蓄熱材３の存在により、Ｎ２ガスが加温されるので過冷却が生じない。また、Ｎ２ガスが蓄熱材３で中間温度に加熱され、保持されるので、蓄熱材３が熱源及びバッファの役目を為し、制御追従性を確保できる。時刻ｔ２〜ｔ３にかけて、第１流路Ｆ１の温度がＴ４℃まで加熱され得るが、この温度は５０℃以下で、しかも短時間であるので、炉材を傷めるような問題を生じない。
【００５７】
もし蓄熱材３が存在しないならば、Ｎ２ガスの加熱に熱源を必要とし、加えて第１流路Ｆ１中を流れるガス温度を均一化できず、第１流路Ｆ１の温度Ｔ４を格別高くし、その熱で炉を破損する恐れがある。さらに、ワークＷに吹付けるＮ２ガスの温度を曖昧化してワークＷの熱処理品質を劣化する。これらの観点から蓄熱材３は必須で、かつその量は多ければ多いほど安定した制御が可能となる。
【００５８】
図５は、蓄熱材３の量と制御安定性の関係とを示す線図である。即ち、ワーク重量を例えば１トンとし、蓄熱材３の量を０.２５トン、０.５トン、１トンと変化させ、仮に他の熱源なしで両者を熱平衡させた場合、夫々の平衡温度は、７５０℃、６２５℃、５００℃となることが示されている。目標温度Ｔ３℃との差分を第２流路Ｆ２で吸収すれば良いので、第２流路の吸熱能力に応じ、蓄熱材３の量を定めることができる。具体的には、ワーク重量１トンのとき、カーボン製の蓄熱材３の量を２００〜５００ｋｇとするのが適切で、より好ましくはそれ以上とする。
【００５９】
制御窓１７、１８、２２、２３の開度制御により、ワークＷを１０００℃から目標温度Ｔ３にかけて急冷でき、等温保持して後、常温へ急冷できる。第１流路Ｆ１のＮ２ガスの温度は、初期の温度Ｔ２より上昇し、目標温度Ｔ３を超えてＴ４まで上昇するが、Ｔ４はＴ３に対し、数十度高い値で制限できるので、これにより第１流路Ｆ１の炉材を破損するようなことはない。
【００６０】
等温保持の後の常温への急冷時点では、第１流路Ｆ１の制御窓２２、２３は閉じているので、蓄熱材３は制御目標温度となっており、次の焼入れ処理まで待機する。
【００６１】
以上示した実施形態では、第１流路Ｆ１を第２流路Ｆ２と対向するワーク扉２７側に配置した例で示したが、第１流路Ｆ１の位置はこれに限定されるものではない。即ち、炉本体の上部又は側面に配置することもできる。また、第２流路Ｆ２も、図示の位置に限定されるものではなく、第２流路Ｆ２を炉本体の上部や側面に配置することもでき、さらには、第１流路Ｆ１及び第２流路Ｆ２を並列配置することも可能である。
【００６２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々設計的変更を加えることができ、各種態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属熱処理装置の構造を示す断面説明図である。
【図２】図１に示す蓄熱式熱交換装置の具体例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施に用いることができる熱処理線図である。
【図４】冷却線図の具体例である。
【図５】蓄熱材の効果を示す冷却線図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  金属熱処理装置
２  ワーク収納部
３  蓄熱材（球状カーボン）
４  蓄熱式熱交換装置
５  ガス常温冷却装置
６  ミキサ
７  細管
８  ディストリビュータ
９、１０  ブロワー装置
９Ｆ、１０Ｆ  ファン
９Ｍ、１０Ｍ  モータ
１１、１２、１３、１４  ２重扉
１５  水管
１６、２１  送気管
１７、１８  弁型の制御窓
１９、２０  シリンダ装置
２２、２３  ダンパ型の制御窓
２４  還流路
２５  電気ヒータ
２６  温度センサ
２７  ワーク扉
２８  蓄熱材容器
２９  仕切り壁
３０（３０−１、３０−２、３０−３）  仕切り室
３１  入口
３２  出口
３３  網籠
３４  Ｎ２ガス導入管
３５  バルブ
Ｗ  ワーク
Ｆ１  第１（高温用）流路
Ｆ２  第２（低温用）流路
Ｎ２  窒素ガス
【図１】
2005163155.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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