JP2010059460A - Heat-treatment furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,ステンレス鋼材等を熱処理する熱処理炉に関する。さらに詳細には,少なくとも高温における熱処理を行う高温炉と,その高温炉の処理温度より低い温度での熱処理を行う低温炉とを有する熱処理炉に関するものである。 The present invention relates to a heat treatment furnace for heat treating a stainless steel material or the like. More specifically, the present invention relates to a heat treatment furnace having a high temperature furnace that performs heat treatment at least at a high temperature and a low temperature furnace that performs heat treatment at a temperature lower than the processing temperature of the high temperature furnace.
従来より,ギヤ等の製造工程では,例えば,鍛造工程→熱処理工程→機械加工工程の順に処理が実施される。熱処理工程としては,例えば,浸炭処理,焼きもどし処理等が行われる。このうち,浸炭処理は,例えば950℃程度の高温での熱処理である。そのため,例えば,厚さ200mmの断熱レンガと厚さ50mmのロックウールとによる断熱壁で囲った浸炭炉等を用いて処理していた。また,焼きもどし処理は,浸炭処理よりは低温での熱処理である。従来,浸炭炉とは独立に,焼き戻し炉を設けて,適切な温度に温度管理しつつ熱処理を行っていた。 Conventionally, in a manufacturing process of gears and the like, for example, processing is performed in the order of a forging process → a heat treatment process → a machining process. As the heat treatment process, for example, carburizing treatment, tempering treatment, and the like are performed. Among these, the carburizing treatment is a heat treatment at a high temperature of about 950 ° C., for example. For this reason, for example, a carburizing furnace surrounded by a heat insulating wall made of 200 mm thick heat insulating brick and 50 mm thick rock wool is used. The tempering process is a heat treatment at a lower temperature than the carburizing process. Conventionally, a tempering furnace was provided independently of the carburizing furnace, and heat treatment was performed while controlling the temperature to an appropriate temperature.
このように高温での熱処理とそれよりは低温での熱処理とを含む工程での省エネルギー対策として,高温炉の排ガスを低温炉に流通させることが提案されている。例えば,特許文献1には,排ガス通路にて直結した一対の連結炉を積層した熱処理炉が開示されている。本文献の装置によれば,例えば焼入れ前加熱用の加熱炉と焼戻し炉とが排ガス通路で連結されており,高温の排ガスを焼戻し炉へ導くことができる。また,その排ガス通路に設けられたダンパーによって,個別に温度調節もできるとされている。
しかしながら,前記した特許文献1の熱処理炉では排ガスを流通させているが,浸炭炉の排ガスを焼き戻し室へ流通させることはできない。浸炭処理に用いられている雰囲気ガスが,焼き戻し工程に悪影響を与えるからである。そのため,この熱処理炉は,浸炭炉の熱を有効活用する目的には適用できなかった。 However, although the exhaust gas is circulated in the heat treatment furnace described in Patent Document 1, the exhaust gas from the carburizing furnace cannot be circulated to the tempering chamber. This is because the atmospheric gas used in the carburizing process has an adverse effect on the tempering process. For this reason, this heat treatment furnace could not be applied for the purpose of effectively utilizing the heat of the carburizing furnace.
また,従来のような独立の浸炭炉では,例えば,廃熱が約494W/m2とかなり大きいものとなっているため,熱効率が良好とは言えなかった。熱効率を向上させるために,単に炉壁を厚くする方法も考えられるが,設備の内容積を減少させれば生産性の低下の原因となる。あるいは,外側へ壁厚を増やせば,設備サイズの増大となる。さらには,炉壁の熱容量が大きくなるため,炉内温度の昇降に掛かる時間が長くなるという問題点もあった。またあるいは,断熱性の特に良好な断熱材を用いることも考えられるが,そのような断熱材は概して高価であり,設備費の増大となる。 In addition, in an independent carburizing furnace as in the prior art, for example, the waste heat is as large as about 494 W / m 2 , so that it cannot be said that the thermal efficiency is good. In order to improve thermal efficiency, it is possible to simply increase the thickness of the furnace wall. However, reducing the internal volume of the equipment can cause a decrease in productivity. Alternatively, increasing the wall thickness outward will increase the equipment size. Furthermore, since the heat capacity of the furnace wall increases, there is a problem that it takes a long time to raise and lower the furnace temperature. Alternatively, it is conceivable to use a heat insulating material with particularly good heat insulating properties, but such a heat insulating material is generally expensive and increases the equipment cost.
本発明は,前記した従来の熱処理炉が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,高温の浸炭炉の熱効率を向上させるとともに,その廃熱を利用することにより設備全体を省エネルギーなものとすることのできる熱処理炉を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional heat treatment furnace. That is, the problem is to provide a heat treatment furnace that can improve the thermal efficiency of a high-temperature carburizing furnace and use the waste heat to save energy in the entire facility.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の熱処理炉は,対象物に対して第1の加熱温度で第1の熱処理を施す第1炉と,対象物に対して第1の加熱温度より低い第2の加熱温度で第2の熱処理を施す第2炉と,第1炉と第2炉との間を仕切る炉間壁と,第2炉と外部との間を仕切る外壁とを有し,第1炉と第2炉とが,炉間壁を介して隣接して配置されているものである。 The heat treatment furnace of the present invention made for the purpose of solving this problem is a first furnace for subjecting an object to a first heat treatment at a first heating temperature, and the object is lower than the first heating temperature. A second furnace that performs a second heat treatment at a second heating temperature, an inter-furnace wall that partitions the first furnace and the second furnace, and an outer wall that partitions the second furnace and the outside; A 1st furnace and a 2nd furnace are arrange | positioned adjacently through the wall between furnaces.
本発明の熱処理炉によれば,第1炉と第2炉との間の炉間壁として,断熱性の適度なものを用いれば,これらの炉間である程度の熱が伝達される。さらに,第2炉は第1炉より低い温度での熱処理であるので,外部との仕切りである外壁として,通常の断熱性を有する材料によるものを使用できる。さらに,第1炉と第2炉とは炉間壁で仕切られているので,それらの間に雰囲気ガスが流れ込むおそれはない。従って,第1炉として浸炭炉を適用することができる。これにより,高温の浸炭炉の熱効率を向上させるとともに,その廃熱を利用することにより設備全体を省エネルギーなものとすることのできる熱処理炉となっている。 According to the heat treatment furnace of the present invention, a certain amount of heat is transferred between these furnaces if a moderately heat-insulating wall is used between the first furnace and the second furnace. Furthermore, since the second furnace is a heat treatment at a temperature lower than that of the first furnace, an outer wall that is a partition from the outside can be made of a material having a normal heat insulating property. Furthermore, since the first furnace and the second furnace are partitioned by the inter-furnace wall, there is no possibility that atmospheric gas flows between them. Therefore, a carburizing furnace can be applied as the first furnace. As a result, the thermal efficiency of the high-temperature carburizing furnace is improved, and the heat treatment furnace can save energy by utilizing the waste heat.
さらに本発明では,第1炉内と第2炉内とにそれぞれ,対象物を入口から出口まで搬送する搬送部材を有し,第1炉の出口と第2炉の入口とが隣接して設けられていることが望ましい。
このようになっていれば,対象物は,搬送部材によって第1炉内を入口から出口まで搬送されつつ,第1炉での熱処理が施される。さらに,第2炉の入口が第1炉の出口と隣接しているので,第1炉の出口から第2炉の入口へ移載することは容易である。従って,対象物を移動させる距離が小さく,例えば,ロボット等によって移載できる。
Furthermore, in the present invention, each of the first furnace and the second furnace has a conveying member for conveying the object from the inlet to the outlet, and the outlet of the first furnace and the inlet of the second furnace are provided adjacent to each other. It is desirable that
If it becomes like this, the target object will be heat-processed in a 1st furnace, conveying the inside of a 1st furnace from an entrance to an exit by a conveyance member. Furthermore, since the inlet of the second furnace is adjacent to the outlet of the first furnace, it is easy to transfer from the outlet of the first furnace to the inlet of the second furnace. Therefore, the distance for moving the object is small, and can be transferred by, for example, a robot.
さらに本発明では,第1炉が,浸炭処理を行う浸炭炉であり,第2炉が,浸炭処理後の焼き戻し処理を行う焼き戻し室であることが望ましい。
通常,焼き戻し処理は浸炭処理に比較して低温で行われる。従って,本発明の熱処理炉をこれらの処理を行うものに適用することができる。
Furthermore, in the present invention, it is desirable that the first furnace is a carburizing furnace that performs a carburizing process, and the second furnace is a tempering chamber that performs a tempering process after the carburizing process.
Normally, tempering is performed at a lower temperature than carburizing. Therefore, the heat treatment furnace of the present invention can be applied to those performing these treatments.
本発明の熱処理炉によれば,高温の浸炭炉の熱効率を向上させるとともに,その廃熱を利用することにより設備全体を省エネルギーなものとすることができる。 According to the heat treatment furnace of the present invention, the thermal efficiency of the high-temperature carburizing furnace can be improved, and the entire facility can be made energy-saving by utilizing the waste heat.
以下,本発明を具体化した最良の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,ギヤ等の金属部品を製造する製造工程に含まれる熱処理工程において使用される熱処理炉に本発明を適用したものである。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode for embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a heat treatment furnace used in a heat treatment process included in a production process for producing metal parts such as gears.
本形態の熱処理炉は,図1に示すように,浸炭炉1と焼き入れ槽2と洗浄機3とを有している。浸炭炉1は,図1と図2に示すように,浸炭拡散ゾーン11とその左右に隣接した2室のもどしゾーン12とを有する複合炉である。図1は,上から見た断面図であり,図2は,浸炭炉1を正面から見た断面図である。それぞれのゾーン11,12の内部には,上下に複数段のメッシュベルト13が備えられている。
As shown in FIG. 1, the heat treatment furnace of this embodiment has a carburizing furnace 1, a
本形態の浸炭炉1では,浸炭拡散ゾーン11ともどしゾーン12との境界は,断熱レンガ製の炉間壁15となっている。ここでは,熱伝導率0.20W/(m・K),厚さ200mmの断熱レンガを用いている。また,もどしゾーン12と外部との間には,ロックウール製の外壁16が配置されている。ここでは,熱伝導率0.06W/(m・K),厚さ50mmのロックウールを用いている。さらに,浸炭炉1の上面と下面は,適度な断熱性を有する断熱壁17が設けられている。
In the carburizing furnace 1 of this embodiment, the boundary between the
本形態では,浸炭拡散ゾーン11ともどしゾーン12とはそれぞれ独立に温度制御できるようになっている。例えば,図3に示すように,浸炭拡散ゾーン11は950℃,もどしゾーン12は150℃にそれぞれ制御することができる。しかし,それらの間の隔壁は前述の構造の炉間壁15のみであり,厚さ200mmの断熱レンガの断熱性は極端に高いわけではない。そのため,高温である浸炭拡散ゾーン11から低温であるもどしゾーン12へと,ある程度熱が伝達される。
In this embodiment, the
各ゾーン11,12の温度が上記の程度に制御されている場合には,炉間壁15の外側の面(もどしゾーン12の側)では,200℃を超える程度の温度(例えば,217℃)となることが分かっている。従って,もどしゾーン12は,浸炭拡散ゾーン11から十分な熱を得ることができるので,内部を加熱するための独自の加熱手段は,ほとんど不要である。備える場合でもごく簡略なものでよい。また,もどしゾーン12の温度調節は,例えば流すガスの流量によって行うことができる。このとき熱エネルギーは,図3中に矢印で示すように伝達される。浸炭拡散ゾーン11からもどしゾーン12への熱の供給量は,約733W/m2である。
When the temperature of each
さらに,もどしゾーン12の外側は,外壁16によって断熱されている。外壁16の外側は,例えば,23℃程度となる。この程度の温度であれば,作業者が触れたとしても問題はないので,露出されていてもよい。このとき,もどしゾーン12から外気へ,図3中に矢印で示すように,約162W/m2の熱エネルギーを排出していることとなる。この廃熱の量は従来のもの(約494W/m2;課題欄参照)と比較して非常に小さい。従って,非常に熱効率の良好な熱処理炉となっている。
Further, the outside of the
また,浸炭拡散ゾーン11ともどしゾーン12とは,炉間壁15で仕切られているので,雰囲気制御も独立にできる。例えば,浸炭拡散ゾーン11はRXガス雰囲気とし,もどしゾーン12は大気雰囲気とすることもできる。RXガスは,天然ガスなどを変成させた変成ガスである。浸炭拡散ゾーン11の排ガスをもどしゾーン12に流すことはしていない。従って,雰囲気ガスを用いる浸炭処理と用いないもどし処理であっても,炉間壁15の熱伝導により熱を再利用することができる。さらに,それぞれのゾーン11,12の内部に配置されるメッシュベルト13のスピードもそれぞれ独立に設定可能である。
Further, since the carburizing
次に,本形態の熱処理炉による熱処理の手順について説明する。本形態の熱処理炉では,浸炭処理,焼き入れ処理,焼き戻し処理の順に各処理が行われる。前工程から搬送されてきたワークは,まず浸炭拡散ゾーン11によって浸炭処理される。浸炭拡散ゾーン11のうち,図1中で上方側の端部が,入口11aである。ワークは,ロボット等によってこの入口11aから浸炭拡散ゾーン11に搬入されて,メッシュベルト13上に載せられる。
Next, a heat treatment procedure in the heat treatment furnace of this embodiment will be described. In the heat treatment furnace of this embodiment, each process is performed in the order of carburization, quenching, and tempering. The workpiece conveyed from the previous process is first carburized by the carburizing
そして,メッシュベルト13によって,図1に破線の矢印で示すように,水平方向に運ばれる。浸炭拡散ゾーン11のうち,図1中で下方側の端部が,出口11bである。本形態では,浸炭拡散ゾーン11内は,900℃〜1050℃程度に昇温されている。ワークは,メッシュベルト13によってこの中を約3時間かけて出口11bへと送られつつ,浸炭処理される。
Then, it is conveyed by the
浸炭処理が終了したワークに対して,次に焼き入れ処理が行われる。そのために,ワークは,ロボット等によって浸炭拡散ゾーン11の出口11bから取り出される。続いて,図1に破線の矢印で示すように,焼き入れ槽2に入れられる。この焼き入れ槽2には,水または油が満たされている。ここでは,油を用いることとする。ワークは,この油の中に挿入されることにより,急冷される。この焼き入れ槽2は,浸炭拡散ゾーン11の出口11bの近くに配置されるとよい。なお,油を用いる場合には,焼き戻し前に洗浄機3によってワークの洗浄を行うことが一般的である。
Next, the quenching process is performed on the workpiece after the carburizing process. For this purpose, the workpiece is taken out from the
焼き入れの終了したワークに対して,次に焼き戻し処理が行われる。そのために,ロボット等によってもどしゾーン12のメッシュベルト13に載せられる。もどしゾーン12の入口12aは,図1中で下方側の端部であり,浸炭拡散ゾーン11の出口11bと隣接して設けられている。もどしゾーン12のメッシュベルト13は,図1に破線の矢印で示すように,図中下から上向きに搬送する。これにより,ワークは,もどしゾーン12の図中上方側の端部である,出口12bへと送られる。もどしゾーン12は,例えば150℃程度に制御されており,処理時間は1時間程度である。
A tempering process is then performed on the workpiece that has been quenched. For this purpose, it is placed on the
次に,別の形態の浸炭炉を図4に示す。この浸炭炉20は,その全体が円柱形をなしているものである。内部には,内周側の略円柱状の浸炭拡散ゾーン21と,その外周を取り囲む略円筒状のもどしゾーン22とが形成されている。これらの浸炭拡散ゾーン21ともどしゾーン22内には,それぞれ複数段のターンテーブルが配置されている。浸炭拡散ゾーン21内のターンテーブルともどしゾーン22内のターンテーブルとは,それぞれ独立に回転可能にされている。
Next, another form of carburizing furnace is shown in FIG. The carburizing
また,浸炭炉1と同様に,浸炭拡散ゾーン21ともどしゾーン22との間は,熱伝導率0.20W/(m・K),厚さ200mmの断熱レンガ製の炉間壁25によって仕切られている。また,もどしゾーン22の外周側には,熱伝導率0.06W/(m・K),厚さ50mmのロックウール製の外壁26が設けられている。炉間壁25には,開閉可能な出し入れ口27が形成されている。また,外壁26には,開閉可能な出し入れ口28が形成されている。
Similarly to the carburizing furnace 1, the carburizing
浸炭処理時には,浸炭拡散ゾーン21内は,浸炭炉1の浸炭拡散ゾーン11と同様に,例えば,950℃に昇温される。また,もどしゾーン22内は,浸炭炉1のもどしゾーン12内と同様に,例えば,150℃程度とされる。ワークは,まず奥側の浸炭拡散ゾーン21のターンテーブルに載せられ,回転されつつ浸炭処理される。続いて,ワークは浸炭炉20から取り出されて,焼き入れ処理が行われる。その後,もどしゾーン22のターンテーブルに載せられて焼き戻し処理が行われる。
During the carburizing process, the temperature in the
さらに,別の配置としては,図5に示すように,浸炭拡散ゾーン31ともどしゾーン32とが上下に積み重ねられた浸炭炉30であってもよい。各ゾーン31,32の内部にはメッシュベルト33が設けられている。処理実行時には,浸炭拡散ゾーン31のメッシュベルト33は図中手前から奥へ,もどしゾーン32のメッシュベルト33は図中奥から手前へ,それぞれワークを搬送する。この場合,焼き入れ槽35は,浸炭拡散ゾーン11の出口近く(図中奥側)に配置されていればよい。浸炭拡散ゾーン31の上部にも,さらにもどしゾーンを設けるようにしても良い。あるいは,浸炭拡散ゾーンの上下左右にそれぞれ,もどしゾーンを設けても良い。
Furthermore, as another arrangement, as shown in FIG. 5, a carburizing
あるいは,図6に示すように,3段積み型の浸炭炉40としてもよい。この図では,一番上に950℃ゾーン41,中段に845℃ゾーン42,一番下に150℃ゾーン43を配置したものを示した。950℃ゾーンの上にも,さらに150℃ゾーン等を設けても良い。この場合,950℃ゾーン41と845℃ゾーン42との関係では,950℃ゾーン41が第1炉に,845℃ゾーン42が第2炉にそれぞれ相当する。また,845℃ゾーン42と150℃ゾーン43との関係では,845℃ゾーン42が第1炉に,150℃ゾーン43が第2炉にそれぞれ相当する。
Alternatively, as shown in FIG. 6, a three-
あるいは,図7に示すように,円柱形で積み型の浸炭炉50としてもよい。ここでは,上部に浸炭拡散ゾーン51を,下部にもどしゾーン52を配している。さらに,浸炭拡散ゾーン51の上部にも,もどしゾーンを配してもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 7, a cylindrical and stacking
以上詳細に説明したように本形態の浸炭炉によれば,浸炭拡散ゾーンの外周側に,もどしゾーンを配置しているので,浸炭拡散ゾーンからの廃熱をもどしゾーンで利用することができる。さらに,浸炭拡散ゾーンともどしゾーンとの間には,適度な厚さの断熱レンガ製の炉間壁を配置するだけでよいので,設備の大型化や設備費の増大を招くおそれはない。もどしゾーンの外周側の外壁は,適度な厚さのロックウール製のものでよい。また,炉外部への廃熱の量を抑制でき,熱効率のよいものとなっている。 As described above in detail, according to the carburizing furnace of this embodiment, since the return zone is arranged on the outer peripheral side of the carburization diffusion zone, the waste heat from the carburization diffusion zone can be used in the return zone. Furthermore, between the carburizing diffusion zone and the return zone, it is only necessary to place an insulating brick wall made of heat-insulating bricks of an appropriate thickness, so there is no risk of increasing the size of the equipment and increasing equipment costs. The outer wall on the outer peripheral side of the return zone may be made of rock wool of moderate thickness. In addition, the amount of waste heat to the outside of the furnace can be reduced, resulting in good thermal efficiency.
なお,本形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。
上記の各形態では,浸炭拡散ゾーンともどしゾーンとの間に断熱レンガ製の炉間壁を,もどしゾーンの外側にロックウール製の外壁を配置するとしたが,これらの壁の材質は,上記のものに限らない。例えば,これらの材質は逆でもよいし,ともに同じ材質のものを用いてもよい。また例えば,本発明の熱処理炉は,浸炭処理ともどし処理とに使用されるものに限らない。例えば,焼き鈍し処理ともどし処理を行うものでもよい。また,処理内容によっては,焼き入れ槽2を使わない熱処理もある。その様な処理のみを行う熱処理炉であれば,焼き入れ槽2を有しないものであってもよい。
In addition, this form is only a mere illustration and does not limit this invention at all. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
In each of the above forms, an insulating brick wall is placed between the carburizing diffusion zone and the return zone, and an outer wall made of rock wool is placed outside the return zone. Not limited to things. For example, these materials may be reversed, or the same material may be used. Further, for example, the heat treatment furnace of the present invention is not limited to the one used for the carburizing process and the returning process. For example, an annealing process and a tempering process may be performed. Further, depending on the processing content, there is a heat treatment that does not use the
1,20,30,40,50 浸炭炉
11,21,31,41,51 浸炭拡散ゾーン
12,22,32,42,52 もどしゾーン
15,25 炉間壁
16,26 外壁
1, 20, 30, 40, 50
Claims (3)
対象物に対して第1の加熱温度より低い第2の加熱温度で第2の熱処理を施す第2炉と,
前記第1炉と前記第2炉との間を仕切る炉間壁と,
前記第2炉と外部との間を仕切る外壁とを有し,
前記第1炉と前記第2炉とが,炉間壁を介して隣接して配置されていることを特徴とする熱処理炉。 A first furnace for subjecting an object to a first heat treatment at a first heating temperature;
A second furnace for subjecting the object to a second heat treatment at a second heating temperature lower than the first heating temperature;
A furnace wall separating the first furnace and the second furnace;
An outer wall separating the second furnace from the outside,
The heat treatment furnace, wherein the first furnace and the second furnace are arranged adjacent to each other through an inter-furnace wall.
前記第1炉内と前記第2炉内とにそれぞれ,対象物を入口から出口まで搬送する搬送部材を有し,
前記第1炉の出口と前記第2炉の入口とが隣接して設けられていることを特徴とする熱処理炉。 In the heat treatment furnace according to claim 1,
Each of the first furnace and the second furnace has a transport member for transporting an object from an inlet to an outlet,
A heat treatment furnace characterized in that an outlet of the first furnace and an inlet of the second furnace are provided adjacent to each other.
前記第1炉が,浸炭処理を行う浸炭炉であり,
前記第2炉が,浸炭処理後の焼き戻し処理を行う焼き戻し室であることを特徴とする熱処理炉。 In the heat treatment furnace according to claim 1 or 2,
The first furnace is a carburizing furnace for carburizing;
The heat treatment furnace, wherein the second furnace is a tempering chamber for performing a tempering process after carburizing.
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