JP2002277167A - ローラハース式熱処理炉 - Google Patents

ローラハース式熱処理炉

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JP2002277167A
JP2002277167A JP2001083223A JP2001083223A JP2002277167A JP 2002277167 A JP2002277167 A JP 2002277167A JP 2001083223 A JP2001083223 A JP 2001083223A JP 2001083223 A JP2001083223 A JP 2001083223A JP 2002277167 A JP2002277167 A JP 2002277167A
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furnace
hearth
heated
heat treatment
temperature
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Masatomo Nakamura
雅知 中村
Kenjiro Sato
健二郎 佐藤
Hirokazu Matsubara
寛和 松原
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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】 被熱物の良好な温度分布が得られるローラハ
ース式熱処理炉を提供する。 【解決手段】 無酸化性雰囲気または真空雰囲気内で被
熱物の加熱処理をおこなうローラハース式熱処理炉にお
いて、炉内の少なくとも上部および下部にヒータ7を設
け、炉内に水平搬送手段としてハースロール11,1
2,21,22を上下複数段に設け、前記ハースロール
により搬送される被熱物支持体として、1段積み又は2
段積みのトレイ30を具備した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、無酸化性雰囲気
または真空雰囲気内で被熱物を加熱処理するローラハー
ス式熱処理炉に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に金属材から成る被熱物に浸炭や焼
結などの加熱処理を施す連続炉としては、ローラハース
式の熱処理炉が使用されている。ところが従来この炉に
おいては、被熱物を載置したトレイを多数段(6〜20
段)段積みした状態で炉内搬送しつつ、加熱処理をおこ
なっているので、被熱物の温度分布は、温度巾(昇温し
た被熱物群中の最高温度と最低温度の差)が8〜15℃
程度と大きく、良好な温度分布とはいえなかった。
【0003】このため浸炭の場合の浸炭深さや、焼結の
場合の強度などの、被熱物の加熱処理後の特性のばらつ
きが大きく、これらの特性に関して要求される製品仕様
が厳しい場合には、不良品が多く発生するという問題点
を有するものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記従来の
問題点を解決しようとするもので、被熱物の良好な温度
分布が得られるローラハース式熱処理炉を提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に発明者らは、多段積みしたトレイ上の被熱物の実験炉
内における昇温状況を詳細に観察・調査した結果、最上
段および最下段(のトレイ上)の被熱物は炉内上部およ
び下部のヒータによる入熱が迅速にかつ均一におこなわ
れるのに対して、中間段の被熱物は上記ヒータによる入
熱量が少なく、炉側壁部にヒータを設けても中間段のト
レイの中央部寄りの位置にある被熱物への入熱量が少な
いため、多段積みでは良好な温度分布が得られないこ
と、およびこの入熱状況から被熱物の段積み数を減らす
ことにより被熱物の温度分布は向上するが、特に図4に
示す実験例データによっても裏付けられるように、段積
み数を1段または2段とすることにより、従来にない良
好な温度分布が得られることを知見し、この知見に基づ
いてこの発明を完成するに至った。
【0006】なお図4に示す実験例データは、巾450
mm×長さ700mmの1枚のトレイ(カーボン製)上に軟
鋼製のテストピース70個を載置したものを段積みし
て、ローラハース式実験炉内でアルゴン雰囲気中におい
て炉温を1300℃に昇温したときの、被熱物の温度巾
を示すものである。
【0007】すなわち、請求項1記載のローラハース式
熱処理炉は、無酸化性雰囲気または真空雰囲気内で被熱
物の加熱処理をおこなうローラハース式熱処理炉におい
て、炉内の少なくとも上部および下部にヒータを設け、
炉内に水平搬送手段としてハースロールを上下複数段に
設け、前記ハースロールにより搬送される被熱物支持体
として、1段積み又は2段積みのトレイを具備したこと
を特徴とする。
【0008】請求項1の手段によれば、被熱物は1段積
みまたは2段積みのトレイ上に支持されてハースロール
により炉内搬送されるので、被熱物は温度巾の少ない良
好な温度分布で加熱される。またハースロールを上下複
数段に設けたので、炉の設置面積や炉体表面積をさほど
増大させることなく、高い生産性(熱処理能力)が得ら
れる。
【0009】また請求項2記載のローラハース式熱処理
炉は、無酸化性雰囲気または真空雰囲気内で被熱物の加
熱処理をおこなうローラハース式熱処理炉において、炉
内の少なくとも上部および下部にヒータを設け、炉内に
水平搬送手段としてハースロールを1段設け、前記ハー
スロールにより搬送される被熱物支持体として、2段積
みのトレイを具備したことを特徴とする。
【0010】請求項2の手段によれば、被熱物は2段積
みのトレイ上に支持されてハースロールにより炉内搬送
されるので、被熱物は温度巾の少ない良好な温度分布で
加熱される。またハースロールは1段設けるだけなの
で、このハースロール上の2段積みのトレイは炉内の上
部および下部のヒータにより上下両側から放射加熱され
るので、一層良好な温度分布が得られ、特に真空雰囲気
炉においても被熱物の良好な温度分布が得られる。
【0011】この発明においては、炉内に水平搬送手段
としてハースロールを上下複数段に設けた場合、各ハー
スロール列間にヒータを設けなくてもよいが、請求項3
記載の発明のように上下に隣合うハースロール列の上下
中間部に、中間ヒータを設けた構成とすれば、各段のハ
ースロールによって搬送されるトレイを上下両側からヒ
ータ加熱することができるので、各トレイ上の被熱物へ
の入熱量が均一化され、被熱物の温度分布は一層良好な
ものとなり、放射伝熱が主体の真空雰囲気炉において
も、良好な温度分布が得られる。
【0012】またこの発明において、炉内に水平搬送手
段として設けるハースロールは、ステンレス材や耐熱鋳
鋼などから成る金属製のハースロールを用いることもで
きるが、請求項4記載の発明のように、炉内に炉温11
00℃以上の高温処理ゾーンを有し、少なくともこの高
温処理ゾーンにおける前記ハースロールを、カーボンロ
ールで構成したものとすれば、カーボンは耐熱度が高く
2000℃程度までは強度低下が少なく、かつ炉内は無
酸化性雰囲気または真空雰囲気に維持されているので、
金属製ロールの使用が困難な1100℃以上の炉温にお
いてもハースロールが折損したり早期に消耗したりする
ことがなく、1100℃以上の加熱が必要なたとえばス
テンレス材の焼結を、支障なくおこなうことができる。
【0013】なおこの発明においてカーボンロールと
は、焼成温度が1500℃程度の通常の炭素材を主体と
するロールの他、黒鉛ロールや炭素繊維複合炭素材であ
るC/Cコンポジット(以下C/C材という)製のロー
ル、およびこれら各ロールにAlやSiC等によ
る表面処理や含浸を施したものも含むものとし、特にC
/C材製のロールは高温強度に優れているので好まし
い。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図1および図2に示す第1例
により、この発明の実施の形態を説明する。図中、1は
ローラハース式熱処理炉であり、2は炉の入口、3は炉
の出口で、それぞれ開閉扉をそなえている。4は炉の入
口2部に設けた前室、5は炉の出口3部に設けた冷却室
である。ローラハース式熱処理炉1の炉体6は、図2に
示すように、鋼板製の炉殻6a内に断熱材製の炉壁6b
を内張状に配設して成る。
【0015】炉内(炉体6内)には、炉内上部および下
部に設けた炭化珪素製の電熱式のヒータ7により炉温を
制御される予熱ゾーン8と高温処理ゾーン9が設けら
れ、高温処理ゾーン9においては1100℃以上の炉温
(たとえば1400℃)で被熱物Wの熱処理や焼結など
の加熱処理がおこなわれ、予熱ゾーン8においては11
00℃未満の炉温(たとえば1000℃)で被熱物Wの
予熱がおこなわれる。
【0016】また炉内には、入口2部から出口3部にか
けて、ハースロール11,12と、ハースロール21,
22とが上下2段に設けられ、高温処理ゾーン9のハー
スロール12,22はカーボンロール(この例ではC/
C材製ロール)から成り、予熱ゾーン8のハースロール
11,21は金属製ロールから成る。これらハースロー
ルは、図2にも示すように両端部を軸受で回転自在に支
持され、チェーンスプロケット13,23を介して駆動
されて被熱物を水平方向に炉内搬送するローラハース式
搬送装置を構成し、ハースロール11,12の上側には
上段側搬送路14が、ハースロール21,22の上側に
は下段側搬送路24が、それぞれ形成されている。
【0017】また前室4内および前室4とローラハース
式熱処理炉1との間、および冷却室5内にも、ハースロ
ール15,16と、ハースロール25,26とが上下2
段に設けられ、それぞれローラハース式搬送装置を構成
している。なおこれらのハースロールは金属製ロールか
ら成る。
【0018】30は、上段側搬送路14および下段側搬
送路24内を、各ハースロールにより駆動されて搬送さ
れる2段積みのトレイで、カーボン製で四隅部に短柱状
のスペーサ31を立設した下側の単板トレイ30aと、
カーボン製で四隅部に前記スペーサ31の上端小径部が
嵌合する穴をそなえた上側の単板トレイ30bとを、上
記スペーサ31を介して2段重ねして成る。各単板トレ
イ30a,30bは、その上面に被熱物Wを所定の配置
で多数個載置した被熱物支持状態で段積みされ、一体と
なって炉内搬送される。
【0019】上記構成のローラハース式熱処理炉1にお
いては、炉体6に設けた雰囲気ガス供給口35から、A
rやNなどの不活性ガスやNXガスなどの酸化成分の
少ない変成ガスから成る無酸化性雰囲気ガス(この例で
はNガス)を炉内に供給して、炉内を無酸化性雰囲気
に維持し、炉内を流通した上記Nガスは予熱ゾーン8
の排ガス口36から炉外へ流出させる。
【0020】そして各単板トレイ30a,30b上に被
熱物Wを載置支持した2段積みのトレイ30は、前室4
の入口側に設けた図示しない昇降テーブルにより、前室
4の上下2段のハースロール15,25上に振分け装入
後、前室4を経て炉内の上段側搬送路14および下段側
搬送路24に沿って、予熱ゾーン8から高温処理ゾーン
9へと間欠搬送しつつ、ヒータ7による加熱によって炉
内各ゾーンの炉温を所定炉温に制御して加熱処理をおこ
ない、冷却室5の上下2段のハースロール16,26上
を経て炉外へと送出する。なお図1においては、被熱物
の図示は省略してある。
【0021】この炉内における被熱物Wの加熱・昇温時
においては、被熱物Wは2段積みのトレイ30上に支持
されているため、昇温した炉内雰囲気による対流伝熱、
およびヒータ7による放射伝熱により、被熱物Wは温度
巾の少ない良好な温度分布状態で加熱される。
【0022】なお前室4においては、図示しない真空ポ
ンプによる排気とNガスの送入とによるガスパージが
おこなわれ、外気が入口2を経て炉内に流入するのが阻
止され、また冷却室5においては冷却後の被熱物Wの送
出後に給気口37からNガスを送入して冷却室5内を
無酸化雰囲気に維持することにより、外気が出口3を経
て炉内に流入するのが阻止される。
【0023】高温処理ゾーン9においては、ハースロー
ル12,22は1100℃以上の高温のもとで、被熱物
Wを支持したトレイ30の保持および搬送をおこなうの
であるが、高温処理ゾーン9は無酸化性雰囲気に維持さ
れているので、カーボン製のハースロール12,22は
酸化により折損したり早期に消耗したりすることなく、
長期にわたり支障なく使用できる。
【0024】次に図3に示す第2例により、この発明の
実施の形態を説明する。この例のローラハース式熱処理
炉40は、前記第1例の高温処理ゾーン9における上段
側のハースロール12と下段側のハースロール22との
間隔を広げて、両ハースロール列の上下中間部に、電熱
式の中間ヒータ41を、ヒータ7と同ピッチで配設する
とともに、図示しないが予熱ゾーン8においても中間ヒ
ータ41を同様に配設したものである。その他の構成は
前記第1例のローラハース式熱処理炉1と同様であり、
図1と同一部分には同一符号を付して図示し、それらの
部分の詳細な説明は省略する。
【0025】このローラハース式熱処理炉40において
は、各トレイ30はヒータ7と中間ヒータ41とによっ
て、上下両側から加熱されるので、トレイ30上に支持
された被熱物Wの温度分布はさらに良好なものとなる。
【0026】なお上記の例では、中間ヒータ41は予熱
ゾーン8と高温処理ゾーン9の両方に設けたが、高温処
理ゾーン9のみに設けるようにしてもよい。
【0027】
【実施例】次に前記第1例のローラハース式熱処理炉1
において、下記の被熱物Wを予熱ゾーン8において80
0℃に予熱後、高温処理ゾーン9において1200℃に
加熱した実施例と比較例を説明する。なお被熱物Wを支
持したトレイは、上下2段のハースロールで搬送した場
合(ロール2段)と、上側のハースロール11,12の
みで搬送した場合(ロール1段)の2通りの場合につい
て、下記の測定をおこなった。
【0028】処理品Wとしては、ステンレス製のテスト
ピース(重量50g)に熱電対を取付けたものを用い、
これを巾500mm×長さ600mmの1枚の単板トレイ上
に、ほぼ等分布状態で70個載置し、単板トレイ30
a,30bを用いて2段積みした場合(トレイ2段)、
および単板トレイ30aのみを用いて1段積みした場合
(トレイ1段)、およびトレイ30上にさらに単板トレ
イ30bを積重ねて3段積みした場合(トレイ3段)に
ついて、上記高温処理ゾーン9における加熱終了時の被
熱物Wの温度巾(出口3に最も近い位置にある上下全ト
レイ上の被熱物Wの温度差の最大値)を測定した結果
を、表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】表1の結果から、従来法に相当する比較例
に対し、各実施例によれば、被熱物の温度巾が低減化さ
れていることが判る。
【0031】この発明は上記各例に限定されるものでは
なく、たとえば炉内の加熱ゾーンの構成や加熱温度、使
用雰囲気ガス、炉体の具体的構造や炉体前後の付設装置
などは、上記以外のものとしてもよい。また炉内に設け
るハースロールは、請求項1の発明の場合は1段とし、
請求項2の発明の場合は3段以上としてもよく、また2
段積みのトレイの段積み構造や材質は上記以外のものと
してもよく、さらにハースロールを上下複数段に設けた
炉において一層の温度分布向上を目的とする場合など
は、トレイは1段積み(単板トレイ)としてもよい。ま
た炉内に設けるヒータはラジアントチューブ式のものな
どとしてもよく、さらに炉側壁部にヒータを追加設置し
てもよい。
【0032】またこの発明は、上記の無酸化性雰囲気炉
のほかに、真空雰囲気炉にも適用できるものである。
【0033】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
被熱物を1段積みまたは2段積みのトレイ上に支持した
状態でハースロールにより炉内搬送しつつ加熱するの
で、被熱物を温度巾の少ない良好な温度分布で加熱する
ことができる。
【0034】また上記の効果に加えて、請求項3記載の
発明によれば、各段のハースロールにより搬送されるト
レイを上下両側から加熱できるので、ハースロールを複
数段設けた炉における被熱物の温度分布は一層良好なも
のとなり、真空雰囲気炉にも好適に使用できる。
【0035】また上記の効果に加えて、請求項4記載の
発明によれば、金属製ロールの使用が困難な1100℃
以上の炉温においてもハースロールが折損したり早期に
消耗したりすることがなく、1100℃以上の高温加熱
処理を支障なくおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態の第1例を示すローラハ
ース式熱処理炉の縦断面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】この発明の実施の形態の第2例を示す図2相当
図である。
【図4】トレイの段積み数を変えたときの被熱物の温度
巾の変化例を示す線図である。
【符号の説明】
1…ローラハース式熱処理炉、7…ヒータ、8…予熱ゾ
ーン、9…高温処理ゾーン、11…ハースロール、12
…ハースロール、21…ハースロール、22…ハースロ
ール、30…トレイ、30a…単板トレイ、30b…単
板トレイ、40…ローラハース式熱処理炉、41…中間
ヒータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 寛和 愛知県名古屋市熱田区六野一丁目2番5号 大同特殊鋼株式会社高蔵製作所内 Fターム(参考) 4K034 AA03 BA10 CA05 CA06 DB02 DB03 DB04 EA12 EB08 EC08 GA08 4K050 AA02 BA01 CA11 CC02 CC07 CG05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無酸化性雰囲気または真空雰囲気内で被
    熱物の加熱処理をおこなうローラハース式熱処理炉にお
    いて、炉内の少なくとも上部および下部にヒータを設
    け、炉内に水平搬送手段としてハースロールを上下複数
    段に設け、前記ハースロールにより搬送される被熱物支
    持体として、1段積み又は2段積みのトレイを具備した
    ことを特徴とするローラハース式熱処理炉。
  2. 【請求項2】 無酸化性雰囲気または真空雰囲気内で被
    熱物の加熱処理をおこなうローラハース式熱処理炉にお
    いて、炉内の少なくとも上部および下部にヒータを設
    け、炉内に水平搬送手段としてハースロールを1段設
    け、前記ハースロールにより搬送される被熱物支持体と
    して、2段積みのトレイを具備したことを特徴とするロ
    ーラハース式熱処理炉。
  3. 【請求項3】 上下に隣合うハースロール列の上下中間
    部に、中間ヒータを設けたことを特徴とする請求項1記
    載のローラハース式熱処理炉。
  4. 【請求項4】 炉内に炉温1100℃以上の高温処理ゾ
    ーンを有し、少なくともこの高温処理ゾーンにおける前
    記ハースロールを、カーボンロールで構成したことを特
    徴とする請求項1または2または3記載のローラハース
    式熱処理炉。
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