JP2002357389A - 真空熱処理炉 - Google Patents
真空熱処理炉Info
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Abstract
よる劣化を防ぎ、かつ被処理品に対する熱エネルギー効
率を高めた真空熱処理炉を提供する。 【解決手段】真空熱処理炉は、炉殻1と、その内側に配
置されたケーシング2と、さらにその内側に配置された
厚板状または多層状のアルミナ・シリカ系セラミックフ
ァイバーブランケット3,4と、薄板状のアルミナ系セ
ラミック複合材5とによって形成した断熱層と、この断
熱層によって囲まれる加熱室内に配置されたヒーター7
よりなる。加熱室内には被処理品の昇温・降温時及び熱
処理時に、雰囲気ガスを強制対流するための高強度炭素
繊維で形成されるファン8、被処理品搬送用のローラー
11、ローラー表面を保護するための交換容易なトレイ
ガイド12、高強度炭素繊維で形成された被処理品の位
置検出用フラッパー13を備えている。
Description
に、真空熱処理、真空浸炭処理等において、浸炭による
劣化を防ぎ、被処理品に対する熱エネルギーの効率を高
めるようにした真空熱処理炉に関するものである。
来炉内に炭化水素系ガスを導入して行う真空浸炭があ
り、炉構成材としての断熱材やヒーターに炭素系材料を
使用することが多く、被処理品の支持用ハースレール
や、搬送用ハースローラーには耐熱鋼、耐熱鋳鋼、炭素
系材料等が使用されている。また、真空熱処理炉には作
業環境上及び断熱特性上、炉壁を水冷したタイプと、断
熱材を厚くして断熱特性を上げ炉壁を水冷しないタイプ
とがある。
として高温度域に鉄系の材料(難浸炭材:高Ni高Cr材も
含む)を使用している場合、真空浸炭処理では被処理品
の浸炭と同時に炉構成材までもが浸炭してしまい、脆く
なり、破損することがある。また、熱エネルギー低減の
為、炉壁を水冷せず断熱材を厚くして断熱特性を上げて
放散熱量を低減しても、断熱材自体の蓄熱量が多く必要
となり、昇温に必要な熱エネルギーが増大すると共に、
降温においても時間を要することになる。
る。
は、炉殻と、この炉殻内に配置されたケーシングと、こ
のケーシングの内側に配置した厚板状のアルミナ・シリ
カ系セラミックファイバーブランケットと、薄板状のア
ルミナ系セラミック材とによって形成される断熱層と、
この断熱層によって囲まれる加熱室内に配置されたヒー
タ―とより成ることを特徴とする。
この炉殻内に配置されたケーシングと、このケーシング
の内側に配置した多層の厚板状アルミナ・シリカ系セラ
ミックファイバーブランケットと、薄板状のアルミナ系
セラミック材によって形成される断熱層と、この断熱層
によって囲まれる加熱室内に配置されたヒータ―とより
成ることを特徴とする。
繊維のボードまたは炭素繊維のフェルトまたは炭素繊維
の板材からなることを特徴とする。
って囲まれる加熱室内に雰囲気ガスを強制対流する為高
強度炭素繊維で形成されるファンを設けたことを特徴と
する。
って囲まれる加熱室内に、被処理品搬送用のローラー
と、このローラー表面の損傷を防止する為、交換容易な
トレイガイドとを設けたことを特徴とする。
って囲まれる加熱室内に、被処理品の位置検出用フラッ
パーを設けたことを特徴とする。
を説明する。
炉殻1を有し、この炉殻1は水冷二重壁構造とする。こ
の炉殻1内側にはSUS鋼材、金網またはパンチングメタ
ルにより形成されたケーシング2に対し厚さ50mmのアル
ミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケット3と
厚さ50mmの高アルミナ・シリカ系セラミックファイバー
ブランケット4とを厚さ1mmの薄板状アルミナ系セラミ
ック複合材5によって保持し、これらをセラミックワッ
シャーとボルト6で一体に固定して形成した断熱層を設
ける。
と4の二層構造を薄板状セラミック複合材5で保持する
形の断熱層の代りに、材料コスト、狙いとする断熱材特
性によっては、セラミックファイバーボード、炭素繊維
のボード・フェルト・板材等を上記ブランケットと組合
せた断熱層としても良い。
7を配置し加熱室を構成する。この加熱室内上部には高
強度炭素繊維で形成される軽量のファン8を配置し、加
熱室内に配置される被処理品9の昇温・降温時に導入す
るN2ガスまたは不活性ガス雰囲気を対流させることによ
って被処理品9内の温度差を小さく、効率良く熱を伝達
することができるようにする。このファン8の駆動軸は
断面が小さく熱伝導による熱損失が小さいものとし、炉
殻1とケーシング2との間の空間に駆動軸との接合部1
0を配置し、ピン及びボルトの脱着によりファン8の交
換、メンテナンスが容易に可能となるようにする。
れるローラー11を有効加熱帯域内を通るように配置
し、被処理品9の温度分布に影響を及ぼすことなく、被
処理品9の搬送、昇温、降温を可能ならしめる。このロ
ーラー11は軽量で断面が小さく熱伝導による熱損失が
小さいものとし、このローラー11の駆動軸と駆動源と
を接続する接合部を炉殻1とケーシング2との間の空間
に配置し、脱着が容易で、ローラー自体が軽量であるこ
とから、交換、メンテナンスも容易となるようにする。
なお、ローラー11を使用する搬送動作時、被処理品9
がローラー11に乗り移る際にローラー接触面の炭素繊
維方向によっては、ローラー11に剥離、削れがおこり
やすいためローラー11にトレイガイド12をかぶせ、
このトレイガイド12が損傷を受けるようにしてローラ
ー11自体を損傷することなくトレイガイド12のみの
交換ですみ経済的になるようにする。トレイガイド12
には高強度炭素繊維を用いるが、Siを含浸した炭素繊
維、炭素材料、セラミックス等を用いても良い。また、
加熱室内には、高強度炭素繊維で形成されるワーク位置
検出フラッパー13を設ける。
によって劣化、損傷するおそれがある鉄系材料を使用し
ていない為、最高加熱温度は1473Kも可能である。
炉双方に適用することが可能である。
温度分布を測定した。
300mm
点測定
・温度幅4.2K、1323K・・・温度幅4.5K
ばいずれの温度でも温度幅5.0K以内の温度分布を達成で
きた。
ガス雰囲気中での昇温・降温実験において、被処理品内
での温度差と昇温・降温時間を比較した。
300mm
被処理品を挿入して昇温する。
理品グロス80kg T/C 5点測定
品を1103Kまで降温する。
処理品グロス80kg T/C 9点測定
被処理品内温度幅10K到達時間 3.4Ks(図2Aに示す)
幅 192K 被処理品内温度幅10K到達時間 2.0Ks(図2
Bに示す)
被処理品内温度平均1103K到達時間3.7Ks(図3Aに示
す)
幅 9K 被処理品内温度平均1103K到達時間 2.8Ks(図
3Bに示す)
流させることの方が表1及び表2に示すように被処理品
内の温度差を小さく、効率良く熱を伝達することができ
る。
を測定した。図4Aと図4Bは炉内温度1203Kと1323Kの
ときの断熱材温度、放散熱量、蓄熱量を示す。
(被処理品重量グロス85Kg)の浸炭を1.7KPaにて、炭化
水素ガス(C3H8)と酸化性ガス(CO2)を用いて行っ
た。その結果、従来大気圧雰囲気で行われるガス浸炭と
同等の浸炭処理結果が得られた。そこで従来のガス浸炭
炉(同和鉱業株式会社製TKM−80)と本発明の真空熱処
理炉で得られたデータから、被処理品重量グロス550kg
において有効硬化層深さ0.8mmを得る為の浸炭焼入処理
を計算し、両者の断熱特性と熱エネルギーの比較を行な
った。
5Bに示すように放散熱量で28%減、蓄熱量で86%減を
確認した。
図6Bに示すように放散熱量の低減、処理品に対する熱
効率の向上で同じ品質の浸炭焼入処理品を得る為に必要
となる熱エネルギーは40%低減できた。
に鉄系の材料、浸炭によって劣化するような材料は使用
せず、損傷、破損時には交換容易な炉構成とし、作業環
境上、炉壁を水冷した上で断熱材特性を向上して放散熱
量を低減しながら蓄熱量を低く抑え、昇温・降温時の被
処理品に対する熱伝達効率を高くする炉構成としたので
従来の欠点を一層できる大きな利益がある。
特性図である。
中の昇温特性図である。
特性図である。
中の降温特性図である。
明図である。
明図である。
である。
明図である。
図である。
説明図である。
ット 4 高アルミナ・シリカ系セラミックファイバーブラン
ケット 5 薄板状アルミナ系セラミック複合材 6 セラミックワッシャーとボルト 7 炭素ヒーター 8 ファン 9 被処理品 10 接合部 11 ローラー 12 トレイガイド 13 フラッパー
Claims (10)
- 【請求項1】 炉殻と、この炉殻内に配置されたケーシ
ングと、このケーシングの内側に配置した厚板状のアル
ミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケットと、
薄板状のアルミナ系セラミック材とによって形成される
断熱層と、この断熱層によって囲まれる加熱室内に配置
されたヒータ―とより成ることを特徴とする真空熱処理
炉。 - 【請求項2】 炉殻と、この炉殻内に配置されたケーシ
ングと、このケーシングの内側に配置した多層の厚板状
アルミナ・シリカ系セラミックファイバーブランケット
と、薄板状のアルミナ系セラミック材によって形成され
る断熱層と、この断熱層によって囲まれる加熱室内に配
置されたヒータ―とより成ることを特徴とする真空熱処
理炉。 - 【請求項3】 上記断熱層のうち少なくとも一層が炭素
繊維のボードまたは炭素繊維のフェルトまたは炭素繊維
の板材からなることを特徴とする請求項2記載の真空熱
処理炉。 - 【請求項4】 上記炉殻が水冷型であることを特徴とす
る請求項1、2または3記載の真空熱処理炉。 - 【請求項5】 上記断熱層によって囲まれる加熱室内に
雰囲気ガスを強制対流する為高強度炭素繊維で形成され
るファンを設けたことを特徴とする請求項1、2、3ま
たは4記載の真空熱処理炉。 - 【請求項6】 上記断熱層によって囲まれる加熱室内
に、被処理品搬送用のローラーと、このローラー表面の
損傷を防止する為、交換容易なトレイガイドとを設けた
ことを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載の
真空熱処理炉。 - 【請求項7】 上記ローラーが高強度炭素繊維で形成さ
れることを特徴とする請求項6記載の真空熱処理炉。 - 【請求項8】 上記トレイガイドが高強度炭素繊維、Si
を含浸した炭素繊維、炭素材料、セラミックスの何れか
によって形成されることを特徴とする請求項6または7
記載の真空熱処理炉。 - 【請求項9】 上記断熱層によって囲まれる加熱室内
に、被処理品の位置検出用フラッパーを設けたことを特
徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7または8記
載の真空熱処理炉。 - 【請求項10】 上記フラッパーが高強度炭素繊維で形
成されることを特徴とする請求項9記載の真空熱処理
炉。
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