(57)【要約】      （修正有）【課題】バッチ式熱処理を効率よくできるような竪型熱処理炉の冷却機構及び冷却方法の提供。【解決手段】円筒状の内部室１を有するバッチ式の竪型熱処理炉１０の冷却機構は、内部室１を包囲するように与えられた分割された複数のヒーターユニット５のうち、最下段にあるヒーターユニット５の下部から内部室１の内壁に沿って且つ上向きに送風するよう送風ノズル２１を設け、少なくとも内部室１の下部に螺旋状のガス流を与える冷却方法。また、かかる冷却機構を含む竪型熱処理炉１０の冷却制御方法は、冷却開始後、内部室１の上部と下部との温度差が一定以上となったときに送風ノズル２１を動作させる冷却方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内部室を有するバッチ式の竪型熱処理炉の冷却機構であって、前記内部室を包囲するように与えられた分割された複数のヒーターユニットのうち、最下段にある前記ヒーターユニットの下部から前記内部室の内壁に沿って且つ上向きに送風するよう送風ノズルを設け、少なくとも前記内部室の下部に螺旋状のガス流を与えることを特徴とする冷却機構。
【請求項２】
前記内部室を上面視した断面円に内接する正多角形の各辺に沿って前記送風ノズルが与えられていることを特徴とする請求項１記載の冷却機構。
【請求項３】
前記送風ノズルの仰角は、最下段にある前記ヒーターユニットの下端と前記送風ノズルの延長線とが一致する角度であることを特徴とする請求項２記載の冷却機構。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちの１つからなる冷却機構を含む竪型熱処理炉の冷却制御方法であって、冷却開始後、前記内部室の上部と下部との温度差が一定以上となったときに前記送風ノズルを動作させることを特徴とする竪型熱処理炉の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手の金属部品を吊下した状態で加熱保持し熱処理できる円筒状の内部室を有する竪型熱処理炉の冷却機構及び冷却方法に関し、特に、金属部品を上部から出し入れしてそれぞれ一定の熱履歴を与えていくバッチ式の竪型熱処理炉の冷却機構及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長手の金属部品を吊下した状態で加熱保持し熱処理可能な円筒状の内部室を有する竪型熱処理炉において、上部の蓋部を開閉し熱処理の対象である金属部品を交換可能なバッチ式の熱処理炉が知られている。熱処理対象の各金属部品にそれぞれ一定の熱履歴を与えるバッチ式熱処理では、該金属部品を交換するたびに炉内の温度を一旦降下させた上で次の処理を開始しなければならない。
【０００３】
特許文献１では、航空機のエンジン用シャフト等に用いられる長尺で大型の棒状の金属部品を吊下した状態で収容できる円筒状の内部室を有するバッチ式の竪型熱処理炉の構造が開示されている。蓋部に金属部品を吊下させるとともに、該蓋部の係止部にはワイヤが引掛けられてクレーンのような昇降移動装置のフックで吊り上げて移動自在であり、金属部品を炉の内部室から蓋部ごと持ち上げて取り出し、冷却槽の位置までスライド移動させるようになっている。このとき蓋部を除去することで炉の内部室は外部と連通し自然冷却されることになる。
【０００４】
ところで、竪型熱処理炉の内部は外部と比較して温度が高いため、炉内の上昇気流によってある温度までは一気に炉内温度が低下する。一方で、ヒーターや炉体には大きな熱蓄積があるからそれ以上は非常にゆっくりと温度を低下させ、つまり簡単には温度が低下しなくなる。そこで外気を外部から炉内に導いて強制的に冷却を行う強制冷却システムが提案される。
【０００５】
例えば、特許文献２では、鉄鋼用竪型熱処理炉の上部の開閉式上蓋を開放するとともに、該炉の底部の排気用ダクトに接続された排気ファンを駆動させ、上蓋から外気を内部室に取り込んで排気用ダクトを介して炉気を炉外に排気させて内部室内を強制冷却する冷却方法を開示している。これによれば、内部室の上下での温度差を小さくして炉全体を均一に冷却できるとしている。
【０００６】
また、特許文献３でも、長尺で大型の棒状の金属部品を吊下した状態で収容できる円筒状の内部室を有するバッチ式の竪型熱処理炉において、内部に冷却ガスを供給して内部室を強制的に冷却させる冷却システムを開示している。かかる冷却システムでは、底壁の近傍にて周壁をそれぞれ貫通する複数の冷却ダクトを備え、この冷却ダクトが周壁の周方向に互いに離間して配置され且つ周壁の径方向に対し実質的に同一の傾斜角度にて傾斜した軸線をそれぞれ有することが好ましいとしている。内部室内の温度のばらつきを抑制することで、内部室の底部近傍の温度が従来と同じであっても次の対象部品の熱処理を開始することができ、準連続的に金属部品を熱処理できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２７８６４７号公報
【特許文献２】特開２００７−５１８４４号公報
【特許文献３】特開２００８−３０３４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３において、準連続的に金属部品を熱処理するには、金属部品の取り出し後、次の金属部品を装填し加熱を開始するまで、常に、冷却システムを稼働させて温度制御を管理しなければならない。若しくは、やはり十分に炉体の温度を降下させておかねば安定した制御は難しい。
【０００９】
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、バッチ式熱処理を効率よくできるような竪型熱処理炉の冷却機構及び冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による冷却機構は、円筒状の内部室を有するバッチ式の竪型熱処理炉の冷却機構であって、前記内部室を包囲するように与えられた分割された複数のヒーターユニットのうち、最下段にある前記ヒーターユニットの下部から前記内部室の内壁に沿って且つ上向きに送風するよう送風ノズルを設け、少なくとも前記内部室の下部に螺旋状のガス流を与えることを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、内壁及びこれに沿って取り付けられるヒーターによる大きな熱蓄積のある部材に沿った螺旋状のガス流によって竪型熱処理炉を効率よく冷却でき、バッチ式熱処理を効率よく行うことができる。
【００１２】
上記した発明において、前記内部室を上面視した断面円に内接する正多角形の各辺に沿って前記送風ノズルが与えられていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、断面円の周方向に沿って均質なガス流を得ることができて、竪型熱処理炉を効率よく冷却でき、バッチ式熱処理を効率よく行うことができる。
【００１３】
上記した発明において、前記送風ノズルの仰角は、最下段にある前記ヒーターユニットの下端と前記送風ノズルの延長線とが一致する角度であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、より熱蓄積の大きな部位から優先的に冷却できて、竪型熱処理炉を効率よく冷却でき、バッチ式熱処理を効率よく行うことができる。
【００１４】
また、本発明による竪型熱処理炉の冷却方法は、上記した発明のうちの１つからなる冷却機構を含む竪型熱処理炉の冷却制御方法であって、冷却開始後、前記内部室の上部と下部との温度差が一定以上となったときに前記送風ノズルを動作させることを特徴とする。
【００１５】
かかる発明によれば、内壁及びこれに沿って取り付けられるヒーターによる大きな熱蓄積のある部材に沿った螺旋状のガス流によって竪型熱処理炉を効率よく冷却でき、バッチ式熱処理を効率よく行うことができる。特に、上部の冷却により下部との温度差が一定以上となってから下部を優先的に冷却するので、冷却後の上部と下部との温度差を減じてバッチ式熱処理を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による冷却機構を備える竪型熱処理炉の側断面図である。
【図２】本発明による冷却機構を備える竪型熱処理炉の要部の平断面図である。
【図３】本発明による冷却機構を用いた冷却温度曲線の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明による竪型熱処理炉の冷却機構について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、竪型熱処理炉１０は床面に設けられたピット１１内に収容されて上側の一部を床面上に突出させたバッチ式の竪型熱処理炉であり、円筒状の内部室１を備える。内部室１は円筒形の周壁部２ａとその下側の端面を閉塞する底壁部２ｂとからなる炉体２によって画定されている。炉体２は、内側の断熱材３と外周の炉殻４とからなる二重構造体である。
【００１９】
炉体２の内周側には上下方向に複数並んだヒーターユニット５が備えられる。ヒーターユニット５は、例えば、内部室１を包囲するように円周方向に延びた複数の円環状のヒーターの集合体からなり、内部室１を上段、中段、下段の３箇所の加熱ゾーンに分割したそれぞれの加熱ゾーンに対応する３箇所に分割して取り付けられている。
【００２０】
炉体２の上部は、昇降移動装置やクレーンで吊り上げ可能な炉蓋６で閉塞される。炉蓋６は昇降移動装置等のフックを取り付け可能な係止部８をその上部に備えるとともに、吊り下げ治具７をその底面に備え、内部室１に収容される長尺の金属部品１２を吊り下げ可能である。
【００２１】
炉体２には、ヒーターユニット５よりも下方の周壁部２ａにおいて上方に傾斜しており、内部室１内に向けて開口する複数の送風ノズル２１が設けられる。送風ノズル２１は、それぞれ周壁部２ａの外周側に円環状に連通するダクト２２に接続している。ダクト２２は送風管２３を介して床面上に備えられる送風装置２４に接続している。送風装置２４は冷却ガスとして空気を送風ノズル２１に供給する。空気の供給量は３５ｍ３／分とするが、適宜設定可能である。冷却ガスとしては窒素ガスなども使用し得る。
【００２２】
図２を併せて参照すると、複数の送風ノズル２１は上面視でも内部室１の壁面に対して傾斜して開口し、その傾斜の向きを内部室１の断面円の周に対して同一としている。すなわち、複数の送風ノズル２１は、内部室１の内壁に沿う円周方向の同一の向き、且つ、上向きに送風できるよう配置される。かかる配置により、複数の送風ノズル２１は、送風装置２４からの冷却ガスの供給によって、少なくとも内部室１の下部に螺旋状のガス流を発生させることができる。
【００２３】
特に、複数の送風ノズル２１の開口部２１ａはそれぞれ内部室１の横断面において断面円に内接する正多角形Ｐの頂点に位置し、送風ノズル２１のぞれぞれは、上面視でかかる正多角形の各辺に沿うよう、その延長線上に配置されていることが好ましい。ここでは、正多角形Ｐを正方形とした例を示す。
【００２４】
また、各送風ノズル２１は、側面視で、その中心軸の延長線を最下部のヒーターユニット５の下端に一致させるような仰角を有して配置されることが好ましい（図１参照）。本実施例においては、内径をφ１２００とする内部室１に対して、かかる仰角は２０度である。また、送風ノズル２１は開口部２１ａをヒーターユニット５から離間させて、ヒーターユニット５の繰り返しの加熱によるダメージを軽減するため仰角を１５度以上とすることが好ましい。一方で、内部室１内を均一に加熱するために、ヒーターユニット５の最下端の位置は低い方が好ましく、そのため上記した仰角を２５度以下とすることが好ましい。特に、送風ノズル２１の仰角を２５度以下とすることで、ガス流はヒーターユニット５等に加熱されても必要以上に上方に向かうことなく、螺旋状を維持できる。
【００２５】
次に、竪型熱処理炉１０の冷却機構の使用方法について図１及び図２を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図１を参照すると、まず、１バッチ目の熱処理を完了したら、炉蓋６を吊り上げ、金属部品１２を内部室１から取り出し冷却する。炉蓋６の開放によって、周囲の空気が内部室１内に上方の開口から流入しつつ加熱された空気が上昇して内部室１内から排出される。このように空気が循環されることで内部室１の自然冷却が開始される。
【００２７】
図３を参照すると、自然冷却によれば、冷却開始直後は供給される空気と内部室１内との温度差が大きいため、上記した自然冷却であっても冷却速度は比較的速い。しかしながら、空気の加熱に基づく対流による上部の開口からの空気の供給であるため、底壁部２ｂ近傍の温度の下降速度が遅くなり、内部室１の上部と下部とで温度差が大きく開きやすい。特に、例えば２００℃近傍では冷却速度が遅くなり、下部の温度を２００℃以下まで低下させると、冷却に時間がかかる。
【００２８】
そこで、本実施例においては、炉蓋６を吊り上げた直後に送風ノズル２１を動作させる。すなわち、送風装置２４を運転して送風ノズル２１からの送風を開始して強制冷却を行う。すると、特に内部室１内の下部の温度を２００℃まで低下させる時間は、自然冷却に比べて５〜７分程度短縮できた（図３参照）。
【００２９】
以上のように、送風ノズル２１の動作により、内部室１の下部には内壁に沿って上昇する螺旋状のガス流を熱蓄積の大きい断熱材３及びヒーターユニット５に沿うように発生させ、蓄積された熱を効率よく奪うことができる。特に、送風ノズル２１は上向きに配置されており、複数の送風ノズル２１からのそれぞれのガス流を上下に並べることができる。つまりそれぞれのガス流をより外周側に近づけることができる。さらに、螺旋状のガス流によれば、遠心力により外側に比較的低温なガスを移動させやすい。これらにより、断熱材３及びヒーターユニット５に蓄積された熱を効率良く奪うことができる。つまり、内部室１を効率よく冷却でき、竪型熱処理炉１０によるバッチ式熱処理を効率よく行うことができる。
【００３０】
また、送風ノズル２１は正多角形Ｐの各辺に沿って配置され、内部室１の周方向に均質なガス流を発生させ得て、内部室１を効率良く冷却できる。さらに、送風ノズル２１はその延長線を最下部のヒーターユニット５の下端に一致させて、より熱蓄積の大きな部位から優先的に冷却できて内部室１を効率よく冷却できる。
【００３１】
ところで、冷却開始直後は自然冷却とし、内部室１の上部と下部の温度差を測定して、かかる温度差が一定以上になったときに送風ノズル２１を動作させるようにしてもよい。なお、この温度差は、例えば、上記した複数の加熱ゾーンにそれぞれ対応して設けられている制御用の熱電対によって測定することもできる。
【００３２】
これによると、自然冷却によって上部に比べて高温となった下部から強制的に冷却を行うことができて、上部と下部との温度差を減じるように冷却できる。すなわち、次回のバッチの加熱において上部と下部との温度差を生じにくく、バッチ式熱処理の効率をさらに向上させ得る。
【００３３】
ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例を見出すことができるだろう。
【符号の説明】
【００３４】
１    内部室
２    炉体
５    ヒーターユニット
１０  竪型熱処理
２１  送風ノズル
【図１】
2016211769.tif 000003
【図２】
2016211769.tif 000004
【図３】
2016211769.tif 000005