JP2005320593A - 連続式金属熱処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】金属の熱処理における等温保持を、塩浴を用いず、不活性ガスを用いて行うことができる等温保持室を提供する。また、その前後に加熱又はガス冷却室を接続することにより、連続的に高効率の熱処理を行うことができる連続式金属熱処理システムを提供する。
【解決手段】入力された加熱ワークを金属変態点温度に調節した等温ガス雰囲気中で等温保持する等温保持室を備え、
前記等温保持室の前部には、前記ワークを焼入れ温度に加熱する加熱室を設け、後部には、等温保持した後のワークを常温以下の温度に急冷するガス冷却室を設けたことを特徴とする連続式金属熱処理システム。
【選択図】 図1

Description

本発明は、金属の変態点温度付近の温度に加熱処理した不活性ガスを用いて行う乾式の等温保持熱処理システムの応用に係り、このシステムの前部及び後部に前室、予備冷却室、冷却室等関連室を備えて、金属の熱処理を遍く効率良く連続的に行うようにした連続式金属熱処理システムに関する。

金属の焼入れ方法としては、焼入れ開始温度に予熱したワークを一気に常温まで冷却し、その後焼戻す通常焼入れの他に、等温熱処理法と称し、Ｓ曲線（Ｔ，Ｔ，Ｔ曲線）で定められる中間温度で一定時間等温保持し、その後室温に向けて急冷するオーステンパ、マルテンパ、マルクエンチ等が知られている。特開2000-129361号公報（鋼製あるいは鋳鉄製部品の熱処理方法）では、ワークをオーステナイト温度に加熱し、次いでマルテンサイト開始点まで急冷焼入れし、ベイナイトに部分変態するまで塩浴を用いて等温保持し、その後室温まで冷却し、その後瞬間焼戻しすることにより、部品の寸法安定性を著しく改良できることが示されている。

従来、等温保持による熱処理は、塩浴を用いて行われている（社団法人 日本熱処理技術協会偏、熱処理技術便覧、2000年8月30日発行、p.144〜147（塩浴熱処理）参照）。焼入れには、１５０〜５５０℃の低温用、570〜950℃の中温用、１０００〜１３００℃の高温用の塩浴が用いられている。塩浴材としては、ＫＮＯ_２やＫＮＯ_３とＮaＣｌとＬｉＣｌ又はＫＣｌの混合物等が温度別に区分されて使用される。

塩浴を用いた金属の熱処理では、真空炉や雰囲気炉等の予熱炉からワークを取り出し一気に目的とする温度へ冷却することはできず、種々の対策が練られている（社団法人 日本熱処理技術協会偏、熱処理技術便覧、2000年8月30日発行、P.769〜773（塩浴炉）参照）。

例えば、真空炉内に高温の塩浴を配置し、一度塩を表面に付けた状態でワークを取り出し、防錆被覆を施した状態で、順次温度の低い塩浴へ移行させ、最終中間温度の塩浴で等温保持することが行われている。塩浴間の移動は、チェーンブロック等を用いて行う。高温ワーク及び高温熱浴を相手とする作業で、熟練を必要とし、極めて注意深く行われる。

一方、連続式と称し、予熱炉の下方にオーステンパ処理用の塩浴を配置し、予熱炉から排出した小物ワークを塩浴へ移し、コンベア等で順次移動させる例もある。処理品に制限が多く、オーステンパにしか利用できない等の欠点がある。

多目的と称し、トレイバッチ式自動搬送により、予熱炉及びソルト冷却槽を連係して全自動でオーステンパ処理を行うようにした例もある。しかし、これも大掛かりで塩浴を使うことに変わりはない。

塩浴は、その使い方を如何にしようとも、塩浴内にワークを浸漬し、冷却又は、等温保持しようとするものであるから、ワークの漬け込み及び引き上げの手段を必要とし、自ずと、処理に制限が生ずる。昇温オーステンパのように、２００℃へ急冷後、素早く２５０℃へ昇温して等温保持し、その後常温へ冷却しようとするような複雑工程にあっては、複数の塩浴が必要で、またワークを塩浴に対し移送する手段が必要で、装置が大掛かりで製品コストアップの原因となっていた。

また、一方、近年、塩浴の使用による環境劣化の問題等から、ワークの冷却、特に焼入れを行うに際し、塩浴での冷却を避けてＮ_２ガスやＡｒガス等の不活性ガスを用いて冷却、焼入れすることが行われるようになってきた。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ワークを収納して１０００〜１２００℃に加熱し、次いでの冷却を行うため、前記炉本体内に５Ｂａｒの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、前記熱処理品を比較的速やかに冷却することができる。この真空炉は、内部に設置したワークを、除熱、１次予熱、２次予熱、焼入れ温度への予熱、予熱温度での高温保持等の一連の加熱処理を行うヒータ等の加熱手段が設けられている。ワークに一連の予熱処理を施すと、次いで５ＢａｒのＮ_２ ガスを吹込み、冷却し、焼入れ処理することができる。当該炉は、噴流炉とも称されている。

しかしながら、従来のガス焼入れ可能な噴流炉にあっては、予熱されたワークを常温へ向けて急冷でき、常温への焼入れ処理はできるものの、ガス自体の冷却を循環路中に直接配置した水冷管を用いて水冷で行っている関係から等温保持のための中間温度での等温保持はできず、オーステンパ、マルテンパ、マルクエンチ等等温保持を必要とする熱処理はできなかった。

上記噴流炉を用いて、等温保持によるオーステンパを試みた例がある。この場合、制御装置の目標温度を等温保持温度に設定して、ここで一定時間の等温保持させるよう指令することになる。すると、上記噴流炉は、指令に従い、ガス温が目標温度から下に外れると、ワーク加熱用のヒータが入り、上に外れるとヒータが切れる。この間、ブロワーによって循環されるガス流は常時水冷装置によって冷却されている。このため、上記噴流路は、上に５０〜１００℃、下に１００℃と大幅な温度変化を示し、到底使用に耐えない。即ち、従来の噴流炉では、等温保持の制御は不可能である。また、不活性ガスの導入が常温であることから、部分的、局所的に過冷却を生じるという問題点もある。さりとて、不活性ガスの導入温度を単に上昇させれば良いというものでもない。

特開平３−２５３５１２号公報（高温高圧ガス冷却によるオーステンパ処理方法）では、既に示した特開２０００−１２９３６１号公報に示されるような等温保持を含めた熱処理を、塩浴を用いず、不活性ガスで処理する方法が示されている。即ち、その特許請求の範囲に示されるように、オーステンパ処理において、加熱ワークに、３００〜５００℃の不活性ガスを吹き付けて、一定時間保持することが示されている。実施例として第１図及び第２図が示されている。

特開平３−２５３５１２号公報の実施例１（第１図）に示される装置は、９００℃加熱ワークを収納する高圧室と、高圧Ｎ_２ガスを蓄積するリザーブタンクを設け、両者の間を配管で接続している。リザーブタンクの入力側の配管には、制御弁及びコンプレッサを有する回路と、制御弁及び耐熱ファンを有する回路の並列回路が組み込まれている。

この装置では、ワーク冷却開始時には、リザーブタンクより３００〜５００℃のＮ_２ガスを導入しワークに吹き付けるので、過冷却の問題を生じない。その後、耐熱ファンの作動により、リザーブタンクを介して配管に循環流が還流され、ワークは３００℃〜５００℃に等温制御されるとある。

しかし、ワークが数Ｋｇの小さいものに対しては可能かもしれないが、５０、１００ｋｇ以上の一般焼入れ装置では、ワークの放熱熱量が膨大で配管サイズを例えば直径３０ｃｍ等としなければならず、各機器類が５００℃以上の高温度となって耐えられない。リザーブタンクも初期において３００℃〜５００℃の不活性ガスを導入するだけのもので他には何の意味もない。特に、一般焼入れ装置には適用できず、実用的でなかった。

実施例２（第２図）のものは、リザーブタンクからのＮ_２ガスの供給は、初期のみとし、冷却風を作るためのガスの循環は高圧容器内で行うよう、圧力容器内には、循環路と、循環流をつくるための耐熱性ファンと、循環ガスを３００〜５００℃に冷却する冷却器とが配置されている。

しかし、循環路中に冷却器を配置しただけの構造であり具体的な記述はないが、冷却器中の冷媒温度が循環ガス温度と平衡する３００〜５００℃であると考えると、これでは、装置が大掛かりに過ぎ、少なくとも汎用装置とは為し得ない。冷却器の冷媒温度を３００〜５００℃とするならば、図外の熱制御装置が必要で、熱容量が大ならば、相当大掛かりなものとなり、結局実施不能となる。例えば、装置外に３００〜５００℃の冷媒を蓄える油タンクと、それを温度調節する冷却油及び加熱用ヒータ並びに耐熱用の循環ポンプ等が必要で、炉体以上の大きさとなり、熱処理工場内に配置すること自体が難しくなる。

また、特開平３−２５３５１２号公報の第１図及び第２図に示される等温保持可能の装置は、ワーク重量が小さく、ワークの熱容量が小さく、かつ熱交換設備が大となっても構わないような実験設備等では実施可能であるが、等温保持に加えてその後の冷却までを1つの炉内で行うもののため、効率が悪く、大量生産には不向きであるという問題点があった。また、等温保持、冷却に夫々時間を必要とすると、1つのワークを熱処理するのに少なくとも６〜８時間必要である。さらに、等温保持のための複雑な装置構成の関係から、予熱又は冷却等の方式に制限を生じ、効率良く、効果の高い熱処理方法を実現できない等の不都合がある。
特開２０００-１２９３６１号公報、第１頁、図１ 特開平５−６６０９０号公報、第１頁、図１ 特開平３−２５３５１２号公報、第１頁、図２ 社団法人 日本熱処理技術協会偏、熱処理技術便覧、2000年8月30日発行、p.144〜147（塩浴熱処理） 社団法人 日本熱処理技術協会偏、熱処理技術便覧、2000年8月30日発行、P.769〜773（塩浴炉）

本発明は、上記従来技術に鑑みて、不活性ガスを用いて等温保持し熱処理することができる乾式等温保持熱処理システムの実用化を図り、かつその前部及び後部に前室、加熱室、冷却室等の関連室を備えて、金属熱処理をさらに効率よく、高品質で行うことができるようにした連続式金属熱処理システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の等温保持室を備えた連続式金属熱処理システムは、入力された加熱ワークを金属変態点温度に調節した等温ガス雰囲気中で等温保持する等温保持室を備え、
前記等温保持室の前部には、前記ワークを焼入れ温度に加熱する加熱室を設け、後部には、等温保持した後のワークを常温以下の温度に急冷するガス冷却室を設け、開閉可能な扉装置を介して各室を連続的に接続すると共に、ワークを各室に連続的に流し、各室毎に独立した熱処理を与えることを特徴とする。

等温保持室の前部に加熱室を設けるので、加熱したワークを等温保持室に送り、等温保持室で等温保持の温度まで冷却し、等温保持することができる。また、等温保持室の後部にガス冷却室を設けるので、等温保持したワークをガス冷却室へ送り、所望の温度に急速冷却することができる。冷却室の構成に制限はないので、例えば室温への冷却でなく、マイナス温度への急冷処理を行うこともできる。加熱、等温保持、次いで冷却を夫々の室で行うので、最大所要時間のタクトタイムnhに合わせて連続送りすることにより、効率的な熱処理を行うことができる。

前記等温保持室には、該室の一部から吸引したガスを再度内部へ出力する循環路が付属され、該循環路は吸引端が２分岐され、一方の分岐管はそのままで他の分岐管には適宜ガスを前記等温保持の温度より十分低い温度に冷却する常温冷媒を用いたクーラが配置され、両分岐管の合流点より後にはガス循環用のファンが配置され、両分岐管には流量制御のための弁が介在され、
前記合流点以後の温度が前記等温保持の温度となるよう前記弁を開度調節するコントローラが設けられることを特徴とする請求項１に記載の等温保持室とすることができる。

この等温保持室は、構成極めて簡易にして、ワーク熱容量が大であっても臨機応変に対応可能である。クーラとしては、２０〜５０℃程度の冷媒を用いて水冷又は空冷等とすることができる。現在実用化している噴流炉と同様の水冷管を用いるのが最も実用的である。

等温保持室は、循環路を有し、吸引端は２分岐されて一方の分岐管はそのままで、他の分岐管には常温冷媒を用いたクーラを配置し、両分岐路の合流点より後にはガス循環用のファンが設置され、両分岐管には流量制御のためのバタフライ弁の如き弁が介在され、合流点以後の温度が等温保持の温度（２００〜５００℃）となるよう各弁を開度調節するコントローラが設けられる。従って、ファンの温度が等温保持の温度より高くなることは無い。入力ワークとしては、加熱直後の８２０〜１２５０℃のものであってもよく、等温保持の温度に予冷されたものであっても良い。等温保持室に入力されたワークは冷却すべき方向にあるので、機能的には循環路中にヒータを設ける必要は無い。ただし、最初のホットガス供給時の管内での冷却防止や等温保持の時間を格別長く取る場合には、等温保持の温度以下になる可能性もあるので、容量の小さいヒータを付属させるのは構わない。

等温保持が開始されると弁が開度調節され、循環路中のガスの温度は常時等温保持の温度に保たれる。従って、加熱ワークから任意の熱量を放熱させることができ、流量も自由に調節できる。所要熱量から計算すると、ワーク重量５００〜１０００ｋｇにて、丸径循環路の直径は３０〜５０ｃｍ程度である。

加熱室、等温保持室、ガス冷却室の各タクトタイムは比較的自由に設定でき、ワークを加熱室から等温保持室へ送ると同時的に、前のワークを等温保持室からガス冷却室へ送ることにより、連続した処理も行うことができる。

前記等温保持室と前記加熱室との間には、加熱ワークに冷温ガスを吹き付け、加熱ワークを等温保持の温度まで急冷するための予備冷却室を配置することもできる。予備冷却室には、例えばＮ_２ガスを送り、ワークを等温保持の温度まで急冷することができる。冷却曲線の立ち下げ角度を急峻化することができる。

入力された加熱ワークを金属変態点温度に調節した等温ガス雰囲気中で等温保持する等温保持室を備え、
前記等温保持室の前部には、前記ワークを焼入れ温度に加熱する加熱室を設け、後部には、等温保持した後のワークを常温以下の温度に急冷するガス冷却室を設け、開閉可能な扉装置を介して各室を連続的に接続すると共に、ワークを各室に連続的に送り、各室毎に独立した熱処理を与えることを特徴とする等温保持室を備えた連続式金属熱処理システムによれば、加熱室、等温保持室、ガス冷却室が連続的に接続され、ワークを連続的に順送ることができる。各室を自由に設計できるので、各構成及び全体構成を簡易構成とすることができる。またワークを各室の最大所要時間で定めるタクトタイムで順送りできるので、効率よく熱処理できる。冷却途中で等温保持するので、部品の寸法安定性を向上できる。乾式であり、塩浴を用いないので、環境改善され、安全で衛生的な作業を行うことができる。等温保持室及び前部の加熱室、後部のガス冷却室の構成を制限しないので、設計自由度が高く、応用高く制御でき、熱処理品質のさらなる向上を図ることができる。

前記等温保持室には、該室の一部から吸引したガスを再度内部へ出力する循環路が付属され、該循環路は吸引端が２分岐され、一方の分岐管はそのままで他の分岐管には適宜ガスを前記等温保持の温度より十分低い温度に冷却する常温冷媒を用いたクーラが配置され、両分岐管の合流点より後にはガス循環用のファンが配置され、両分岐管には流量制御のための弁が介在され、
前記合流点以後の温度が前記等温保持の温度となるよう前記弁を開度調節するコントローラが設けられることを特徴とする等温保持室を備えた連続式金属熱処理システムによれば、等温保持室をかくも簡易に構成するので、実用性が高く、コンパクト、安価にシステム構築できる。循環路は必要であるがリザーブタンクや、大型の熱交換設備等は一切不要である。常温冷媒としては水や空気を用いることができるので、装置構成が格別簡易で、実用性がある。

また、後部にはガス冷却室を備えているので、等温保持室には、室温又はそれ以下の温度に冷却する手段が不要であり、等温保持のみ行えばよく、システム構成が簡易である。

前記等温保持室と前記加熱室との間には、加熱ワークに冷温ガスを吹き付けて、加熱ワークを等温保持の温度まで急冷するための予備冷却室を配置することを特徴とする連続式金属熱処理システムによれば、単なる順送り制御で良いので各室制御が単純で制御ミスも生じない。

前記等温保持室と前記加熱室との間に、加熱ワークに冷温ガスを吹き付けて、加熱ワークを等温保持の温度まで急冷するための予備冷却室を配置することを特徴とする連続式金属熱処理システムによれば、予備冷却室及び等温保持室を1つのタクトタイム内で処理することにより、等温保持室での冷却曲線の立下げ速度を速めることができる。

予備冷却とガス冷却（本冷却）は異なるワークに対し同時的に行うことができるので、本冷却時に用いた不活性ガスを予備冷却に２次利用することにより、不活性ガスの有効利用を図ることもできる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は、前室、加熱室、等温冷却室、ガス冷却室を直列接続して成る連続式金属熱処理システム１を示す側断面図である。図２は図１の循環路２の右側面図で、炉体部分についてはＦ２−Ｆ２線に沿った断面図で示している。図３は図１の循環路２部分を拡大して示す平面図である。図４は、図１〜図３で示したシステム１の制御説明線図である。

図１において、本発明の一実施形態に係る連続式金属熱処理システム１は、循環路２を備えた等温保持室３を核として、前部に加熱室４を、後部にガス冷却室５を備えている。加熱室４の前部には前室６を配置し、全体として、前室６、加熱室４、等温保持室３、ガス冷却室５の順で、ワークＷを順次流し、熱処理する構成である。ワークＷの移送のためには、ローラコンベアＲが設けられている。

前室６は、ワークＷを加熱室４へ供給するために、常圧又は負圧でワークＷを保持するもので、前方に負圧対応用の扉装置７を有する。

加熱室４は、真空状態でワークＷを８２０〜１２５０℃に加熱するもので、前後方向には、夫々扉装置８、９を有し、かつ加熱用ヒータ１０と、トランス１１を有する。後部の扉装置９は、次段の等温保持室３の扉を同時作動させる形のものとなっている。

等温保持室３は、入力されたワークＷを変態点温度、例えば３００℃に保持するのみならず、加熱室４から入力されたワークＷを等温保持の温度まで冷却する機能を備えている。

図２及び図３に示すように、等温保持室３は、外部に循環路２を有する。本例の循環路２は、交互通風可能に構成されている。

等温保持室３の側面には一対の窓１２、１３が開設され、その内部には整流板１４が配置されている。各窓１２、１３には上方に立ち上がる立ダクト１５Ｒ、１５Ｌが夫々立設され、そのダクト１５Ｒ、１５Ｌには一対の平行ダクト１６、１７が接続されている。接続口には、通風方向変更のためのバタフライ弁１８、１９が配置されている。各平行ダクト１６、１７の夫々の中央には、吸引ダクト２０又は吐出ダクト２１が夫々接続されている。吸引ダクト２０は、夫々バタフライ弁２２、２３を介して第１、第２の分岐管２４、２５に分岐され、第２の分岐管２５にはクーラ２６が配置されている。クーラ２６は一般的な噴流路と同様の水冷管で構成されている。両分岐管２４、２５の合流点２６Ｓは、単に管を接合しただけの構造とすることもできるが、機能的には両分岐管２４、２５から流入される、異なる温度のガスを均一混合する役目を為す。このために、適宜整流板、撹拌板、撹拌ファン、金属又はカーボン材等による接触材を配置することもある。

前記合流点２６Ｓに次いではファン２７が配置され、次いで補助ヒータ２８を介して前記吐出ダクト２１に接続されて、全体で循環路を為す。補助ヒータ２８や管路のヒータは、初期において、循環路２内の温度を調節するだけのもので、等温保持の作動中はほとんど作動することはなく、小容量のものでよい。循環路２には保温材２９が施されている。

以上の構成の等温保持室３において、バタフライ弁１８、１９の切換えを行うことにより、循環流３０の流れ方向を切換えることができる。即ち、ワークＷの右方向から又は左方向から等温保持された温度の不活性ガスを吹き付けることができる。整流板１４に代え多数の細管によるディストリビュータを配置することもできる。

不活性ガスを等温保持のための温度、即ち変態点温度付近に定めた温度、例えば３００℃に調節する方式を示すと、ワークＷに吹付けられた後の不活性ガスは窓１２又は１３を介して吸引ダクト２０を通り、第１及び第２の分岐管２４、２５に流入する。

第１及び第２の分岐管２４、２５に流入されるガス量は、コントローラ３１の制御により、バタフライ弁２２、２３の開度に応じて調節制御される。コントローラ３１は、例えばファン２７の後に取り付けた温度センサ３２の検出信号に応じ、検出温度が３００℃より高いときは、クーラ２６側の弁２３を開け、３００℃より低いときは、同弁２３を閉じる方向で弁開度を調節制御する。温度センサの取り付位置は、これらに限定されない。

冷却開始時には、ファン２７が回転し、循環流３０がワークＷに吹き付けられ、ガス温度が上昇して立ダクト１５Ｒ又は１５Ｌ、次いで吸引ダクト２０に流入する。このときの上昇温度は１００〜３００℃程度である。この温度上昇を伴った突入ガスの温度を緩和するため、立ダクト１５Ｒ、１５Ｌ、又は及び窓１２、１３吸引ダクト２０、等の循環路中に、熱量吸収緩和のための接触材を介在させることができる。接触材は、鉄球、鉄管、又はカーボン材等で構成され、ガスと接触して熱交換し、通過ガスの温度を予め定めた等温保持の温度、つまりは接触材の温度とするものである。循環ガスを接触材と接触させることにより、突入ガスの温度を緩和し、温度ムラを無くすることができる。接触材の量は、ワーク重量の倍率で、０．１〜０．５程度の範囲で定められる。

ワークＷは、等温保持の初期において、例えば８２０〜１２５０℃にあるので、冷却が必要で、クーラ２６がその熱量を吸収する。この間、ヒータ２８が作動することはほとんどない。

再度図１において、等温保持室３とガス冷却室５との間には、同時動作で扉を開閉する扉装置３３が設けられている。ガス冷却室５の後部には、ワーク取出し用の扉装置３４が設けられている。

ガス冷却室５には、不活性ガス噴出用の噴出口３５が設けられ、等温保持室３から送られてきたワークＷにマイナス温度、例えば−５０℃の不活性ガスを吹付け、急冷焼入れすることができる。ガス冷却室５は専らマイナス温度での急冷処理を行えば良く、等温保持室３は専ら等温保持すればよく、等温保持室の機能構成を簡易なものとすることができる。因みに、等温保持室３で、マイナス温度への焼入れ処理まで行うと、等温保持室は＋３００℃から−５０℃へと温度の急変化を強いられ、耐火構造が相当複雑で、構成困難となる。それが両者が役割り分担され、夫々構成簡単となっている。

以上の構成による連続式金属熱処理システム１の作用を図４を用いて説明する。各室６、４、３、５のタクトタイムを一定、例えば２時間であるとして説明する。ワークＷの流れについて示すと、まず、ガス冷却室５のワーク５を取出し、扉装置３４を作動させてその扉を閉じ、等温保持室３のワークＷをガス冷却室５へ導入する。等温保持室３には、加熱室４から加熱されたワークＷが導入される。加熱室４には前室６からワークＷが導入される。

今、加熱室４でワークＷが加熱開始されたとする。前室には、次のワークＷを供給するため、処理用のワークＷが装入される。加熱室で加熱されたワークＷは、等温保持室３へ送られる。これらのワークＷの流れに応じて、各室は、所要の圧力変化、不活性ガスの導入が行われるが、その詳細については説明を省略する。説明の都合より、等温保持室３の処理圧力及びガス冷却室５の処理圧力は共に３Barであるとする。

図４に示すように、ワークＷは、前室６では室温（２０℃）に保持されているが、ここで１００〜２００℃程度まで予熱するのは構わない。加熱室４では、所定の予熱曲線に基いてワークＷを８２０〜１２５０℃まで昇温させる。Ｔ_Ｒは炉室温度を、Ｔ_Ｗはワーク内部温度を示す。

等温保持室３では、前のワークＷを等温保持した後であるので、次のワークＷを受入れるときの炉室温は、等温保持の温度３００℃である（常時一定）。扉装置９を作動させ、加熱室４と減圧同圧化し、ワークＷを入力する。扉装置９を閉じ、等温保持処理する。

等温保持では、図２及び図３で示した循環路２の作動により、ワークＷに常時３００℃の不活性ガス流３０を交互に吹付け、ワークＷの冷却及び等温保持を行う。冷却曲線の形状は、ワーク重量、形状、循環路２のクーラ２６の能力等により異なる。凡その状況を示すと、ワーク重量３００〜５００Ｋｇ、クーラ能力２５〜５０万Kcal/Hにて１５〜３０分程度の時間で等温化できる。冷却能力を増大させるため、ガス冷却室５で用いた不活性ガスをクーラ２６に導入することもできる。ワークＷの重量が小さく、特に形状が薄い場合には、等温化までに要する時間を５分程度まで縮めることもできる。

等温保持室３でワークＷを冷却し、等温保持している間に、ガス冷却室５でガス冷却が終了する。ガス冷却室５では、この時刻ｔeでワークＷを取出し、次の冷却を待つことができる。

以上により、ワークＷは、前室６、加熱室４、等温保持室３、ガス冷却室５を介して１２５０℃から３００℃での等温保持を行い、次いで、−５０℃への焼入れを行うことができ、従来塩浴を用いなければ実現できなかった。高品質の焼入れ処理を、不活性ガスのみの乾式として、かつ高効率で行うことが可能となった。処理はタクトタイムを合わせて連続的に行うことができ、高効率である。装置構成が比較的複雑で装置コストが高い等温保持室３を専用機として繰り返し利用できるので、全体装置コストを安価とすることができる。等温保持の温度は自由に設定できるので、各種金属、各種焼入れ方法に適用でき、汎用性がある。

図５に示す連続式金属処理システム３６は、図１に示すシステム１に対し、等温保持室３の前段に予備冷却室３８を設けたものである。予備冷却室３８と等温保持室３との間には新たな扉装置３７が設けられている。

図６に示すように、予備冷却室３８は、加熱されたワークを等温保持のための温度近くまで冷却し、それから等温保持室３へ送るものである。予備冷却は、等温保持のタクトタイムnhの中で行われる。冷却方式は低温ガスを直接吹き付けるものとし、このガスは、ガス冷却室５との間に架け渡されたガス排気管３９を用いて、冷却用ガスの有効利用も可能である。予備冷却室３８で等温保持の温度近くまで急冷し、等温保持室３へ送ることができるので、比較的大型のワークであっても冷却速度を速め、品質向上を図ることができる。

また、予備冷却室３８を等温保持室３の前部に配置するので、予備冷却の要否に応じ、ワークＷの都合によっては予備冷却せず、直接等温保持室３で冷却し、等温保持することができる。ワークＷによって種々対応できるので、汎用性が高い。

以上、図１、図５で示した装置構成より明らかなように、等温保持室３は循環路２を有し、吸引ダクト２０をバタフライ弁２２、２３で開度調節される第１、第２の管路２４、２５に配置した構造である。従って、本等温保持室３の管路２４、２５の内一方の管路２４を閉じ、クーラ２６側の管路２５を全開すれば、それは特開平５−６６０９０号公報にも示されているような従来の噴流炉と同様の機能を果すことができる炉の構成である。

従って、本発明の等温保持室３は、利用法によっては、従来噴流路と同様機能をも有し、水冷温度（２０℃）への急冷焼入れも行うこともできる。さらに、かくなる構成であるので、図５に示す予備冷却室３８を等温保持室３と同一構造とし、焼入れ手法によっては、等温保持の手前で水冷温度への焼入れを行うこともできる。次いで、焼入れ済みのワークＷを等温保持して焼戻し、再度マイナス温度へ焼入れる等できる。さらに拡張して予備冷却室３８と、等温保持室３と、ガス冷却室５とを図１〜図３で示した等温保持室３と同一構成とすれば、各室３８、３、５の機能を種々変えて、冷却曲線を自由に設計でき、等温保持を含めての各種熱処理をダイナミックに効率良く行うことができる。

このように、本発明の等温保持室３の前後に、これと同一又は類似の等温保持室３を設ければ、中間温度を複数段に定めたり、冷却方式を変更したり、或いはワークＷの送り手順を変えたりしながら、各種熱処理を行うことができ、その応用を様々に拡張できる。

本発明は、上記実施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設計的変更を加えることができ、各種態様で実施できる。

本発明の一実施形態に係る連続式金属熱処理システムの側断面図である。 図１の循環路の右側面図で、炉体部分についてはＦ２−Ｆ２線に沿った断面図で示してある。 図１の循環路部分を拡大して示す平面図である。 図１〜図３で示したシステムの制御説明線図である。 本発明の一実施形態に係り、加熱室と等温保持室との間に予備冷却室とを備えた連続式金属熱処理システムを示す側断面図である。 図５で示したシステムの制御説明線図である。

符号の説明

１、３６ 連続式金属熱処理システム
２ 循環路
３ 等温保持室
４ 加熱室
５ ガス冷却室
６ 前室
７、８、９、３３、３４、３７ 扉装置
１０ ワーク加熱用ヒータ
１１ トランス
１２、１３ 窓
１４ 整流板
１５ 立ダクト
１６、１７ 平行ダクト
１８、１９、２２、２３ バタフライ弁
２０ 吸引ダクト
２１ 吐出ダクト
２４ 第１分岐管
２５ 第２分岐管
２６ クーラ
２６Ｓ 合流点
２７ ファン
２８ 補助ヒータ
２９ 保温材
３０ 循環流
３１ コントローラ
３２ 温度センサ
３５ 噴出口
３８ 予備冷却室
３９ ガス排気管
Ｔ_Ｒ 炉室温度
Ｔ_Ｗ ワーク温度
Ｒ ローラコンベア

Claims (4)

1. 入力された加熱ワークを金属変態点温度に調節した等温ガス雰囲気中で等温保持する等温保持室を備え、
   前記等温保持室の前部には、前記ワークを焼入れ温度に加熱する加熱室を設け、後部には、等温保持した後のワークを常温以下の温度に急冷するガス冷却室を設け、開閉可能な扉を介して各室を連続的に接続すると共に、ワークを各室に連続的に流し、各室に独立した熱処理を与えることを特徴とする等温保持室を備えた連続式金属熱処理システム。
2. 前記等温保持室には、該室の一部から吸引したガスを再度内部へ出力する循環路が付属され、該循環路は吸引端が２分岐され、一方の分岐管はそのままで他の分岐管には適宜ガスを前記等温保持の温度より十分低い温度に冷却する常温冷媒を用いたクーラが配置され、両分岐管の合流点より後にはガス循環用のファンが配置され、両分岐管には流量制御のための弁が介在され、
   前記合流点以後の温度が前記等温保持の温度となるよう前記弁を開度調節するコントローラが設けられることを特徴とする請求項１に記載の等温保持室を備えた連続式金属熱処理システム。
3. 加熱室、等温保持室、ガス冷却室の各タクトタイムを同一とし、ワークを加熱室から等温保持室へ送ると同時に、前のワークを等温保持室からガス冷却室へ送ることを特徴とする請求項１に記載の等温保持室を備えた連続式金属熱処理システム。
4. 前記等温保持室と前記加熱室との間には、加熱ワークに冷温不活性ガスを吹き付けて、加熱ワークを等温保持の温度まで急冷するための予備冷却室を配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の等温保持室を備えた連続式金属熱処理システム。
   
   

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