JP2001012861A - 真空炉およびその操業方法 - Google Patents

真空炉およびその操業方法

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JP2001012861A
JP2001012861A JP11187860A JP18786099A JP2001012861A JP 2001012861 A JP2001012861 A JP 2001012861A JP 11187860 A JP11187860 A JP 11187860A JP 18786099 A JP18786099 A JP 18786099A JP 2001012861 A JP2001012861 A JP 2001012861A
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heating chamber
vacuum
furnace
vacuum furnace
gas
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JP11187860A
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Masatomo Nakamura
雅知 中村
Kenjiro Sato
健二郎 佐藤
Koichi Akutsu
幸一 阿久津
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水冷構造を採ることなく省エネルギー化に貢
献できるとともに、優れた真空特性を発揮し得る真空炉
およびその操業方法を提供する。 【解決手段】 アルミナ系セラミックファイバーからな
る断熱壁1によって加熱室2を形成し、該加熱室内にヒ
ータ3を設け、該加熱室の周囲を耐圧性炉殻5によって
包囲し、該炉殻には真空ポンプ19に連なる排気口18
とシーズニング用ガスの導入口20を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は省エネルギー化のた
めに断熱特性を向上させた真空炉およびその操業方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に真空炉は、炉内環境を高純度に保
つこと、到達圧力とその到達に要する時間を短縮するこ
とが性能(以下、真空特性という。)として重視されて
いる。このため真空炉の加熱室は従来では金属製の反射
板や30〜50mm厚のカーボン材で処理品を囲むよう
に作ったものであった。即ち、これらの材料は耐熱性が
あるだけでなく表面が緻密で吸湿性がないので、真空中
で高温度にさらされても水分や空気または処理品から飛
散したガス等が再飛散し炉内環境を汚染するおそれがな
いからである。しかし従来の加熱室の構造では断熱特性
が悪く運転中に炉殻が300℃以上になるため水冷炉殻
構造とする必要があり、外部への放熱量が多くエネルギ
ー損失が大きい欠点がある。また加熱室の断熱特性を良
くしようとしてカーボンやアルミナファイバー等で厚い
断熱壁を形成したとすると、逆に真空特性が悪化すると
いう問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は加熱
室の断熱特性を向上させ省エネルギー化を達成するとと
もに、優れた真空特性を発揮し得る真空炉およびその操
業方法を提供し、上記課題を解決しようとするものであ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】そのために本発明に係る
真空炉は、アルミナ系セラミックファイバーからなる断
熱壁によって加熱室を形成し、該加熱室内にヒータを設
け、該加熱室の周囲を耐圧性炉殻によって包囲し、該炉
殻には真空ポンプに連なる排気口とシーズニング用ガス
の導入口を設けたことを特徴とする。また本発明の真空
炉の操業方法は、アルミナ系セラミックファイバーから
なる断熱壁によって加熱室を形成し、該加熱室内にヒー
タを設け、該加熱室の周囲を耐圧性炉殻によって包囲
し、該炉殻には真空ポンプに連なる排気口とシーズニン
グ用ガスの導入口を設けた真空炉において、処理品を真
空加熱するに先立ち、炉殻内にシーズニング用の雰囲気
ガスを導入し、ヒータを発熱させることで該雰囲気ガス
を高温度として炉殻内で対流させることにより断熱壁中
の水分,空気等を該雰囲気ガスとともに排出させるよう
にしたことを特徴とする。
【0005】また本発明は上記真空炉において、断熱壁
に雰囲気ガスの対流を促進するための開口を設けたこと
を特徴とする。また本発明は上記真空炉において、加熱
室の上部および下部に雰囲気ガスの対流を促進する開口
を設けたことを特徴とする。また本発明は上記真空炉に
おいて、開口に開閉蓋を設けたことを特徴とする。また
本発明は上記真空炉の稼動方法において、加熱室内のヒ
ータに電力を供給するために断熱壁に設けられ給電端子
貫通用の開口の隙間から雰囲気ガスを対流させるように
したことを特徴とする。また本発明は上記真空炉の稼動
方法において、真空排気のために断熱壁に開設されてい
る開口を通して雰囲気ガスを対流させるようにしたこと
を特徴とする。また本発明は上記真空炉において、雰囲
気ガスを強制対流させるためのファンを設けたことを特
徴とする。また本発明は上記真空炉において、処理品を
加熱室内に搬入,搬出するための非水冷型の搬送ロール
を設けたことを特徴とする。また本発明は上記真空炉に
おいて、炉殻を非水冷型のものとしたことを特徴とす
る。また本発明は上記真空炉において、加熱室を金属板
やカーボン材等によって内張りしたことを特徴とする。
また本発明は上記真空炉が連続炉の一室として形成され
ていることを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】次に図面に従い本発明の実施形態
を説明する。図1は本発明に係る真空炉の横断面図であ
る。この真空炉では断熱性に優れたアルミナ系セラミッ
クファイバーからなる厚さ250mm程度の断熱壁1に
よって加熱室2を形成している。3は該加熱室の内面に
固設された電熱式のヒータ、4は該加熱室内に搬入され
た処理品である。また、加熱室2の周囲は非水冷型の耐
圧性炉殻5によって包囲される。
【0007】6は処理品4を支持している非水冷型の搬
送ロールで、該搬送ロールの両端部は該断熱壁1を貫通
し、炉殻5内に設けられた軸受7によってその支軸が回
転自在に支持されている。8はその支軸の炉殻外突出端
部に設けられた駆動用スプロケットである。
【0008】また、10はヒータ3に電力を供給するた
めの給電端子、11は該給電端子を貫通させるため加熱
室2の上部に開設された開口で、該給電端子10の先端
12は絶縁部13を介してさらに炉殻外に突出してい
る。なお、給電端子10の外形は開口11の内径より十
分に小さく、そのために雰囲気ガスが対流するに十分な
隙間14が形成される。
【0009】また、15は加熱室2の下部に開設された
開口、16は該開口を炉外に設けられたシリンダ17の
作動により開閉動させる開閉蓋である。また、18は炉
殻5に開設され真空ポンプ19に連通する排気口、20
は炉殻5に開設され雰囲気ガス(窒素ガス)タンク21
に連通するシーズニング用ガスの導入口である。また、
22は炉内の雰囲気ガスを強制対流させるために炉殻5
内上部に設けられたファンである。
【0010】このように構成した真空炉では、処理品を
真空加熱するに先立ち、雰囲気ガスタンク21より導入
口20を通して炉殻5内にシーズニング用の雰囲気ガス
を導入するとともに排気口18より該炉殻内の空気を排
出する。そして、ヒータ3を通電発熱させ加熱室内を高
温度にすることで、該炉殻内の雰囲気ガスを対流させ
る。この対流により断熱壁1中に含まれている水分や空
気等が該雰囲気ガスにより払拭され、該雰囲気ガスとと
もに排気口18より排出されるようにする。
【0011】なお、炉殻5内の雰囲気ガスは、セラミッ
クファイバー製の断熱壁1自体が通気性があるのでその
隙間を通って対流するが、前記隙間14,開口15を設
けることにより一層対流効果が向上する。また、ファン
22を作動させることによってその対流が促進されるの
で、炉内の水分や空気その他の揮発性酸化物をこのシー
ズニングを実行することによって一掃することができ
る。
【0012】このため、続いて行われる真空熱処理にお
いて炉内不純物の残留を最少限に抑えることができるの
で、炉内環境が高純度に保たれ処理品4の品質が保証さ
れる。なお、この熱処理中は開閉蓋16を閉じておくこ
とで開口15からの無用な熱放出が抑えられる。
【0013】またアルミナ系セラミックファイバーから
なる断熱壁1は従来の真空炉の使用されていた金属板や
カーボンよりも断熱性が優れているので、加熱室外に放
出される熱量は大幅に少なくでき、処理品4の熱処理温
度が1000℃を超す場合にも炉殻5の表面温度を10
0℃前後に抑えることができ、熱放出を大幅に減少させ
ることができるとともに必ずしも水冷の必要がなくな
る。また、搬送ロール6についてもその軸受7が過熱す
ることなく水冷型である必要はなくなる。このため炉構
造が簡単になるとともに省エネルギー化ができる。
【0014】なお、加熱室2の内面をモリブデン等の金
属板やカーボン材等をもって内張りすることで、アルミ
ナ系セラミックファイバー中に含まれている例えばシリ
カ(SiO2)が処理品から発生したアルカリ成分等と
化学反応するのを防止するともに、セラミックファイバ
ーを強度的に補強することができる。
【0015】表1はこのように本発明に特有のシーズニ
ングを行うことによる真空特性の異同を知るために行っ
た実験結果を示す。はシーズニング行わない場合、
は雰囲気ガスを導入することなく炉内を真空にして11
00℃で3時間ベーキングした場合、は前記隙間1
4,開口15が閉鎖され、ファン22は停止状態で雰囲
気ガスを導入し1100℃に1時間加熱した後、同温度
にて2時間真空にした場合、はこのの条件で開口1
5を開けた場合、はこのの条件で隙間14を開けた
場合、はこのの条件でさらにファン22を作動させ
た場合、は加熱室2の上部に開口15と対向する新た
な開口(図示せず)を設けた場合である。各実験はこの
ようなシーズニングを行った後、真空特性、即ち、排気
速度(炉内を大気圧から0.02Paまで減圧するに要
した時間で示す)、およびアウトガス量を示したもので
ある。これによって本発明では真空特性が改善できるこ
とが解る。
【0016】
【表1】
【0017】なお、本発明によれば、炉殻の温度を10
0℃前後まで下げることができるので水冷構造にする必
要はなくなるが、工場内の作業環境を一層改善するため
に炉殻や搬送ロールを水冷構造にすることは言うまでも
なく自由にできる。
【0018】また、本発明はバッチ式の真空炉に限ら
ず、図2に示したような連続式の真空炉にも適用するこ
とができる。同図は、装入パージ室30と脱バインダー
室31と焼結室32と焼結室33と冷却抽出パージ室3
4とが夫々気密性の仕切扉35〜38を介して直線上に
設けられ、装入扉39を開けて装入された粉末焼結処理
品に付着したバインダー樹脂を脱バインダー室31にて
除去し、この処理品を焼結室32,33にて真空中で高
温加熱することにより粉末を焼結させ、冷却抽出パージ
室34に抽出するものである。装入パージ室30と冷却
抽出パージ室34は、装入出時に空気にさらされるが、
他の室は空気にさらされないため、本発明の適用がし易
くなる。なお、図中、図1と同一符号は同一または相当
部分を示す。このように本発明の真空炉は連続炉に適用
した場合も大幅な省エネルギー化が達成される。
【0019】
【発明の効果】このように本発明に係る真空炉およびそ
の操業方法は、アルミナ系セラミックファイバーからな
る断熱壁によって加熱室を形成し、該加熱室内にヒータ
を設け、該加熱室の周囲を耐圧性炉殻によって包囲し、
該炉殻には真空ポンプに連なる排気口とシーズニング用
ガスの導入口を設け、処理品を真空加熱するに先立ち、
炉殻内にシーズニング用の雰囲気ガスを導入し、ヒータ
を発熱させることで該雰囲気ガスを高温度として炉殻内
で対流させることにより断熱壁中の水分,空気等を該雰
囲気ガスとともに排出させるものであるので、断熱性の
高い加熱室を形成することができ外部への放熱が抑えら
れ、大幅な省エネルギー化が達成されランニングコスト
を軽減させると同時に、真空特性も改善される有益な効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る真空炉の実施形態を示す横断面
図。
【図2】本発明に係る真空炉の実施形態を示す縦断面
図。
【符号の説明】
1 断熱壁 2 加熱室 3 ヒータ 4 処理品 5 炉殻 6 搬送ロール 10 給電端子 11 開口 14 隙間 15 開口 16 開閉蓋 18 排気口 19 真空ポンプ 20 導入口 21 雰囲気ガスタンク 22 ファン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K018 DA05 DA24 DA30 DA32 DA33 DA42 4K050 AA01 AA04 CA07 CA13 CB07 CC02 CC07 CC08 CD08 CD11 CD30 CG04

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナ系セラミックファイバーからな
    る断熱壁によって加熱室を形成し、該加熱室内にヒータ
    を設け、該加熱室の周囲を耐圧性炉殻によって包囲し、
    該炉殻には真空ポンプに連なる排気口とシーズニング用
    ガスの導入口を設けたことを特徴とする真空炉。
  2. 【請求項2】 アルミナ系セラミックファイバーからな
    る断熱壁によって加熱室を形成し、該加熱室内にヒータ
    を設け、該加熱室の周囲を耐圧性炉殻によって包囲し、
    該炉殻には真空ポンプに連なる排気口とシーズニング用
    ガスの導入口を設けた真空炉において、処理品を真空加
    熱するに先立ち、炉殻内にシーズニング用の雰囲気ガス
    を導入し、ヒータを発熱させることで該雰囲気ガスを高
    温度として炉殻内で対流させることにより断熱壁中の水
    分,空気等を該雰囲気ガスとともに排出させるようにし
    たことを特徴とする真空炉の操業方法。
  3. 【請求項3】 断熱壁に雰囲気ガスの対流を促進するた
    めの開口を設けた請求項1に記載の真空炉。
  4. 【請求項4】 加熱室の上部および下部に雰囲気ガスの
    対流を促進する開口を設けた請求項3に記載の真空炉。
  5. 【請求項5】 開口に開閉蓋を設けた請求項3または4
    に記載の真空炉。
  6. 【請求項6】 加熱室内のヒータに電力を供給するため
    に断熱壁に設けられ給電端子貫通用の開口の隙間から雰
    囲気ガスを対流させるようにした請求項2に記載の真空
    炉の操業方法。
  7. 【請求項7】 真空排気のために断熱壁に開設されてい
    る開口を通して雰囲気ガスを対流させるようにした請求
    項1に記載の真空炉の操業方法。
  8. 【請求項8】 雰囲気ガスを強制対流させるためのファ
    ンを設けた請求項1または3,4,5のいずれかに記載
    の真空炉。
  9. 【請求項9】 処理品を加熱室内に搬入,搬出するため
    の非水冷型の搬送ロールを設けた請求項1または3,
    4,5,8のいずれかに記載の真空炉。
  10. 【請求項10】 炉殻を非水冷型のものとした請求項1
    または3,4,5,8,9のいずれかに記載の真空炉。
  11. 【請求項11】 加熱室を金属板やカーボン材等によっ
    て内張りした請求項1または3,4,5,8,9,10
    のいずれかに記載の真空炉。
  12. 【請求項12】 連続炉の一室として請求項1または
    3,4,5,8,9,10,11のいずれかに記載の真
    空炉が形成されている真空炉。
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