(57)【要約】【課題】異なる種類のガスを混合することなく、炉内の各熱処理工程が、ばらつきなく適正なＣＰを有する雰囲気中で行われる熱処理装置及び熱処理方法を提供する。【解決手段】炉（浸炭炉）３内に変成ガスを供給し、炉３内で被処理体６０を熱処理する熱処理装置１の炉３内において、各工程（各熱処理室２１，２２，２３，２４）ごとに、それぞれ所定のカーボンポテンシャルに生成された変成ガスのみが供給されて炉３内の雰囲気が調整される。【選択図】図２
2009091632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に変成ガスを供給し、前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理装置であって、
前記炉内において、各工程ごとに、それぞれ所定のカーボンポテンシャルに生成された変成ガスのみが供給されて前記炉内の雰囲気が調整されることを特徴とする、熱処理装置。
【請求項２】
前記変成ガスは、前記炉の外側に設けられたガス変成炉で生成されることを特徴とする、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記炉内に、異なる工程を行う複数の熱処理室を有し、前記複数の熱処理室同士が仕切壁により仕切られて、前記仕切壁により形成された前記被処理体の通過口を開閉可能な開閉扉が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
炉内に変成ガスを供給し、前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理方法であって、
前記炉内において、各工程ごとに、それぞれ所定のカーボンポテンシャルに生成された変成ガスのみを供給して前記炉内の雰囲気を調整することを特徴とする、熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鋼材等の被処理体を浸炭処理する際の熱処理装置及び熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材等の被処理体に浸炭処理を行う手法として、例えばガス浸炭処理が行われる。ガス浸炭処理は、浸炭用のガスの雰囲気中に被処理体を置いて加熱し、浸炭を行うものである。従来、浸炭用のガスとしては、例えばＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ２（水素）ガス、Ｎ２（窒素）ガス、ＣＯ２（二酸化炭素）ガス、Ｈ２Ｏ（水分）等を含む変成ガスと、例えばＣｍＨｎ（炭化水素系）のエンリッチガスとが用いられる。このガス浸炭処理の場合、浸炭用のガスを被処理体の加熱媒体として用いることができ、被処理体を均一に浸炭処理することが可能である。
【０００３】
このようなガス浸炭処理は、従来、例えば被処理体に浸炭処理を行う浸炭炉と、浸炭処理後の被処理体を油焼入れする油槽室とを有する浸炭処理装置で行われている。浸炭炉は、例えば特許文献１に開示されているように、予熱室、浸炭室、冷却室、焼入室等からなる複数の熱処理室を備え、各熱処理室に被処理体を順に移動させながら、予熱処理、浸炭処理、冷却処理、焼入処理等の各工程を連続的に行う。浸炭炉には変成ガスとエンリッチガスが供給され、油槽室には変成ガスが供給されて、所定の温度で被処理体の熱処理が行われる。尚、浸炭炉が浸炭室のみからなり、浸炭室１室で前記各工程が連続的に行われる場合もある。
【０００４】
浸炭炉においては、例えば浸炭処理を行う浸炭室のカーボンポテンシャル（以下、ＣＰと記す）を９３０℃で１．０％以上とし、拡散室のＣＰを浸炭室よりも少し低めの例えば０．８％程度にすることにより、浸炭処理及び拡散処理のそれぞれの効率を高め、全体の処理時間が短縮できる。従来は、一定のＣＰ、例えば８５０℃でＣＰ＝０．８の変成ガスを浸炭炉全体に供給し、例えば特許文献２に開示されているように、変成ガス及びエンリッチガス、空気等の流量を調整することにより、各熱処理室のＣＰの制御を行っていた。即ち、例えば処理温度が高い工程においてＣＰが下がった場合にはエンリッチガスを供給してＣＰを上げ、例えば処理温度が低い工程においてＣＰが高過ぎる場合には空気等を混合させてＣＰを下げていた。１室からなる浸炭炉の場合も同様である。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９９３３１号公報
【特許文献２】特開２００６−２８３１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、浸炭炉内で変成ガスに加えてエンリッチガスや空気等を供給すると、雰囲気がばらつきやすく、各熱処理室の雰囲気制御が困難になる。また、空気を加えた場合には、被処理体が酸化することがある。そのため、熱処理の効率及び被処理体の品質が低下する。
【０００７】
また、従来、浸炭炉内の各工程を行う熱処理室が周囲から十分に遮断されていない場合や、被処理体の搬送時に他の熱処理室に供給された空気が流入する場合等に備えて、供給する変成ガスのＣＰを所定値よりも高めにすることがある。ところが、ＣＰが高過ぎると変成ガスの生成時にスーティングしやすく、生成が困難になる。また、各熱処理室内の雰囲気のＣＰを所定値にするための制御に手間がかかるという問題点がある。
【０００８】
本発明の目的は、異なる種類のガスを混合することなく、炉内の各熱処理工程が、ばらつきなく適正なＣＰを有する雰囲気中で行われる熱処理装置及び熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明は、炉内に変成ガスを供給し、前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理装置であって、前記炉内において、各工程ごとに、それぞれ所定のカーボンポテンシャルに生成された変成ガスのみが供給されて前記炉内の雰囲気が調整されることを特徴とする熱処理装置を提供する。予め各工程に応じて適正なＣＰの変成ガスが生成され、その変成ガスが炉内に供給されるので、エンリッチガスや空気等を混ぜることなく、炉内を所定の雰囲気にすることができる。
【００１０】
前記変成ガスは、前記炉の外側に設けられたガス変成炉で生成されてもよく、これにより、生成される変成ガスのＣＰ値が安定する。
【００１１】
さらに、前記炉内に、異なる工程を行う複数の熱処理室を有し、前記複数の熱処理室同士が仕切壁により仕切られて、前記仕切壁により形成された前記被処理体の通過口を開閉可能な開閉扉が設けられていることが好ましい。これにより、各熱処理室が遮断されるので、隣接する熱処理室の雰囲気の影響を受けることなく、適正な雰囲気を保つことができる。
【００１２】
また、本発明によれば、炉内に変成ガスを供給し、前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理方法であって、前記炉内において、各工程ごとに、それぞれ所定のカーボンポテンシャルに生成された変成ガスのみを供給して前記炉内の雰囲気を調整することを特徴とする熱処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、変成ガスに異なる種類のガスを混合する必要がないうえ、複雑な雰囲気制御が不要となり、雰囲気制御システムを簡略化できる。また、他のガスを混ぜることにより熱処理室内の雰囲気がばらつくことを防ぐので、安定した雰囲気で各工程の熱処理を適正に行うことができ、被処理体の品質が安定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明にかかる熱処理装置１の構成の概略を示している。
【００１６】
熱処理装置１は、鋼材品である被処理体の浸炭熱処理を行う浸炭処理装置２を有している。浸炭処理装置２は、被処理体に浸炭処理を行う浸炭炉３と、浸炭処理後の被処理体を油焼入れする油槽室４を備えている。
【００１７】
浸炭処理装置２には、変成ガス供給路１１、１２、１３を介して、変成ガスを生成する３基のガス変成炉５、７、９が接続されている。各ガス変成炉５、７、９では、空気とＣｍＨｎ（炭化水素系）から変成ガスを生成している。変成ガスは主にＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ２（水素）ガス、Ｎ２（窒素）ガスからなり、ＣＯ２（二酸化炭素）ガス、Ｈ２Ｏ（水分）を微量に含んでいる。各ガス変成炉５、７、９では、それぞれ異なるＣＰの変成ガスが生成される。例えば第一のガス変成炉５では９３０℃でＣＰ＝１．０％、第二のガス変成炉７では９３０℃でＣＰ＝０．８%、第三のガス変成炉９では８５０℃でＣＰ＝０．８％の変成ガスが生成される。ガス変成炉５、７、９は、それぞれ変成ガス供給路１１、１２、１３の途中で変成ガスの流量を計量する流量計６、８、１０を介し、浸炭炉３の所定の熱処理室及び油槽室４にそれぞれ接続されている。これにより、ガス変成炉５、７、９で生成された変成ガスが、浸炭炉３及び油槽室４に供給される。その際、流量計６、８、１０によって変成ガスの流量が計測され、各熱処理室に供給される変成ガスの流量が調整される。
【００１８】
浸炭処理装置２の浸炭炉３、油槽室４には、排ガス通路１４、１５がそれぞれ接続されている。排ガスは、浸炭処理装置２から排出された後、外部に排気される。
【００１９】
次に、浸炭処理装置２の構成の一例を、図２に基づいて説明する。
【００２０】
浸炭炉３の炉体は、例えば金属製の筐体層の内面に沿って断熱層を積層し、さらに断熱層の内面に沿って耐火層を備えた３層構造等により形成される。浸炭炉３内には、搬入室としての脱脂室２０、被処理体６０の予熱処理（昇温）を行う予熱室２１、浸炭処理を行う浸炭室２２、浸炭処理後の拡散処理を行う拡散室２３、拡散処理後の焼入処理を行う焼入室２４からなる各熱処理室が、入口側から出口側に向かう搬送方向Ｄに沿って順に設けられている。浸炭炉３の後方には、油槽室４が設けられている。鋼材品である被処理体６０は、これらの各熱処理室を搬送方向Ｄに沿って搬送され、各工程の処理が施される。
【００２１】
浸炭炉３の入口側には、被処理体６０を浸炭炉３内の脱脂室２０に搬入するための開口としての搬入口３０、及び搬入口３０を開閉する入口扉５０が設けられている。
【００２２】
脱脂室２０と予熱室２１の間、予熱室２１と浸炭室２２の間、浸炭室２２と拡散室２３の間、拡散室２３と焼入室２４の間には、それぞれ仕切壁３６、３７、３８、３９が設けられている。即ち、浸炭炉３の内部は４つの仕切壁３６、３７、３８、３９によって５つの熱処理室に仕切られている。各仕切壁３６、３７、３８、３９には、被処理体６０を搬送方向であるＤ方向に通過させる通過口３１、３２、３３、３４がそれぞれ開口されている。各通過口３１、３２、３３、３４は、開閉扉５１、５２、５３、５４によってそれぞれ開閉される。仕切壁３６、３７、３８、３９は、耐熱性、耐火性及び断熱性が高い材質で形成することが好ましく、例えばセラミックファイバー等が用いられる。
【００２３】
仕切壁３６、３７、３８、３９は垂直方向に設けられ、それぞれ略方形の通過口３１、３２、３３、３４を有する。通過口３１、３２、３３、３４の上方には、それぞれ開閉扉５１、５２、５３、５４を収納する開閉扉収納部６２が設けられている。
【００２４】
開閉扉５１は、例えば図３に示すように、扉本体５１１と、扉本体５１１の縁部を覆う縁体５１２とを備えている。扉本体５１１と縁体５１２の外側には、耳部５１３が設けられている。開閉扉５１は、開閉扉５１を上下方向に沿って昇降移動させる開閉扉昇降器７１によって支持されている。扉本体５１１は、例えば略方形の平板状に形成されており、略垂直に備えられている。縁体５１２は、扉本体５１１の周縁部全体を囲む略方形の枠状に形成されている。扉本体５１１の材質としては、断熱性及び耐熱性が高く且つ軽量なものを使用することが望ましく、例えばセラミックファイバー等が用いられる。一方、縁体５１２の材質としては、断熱性及び耐熱性が高いもの、さらに扉本体５１１よりも高い強度、硬度、剛性を有するものを使用することが望ましく、例えば鋼材等が用いられる。耳部５１３は、縁体５１２の外面に取り付けられ、縁体５１２の外面から外側に向かって広がるように、薄い板状に形成されている。この耳部５１３を、仕切壁３６の被接触面３６１に接触させることにより、通過口３１が閉じられる。耳部５１３の材質としては、耐熱性が高いもの、さらに扉本体５１１及び仕切壁３６よりも高い強度、硬度、剛性等の機械的性質を有するもの、即ち、扉本体５１１や、仕切壁３６の少なくとも被接触面３６１よりも変形性が少ないものを使用することが望ましく、例えば鋼材等が用いられる。なお、被接触面３６１に、開閉扉５１の縁部、例えば図３の例における耳部５１３の端辺を保持する保持溝を設けてもよい。また、隣室の雰囲気の影響を実質的に受けずに各室の変成ガスのＣＰを制御するために、扉の高さは被処理体６０と同等以上が好ましい。
【００２５】
予熱室２１と浸炭室２２との間に設けられた仕切壁３７、通過口３２、開閉扉５２、浸炭室２２と拡散室２３の間に設けられた仕切壁３８、通過口３３、開閉扉５３、及び、拡散室２３と焼入室２４の間に設けられた仕切壁３９、通過口３４、開閉扉５４は、上述した脱脂室２０と予熱室２１の間に設けられた仕切壁３６、通過口３１、開閉扉５１と同様の構成になっている。
【００２６】
脱脂室２０、予熱室２１、浸炭室２２、拡散室２３、焼入室２４において被処理体６０を処理するときは、通過口３１、３２、３３、３４はそれぞれ開閉扉５１、５２、５３、５４によって閉じられる。
【００２７】
浸炭炉３の出口側には、被処理体６０を浸炭炉３から搬出して油槽室４に搬入するための開口としての搬出口３５が形成され、搬出口３５を開閉する扉５５が設けられている。
【００２８】
浸炭炉３内の下部には、被処理体６０を搬入口３０から搬出口３５側に向かってＤ方向に搬送するローラコンベア６１が設けられている。被処理体６０は、ローラコンベア６１によって搬送され、脱脂室２０、予熱室２１、浸炭室２２、拡散室２３、焼入室２４に順に搬入、搬出される。なお、予熱室２１、浸炭室２２、拡散室２３、焼入室２４には、複数の被処理体６０をローラコンベア６１の搬送方向に並べて搬入することができる。
【００２９】
予熱室２１、浸炭室２２、拡散室２３、焼入室２４には、変成ガス供給路９１、９２、９３、９４がそれぞれ接続されている。浸炭室２２に接続されている変成ガス供給路９２は、変成ガス供給路１１に接続されたものであり、浸炭室２２には、ガス変成炉５で生成された変成ガス（例えば９３０℃でＣＰ＝１．０％）が供給される。予熱室２１、拡散室２３に接続されている変成ガス供給路９１、９３は、変成ガス供給路１２から分岐したものであり、予熱室２１、拡散室２３には、ガス変成炉７で生成された変成ガス（例えば９３０℃でＣＰ＝０．８％）が供給される。焼入室２４に接続されている変成ガス供給路９４は、変成ガス供給路１３から分岐したものであり、焼入室２４には、ガス変成炉９で生成された変成ガス（例えば８５０℃でＣＰ＝０．８％）が供給される。各熱処理室へ供給される変成ガスのＣＰは、上記の例に限定されることはなく、それぞれの工程が効率よく行われる条件が設定される。また、必要に応じて浸炭炉２内を安全にパージするために、不活性ガス例えばＮ２ガスを各熱処理室内に供給する窒素ガス経路がそれぞれ接続される（図示省略）。
【００３０】
脱脂室２０、予熱室２１、浸炭室２２、拡散室２３、焼入室２４の上部には、各熱処理室内の雰囲気を攪拌するファン６３がそれぞれ備えられており、さらに、各熱処理室内の雰囲気を加熱するヒータ（図示省略）がそれぞれ設けられている。また、脱脂室２０、予熱室２１、浸炭室２２、拡散室２３、焼入室２４の天井部には、それぞれ室内の排気を行うエキセス６４が設けられている。被処理体６０の熱処理中、浸炭炉３内の雰囲気の一部は各エキセス６４から排ガス通路１４（図１）へ排気される。
【００３１】
油槽室４の下部には、油槽４１が備えられている。油槽室４には、被処理体６０を油槽室４内で搬送方向Ｄに搬送するとともに、油槽４１との間で上下方向に昇降移動させる搬送昇降機４２が備えられている。油槽室４の出口側には、被処理体６０を油槽室４から浸炭処理装置２の外部に搬出させる油槽室搬出口４０と、油槽室搬出口４０を開閉する出口扉５６が設けられている。
【００３２】
油槽室４には、変成ガス供給路１３から分岐した変成ガス供給路９５が設けられ、変成ガスが供給される。また、排ガス通路１４に接続するエキセス６５が設けられ、油槽室４内の排気が行われる。
【００３３】
本実施の形態における熱処理装置１は以上のように構成されており、次にこの熱処理装置１で行われる被処理体６０の浸炭処理について説明する。
【００３４】
図１に示す３基のガス変成炉５、７、９において、それぞれ異なるＣＰを有する変成ガスが生成される。ＣＰは、予め浸炭処理の各工程において最適な状態に設定され、例えば９３０℃でＣＰ＝１．０％、９３０℃でＣＰ＝０．８％、８５０℃でＣＰ＝０．８％となる３種類が生成される。こうして生成された変成ガスは、変成ガス供給路１１、１２、１３を介して浸炭処理装置２に供給される。その際、流量計６、８、１０によって変成ガスの流量が計測され、浸炭処理装置２内の各室に供給される変成ガスの流量が調整される。
【００３５】
被処理体６０が搬入される前の複数の処理室を持つ図２の浸炭処理装置２において、予熱室２１、浸炭室２２、拡散室２３、焼入室２４、油槽室４内の雰囲気が、変成ガスの供給により調節される。即ち、例えば図４に示すように、予熱室２１、浸炭室２２、及び拡散室２３の温度は約９３０℃、焼入室２４の温度は約８５０℃に調節され、予熱室２１のＣＰは約０．８％、浸炭室２２のＣＰは約１．０％、拡散室２３のＣＰは約０．８％、焼入室２４のＣＰは約０．８％に調節される。なお、ＣＰ（カーボンポテンシャル）とは、熱処理雰囲気の浸炭能力を示す値であり、熱処理雰囲気中のＣＯ，Ｏ２の分圧（ＰＣＯ／ＰＯ２１／２）で表される。予熱室２１、浸炭室２２、拡散室２３、焼入室２４、油槽室４の雰囲気の調節は、図示しないヒータの発熱量、変成ガスの供給流量、排気量等がそれぞれ調整されることにより行われる。
【００３６】
浸炭炉３の搬入口３０、通過口３１、３２、３３、３４、搬出口３５、油槽室４の油槽室搬出口４０は、入口扉５０、開閉扉５１、５２、５３、５４、扉５５、出口扉５６によってそれぞれ閉じられている。各開閉扉５１、５２、５３、５４が閉じられることにより、通過口３１、３２、３３、３４の隙間からガスが通過することを防止する。ただし、通過口３１、３２、３３、３４の上部の開閉扉収納部６２などを通じて各室は互いに連通しているが、隣り合う処理室の雰囲気の影響を受けずに変成ガスのＣＰが制御できる程度に、各室は隔離されている。
【００３７】
このように、浸炭炉３内の通過口３１、３２、３３、３４が、開閉扉５１、５２、５３、５４によって十分に閉じられている状態では、隣り合う熱処理室の雰囲気の影響を少なくすることができ、各熱処理室の雰囲気を個別に制御し易い。したがって、例えば浸炭室２２と拡散室２３に異なるＣＰの変成ガスを流しても、混ざり合うことなく各室の雰囲気を制御できる。
【００３８】
浸炭炉２内の雰囲気が所定の処理条件に調節された状態において、浸炭炉３の搬入口３０が開かれ、被処理体６０が搬入口３０を通じて脱脂室２０に搬入される。被処理体６０が搬入されると、搬入口３０の入口扉５０が閉じられ、脱脂処理が施される。
【００３９】
脱脂処理が完了すると、開閉扉５１が上昇し、通過口３１が開く。被処理体６０は、ローラコンベア６１によって脱脂室２０から通過口３１を通過して予熱室２１に搬送される。被処理体６０が予熱室２１内に入ると、開閉扉５１が下降し、通過口３１が閉じられる。予熱室２１から浸炭室２２に被処理体６０を移動させる際、浸炭室２２から拡散室２３に被処理体６０を移動させる際、拡散室２３から焼入室２４に被処理体６０を移動させる際も、同様に、開閉扉５２、５３、５４がそれぞれ昇降し、通過口３２、３３、３４が開閉される。
【００４０】
予熱室２１において、被処理体６０は、例えばＣＰ＝０．８％の変成ガス雰囲気中で約９３０℃程度まで昇温される。予熱後、通過口３２を開き、被処理体６０を予熱室２１から浸炭室２２に移動させ、通過口３２を閉じる。浸炭室２２において、被処理体６０は、例えば約９３０℃、ＣＰ＝１．０％の変成ガス雰囲気中で、所定時間の浸炭処理が行われる。浸炭処理後、通過口３３を開いて、被処理体６０を浸炭室２２から拡散室２３に移動させ、通過口３３を閉じる。拡散室２３においては、被処理体６０は、例えば約９３０℃、ＣＰ＝０．８％の変成ガス雰囲気中で、所定時間の拡散処理が行われる。拡散後、通過口３４を開いて、被処理体６０を拡散室２３から焼入室２４に移動させ、通過口３４を閉じる。焼入室２４においては、被処理体６０は、例えばＣＰ＝０．８％の変成ガス雰囲気中で約８５０℃程度に降温され、所定時間、焼入温度に保持されて被処理体６０の均熱が行われる。その後、浸炭炉３の搬出口３５を開いて、被処理体６０を油槽室４に搬入し、搬出口３５を閉じる。
【００４１】
油槽室４に被処理体６０が搬入されると、搬出口３５が搬出口扉５５によって閉じられ、被処理体６０は、搬送昇降機４２の作動によって下降し、油槽４１に浸漬される。これにより、被処理体６０の油焼入れが行われる。その後、被処理体６０が油槽４１から引き上げられ、油槽室搬出口４０が開かれると、被処理体６０は油槽室４から搬出される。以上により、熱処理装置１における一連の処理が終了する。
【００４２】
上述のように浸炭処理装置２において被処理体６０を浸炭処理中、浸炭炉３の各熱処理室及び油槽室４には、変成ガス供給炉９１、９２、９３、９４、９５を介して所定のＣＰの変成ガスが継続的に供給され、それぞれ所定の雰囲気に維持される。そして、浸炭炉３及び油槽室４から発生した排ガスは、排ガス経路１４、１５から排気される。
【００４３】
以上説明したように、かかる熱処理装置１によれば、各熱処理の工程を行う熱処理室ごとに、それぞれ適正なＣＰの変成ガスを独立して供給することにより、各熱処理が効率よく行われる。しかも、エンリッチガスや空気等を混合することなく、任意のＣＰの変成ガスを供給できるので、隣接する熱処理室同士であっても、ＣＰの差を大きくすることができる。このように、例えば浸炭雰囲気と拡散雰囲気のＣＰの差を大きくすることで、浸炭処理の効率と拡散処理の効率を共に向上させ、全体の処理時間の短縮を図ることができる。また、エンリッチガスや空気等を混合しないため、各熱処理室内の雰囲気がばらつくことがなく、雰囲気制御が容易である。
【００４４】
以上、本発明にかかる第一の実施形態として、浸炭炉３が連続炉により構成されている例について説明したが、浸炭処理装置２の構造は、上記の例に限ることはない。例えば、浸炭炉内の仕切壁３６、３７、３８、３９、開閉扉５１、５２、５３、５４等の形状は、上記の実施形態に限ることはなく、開閉扉５１、５２、５３、５４を閉じたときに、通過口３１、３２、３３、３４から隣室の雰囲気の影響を受けにくい構造であればよい。
【００４５】
また、上記の実施の形態において、浸炭処理装置２には油槽室４が設けられているが、油槽室４に代えて、浸炭処理装置２内に被処理体６０を冷却する冷却室を設けてもよい。
【００４６】
さらに、上記の実施の形態において、浸炭処理装置２に供給される変成ガスのＣＰは３種類であり３基のガス変成炉５、７、９で生成されていたが、これに限ることはない。
【００４７】
また、上記の実施形態では、熱処理装置１はガス浸炭を行う連続ガス浸炭設備とし、被処理体６０を鋼材とし、熱処理炉は予熱室２１、浸炭室２２、拡散室２３、焼入室２４を備えた連続式の浸炭炉３であるとしたが、これらはかかるものに限定されず、様々な熱処理を行う熱処理炉、雰囲気熱処理設備において適用できる。例えば、被処理体は、鉄系合金以外の他の合金からなるものであっても良く、熱処理炉は、浸炭窒化処理を行う連続炉などであっても良い。熱処理室は、例えば浸炭窒化室などであっても良い。
【００４８】
次に、本発明の異なる実施の形態として、被処理体をバッチ処理するバッチ炉における例を説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４９】
図５は、浸炭処理装置２がバッチ炉の場合の熱処理装置１の構成を示す。浸炭処理装置２は、被処理体６０に加熱、浸炭、拡散、均熱の各処理を行う浸炭炉３と、浸炭処理後の被処理体６０を油焼入れする油槽室４を備えている。浸炭炉３は一室のみであり、変成ガス供給路１１、１２を介して、変成ガスを生成するガス変成炉５、７が接続されている。ガス変成炉５、７では、例えば９３０℃でＣＰ＝１．０％（ＣＯ２＝０．１vol％）、８５０℃でＣＰ＝０．８％（ＣＯ２＝０．２vol％）の２種類の変成ガスが生成され、浸炭炉３内の工程に応じて、変成ガスの種類を切り替えて供給される。ガス変成炉５、７は、変成ガス供給路１１、１２の途中で変成ガスの流量を計量する流量計６、８を介し、浸炭炉３及び油槽室４に接続されている。ガス変成炉５、７で製造されたそれぞれのガスは、処理工程に対応してバルブにより切り換えて使用される。ガス変成炉５、７で生成された変成ガスは、流量が調整されて、浸炭炉３及び油槽室４に供給される。尚、ガス変成炉は、図１の例に示すように、変成ガスの種類ごとに３台設けてもよく、また、１台で複数のガスを処理工程に応じて製造してもよい。
【００５０】
このようなバッチ炉において、浸炭炉３の入口及び出口に設けられた入口扉５０、扉５５と、浸炭炉３の搬入口３０、搬出口３５の外周との間に、ガス浸炭炉では、通常、グラファイトパッキンシール等のシール材を用いてシールされる。この場合、外部からのエアの侵入を完全に防止できないため、変成炉で製造した所定のＣＰ、例えば９３０℃、ＣＰ＝１．０％の変成ガスを導入しても、通常の流量であればＣＰが０．５％程度まで下がる。このようなときには、流量を通常の２〜３倍に増加させれば、変成ガスのみの供給でＣＰを０．８％に保持できるので、浸炭等の処理が可能である。なお、通常の流量の変成ガスを浸炭炉内に供給して例えば炉内雰囲気を９３０℃でＣＰが０．８〜１．０％にするためには、変成ガスのＣＰは１．２〜１．５％程度とすることが必要であり、スーティングが発生しやすくなるため好ましくない。よって、高いＣＰを得るためには、変成ガスを多く供給しなければならない。
【００５１】
これに対しては、浸炭炉３の入口及び出口に設けられた入口扉５０、扉５５と、浸炭炉３の搬入口３０、搬出口３５の外周との間に、Ｏリング等の真空用のシール材を介して入口扉５０と搬入口３０の間の隙間、扉５５と搬出口３５の間の隙間からのエアの侵入などを防止することが好ましい。これにより、変成ガスを過剰に供給することなく、適量の変成ガスの供給のみで、浸炭炉３内を所定の高いＣＰの雰囲気に維持することができる。即ち、導入する変成ガスのＣＰに対して、浸炭炉３内でのＣＰの低下を防止することができる。
【００５２】
次に、図５に示すバッチ炉の場合の被処理体の浸炭処理について説明する。
【００５３】
図５に示す２基のガス変成炉５、７において、それぞれ異なるＣＰを有する変成ガスが生成される。例えば変成炉５において９３０℃でＣＰ＝１．０％、変成炉７において８５０℃でＣＰ＝０．８％となる２種が生成される。こうして生成された変成ガスは、変成ガス供給路１１、１２を介して浸炭処理装置２に供給される。その際、流量計６、８によって変成ガスの流量が計測され、浸炭処理装置２に供給される変成ガスの流量が調整される。
【００５４】
被処理体６０が搬入される前の浸炭処理装置２において、浸炭炉３の雰囲気が、変成炉５からの変成ガスの供給により、約９３０℃、ＣＰ＝約１．０％に調節される。浸炭炉３の雰囲気の調節は、図示しないヒータの発熱量、変成ガスの供給流量、排気量等がそれぞれ調整されることにより行われる。
【００５５】
浸炭炉３の搬入口３０、搬出口３５は、入口扉５０、出口扉５５によってそれぞれ閉じられている。本実施形態においては、これらの間はＯリングによってシールされ、浸炭炉３は、入口扉５０と搬入口３０の間の隙間、扉５５と搬出口３５の間の隙間からのエアなどの侵入を防止することができる。特に、入口扉５０と搬入口３０の間は、外気からのエアの侵入口となるので、Ｏリング等の真空用シール材でシールすることが好ましい。
【００５６】
浸炭炉３内の雰囲気が前記条件に調節された状態において、浸炭炉３の搬入口３０が開かれ、被処理体６０が搬入口３０を通じて浸炭炉３に搬入される。被処理体６０が搬入されると、搬入口３０の入口扉５０が閉じられ加熱処理が施される。
【００５７】
次に、被処理体６０が加熱されて、目標とする浸炭温度の９３０℃に昇温され、９３０℃で所定時間保持される。被処理体６０はこの間に所定の浸炭処理が施される。
【００５８】
浸炭処理が終了した時点で、変成炉５からの変成ガスの供給をバルブ操作によって停止し、次いで変成炉７の変成ガスが浸炭炉３に供給されるように、バルブ操作を行う。これにより、８５０℃でＣＰが０．８％に設定された変成ガスが浸炭炉３に供給される。このガスが供給された状態で、ヒータの発熱量、変成ガスの供給流量、排気量等をそれぞれ調整することで、浸炭炉３内を９３０℃で所定時間保持する。この操作により、被処理体６０は、所定時間、拡散処理が施される。なお、このときのＣＰは、昇温の影響で０．８％より低くなる。また、拡散処理時に、９３０℃でＣＰが０．８％の変成ガスを変成炉５または７で生成し、浸炭炉３に供給して拡散処理してもよい。
【００５９】
拡散処理工程終了後、温度が８５０℃まで降温され、所定時間、焼入温度に保持されて被処理体６０の均熱が行われる。このときも、変成炉７からガスの供給が行われている。その後、浸炭炉３の搬出口３５を開いて、被処理体６０を油槽室４に搬入し、搬出口３５を閉じる。油槽室４に入ってからの被処理体６０への処理は、前述の図２に示す複数の処理室を持つ浸炭処理装置２の場合と同様である。
【００６０】
なお、特にバッチ炉の場合は、上記のように複数の変成ガスの生成を複数の変成炉で生成しなくても良く、１台の変成炉で工程に合わせて温度及びＣＰを変更したガスを生成しても良い。
【００６１】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、例えば鋼材等の被処理体の浸炭処理、浸炭窒化処理等を行う熱処理炉に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明にかかる熱処理装置の構成を示す概略図。
【図２】浸炭処理装置の概略縦断面図。
【図３】開閉扉の例を示す正面図。
【図４】各工程の雰囲気制御の例を示すグラフ。
【図５】本発明にかかる異なる熱処理装置の例を示す構成の概略図。
【符号の説明】
【００６４】
１    熱処理装置
２    浸炭処理装置
３    浸炭炉
４    油槽室
５、７、９  ガス変成炉
６、８、１０  流量計
１１、１２、１３  変成ガス供給路
１４、１５  排ガス経路
２０  脱脂室
２１  予熱室
２２  浸炭室
２３  拡散室
２４  焼入室
３０  搬入口
３１、３２、３３、３４  通過口
３５  搬出口
３６、３７、３８、３９  仕切壁
４０  油槽室搬出口
４１  油槽
５０  入口扉
５１、５２、５３、５４  開閉扉
５５  扉
５６  出口扉
６０  被処理体
６１  ローラコンベア
９１、９２、９３、９４、９５  変成ガス供給路
【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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