JP2014047423A - 連続熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランニングコストを抑えつつ、ワークに付着した油分を除去することができる連続熱処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の連続熱処理装置は、焼入炉１内に変成ガスを導入するとともにワークＷを連続的に搬送して熱処理を行うものであり、焼入炉１よりも上流側には、ワークＷに付着している油分を燃焼除去する前焼炉１０が設置されている、前焼炉１０は、炉内を加熱する主加熱部１２と、焼入炉１から排出される余剰の変成ガスを炉内に導入して燃焼させる補助加熱部１３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続熱処理装置に関する。

ワークを連続的に搬送して熱処理を行う連続熱処理装置として、例えば、特許文献１に示すものが知られている。特許文献１の連続熱処理装置では、金属製のワークを無酸化焼入する際にワークの表面が酸化するのを防止するために、焼入炉内に変成ガス（ＲＸガス）が供給される。この変成ガスは、一般的に大気圧よりも炉内圧を高くするために焼入炉内に供給され続けるので、余剰の変成ガスが焼入炉の入口から排気される。その際、余剰の変成ガスは、爆発火災等を防止するために、火炎バーナ等により燃焼してから排気されるようになっている。

特開２００５−４８２６４号公報（図２参照）

ところで、焼入炉内に搬送されるワークには、その前工程において使用される加工油分や防錆油分が付着する場合がある。この場合、ワークに付着した油分は、高温の焼入炉内で炭化して煤となり、この煤が焼入炉の加熱装置に付着して加熱効率を低下させるという問題があった。この問題を解決するために、ワークを焼入炉内に搬送する前に、ワークに付着した油分を燃焼除去する前焼炉（バーンオフ炉）を設置することが考えられる。しかし、この場合には、前焼炉内を加熱するヒータ等の熱源が別途必要になるため、ランニングコストの観点から好ましくない。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ランニングコストを抑えつつ、ワークに付着した油分を除去することができる連続熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明の連続熱処理装置は、熱処理炉内に変成ガスを導入するとともにワークを連続的に搬送して熱処理を行う連続熱処理装置であって、前記熱処理炉よりも上流側に、ワークに付着している油分を燃焼除去する前焼炉が設置され、前記前焼炉は、炉内を加熱する主加熱部と、前記熱処理炉から排出される余剰の変成ガスを炉内に導入して燃焼させる補助加熱部とを備えていることを特徴とする。

上記のように構成された連続熱処理装置によれば、熱処理炉よりも上流側に、ワークに付着している油分を燃焼除去する前焼炉を設置し、この前焼炉の補助加熱部により、熱処理炉から排出される余剰の変成ガスを前焼炉内に導入して燃焼させるようにしたので、熱処理炉から排出される余剰の変成ガスを、前焼炉内を加熱する熱源として利用することができる。これにより、連続熱処理装置のランニングコストを抑えつつ、ワークに付着した油分を除去することができる。

前記補助加熱部は、前記余剰の変成ガスを燃焼させるエアを噴射するノズルを有し、前記ノズルは、前記エアにより燃焼した変成ガスの火炎が、ワークに付着している油分に直接当たる位置に配置されていることが好ましい。この場合、ノズルから噴射されたエアにより燃焼した変成ガスの火炎が、ワークに付着している油分に直接当たるため、ワークに付着している油分を効果的に燃焼除去することができる。

前記補助加熱部は、前記主加熱部の下流側に形成されたワークの排出口よりも下流側に配置されており、前記ノズルは、前記エアにより燃焼した変成ガスの燃焼ガスが、前記排出口から前記主加熱部内に導入される位置に配置されていることが好ましい。この場合、ノズルから噴射されるエアによって、変成ガスの燃焼ガスを主加熱部内に導入することができるため、主加熱部の加熱効率を高めることができる。

前記連続熱処理装置は、前記主加熱部の上流側に形成されたワークの導入口が、前記排出口よりも高位置に配置されていることが好ましい。この場合、排出口から主加熱部内に導入された燃焼ガスを、煙突効果によって導入口から外部へ排出することができる。これにより、燃焼ガスが主加熱部内の全体に行き渡るため、主加熱部の加熱効率をさらに高めることができる。

本発明の連続熱処理装置によれば、ランニングコストを抑えつつ、ワークに付着した油分を除去することができる。

本発明の一実施形態に係る連続熱処理装置を示す概略側断面図である。 上記連続熱処理装置の前焼炉を示す側断面図である。 上記前焼炉の主加熱部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。 上記前焼炉の補助加熱部のケースを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 上記補助加熱部のノズルを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。 上記連続熱処理装置の焼入温度分布を示すグラフである。 従来の連続熱処理装置の焼入温度分布を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の一実施形態に係る連続熱処理装置を示す概略側断面図である。この連続熱処理装置は、焼入炉（熱処理炉）１と、この焼入炉１内で金属製のワークＷを搬送する第１搬送コンベア２と、焼入用冷却油を貯留した油槽３と、この油槽３内のワークＷを油槽３外へと搬送する第２搬送コンベア４と、焼入炉１から油槽３へと落下するワークＷを案内するワーク移送案内部５とを備えている。第１，第２搬送コンベア２，４は、例えばメッシュコンベアからなる。

焼入炉１は、予熱室７と、その下流側に配置された複数の加熱ゾーンを有する加熱室８とによって構成されており、第１搬送コンベア２により予熱室７及び加熱室８に連続的に搬送されるワークＷに対して焼入処理を行うようになっている。加熱室８は、変成ガス（ＲＸガス）を焼入炉１内に導入するための供給口８ａを有している。変成ガスは、例えば、都市ガス（１３Ａガス）からなる炭化水素系ガスを部分酸化させたものであり、原料の約８４％の発熱量が保存されている。

前記変成ガスは、焼入炉１においてワークＷを無酸化焼入れするときに、供給口８ａから加熱室８内に導入され、焼入炉１内でワークＷの金属表面が酸化するのを防止するようになっている。その際、変成ガスは、大気圧よりも炉内圧を高くするために加熱室８内に供給され続け、余剰の変成ガスは予熱室７の入口７ａから上流側へ排気されるようになっている。

連続熱処理装置は、焼入炉１よりも上流側に設置された前焼炉１０をさらに備えている。この前焼炉１０は、ワークＷに付着している油分を燃焼除去するものであり、基台１１と、炉内を加熱する主加熱部１２及び補助加熱部１３と、ワークＷを搬送する第３搬送コンベア１４とによって構成されている。前記油分は、例えばＪＩＳ規格 Ｋ２２１３ タービン油２種 ＩＳＯ ＶＧ５６からなり、焼入処理の前工程において使用された加工油分や防錆油分がワークＷに付着したものである。第３搬送コンベア１４は、例えばメッシュコンベアからなり、その下流側端部が第１搬送コンベア２の上流側端部の上方に配置された状態で、基台１１に支持されている。

図２は、前焼炉１０を示す側断面図である。また、図３（ａ），（ｂ）は、前焼炉１０の主加熱部１２を示す正面図及び背面図である。図２及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、主加熱部１２は、基台１１上に固定されており、第３搬送コンベア１４の全長に亘ってその上方を覆うように、天壁１６と左右一対の側壁１７とによって門型に形成されている。天壁１６の下面及び各側壁１７の内側面には、複数の電気ヒータ１８が設けられ、主加熱部１２の長手方向に複数（３つ）の加熱ゾーン１９ａ，１９ｂ，１９ｃが形成されている。各加熱ゾーン１９ａ〜１９ｃでは、それぞれ温度センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって、電気ヒータ１８への通電が制御されるようになっている。天壁１６の上面及び各側壁１７の外側面は、門型に形成されたカバー１５により覆われている。

主加熱部１２は、上流側に形成されたワークＷの導入口１２ａと、下流側に形成されたワークＷの排出口１２ｂとを有しており、導入口１２ａの上側及び排出口１２ｂの上側は、調整板２１，２２によりそれぞれ覆われている。各調整板２１，２２は、それぞれ主加熱部１２の長手方向両端部に取り付けられ、その取付位置を上下方向に調整することにより、導入口１２ａ及び排出口１２ｂの各開口面積をそれぞれ個別に調整できるようになっている。

基台１１は、左右方向に所定の間隔をあけて配置されたチャンネル材からなる一対の基部フレーム１１ａと、各基部フレーム１１ａの前後位置において下方に延びる前脚１１ｂ及び後脚１１ｃと、各基部フレーム１１ａの上面に沿って固定された一対の支持フレーム１１ｄとを有している。各支持フレーム１１ｄの上面１１ｄ１は、図２に示すように、主加熱部１２の排出口１２ｂから導入口１２ａに向かって漸次高くなる傾斜面とされており、この上面１１ｄ１に主加熱部１２の各側壁１７の下面が載置された状態で支持されている。これにより、主加熱部１２の導入口１２ａの高さｈ１は、排出口１２ｂの高さｈ２よりも高位置に配置されている。本実施形態では、導入口１２ａと排出口１２ｂとの高低差（ｈ１−ｈ２）は、５０ｍｍに設定されている。

図１及び図２において、前焼炉１０の補助加熱部１３は、焼入炉１の入口７ａから排出される余剰の変成ガスを前焼炉１０内に導入して燃焼させるものであり、主加熱部１２の排出口１２ｂよりも下流側において隣接して配置されている。補助加熱部１３は、単一の加熱ゾーンを形成するケース３１と、このケース３１内に配置されたノズル３２とを備えている。ケース３１は、第１搬送コンベア２の上流側の一部を上方から覆うように配置されており、ケース３１の上流側端部は、主加熱部１２の下流側端部に接続されている。ノズル３２は、変成ガスを燃焼させるエアを噴射するものであり、第３搬送コンベア１４の下流側端部と第１搬送コンベア２との段差部に、前上がりに傾斜して配置された平板状のシュート２５の上方に配置されている。

図４（ａ），（ｂ）は、補助加熱部１３のケース３１の正面図及び側面図を示している。ケース３１は、門型に形成されており、ケース本体３１ａと、このケース本体３１ａの長手方向両端部にそれぞれ固定された一対の断熱ボード３１ｂ，３１ｃとによって構成されている。ケース本体３１ａは、天板３１ａ１と左右一対の側板３１ａ２とを有し、天板３１ａ１及び一方の側板３１ａ２には、それぞれ開閉扉３１ｄ，３１ｅが取り付けられている。

図５（ａ），（ｂ）は、補助加熱部１３のノズル３２の正面図及び断面図を示している。ノズル３２は、円筒状に形成されており、その長手方向をシュート２５の幅方向（図２の紙面垂直方向）に向けた状態で配置されている。ノズル３２には、その長手方向に所定のピッチ間隔で複数のノズル口３２ａが形成されている。これにより、ケース３１内の幅方向全長に亘って変成ガスを均等に燃焼させることができる。本実施形態のノズル３２は、外径が２０〜５０ｍｍ、全長が５００〜１０００ｍｍに設定され、ノズル口３２ａの孔径は１．０〜３．５ｍｍ、前記ピッチ間隔は２０ｍｍにそれぞれ設定されている。また、ノズル３２に供給されるエア圧は５．０〜２００ｋＰａに設定されている。

図２において、ノズル３２は、エアにより燃焼した変成ガスの火炎が、ワークＷに付着している油分に直接当たる高さ位置に配置されている。また、ノズル３２は、エアにより燃焼した変成ガスの燃焼ガスが、主加熱部１２の排出口１２ｂから主加熱部１２内に導入されるように、ノズル口３２ａを上流側の斜め上方向に向けた状態で配置されている。

以上の構成により、焼入炉１の入口７ａから排出される余剰の変成ガスは、前焼炉１０の補助加熱部１３内に導入され、ノズル３２から噴射されたエアにより燃焼することで、その火炎がシュート２５上のワークＷに付着している油分に直接当たり、ワークＷから油分を焼却除去することができる。また、燃焼した変成ガスの燃焼ガスは、主加熱部１２の排出口１２ｂから主加熱部１２内に導入され、主加熱部１２内を電気ヒータ１８とともに加熱した後、主加熱部１２の導入口１２ａから外部に排出される。これにより、主加熱部１２内のワークＷに付着している油分を、電気ヒータ１８及び前記燃焼ガスにより焼却除去することができる。

以上のように構成された連続熱処理装置によれば、焼入炉１よりも上流側に、ワークＷに付着している油分を燃焼除去する前焼炉１０を設置し、この前焼炉１０の補助加熱部１３により、焼入炉１の入口７ａから排出される余剰の変成ガスを前焼炉１０内に導入して燃焼させるようにしたので、焼入炉１から排出される余剰の変成ガスを、前焼炉１０内を加熱する熱源として利用することができる。これにより、連続熱処理装置のランニングコストを抑えつつ、ワークＷに付着した油分を除去することができる。

また、焼入炉１の上流側に前焼炉１０を設置することにより、前焼炉１０内で加熱されたワークＷが焼入炉１内に導入されるため、焼入炉１の予熱室７の予熱効果を高めることができる。また、これによって、焼入炉１の加熱室８における昇温完了時間も短縮することができるため、焼入処理を効率的に行うことができる。具体的には、全工程で４〜１０％の加工効率の向上を図ることができる。
図６は、本実施形態の前焼炉を備えた連続熱処理装置の焼入温度分布を示すグラフである。また、図７は、従来の前焼炉を備えていない連続熱処理装置の焼入温度分布を示すグラフである。図６のグラフと図７のグラフとを比較すると、図６の予熱室内の温度は、図７の予熱室内の温度よりも高くなっており、前焼炉１０を設置することで予熱室７の予熱効果が高まることが分かる。また、図６の加熱室における昇温完了時間が、図７の加熱室における昇温完了時間よりも早くなっており、焼入処理を効率的に行うことができるのが分かる。

また、補助加熱部１３のノズル３２から噴射されたエアにより燃焼した変成ガスの火炎が、ワークＷに付着している油分に直接当たるため、ワークＷに付着している油分を効果的に燃焼除去することができる。
また、補助加熱部１３のノズル３２から噴射されるエアによって、変成ガスの燃焼ガスを主加熱部１２内に導入することができるため、主加熱部１２の加熱効率を高めることができる。

また、主加熱部１２の導入口１２ａが排出口１２ｂよりも高位置に配置されているため、排出口１２ｂから主加熱部１２内に導入された燃焼ガスを、煙突効果によって導入口１２ａから外部へ排出することができる。これにより、燃焼ガスが主加熱部１２内の全体に行き渡るため、主加熱部１２の加熱効率をさらに高めることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、本実施形態における前焼炉１０は、主加熱部１２の下流側に補助加熱部１３を配置しているが、主加熱部１２の上流側に補助加熱部１３を配置してもよい。また、補助加熱部１３のノズル３２は、燃焼した変成ガスの火炎がワークＷに直接当たらない位置に配置したり、変成ガスの燃焼ガスが主加熱部１２内に導入されない位置に配置したりしてもよい。さらに、本発明の熱処理炉は、焼入炉１以外に、ロータリーレトルト炉などの他の熱処理炉にも適用することができる。

１ 焼入炉（熱処理炉）
１０ 前焼炉
１２ 主加熱部
１２ａ 導入口
１２ｂ 排出口
１３ 補助加熱部
３２ ノズル
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 熱処理炉内に変成ガスを導入するとともにワークを連続的に搬送して熱処理を行う連続熱処理装置であって、
   前記熱処理炉よりも上流側に、ワークに付着している油分を燃焼除去する前焼炉が設置され、
   前記前焼炉は、炉内を加熱する主加熱部と、前記熱処理炉から排出される余剰の変成ガスを炉内に導入して燃焼させる補助加熱部とを備えていることを特徴とする連続熱処理装置。
2. 前記補助加熱部は、前記余剰の変成ガスを燃焼させるエアを噴射するノズルを有し、
   前記ノズルは、前記エアにより燃焼した変成ガスの火炎が、ワークに付着している油分に直接当たる位置に配置されている請求項１に記載の連続熱処理装置。
3. 前記補助加熱部は、前記主加熱部の下流側に形成されたワークの排出口よりも下流側に配置されており、
   前記ノズルは、前記エアにより燃焼した変成ガスの燃焼ガスが、前記排出口から前記主加熱部内に導入される位置に配置されている請求項１又は２に記載の連続熱処理装置。
4. 前記主加熱部の上流側に形成されたワークの導入口が、前記排出口よりも高位置に配置されている請求項３に記載の連続熱処理装置。

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