JP2003129127A - ホットガスによる熱処理品のガス冷却方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不活性ガスを変態点温度に維持したホットガ
スを用い、熱処理品を過冷却することなく、十分な等温
保持を行って、歪のない高品質の冷却処理を行う。 【解決手段】 熱処理炉本体２の内部へホットガス生成
装置３で変態点温度に加熱した不活性ガス（ホットガ
ス）を所定のコントロール下で吹込み、過冷却すること
なく等温保持し、その後常温方向へ冷却する。冷却ガス
の均一な分子密度及び流速で冷却するための分散方式を
定め、変態点温度までの冷却時間の誤差を許容値Δｔo
内に管理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理品のガス冷
却方法及び装置に関し、予め変態点温度に調整されたホ
ットガスを用いて急冷及び等温保持するようにした熱処
理品のガス冷却方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属の熱処理品の冷却を行うに際
し、塩浴での冷却を避けてＮ₂ ガスやＡｒガス等不活性
ガスを用いて冷却することが行われるようになってき
た。

【０００３】例えば、特開平５−６６０９０号公報に示
される真空炉では、耐圧性の炉本体内に熱処理品を収納
して１０００〜１２００℃に加熱し、次いでの冷却を行
うため、前記炉本体内に不活性ガスを導入し、該ガスを
ターボブロワーの作動により循環させ前記熱処理品を冷
却する真空炉が開示されている。

【０００４】詳しくは、横置き型のドラム形状の炉本体
の内側裏面には、水平軸内方向から吸入したガスを炉内
側壁に沿って吹出すターボブロワーが設けられている。
また、前記ターボブロワーが吹出したガス流を熱処理品
に対して上下方向から均等に吹付けるためのディストリ
ビュータが設けられている。さらに、前記ディストリビ
ュータから熱処理品に対して吹付けられたガスを前記タ
ーボブロワーの吸入口へ向けて案内する案内手段が設け
られている。この案内手段の間には、ガス流温度を調節
するための熱交換器が介在されている。

【０００５】図７を参照して、上記真空炉の冷却方法を
説明する。この図には、１０００℃に加熱処理された熱
処理品を変態点温度、例えば３００℃に急冷後等温保持
し、その後、常温に向けて冷却する状態が示されてい
る。時刻ｔ１で冷却を開始するとする。このときから、
ターボブロワーを作動させ、常温（２５℃）の不活性ガ
ス、例えばＮ₂ ガスが導入される。炉内には、温度制御
のための温度センサが設けられている。

【０００６】図において、参照符号１００は制御目標温
度を示す。この目標温度１００によれば、時刻ｔ１から
ｔ２にかけて急冷され、時刻ｔ２からｔ３にかけて等温
保持され、その後常温へ向けて冷却される。ガス圧は、
例えば５Barで制御される。

【０００７】従って、従来の高圧ガス焼入れ装置を持つ
真空炉にあっては、高温下で熱処理された熱処理品を制
御目標温度１００に従って予定通りに冷却することがで
きると考えられていた。また、前記ターボブロワーが吹
出したガス流を熱処理品に対し上下方向等から均等に吹
付けるためのディストリビュータを設けている場合に
は、熱処理品は均等に冷却され、所要の等温保持が為さ
れると考えられていた。

【０００８】しかしながら、従来の高圧ガス焼入れ装置
を実際に使用すると、第１に部分的又は局所的に過冷却
部分が発生し、不良品を発生してしまうという問題点が
あった。また、第２に多数の熱処理品を１つのかごに入
れて冷却するような場合、各熱処理品のかごに対する配
置によって等温化までの時間に例えば１０分の如く多大
の誤差Δｔ1 を生じ、部分的に急冷又は及び等温保持で
きずこの部分でも不良品を発生してしまうという問題点
があった。

【０００９】第１の過冷却の問題点は、図７に示すよう
に、制御目標温度１００とガス温度１０１との間には、
時刻ｔ２にあっても、１００℃以上というような大きな
差が有ることに起因する。即ち、従来の高圧ガス焼入れ
装置では、常温の不活性ガスを熱交換器で熱交換し、炉
内に配置された温度センサの温度が制御目標温度１００
となるよう制御する方法であったため、ガス温度１０１
そのものは制御されておらず、当然に過冷却温度を示す
部分が生ずる。

【００１０】冷却中に過冷却温度を示す低温ガスが存在
すると、熱処理品のガス分子密度が高くガス流量の多い
部分、例えば熱処理品を収納する容器表面部分が温度セ
ンサ部分よりも先に冷却され、部分的な過冷却部分１０
２を発生する。また、仮に熱処理品が単一であったとし
ても、その部品に尖鋭部が存在するような場合には、そ
の尖鋭部が過冷却部分１０２となり、品質不良を発生す
る。温度センサの有する熱容量よりも小さい熱容量の針
状部材にあっては、時刻ｔ２よりも先に相当大きな過冷
却が発生している。この過冷却は、実測によると１００
℃近く、到底許容できるような値ではない。

【００１１】第２の等温変態点到達までの時間の誤差Δ
ｔ1 は、熱処理工場における各種熱処理品の炉中におけ
る配置や重ね具合い等、台、棚、かご等収納手段の形状
等冷却条件が異なる結果による。即ち、従来の高圧ガス
焼入れ装置は、炉中における熱処理品を単一品の如くに
見立て、それを所望の制御曲線１００に保って冷却する
よう設計されていたため、実際冷却すると、図７に示す
ように、冷却条件の異なる熱処理品毎に冷却曲線１０
３，１０４が異なる。曲線１０３は、比較的冷却され易
い位置に配置されている熱処理品ｗ１の冷却曲線であ
る。曲線１０４は、比較的冷却され難い位置に配置され
ている熱処理品ｗ２の冷却曲線である。これらの差が多
大であることは、実験により確かめられている。図示の
差は、同一多数部品を収納したかごの上下の差だけによ
るものであるが、多数積みの内部の部品を見ると更に差
が大きいものと見られる。また、形状の異なる部品を扱
う場合にも、その差は更に大となると考えられる。誤差
Δｔ1 が大となると、一部に置いて急冷できなかった部
分が生じることになる。又は、一部において等温保持で
きなかったことになり、いずれの場合も製品不良を生じ
る。

【００１２】以上の理由により、従来の高圧ガス焼入れ
装置を持つ真空炉では、特定のガス焼入れ処理には使用
できるが、広く変態点温度での等温保持処理を行うこと
はできなかった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に鑑み
て、本発明は、汎用性を有し、高温下で熱処理された各
熱処理品を部分的及び、局所的に過冷却することなく急
冷し、その後各熱処理品を均等に等温保持し、その後冷
却し、もって高品質の熱処理を行うことのできるホット
ガスによる熱処理品のガス冷却方法及び装置を提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、特許請求の範囲に記載の通りのホットガスに
よる熱処理品のガス冷却方法及び装置を構成した。

【００１５】本発明のホットガスによる熱処理品のガス
冷却方法は、高温下で熱処理された熱処理品に不活性ガ
スを吹付けて急冷し、変態点温度で等温保持して後冷却
する熱処理品のガス冷却方法において、前記不活性ガス
を前記変態点温度に調整して成るホットガスを生成し、
前記ホットガスを前記熱処理品に吹付けつつ前記熱処理
品の環境を前記ホットガスに馴染ませ、前記熱処理品が
前記変態点温度に等温化されて後、所要時間保持し、そ
の後次の冷却工程へ移行することを特徴とする。

【００１６】変態点温度に調整されたホットガスの熱処
理品への吹付けは、予め大量に生成されたホットガスを
熱処理品へ連続的に吹付けることで実施できる。しか
し、長時間に及ぶホットガスの吹付けは大量の不活性ガ
スを必要とするので、ガス量及びその保有熱量の節約の
ためには、炉内に導入されたホットガスを適宜循環し変
態点温度に熱交換して利用するのが望ましい。等温保持
後は、適宜熱交換を行ってホットガスを冷却し、常温付
近まで冷却すれば良い。

【００１７】従って、本発明によれば、変態点温度まで
の冷却及び等温保持を変態点温度に調整されたホットガ
スを用いて行うので、変態点温度以下に過冷却する要素
が全くなく、冷却条件の異なる各種熱処理品を如何に冷
却しようとも部分的にも局所的にも過冷却を生ずること
はない。ホットガスの温度は変態点温度に調整される
が、±１０℃程度の誤差は許容される。過冷却の品質に
及ぼす影響及び急冷度合いを考慮すれば、ホットガスの
調整温度は、急冷段階では変態点温度の下方に設定され
て良い。その度合いは、熱処理品の最も冷却され易い部
分、特に尖鋭部の有無を考慮して熱処理品の種別に応じ
て定められるべきである。具体的には、針状の尖鋭部を
有する部品では、−１０℃程度までである。針状部分が
無い小型部品では−２０〜−３０℃程度である。さら
に、中型、大型部品では−５０℃程度まで許容できる。
等温保持の時点では、いずれの場合も正規の温度±１０
℃程度に保たれる。

【００１８】本発明の熱処理品のガス冷却方法は、高温
下で熱処理された熱処理品に不活性ガスを吹付けて急冷
し、変態点温度で等温保持して後冷却する熱処理品のガ
ス冷却方法において、各熱処理品に対し吹付けられる前
記ガスの分子密度及び流速を均一化できる分散配置と
し、かつ全熱処理品が変態点温度まで冷却されるまでの
時間の誤差を許容値内に管理することを特徴とする。

【００１９】本発明では、熱処理品の集団に対して上下
又は左右或いは斜めの方向から均一に冷却ガスを吹込む
というのでは無く、あくまで個別の熱処理品を対象とし
て冷却ガスの流路を作り、その流路中に、全熱処理品が
許容時間内に変態点温度まで冷却されるよう、各熱処理
品を分散配置する。ガス風が希薄である間は分子密度の
差が冷却に大きく影響する。各熱処理品に対する流速も
大きく影響する。また、各熱処理品の変態点温度まで冷
却されるまでの時間の差の許容値Δｔo は、部品種毎に
定められる。例えば小型部品では３０秒、中型部品では
１分の如くである。

【００２０】前記時間の差の許容値Δｔo を参照して、
各熱処理品の分散方式が決定される。分散方式は、流路
構造と熱処理品を収納する台、棚、かごの収納構造とに
関連する。言い換えれば、許容値Δｔo を満足できるよ
う、流路と、収納構造とを定めなければならない。例え
ば、複数の並列流路を形成し、各流路中に配列できる部
品数を３〜５以下に制限する等である。流路中で各部品
を回転移動させローテーションし、冷却を均一化させる
ことも考えられる。

【００２１】従って、本発明では、流路中に熱処理品を
適切に分散配置するので、冷却風の吹付けにより全熱処
理品が許容の時間内に前記変態点温度まで冷却し、その
後、一様な等温保持を行わせることができる。

【００２２】本発明の第１の熱処理品の冷却装置は、そ
の内部に冷却すべき熱処理品を保有する熱処理炉本体
と、前記熱処理炉本体の一部に配置され前記熱処理炉内
に導入された不活性ガスを炉内で循環させつつ前記熱処
理品に循環ガスを吹付けるブロワー付の熱交換体と、前
記導入された不活性ガスを所要のガス圧になるまで圧力
制御すると共に、前記熱処理品が変態点温度まで冷却さ
れて後所要時間経過するまでの間、前記熱交換体の出口
温度を変態点温度に維持する制御手段と、を備えたこと
を特徴とする。

【００２３】本発明の熱処理品のガス冷却装置は、従来
の高圧ガス焼入れ装置と同様に、炉本体内にブロワー付
の熱交換体を有する。だだし、従来品と異なり炉内に導
入された不活性ガスが所要のガス圧になるまで圧力制御
すると共に前記熱処理品が変態点温度まで冷却されて後
所要時間経過するまでの間、前記熱交換体の出口温度を
ずっと変態点温度に維持する手段を備えている点が異な
る。従来の温度制御は、炉内温度を高温状態から制御目
標温度１００にしたがって冷却するというものである
が、本発明では、変態点温度に急冷した後、等温保持制
御をする点が大きく異なる。変態点温度に至るまでの間
は、温度に関し制御不要である。言い換えれば、本発明
では、等温保持までの制御目標温度が一定の変態点温度
に維持される。

【００２４】本発明では、循環ガスを変態点温度に維持
されたホットガスを用い、熱処理品を過冷却し得る要因
を排除するので、各種熱処理品を部分的、局所的に過冷
却することなく急冷し、等温保持することができる。炉
内へのガス導入は、その出口温度を変態点温度に維持で
きる範囲で熱交換体の入口に常温不活性ガスを少量ずつ
混合して導入するか、又は、予めホットガスとして加熱
された不活性ガスを炉の任意の箇所へ導入することで対
応できるが、常温ガスを３００℃程度の変態点温度に一
気に上昇させるような熱交換器構造を構成するのは至難
であり、後者の方が実現性が高い。

【００２５】本発明の第２の熱処理品の冷却装置は、そ
の内部に冷却すべき熱処理品を保有する熱処理炉本体
と、その内部に不活性ガスを変態点温度に維持して成る
ホットガスを有し前記熱処理炉の出口及び入口との間に
仕切弁及びブロワーを介して接続されるホットガス生成
装置と、前記ホットガス生成装置と接続され前記ホット
ガス生成装置内のガス温を前記変態点温度に維持する熱
交換装置と、を備えたことを特徴とする。

【００２６】本発明の冷却装置は、前述の第１の冷却装
置と異なり、特別のホットガス生成装置と、これと接続
されガス温を変態点温度に維持することのできる熱交換
装置を備えている。ホットガス生成装置及び熱交換装置
は、熱処理炉とは別体に構成される。

【００２７】従って、本発明では、安定したホットガス
を生成できる。また、従来の高圧ガス焼入れ装置を持つ
真空炉と異なり、冷却装置の主要部を熱処理炉と別体に
設けるので、熱処理炉は熱処理炉として自由に設計で
き、炉本体を安価に製造することができる。また、主要
部を別体に設けるので、複数の熱処理炉に対して一つの
冷却装置を切換接続すること等もできる。

【００２８】さらに、本発明では、ホットガス生成装置
及び熱交換装置を熱処理炉と別体に設け、ホットガス生
成装置で変態点温度のホットガスを維持して後、常温方
向へ冷却、これらを常時変態点温度以下の温度で制御す
るので、ホットガス生成装置及び熱交換装置が共に１０
００℃以上というような高温環境に晒されることが無
く、通常の鋼管等を用いて安価に製造することができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形
態を示す配置図である。

【００３０】図示のように、本発明の一実施の形態にか
かる熱処理品の冷却装置１は、熱処理炉本体２と、ホッ
トガス生成装置３と、熱交換装置４と、を備えて成る。

【００３１】前記熱処理炉本体２と前記ホットガス生成
装置３とは、一対のダクト５，６を介して接続されてい
る。ダクト５は、炉本体２の一側面の出力端とホットガ
ス生成装置３の入力端との間に接続され、その途中に仕
切弁７が介在されている。この仕切弁７は、流路を完全
遮断することができ、かつ流量調整することができる。
ダクト５のホットガス生成装置３寄りの位置には、ガス
ポンプ８を介して不活性ガスの一例としてのＮ₂ ガスを
充填したガスタンク９が接続されている。ガスタンク９
の圧力は、例えば１０Barである。他方のダクト６にも
前記仕切弁７と同様の仕切弁１０が設けられている。ま
たホットガス生成装置３寄りの位置には、ホットガス生
成装置３で生成したホットガスを炉本体２へ向けて送風
することのできるブロワー１１が設けられている。要す
れば、ダクト５の仕切弁７の近傍に、炉本体２内のガス
を吸引するターボブロワー（図示せず）が設けられる。
両ダクト５，６の間は、仕切弁１２を介して細径の循環
パイプ１３が接続されている。このパイプ１３は、ダク
ト５，６に夫々設けられた仕切弁７，１０を閉じた状態
で、ブロワー１１を軽く運転し、ホットガス生成装置３
内のガスを循環させて、温度の均一なホットガスを生成
するためのものである。

【００３２】前記ホットガス生成装置３には、圧力計Ｂ
と、安全弁Ｓと、温度計Ｔとが備えられている。内部
は、多数の鋼管等を用いて、ダクト５から流入されたＮ
₂ ガスをダクト６へ向けて流出できるよう構成される。
制御圧力は、初期において１Bar〜３Bar程度である。配
管構造の都合によっては、それ以上の高圧、例えば５Ba
rとされることもある。容量は、前記熱処理炉本体２の
ガス収容量の１／２〜１．０倍程度とされる。

【００３３】前記ホットガス生成装置３は、一対の管１
４，１５を介して熱交換装置４と接続される。管１４に
は循環ポンプ１６が介在されている。熱交換装置４は、
加熱用のボイラー及び冷却用のクーリングタワー等加冷
却熱源（図示せず）と接続される。

【００３４】本例では、変態点温度３００℃程度での熱
交換を考慮して、それ以下の温度での制御を行うことを
予定し、管１４，１５の内部に沸点が５００℃以下の油
材を充填している。従って、熱交換装置４において、加
熱は、高圧のボイラーや電気ヒータで行うことができ、
冷却は空冷又は水の循環等によって行うことができる。

【００３５】前記ホットガス生成装置３の作用の概要を
示す。初期において、仕切弁７，１０は閉じている。循
環パイプ１３の仕切弁１２は開いている。ブロワー１１
が軽く回転し、ガスタンク９のガス仕切弁９Ｖが開か
れ、Ｎ₂ ガスが１〜２Barが充填される。充填されたガ
スは、熱交換装置４で加熱され変態点温度、例えば３０
０℃に昇温される。このときの圧力は、１〜３Barとす
る。熱処理炉本体２の熱処理品Ｗの冷却時には、ダクト
５，６の仕切弁７，１０が徐々に開かれ、返りの昇温ガ
スは変態点温度に冷却されて急冷及び等温保持するまで
の間変態点温度に維持される。その後は、熱交換装置４
によって常温まで冷却される。詳細は図６で示す。

【００３６】前記熱処理炉本体２は、通常の例えば真空
炉に相当する。炉本体２の内部には、熱処理品Ｗを収納
する台、かご、棚等の熱処理品の収納手段１７が設けら
れ、熱処理品Ｗを加熱するヒータ等の加熱手段（図示せ
ず）が設けられる。本体２の一部には、安全弁Ｓと、圧
力計Ｂと、温度計Ｔが設けられる。

【００３７】また、本例の炉本体２には、通常のディス
トリビュータとは異なり、熱処理品Ｗ及びその収納手段
１７との関係で、全ての熱処理品Ｗを許容の時間内に変
態点温度に冷却すべく本発明特有の分散手段が講じられ
ている。ここでの分散手段は、流れ制御板１８を備えた
ガス流路の構成と、熱処理品の収納方式とを含めたもの
とする。即ち、熱処理品Ｗの好適な分散とは、好適なガ
ス流路と、それに合わせて設計された各熱処理品を収納
する収納手段の和によって実現できる。

【００３８】好適な分散方式の具体例を４例示すと、次
の通りである。第１の分散方式（流れ制御板方式）を図
１に示す。図１の熱処理炉２内に示すように、流れ制御
板１８を適切に設計し、複数の熱処理品Ｗを収納した台
又は棚或いはかご等収納手段１７に対し、ガスが各熱処
理品Ｗに対し均一な分子密度及び流速で接触できるよ
う、流れを制御する。注意すべきは、ガスの温度より寧
ろ分子密度であり、滞流部分を極力避けることである。
急冷開始時刻を基準としての変態点温度までの到達時間
の最短時間と最長時間の差が許容値Δｔo内とするよう
設計する。各種熱処理品Ｗに対し収納手段を適切に設計
して、いずれの冷却作業においても冷却が許容値Δｔo
内に入るよう管理されねばならない。

【００３９】第２の分散方式（均一分散方式）を図２に
示す。本例は、熱処理品Ｗの収納手段１７−１を棚状に
作り、各棚の上下に夫々ホットガスの吹出部１９及びこ
れに対応する吸込部２０を配置し、各吹出部１９及び各
吸い込み部を夫々並列に接続し、その接続部分を前記ダ
クト５又は６に夫々突合せジョイント２１Ａ，２１Ｂを
介して接続するようにしたものである。各吹出部１９又
は各吸込部２０には、多数の吸込み口が対応して設けら
れる。突合せジョイント２１Ａ，２１Ｂは、収納手段１
７−１を炉本体２内に挿入しただけで容易に着脱できる
形とする。各熱処理品Ｗは、各吹出部１９の吹出し口及
び各吸込み部の吸込み口に対し均等に分散配置される。

【００４０】図２に示す熱処理品Ｗの均一分散方式によ
れば、各熱処理品Ｗがガスの分子密度及び流速に関連し
て完全に均一化されるので、各熱処理品Ｗが均一に冷却
され、変態点温度に冷却されるまでの時間の差がほとん
ど無く、等温保持時間も均一化され、歪が完全に除去さ
れて、高品質の冷却処理が行える。

【００４１】第３の分散方式（通路方式）を図３に示
す。本例は、ダクト５と接続される出口流路５Ａとダク
ト６と接続される入口流路６Ａとの間に形成される一通
路２２内に、各熱処理品Ｗを均等分散配置したものであ
る。収納手段１７−２は例えば棚状に形成される。本例
では、当然に前段熱処理品Ｗの方が後段熱処理品Ｗより
も速く冷却される。しかし、その差は、許容値Δｔ。内
に入るよう列数が制限される。各熱処理品Ｗに対する分
子密度及び流速が均一化されることを考慮すれば、列数
は相当大、例えば１０であっても変態点温度に冷却され
るまでの時間差を許容値、例えば０．５〜１分内に収め
ることが可能である。

【００４２】第４の分散方式（吹込み方式）を図４に示
す。本例は、例えば、かご状の収納手段１７−３で、多
数の熱処理品Ｗを収納している場合、その内部に多数の
吹込み口２３Ａを有する吹込み管２３を設け、その管２
３の一端をダクト６と接続される突合せジョイント２１
Ｂに突合せ接合するようにしたものである。吹込み口２
３Ａを適切にすることにより、各熱処理品Ｗを冷却する
ホットガスの分子密度及び流速を均一化することがで
き、各熱処理品Ｗを均一に冷却することができる。

【００４３】図５及び図６を用いて図１に示す熱処理品
Ｗの冷却装置１の冷却方法を説明する。図５は制御手順
を示すフローチャート、図６は熱処理品Ｗの冷却状況を
示す時間及び温度の線図である。加熱処理温度は１００
０℃、変態点温度は３００℃であるとする。

【００４４】図１に示す熱処理炉２で加熱処理が終了
し、今から冷却処理を行うとする。ステップ５０１に示
すように、この時点で、ホットガス生成装置３では、例
えば２Bar、３００℃のホットガスが生成されている。
このとき、各ダクト５，６の仕切弁７，１０は夫々完全
に閉じられている。ホットガスの生成は、ガスタンク９
より導入された１Bar程度のＮ₂ ガスをブロワー１１を
軽く回転して循環させつつ熱交換装置４で加熱すること
により行なわれる。常温のＮ₂ ガスは加熱されることに
よって２Bar程度となる。

【００４５】ステップ５０２を介して冷却モードに入る
と、ステップ５０３へ移行し、ブロワー１１が強く運転
され仕切弁７，１０が徐々に開かれ、熱処理炉本体２の
圧力が５Barを超えないようホットガスが導入される。

【００４６】各熱処理品Ｗは、流れ制御板１８を介して
形成された流路中にあり、均一な分子密度及び流速下で
図に示したように変態点温度（３００℃）まで冷却され
る。このとき、最も速く冷却される熱処理品と最も遅く
冷却される熱処理品を夫々Ｗ１，Ｗ２とする。その時間
差をΔｔ2 とする。時間差Δｔ2 は、冷却用ホットガス
の分子密度及び流速が均一となるよう第１の分散方式が
設定されているので、僅少で、０．５〜１分程度以下で
ある。

【００４７】各熱処理品Ｗ１，Ｗ２が共に変態点温度ま
で冷却された時点、言い換えれば最も冷却され難い部分
の熱処理品Ｗ２が変態点温度まで冷却された時点ｔ４を
基準とし、ステップ５０４を介してステップ５０５へ移
行し、以後一定時間等温保持する。保持時間Δｔ3 は熱
処理品Ｗにより異なるが、一般には数分間で良い。これ
により、各熱処理品Ｗの歪が除去される。等温保持まで
の間、ホットガス生成装置３及び熱交換装置４は定常運
転され、常に一定温度の高圧ホットガスを熱処理炉本体
２に提供する。

【００４８】ステップ５０５で等温保持が完了すると、
ステップ５０６へ移行し、常温方向へ向け、５０℃程度
まで冷却する。この冷却は、熱交換装置４を、例えば空
冷、或いは水冷することで容易に行うことができる。

【００４９】常温冷却が終了すると、資源節約の上で熱
処理炉本体２の圧力が１Barとなるまでガスポンプ８を
作動してＮ₂ ガスをガスタンク９へ還元し、全冷却工程
を終了する。

【００５０】図６に示すように、本例の冷却では、５Ba
rの高圧ホットガスで冷却するので、急冷が可能であ
り、かつ部分的にも局所的にも過冷却を生ずることが無
い。各熱処理品Ｗの変態点温度までの冷却時間の差Δｔ
2 は許容値Δｔo内に収めてΔｔ2 ≦Δｔoの制御を行う
ことができるので、時間Δｔ3 の十分な等温保持を行う
ことができ、熱処理品Ｗの品質を安定して良好とするこ
とができる。最も冷却し難い熱処理品Ｗ２に対しての冷
却時間Δｔ4 は、ワーク常数として管理できる。保持時
間制御用温度センサを設置する場合には、この熱処理品
Ｗ２に対して設置する。

【００５１】以上により、本発明の熱処理品の冷却装置
１によれば、ホットガスＨＧによる冷却であるので従来
例のように過冷却部分１０２を生ずることが無く、それ
に伴う不良品を発生することが無い。また、図１〜図４
に示した第１〜第４の分散方式によるので各熱処理品Ｗ
を均一な分子密度及び流速下で冷却でき、変態点温度Ｔ
0 までの冷却時間の差Δｔ2 を許容値Δｔo 内に収める
ことができ、各熱処理品Ｗを十分な保持時間Δｔ3で 等
温保持することができ、歪の無い高品質の熱処理を行う
ことができる。ホットガス生成装置３及び熱交換装置４
を熱処理炉本体２とは別体に構成したので、これら装置
２，３が変態点温度Ｔ0 以上の温度に晒されることが無
く、通常の鋼管類を用いて安価に製造することができ
る。炉本体２のコストを上昇させることも無い。また、
旧来の熱処理炉を安価に改造したり、一つのホットガス
生成装置３及び熱交換装置４を複数の熱処理炉本体２に
対し切換え接続すること等もできるので、熱処理工場の
全体システムを安価に構築することができる。

【００５２】上記実施の形態では、ホットガス生成装置
３で２Bar程度のホットガスを生成し、これら炉本体２
内へ直接導入し、Ｎ₂ ガスの不足をガスタンク９のガス
で補いつつ炉本体２の圧力を５Barとしたがって、仕切
弁７の近傍に設けたターボブロワーを運転して炉本体２
内でのガス循環経路を生成し、その循環経路にホットガ
ス生成装置３よりホットガスを徐々に追加し、炉本体２
内の圧力が５Barとなるよう制御することもできる。ま
た、図１に示したホットガス生成装置３の初期の圧力を
Bar以下に保ってブロワー１１を運転し、ガスタンク９
に代わるホットガス供給装置（図示せず）からホットガ
スを充填し、所要の圧力（例えば５Bar）を保るように
すること等もできる。

【００５３】さらに、上記実施の形態では、ホットガス
生成装置３を熱処理炉本体２と別体に構成したが、従来
例で示した高圧ガス焼入れ装置を改良して本発明を実施
することも可能である。即ち、従来の熱交換器を内蔵し
た形の高圧ガス焼入れ製造の常温不活性ガス導入に代え
て別途生成されたホットガスＨＧを導入すること、又は
熱交換器内でホットガスを生成すること等で対応でき
る。かくして構成される改良型の高圧ガス焼入れ装置に
図１〜図４で示した本発明の熱処理品Ｗの分散方式を適
用することにより、過冷却を生ずることが無く、かつ各
熱処理品Ｗに対し十分な等温保持を与えて高品質の冷却
熱処理を行うことが可能となる。

【００５４】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の設
計的変更を行うことにより、各種態様で実施することが
できる。

【００５５】

【発明の効果】高温下で熱処理された熱処理品に不活性
ガスを吹付けて急冷し、変態点温度で等温保持して後冷
却する熱処理品のガス冷却方法において、前記不活性ガ
スを前記変態点温度に調整して成るホットガスを生成
し、前記ホットガスを前記熱処理品に吹付けつつ前記熱
処理品の環境を前記ホットガスに馴染ませ、前記熱処理
品が前記変態点温度に等温化されて後、所要時間保持
し、その後次の冷却工程へ移行することを特徴とするホ
ットガスによる熱処理品のガス冷却方法によれば、従来
同様の急冷が可能であり、かつ部分的にも局所的にも過
冷却を生ずることが無い。

【００５６】高温下で熱処理された熱処理品に不活性ガ
スを吹付けて急冷し、変態点温度で等温保持して後冷却
する熱処理品のガス冷却方法において、各熱処理品に対
し吹付けられる前記ガスの分子密度及び流速を均一化で
きる分散配置とし、かつ全熱処理品が変態点温度まで冷
却されるまでの時間の誤差を許容値内に管理することを
特徴とする熱処理品のガス冷却方法によれば、各熱処理
品を均等に冷却することができ、全熱処理品が変態点温
度まで冷却されるまでの時間の誤差を許容値内とするこ
とができ、十分な等温保持時間を置いて熱処理すること
が可能となり、高品質の冷却熱処理ができる。

【００５７】その内部に冷却すべき熱処理品を保有する
熱処理炉本体と、前記熱処理炉本体の一部に配置され前
記熱処理炉内に導入された不活性ガスを炉内で循環させ
つつ前記熱処理品に循環ガスを吹付けるブロワー付の熱
交換体と、前記導入された不活性ガスの所要のガス圧に
なるまで圧力制御すると共に、前記熱処理品が変態点温
度まで冷却されて後所要時間経過するまでの間、前記熱
交換体の出口温度を変態点温度に維持する制御手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理品のガス冷却装置によ
れば、熱処理内に熱交換器を備えた従来の高圧ガス焼入
れ装置を改良した形のガス冷却装置となり、部分的にも
局所的にも過冷却が生じることが無く、かつ十分な等温
保持を行って、各種熱処理品を高品質に冷却熱処理する
ことができる。

【００５８】その内部に冷却すべき熱処理品を保有する
熱処理炉本体と、その内部に不活性ガスを変態点温度に
維持して成るホットガスを有し、前記熱処理炉の出口及
び入口との間に仕切弁及びブロワーを介して接続される
ホットガス生成装置と、前記ホットガス生成装置と接続
され前記ホットガス生成装置内のガス温を前記変態温度
に維持する熱交換装置と、を備えたことを特徴とする熱
処理品の冷却装置によれば、部分的にも局所的にも過冷
却を生じることが無く、かつ十分な等温保持を行って、
各種熱処理品を高品質に冷却熱処理することができる。
また、ホットガス生成装置及び熱交換装置を熱処理炉本
体と別途に構成するので、これらを変態点温度以下で制
御することができ、通常鋼管等を用いて安価に製造する
ことができる。更に、一つのホットガス製造装置及び熱
交換装置を複数の通常の熱処理炉に対して切換え接続す
ることができるので工場システムを安価に構築すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す熱処理品の冷却装置
の全体構成を示す配置図である。

【図２】熱処理炉内における分子密度均一化のための均
一分散方式を示す説明図である。

【図３】熱処理炉内における分子密度均一化のための通
路方式を示す説明図である。

【図４】熱処理炉内における分子密度均一化のための吹
込み方式を示す説明図である。

【図５】上記冷却装置の冷却コントロール方式のフロー
チャートである。

【図６】上記冷却装置の冷却曲線を示す時間及び温度の
線図である。

【図７】従来の冷却装置の冷却曲線を示す時間及び温度
の線図である。

【符号の説明】

１ 熱処理品の冷却装置 ２ 熱処理炉本体 ３ ホットガス生成装置 ４ 熱交換装置 ５，６ ダクト ５Ａ 出口流路 ６Ａ 入口流路 ７，１０，１２ 仕切弁 ８ ガスポンプ ９ ガスタンク ９Ｖ ガス仕切弁 １１ ブロワー １３ 循環パイプ １４，１５ 管 １６ 循環ポンプ １７，１７−１，１７−２，１７−３ 収納手段 １８ 流れ制御板 １９ 吹出し部 ２０ 吹込み部 ２１Ａ，２１Ｂ 突合せジョイント ２２ 一通路 ２３ 吹込み管 ２３Ａ 吹込み口 Ｗ 熱処理品 Ｂ 圧力計 Ｔ 温度計 Ｓ 安全弁 Δｔ1 ，Δｔ2 各熱処理品の変態点温度に到達するま
での誤差 Δｔo 許容値 ＨＧ ホットガス Ｔ0 変態点温度 ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４ 時刻 １００ 制御目標温度 １０１ ガス温度 １０２ 過冷却部分 １０３ 熱処理品Ｗ１の冷却曲線 １０４ 熱処理品Ｗ２の冷却曲線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２７Ｄ 7/04 Ｆ２７Ｄ 7/04 Ｆターム(参考） 4K034 AA02 CA05 DA06 DA08 4K063 AA05 AA15 BA02 BA03 CA03 DA05 DA13 DA26 DA32 DA33

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温下で熱処理された熱処理品に不活性
   ガスを吹付けて急冷し、変態点温度で等温保持して後冷
   却する熱処理品のガス冷却方法において、 前記不活性ガスを前記変態点温度に調整して成るホット
   ガスを生成し、 前記ホットガスを前記熱処理品に吹付けつつ前記熱処理
   品の環境を前記ホットガスに馴染ませ、 前記熱処理品が前記変態点温度に等温化されて後、所要
   時間保持し、その後次の冷却工程へ移行することを特徴
   とするホットガスによる熱処理品のガス冷却方法。
2. 【請求項２】 高温下で熱処理された熱処理品に不活性
   ガスを吹付けて急冷し、変態点温度で等温保持して後冷
   却する熱処理品のガス冷却方法において、 各熱処理品に対し吹付けられる前記ガスの分子密度及び
   流速を均一化できる分散配置とし、かつ全熱処理品が変
   態点温度まで冷却されるまでの時間の誤差を許容値内に
   管理することを特徴とする熱処理品のガス冷却方法。
3. 【請求項３】 その内部に冷却すべき熱処理品を保有す
   る熱処理炉本体と、前記熱処理炉本体の一部に配置され
   前記熱処理炉内に導入された不活性ガスを炉内で循環さ
   せつつ前記熱処理品に循環ガスを吹付けるブロワー付の
   熱交換体と、前記導入された不活性ガスが所要のガス圧
   になるまで圧力制御すると共に、前記熱処理品が変態点
   温度まで冷却されて後所要時間経過するまでの間、前記
   熱交換体の出口温度を変態点温度に維持する制御手段
   と、を備えたことを特徴とする熱処理品のガス冷却装
   置。
4. 【請求項４】 その内部に冷却すべき熱処理品を保有す
   る熱処理炉本体と、その内部に不活性ガスを変態点温度
   に維持して成るホットガスを有し、前記熱処理炉の出口
   及び入口との間に仕切弁及びブロワーを介して接続され
   るホットガス生成装置と、 前記ホットガス生成装置と接続され前記ホットガス生成
   装置内のガス温を前記変態点温度に維持する熱交換装置
   と、を備えたことを特徴とする熱処理品の冷却装置。