JP2008214721A - 等温処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの冷却ムラを最小限に抑制しつつ、鋼製の小型のワークを連続的に等温処理することができる等温処理装置を提供する。
【解決手段】ワークをオーステナイト領域の温度に加熱する加熱炉１と、加熱炉１で加熱されたワークを等温変態温度まで急冷する冷却炉２と、冷却されたワークを等温変態温度に保持する等温炉３とを備えた等温処理装置である。冷却炉２はワークを搬送する通気性のコンベヤ１２と、その上面を覆う無底のフード１８と、フードの天井部に設置された循環ファン２０とを備え、通気性のコンベヤ１２の下方から冷却炉２内の空気を吸引しながらコンベヤ上のワークを均一冷却することにより冷却ムラをなくし、ベイナイト組織や縞状組織のない製品となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼製の小型のワークをベイナイトや縞状偏析の発生を回避しつつ等温処理する等温処理装置に関するものである。

等温処理は、焼準温度以上のオーステナイト領域に加熱された鋼製のワークを急速にパーライト変態の進む温度、すなわち鋼のＳ曲線（等温変態図）における鼻の上の温度（等温変態温度）にまで冷却して一定時間保持し、軟質のフェライト組織と層状のパーライト組織とし、切削性を向上させる熱処理である。このオーステナイト領域から等温変態温度への冷却速度によっては、硬く靭性のあるベイナイト組織が析出したり、縞状偏析が発生したりしてワークの切削性が低下するため、冷却工程の制御が特に重要である。

従来の等温処理装置としては、特許文献１に示されたガス冷却方式の装置と、特許文献２に示された空気冷却方式の装置とが知られている。

特許文献１に記載の等温処理装置は、圧力容器の内部に断熱壁に囲まれた炉を設置し、炉体の外部側方に水平に設置した循環ファンによって炉内でガスを循環させながらヒータや冷却装置によって炉内の温度を順次制御し、等温処理を行う装置である。ワークは格子状の支持台に置かれて炉内に設置され、バッチ処理が行われる。

しかしこの装置は全工程を密閉した圧力容器の内部で進行させるため連続処理を行うことができず、生産性が悪いという問題があった。また圧力容器の内部を１３０ｋＰａ〜６００ｋＰａに加圧しており、設備コストもランニングコストも高くつくという問題があった。

一方、特許文献２に記載の装置は、加熱炉と等温（恒温）炉との間に空冷式の冷却装置を設置したもので、冷却室の天井に下向きに設置したファンによって空気をワークに向かって吹付け、急冷するものである。吹き付けられた空気は下部両側から排出される。また吹き付けられる空気の温度は、外気吸入口のダンパ開度によって１００〜２００℃に制御されている。

この特許文献２の装置は、比較的低コストで連続処理を行うことが可能である。しかしワークの上面から冷却風を吹き付ける方式では、冷却風が直接当たる部分は良好な組織を得ることができるが、ワークの積み重ねや風当たりの陰になったもの、あるいはコンベヤの端の方に位置したものは冷却が遅れ、フェライト組織の拡大と連鎖を促進せしめ、縞状偏析が発生する。そのため、これを防止すべく冷却風の温度を低くすると今度は一番冷却風の当たりの強い所が過冷却となり、ベイナイトが発生する。このように特許文献２に示されるような従来型の装置では上記の両方を防止することが難しく、縞状偏析があるワークと少量のベイナイトがあるワークとが混在するのが通常であった。
特開平１０−８１９１３号公報 特公昭５３−３４１６３号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、ワークの冷却ムラによる縞状偏析やベイナイトの発生を最小限に抑制しつつ、鋼製の小型のワークを連続的に等温処理することができる等温処理装置を提供するためになされたものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の等温処理装置は、鋼製のワークを焼準温度以上の温度に加熱する加熱炉と、この加熱炉により加熱されたワークを温風により等温変態温度まで急冷する冷却炉と、冷却されたワークを等温変態温度に保持する等温炉とを備えた等温処理装置であって、冷却炉はワークを搬送する通気性のコンベヤと、その上面を覆う無底のフードと、フードの天井部に設置された循環ファンとを備え、通気性のコンベヤの下方から冷却炉内の空気を吸引しながらコンベヤ上のワークを均一冷却することを特徴とするものである。

なお好ましい実施形態によれば、冷却炉が、循環ファンにより循環される温風の温度を調整するためのバーナーを備え、温風の温度を室温〜７５０℃の範囲で可変としたものであり、循環ファンにより循環される温風の流量を可変としたものである。またコンベヤはメッシュベルトコンベヤであり、加熱炉がワークを載せたトレーを挿入プッシャーにより搬送するプッシャー駆動炉であり、その後端にトレーを回転させてワークを冷却炉のコンベヤに落下させるトレー反転装置を備えたものである。

本発明の等温処理装置は、ワークを搬送する通気性のコンベヤの上面を無底のフードで覆い、その天井部に設置された循環ファンによって、通気性のコンベヤの下方から空気を吸引しながらコンベヤ上のワークを冷却する。このため冷却用の空気はワークのすき間を通過する際にワークを均一に冷却し、冷却風を吹き付ける特許文献２の方式に比較して、風当たりの陰が発生しにくくなる。しかも３００〜６００℃という高温の温風を炉内で大量循環させることにより等温処理温度に近い温度でのワークの冷却が可能となり、ワークの冷却ムラをはるかに小さくすることができる。従って多量のワーク処理を行う場合にも均一な等温処理が可能であり、縞状偏析もベイナイトも発生しない、細粒のフェライト＋パーライト組織を得ることが可能となる。なお、冷却用の温風温度や風量はワークの大きさや求める組織によって調節できるようになっている。

また本発明の等温処理装置は連続処理が可能であり、特許文献１の装置のような圧力容器も不要である。従って設備コスト及びランニングコストを低減することができる。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は実施形態の等温処理装置を示す平面図、図２はその断面図である。これらの図において、１は加熱炉、２は冷却炉、３は等温炉である。ワークは小型の鋼製品であり、代表的なワークは最大サイズが数センチ以下の鍛造品である。

加熱炉１はプッシャー駆動炉であり、多数のワークを載せたトレー４を挿入プッシャー５により順次押し込みながら炉長方向に搬送する。トレー４は強度のある耐熱鋼材からなる四角形状のものである。炉室の床面にはアルミナ製のスキッドレール６が敷設されており、トレー４はその上をスライドする。炉室の側面には複数のバーナー７が設置されており、ワークを焼準温度以上のオーステナイト領域に加熱する。なお昇温は加熱炉１の前半部において行われ、後半部は一定温度を維持してワークの内部まで均一に加熱する。

加熱炉１と冷却炉２との間には、１枚のトレー４を収容できる大きさの中間室８が設けられている。この中間室８は入口側と出口側にそれぞれ昇降可能な扉９、１０を備えている。また冷却炉２の入口にはトレー反転装置１１が設けられており、トレー４を反転してワークを冷却炉２のコンベヤ１２上に落下させるようになっている。冷却炉２の構造については後述する。

挿入プッシャー５により順次押し込まれて加熱炉１の後端に達したトレー４は、駆動源を備えたローラコンベヤ１３によってトレー反転装置１１に送り込まれる。ここでトレー４は反転されてワークを冷却炉２のコンベヤ１２上に落下させたのち、ローラコンベヤ１３を逆方向に駆動して、中間室８に戻される。空になったトレー４は取り出しローラコンベヤ１４により中間室８から取り出され、リターンコンベヤ１５により加熱炉１の入口側に返送され、ワーク供給位置１６でワークが積み込まれて再び加熱炉１に送り込まれる。このようなトレー４の出し入れの際には扉９、１０が開閉され、加熱炉１及び冷却炉２の温度変動を防止している。

冷却炉２の内部には、ワークを搬送する通気性のコンベヤ１２が設けられている。この実施形態ではコンベヤ１２は入側が低く出側が高くなるように傾斜させたメッシュコンベヤである。前記したトレー反転装置１１により反転されたトレー４から落下したワークはこのコンベヤ１２によって等温炉３に移送される。

冷却炉２の内部には、このコンベヤ１２の上面を覆う無底のフード１８が設置されている。図３の断面図に示すように、フード１８はコンベヤ１２の両側面に添ってコンベヤ１２の駆動軸付近まで垂下しているが、底面は開放されている。なおフード１８のコンベヤ１２の進行方向には開口部１９が形成されており、ワークを通過させることができるようになっている。フード１８の上部は炉室の上部に達しており、このフード１８の天井部にはモータ１７による駆動される大風量の循環ファン２０が設置されている。

この循環ファン２０は下方から空気を吸込み上方に排出する軸流型のターボファンである。このため循環ファン２０を駆動するとフード１８の内部は低圧となり、フード１８の外部の空気が通気性のコンベヤ１２の下方から吸引され、コンベヤ１２上のワークを均一冷却する。なお循環ファン２０により吸引された空気は図３中に矢印で示すようにフード１８の外部に流れ、冷却炉２の内部を循環する。冷却炉２の側壁には循環ファン２０により循環される冷却風の温度を調整するためのバーナー２１が設けられている。冷却風の温度は室温〜７５０℃の範囲で可変とし、ワークに応じて調節することができるが、通常は３００〜６００℃程度とすることが好ましい。この温度が低すぎると過冷却となってベイナイトを発生し易くなり、高すぎると縞状組織が発生し易くなる。

このように通気性のコンベヤ１２の下方から吸引される空気（温風）によってワークを冷却する点が本発明の大きな特徴であり、ワークはコンベヤ１２上を進行する間に等温変態温度まで均一冷却され、シュート２２を介して等温炉３に投入される。冷却用の空気はワークのすき間を通過する際にワークを均一に冷却し、冷却風の吹き付け方式とは異なり、風当たりの陰が発生しにくくなる。等温変態温度はワークの材質や要求される特性によって様々であるが、ここでは急速にパーライト変態の進む温度、すなわちＳ曲線の鼻の上の温度にまで冷却している。なお冷却風の風量は従来の吹き付け型の場合よりも多くし、比較的高温の温風を大風量で循環させることが好ましく、これによってベイナイトや縞状組織の発生を防止することができる。

等温炉３は従来のものと同様であり、ワークをコンベヤ２３により低速で移動させながら、等温変態温度に維持する。このため等温炉３の内部にはバーナー２４、撹拌ファン２５が設置されている。

なお、図１に示される２６は冷却用反転装置、２７は高速の冷却コンベヤである。これらは等温処理を行わず、焼準処理を行う場合に使用されるものであり、加熱炉１で加熱されたワークを載せたトレー４を中間室８から取り出して冷却するものである。しかしこの部分は本発明の範囲外のものである。

上記のように構成された等温処理装置による等温処理の方法は次の通りである。
先ずワーク（例えば鍛造品）はワーク供給位置１６でトレー４上に載せられ、挿入プッシャー５により加熱炉１の内部に順次押し込まれる。ワークは加熱炉１の内部を進行する間にＡ_３点以上の焼準温度、例えば９３０℃にまで昇温されたうえで少なくとも３０分程度はその温度に保持される。この高温のワークを載せたトレー４は中間室８を経由してトレー反転装置１１に送り込まれ、ワークは冷却炉２のコンベヤ１２上に落下する。空になったトレー４はリターンコンベヤ１５により加熱炉１の入口側に返送される。

コンベヤ１２上に落下した高温のワークは、循環ファン２０の作用によって通気性のコンベヤ１２の下方から吸引される冷却炉２内の大風量の温風によって、等温変態温度、例えば５５０℃まで急冷される。この冷却は５分程度で行うことが好ましく、冷却速度は冷却炉２内の温風温度と風量によって制御される。本発明では通気性のコンベヤ１２の下方から吸引される温風によるワークの急冷を行うので、冷却風を直接吹き付ける従来方式に比較して温風とワークとの接触が均一になり、冷却ムラをなくすることができる。

その後、ワークは等温炉３の内部を低速で進行する間に等温処理され、軟質のフェライト組織と層状のパーライト組織を析出させる。等温炉３の後端に達したワークは大気中に取り出され、ベイナイト組織や縞状組織のない切削性の良好な製品となる。

以上に説明したように、本発明によればワークの冷却ムラを最小限に抑制しつつ、鋼製の小型のワークを連続的に等温処理することができ、コストダウンと品質とを両立させることが可能となる。なお実施形態の装置は必要に応じて焼準処理装置としても使用することが可能である。

本発明の実施形態の等温処理装置を示す平面図である。 本発明の実施形態の等温処理装置を示す断面図である。 冷却炉の断面図である。

符号の説明

１ 加熱炉
２ 冷却炉
３ 等温炉
４ トレー
５ 挿入プッシャー
６ スキッドレール
７ バーナー
８ 中間室
９ 扉
１０ 扉
１１ トレー反転装置
１２ コンベヤ
１３ ローラコンベヤ
１４ 取り出しローラコンベヤ
１５ リターンコンベヤ
１６ ワーク供給位置
１７ モータ
１８ フード
１９ 開口部
２０ 循環ファン
２１ バーナー
２２ シュート
２３ コンベヤ
２４ バーナー
２５ 撹拌ファン
２６ 冷却用反転装置
２７ 冷却コンベヤ

Claims (5)

1. 鋼製のワークを焼準温度以上の温度に加熱する加熱炉と、この加熱炉により加熱されたワークを温風により等温変態温度まで急冷する冷却炉と、冷却されたワークを等温変態温度に保持する等温炉とを備えた等温処理装置であって、冷却炉はワークを搬送する通気性のコンベヤと、その上面を覆う無底のフードと、フードの天井部に設置された循環ファンとを備え、通気性のコンベヤの下方から冷却炉内の空気を吸引しながらコンベヤ上のワークを均一冷却することを特徴とする等温処理装置。
2. 冷却炉が、循環ファンにより循環される温風の温度を調整するためのバーナーを備え、温風の温度を室温〜７５０℃の範囲で可変としたものであることを特徴とする請求項１記載の等温処理装置。
3. 循環ファンにより循環される温風の流量を可変としたことを特徴とする請求項１記載の等温処理装置。
4. コンベヤがメッシュベルトコンベヤであることを特徴とする請求項１記載の等温処理装置。
5. 加熱炉がワークを載せたトレーを挿入プッシャーにより搬送するプッシャー駆動炉であり、その後端にトレーを回転させてワークを冷却炉のコンベヤに落下させるトレー反転装置を備えたものであることを特徴とする請求項１記載の等温処理装置。

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