JP2020112350A

JP2020112350A - 連続熱処理炉

Info

Publication number: JP2020112350A
Application number: JP2020074623A
Authority: JP
Inventors: 博己辻田; Hiroki Tsujita; 鈴木　隆博; Takahiro Suzuki; 隆博鈴木; 博輝神谷; Hiroteru Kamiya; 古川　清司; Seiji Furukawa; 清司古川
Original assignee: Denso Corp; Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-07-27
Anticipated expiration: 2036-06-14
Also published as: JP6951500B2

Abstract

【課題】断熱壁の構造を複雑化することなくマッフルの熱変形に伴う配管部材の移動を許容することができる連続熱処理炉を提供する。【解決手段】連続熱処理炉１０は、被処理物Ｗの熱処理空間が内部に形成されかつ外部から加熱される筒形状のマッフル１１と、マッフル１１に接続された配管部材１４と、配管部材１４を通過させかつマッフル１１の熱変形に伴う配管部材１４の移動を許容する大きさの開口２０が形成された、マッフルの外側を囲う断熱壁１５と、断熱材製の蓋体１６と、を備え、開口２０は、断熱壁１５の外表面に蓋体１６の内面側が接触している状態で蓋体１６により塞がれ、蓋体１６は、開口２０を塞いでいる状態で、配管部材１４の移動に追従して移動する。【選択図】図１

Description

本発明は、マッフル内で複数の被処理物を連続的に熱処理する連続熱処理炉に関する。

従来、鉄鋼部品等の被処理物の熱処理するための熱処理炉として、被処理物の表面層の炭素を増加させることにより当該表面層のみを硬化し、耐摩耗性等を向上させる浸炭炉が知られている。また、この種の浸炭炉として、加熱装置によって外部から加熱される筒形状のマッフル内に炭化水素ガス等の雰囲気ガスを供給し、このマッフル内に複数の被処理物を順次搬送することによって連続的に浸炭処理を行うようにした連続浸炭炉も知られている（例えば、特許文献１参照）。

一般に、この種の連続浸炭炉におけるマッフルには、雰囲気ガスを供給するためのガス供給管が接続されている。また、マッフルは、外部への熱の流れを遮断するための断熱壁によって囲まれている。そのため、ガス供給管は、断熱壁の外側から断熱壁を貫通し、マッフルに接続されている。

特開２０１４−７０８７３号公報

上記のような連続浸炭炉において、マッフルは加熱されることによって熱膨張する。また、ガス供給管は、マッフルに直接接続されているので、マッフルの熱膨張に伴って移動する。そのため、ガス供給管が貫通される断熱壁もガス供給管とともに移動させる必要がある。
特許文献１記載の技術の場合、断熱壁の一部を断熱壁の全長にわたってガス供給管とともに移動可能に構成している。しかも、移動可能な一部の断熱壁を内外に二重構造に構成している。そのため、断熱壁の構造が非常に複雑となり、移動可能な一部の断熱壁を支持するための構造や案内する構造等が必要となる。

本発明は、断熱壁の構造を複雑化することなくマッフルの熱変形に伴う配管部材の移動を許容することができる連続熱処理炉を提供することを目的とする。

本発明の連続熱処理炉は、
被処理物の熱処理空間が内部に形成されかつ外部から加熱される筒形状のマッフルと、
前記マッフルに接続された配管部材と、
前記配管部材を通過させかつ前記マッフルの熱変形に伴う前記配管部材の移動を許容する大きさの開口が形成された、前記マッフルの外側を囲う断熱壁と、
前記断熱壁の表面に接触した状態で前記開口を塞ぎかつ前記配管部材の移動に追従して移動する断熱材製の蓋体と、を備えている。

この構成によれば、配管部材は、マッフルの熱変形に伴って断熱壁に形成された開口の範囲内で移動するので、マッフルの外周を囲う断熱壁全体を一定位置で固定することができる。したがって、断熱壁の構造を簡素化することができる。また、蓋体によって開口が塞がれるので、マッフルを加熱するための熱が開口を介して放出されるのを抑制することができる。そして、蓋体は、配管部材の移動に追従して移動するため、蓋体が配管の移動を妨げることもない。

前記断熱壁から離れる方向への前記蓋体の移動を制限する位置規制手段をさらに備えていることが好ましい。
このような構成によって、断熱壁と蓋体とが対向する方向にマッフルが熱膨張したとき等に、蓋体が断熱壁から離れるのを抑制することができる。

前記位置規制手段は、前記断熱壁に前記蓋体を押し付ける押圧機構を備えていることが好ましい。
このような構成によって、蓋体を断熱壁に接触させた状態に好適に維持することができる。

前記押圧機構は、前記蓋体を挟んで前記断熱壁とは反対側に配置され前記断熱壁と前記蓋体との対向方向へ移動自在に支持される押圧部材と、前記押圧部材を前記蓋体に向けて付勢する付勢部材と、を備えていることが好ましい。
このような構成によれば、付勢部材による付勢力を利用して蓋体を断熱壁に押し付けることができる。

本発明によれば、断熱壁の構造を複雑化することなくマッフルの熱変形に伴う配管部材の移動を許容することができる。

本発明の一実施形態に係る連続熱処理炉を示す断面図である。連続熱処理炉の側面図である。図１におけるＡ部の詳細を示す断面図である。図３におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。図１におけるＢ部の詳細を示す断面図である。図１におけるＣ部の詳細を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る連続熱処理炉を示す断面説明図である。図２は、連続熱処理炉の側面図である。
本実施形態の連続熱処理炉１０は、鉄鋼部品等の複数の被処理物Ｗを順次搬送しつつ、浸炭処理等を連続して行うことによって被処理物Ｗの表面層を硬化させ、耐摩耗性等を向上させる連続浸炭炉である。この連続浸炭炉１０は、マッフル１１と、このマッフル１１内で被処理物Ｗを搬送する搬送装置１２と、マッフル１１を加熱する加熱装置１３と、マッフル１１内にガスを供給するガス供給管（配管部材）１４と、マッフル１１を加熱する熱が外部へ流れるのを遮断する断熱壁１５と、蓋体１６とを備えている。

マッフル１１は、耐熱鋼製の筒体より構成されている。マッフル１１は、略平坦な底板２１及び左右側板２２と、アーチ状の上板２３とからなる外壁２４を備えている。外壁２４によって囲まれたマッフル１１の内部は、被処理物Ｗを熱処理するための熱処理空間とされている。図２に示すように、マッフル１１の長手方向の中途部には浸炭ゾーンＺが設定されている。この浸炭ゾーンＺにおいて積極的に被処理物Ｗへ雰囲気ガスが吹き付けられ、浸炭処理が促進される。

搬送装置１２は、マッフル１１内を長手方向に沿って走行する搬送ベルト１２ａを有するベルトコンベアにより構成されている。搬送ベルト１２ａは、メッシュベルト等からなり、その上面に載置された被処理物Ｗをマッフル１１内で搬送する。なお、以下の説明においては、被処理物Ｗの搬送方向、つまりマッフル１１の長手方向を前後方向ともいう。

加熱装置１３は、マッフル１１の上側及び下側等に配置された複数のヒーター１３ａ，１３ｂを備えている。加熱装置１３は、複数のヒーター１３ａ，１３ｂによってマッフル１１を外側から加熱し、マッフル１１内の熱処理空間を所定の温度に昇温するように構成されている。ヒーター１３ａ，１３ｂは、電気抵抗加熱式のものを用いることができる。また、加熱装置１３として、ガス燃焼加熱式のものを用いることができる。その他、マッフル１１内の熱処理空間を加熱するにあたり、後に説明する断熱壁１５に電気抵抗加熱式の熱線を埋設して加熱するものであってもよい。

ガス供給管１４（本発明の配管部材）は、マッフル１１内にガスを供給することによって所定の雰囲気を生成するものである。本実施形態では、雰囲気ガスとして炭化水素ガス及び不活性ガスが供給される。炭化水素ガスとしては、例えばアセチレンガスガスが採用され、不活性ガスとしては例えば窒素ガスが採用される。ガス供給管１４は、上下方向に沿って配置されマッフル１１の上板２３に接続される第１供給管３１と、上下方向に沿って配置され、マッフル１１の底板２１に接続される第２供給管３２と、左右方向に沿って配置され、マッフル１１の側板２２及び上板２３に接続される第３供給管３３とを含む。

図２に示すように、第１供給管３１及び第２供給管３２は、浸炭ゾーンＺに対応して設けられている。第１供給管３１及び第２供給管３２は、浸炭ゾーンＺにおいて前後方向に間隔をあけて複数設けられている。また、図１に示すように、第１供給管３１及び第２供給管３２は、左右方向に複数列設けられている。

図２に示すように、第３供給管３３は、マッフル１１の全長にわたって前後方向に間隔をあけて複数設けられている。また、図１にも示すように、第３供給管３３は、上下方向に複数列設けられている。
なお、図４に示すように、ガス供給管１４は、いずれも外管１４ａと内管１４ｂとからなる２重管により構成され、内管１４ｂ内をガスが流動し、外管１４ａは内管１４ｂを外側から保護するものとなっている。外管１４ａはマッフル１１に一体的に取り付けられ、内管１４ｂは外管１４ａの内側に挿入されている。内管１４ｂは、後に説明する断熱壁１５よりも外側に配置される図示されない機構を介して外管１４ａに取り付けられる。内管１４ｂは、外管１４ａから取り外して外側へ抜き出すことができる。これにより、内管１４ｂの交換が可能であり、使用による損耗に対するメンテナンスが可能とされている。

図１に示すように、断熱壁１５は、マッフル１１の上方に配置された上部断熱壁４１と、マッフル１１の左右両側に配置された側部断熱壁４２と、マッフル１１の下方に配置された底部断熱壁４３とを有し、マッフル１１の外側全体を囲んでいる。断熱壁１５は、支持枠１７によって一定の位置で固定されている。支持枠１７は、複数の板状部材が連結されることによって構成されている。また、図示はしていないが、断熱壁１５における上部断熱壁４１、側部断熱壁４２、及び底部断熱壁４３は、それぞれ前後方向に複数のブロックに分割されており、複数のブロックを前後方向に並べることによって構成されている。断熱壁１５は、例えばセラミックファイバーを用いて厚肉板状に成形された硬質の断熱材により構成することができる。

上部断熱壁４１、側部断熱壁４２、及び底部断熱壁４３には、それぞれガス供給管１４を通過させるための開口２０が形成されている。具体的には、上部断熱壁４１には、第１供給管３１を通過させるための開口２０が形成され、底部断熱壁４３には第２供給管３２を通過させるための開口２０が形成され、側部断熱壁４２には第３供給管３３を通過させるための開口２０が形成されている。各開口２０は、ガス供給管１４の外径よりも大きく、外周が閉じた孔形状に形成されている。

マッフル１１は、加熱装置１３により加熱されることによって熱膨張し、加熱の停止により放熱（冷却）されることによって熱収縮する。そして、この熱膨張及び熱収縮のような熱変形に伴ってマッフル１１に接続されたガス供給管１４が移動する。これに対して断熱壁１５は、一定位置に固定された状態にある。断熱壁１５に形成された開口２０は、断熱壁１５に対するガス供給管１４の移動を許容することができる大きさに形成され、これによって断熱壁１５に対するガス供給管１４の干渉が防止されている。

マッフル１１のような長尺な構造体では、長手方向の熱変形量が最も大きくなるため、図２に示すように、各開口２０は、前後方向（マッフル１１の長手方向）に長い長孔形状に形成されている。また、マッフル１１は、側板２２においては上下方向にも熱変形し、底板２１及び上板２３においては左右方向にも熱変形するため、これらの方向にもガス供給管１４との間に隙間が形成されるように開口２０の寸法が設定されている。

図１に示すように、蓋体１６は、断熱壁１５の外表面に対向して配置され、当該外表面に接触している。また、蓋体１６は、ガス供給管１４が挿通する開口２０を外側から塞いでいる。蓋体１６は、断熱性の高い素材、例えば断熱壁１５と略同一の断熱材により構成される。蓋体１６には、ガス供給管１４が貫通する孔１９が形成されている。この孔１９は、ガス供給管１４に密着するか又はわずかな隙間が形成される大きさに形成されている。また、蓋体１６は、１本のガス供給管１４毎、つまり開口２０毎に設けられている。

図３は、図１におけるＡ部の詳細を示す断面図である。図４は、図３におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。
図３及び図４に示すように、側部断熱壁４２に形成された開口２０は、蓋体１６ａによってその全体が塞がれている。蓋体１６ａは、直方体形状のブロックからなる。また、蓋体１６ａは、マッフル１１の熱変形に伴い第３供給管３３が開口２０の範囲内で移動することによって、第３供給管３３に追従して移動する。蓋体１６ａは、第３供給管３３に追従して移動したとしても開口２０を塞いだ状態を維持できる大きさに形成されている。

本実施形態の連続浸炭炉１０は、側部断熱壁４２から離れる方向への蓋体１６ａの移動を制限する位置規制手段５０を備えている。また、位置規制手段５０は、蓋体１６を側部断熱壁４２に接近する方向へ向けて押さえ付ける押圧機構５１を備えている。
押圧機構５１は、押圧部材５２と、付勢部材５３とを備えている。押圧部材５２は、蓋体１６ａのさらに外側、つまり、蓋体１６ａを挟んで側部断熱壁４２とは反対側に配置されている。押圧部材５２は、棒状に形成され左右方向に沿って配置されたロッド５２ａと、ロッド５２ａの長手方向の一端部に設けられた平板状の当て板５２ｂと、ロッド５２ａの長手方向の他端部に設けられた抜け止め部材５２ｃと、ロッド５２ａの長手方向の中途部に設けられたバネ受け部材５２ｄとを備えている。抜け止め部材５２ｃ及びバネ受け部材５２ｄは、ロッド５２ａの長手方向に位置調整自在に設けられている。

ロッド５２ａは、蓋体１６ａの外側に配置された支持枠１７に左右方向に移動自在に支持されている。具体的に、ロッド５２ａは、支持枠１７に形成された貫通孔１７ａに左右方向に移動自在に挿通されている。当て板５２ｂは、蓋体１６の外表面に当接している。抜け止め部材５２ｃは、ロッド５２ａに取り付けられたナット等からなり、支持枠１７のさらに外側に配置されている。バネ受け部材５２ｄは、支持枠１７の内側に配置されている。ロッド５２ａの長手方向における抜け止め部材５２ｃ及びバネ受け部材５２ｄの位置を調整することによって、付勢部材５３による付勢力を調整することができる。

付勢部材５３は、圧縮コイルバネからなり、ロッド５２ａにおける抜け止め部材５２ｃとバネ受け部材５２ｄとの間に外嵌されている。付勢部材５３の一端部は支持枠１７の内面に当接され、他端部はバネ受け部材５２ｄに当接されている。したがって、付勢部材５３は、蓋体１６ａを側部断熱壁４２に押し付ける方向へ付勢する。

このように蓋体１６ａは、位置規制手段５０における押圧機構５１によって側部断熱壁４２に押し付けられるので、側部断熱壁４２に接触した状態が維持される。したがって開口２０から外部への熱の放出を好適に防止することができる。

図５は、図１におけるＢ部の詳細を示す断面図である。
底部断熱壁４３に形成された開口２０は、蓋体１６ｂによって塞がれている。この蓋体１６ｂにおいても位置規制手段５０によって底部断熱壁４３から離反する方向への移動が制限されている。
さらに、位置規制手段５０は、蓋体１６ｂを底部断熱壁４３に接近する方向へ向けて押し付ける押圧機構５１を備えている。この押圧機構５１は、蓋体１６ｂを押し付ける方向が異なるだけで前述した押圧機構５１（図３参照）と同様の構成を有している。

断熱壁１５を支持する支持枠１７は、底部断熱壁４３を下方から受ける受け部材１７ｂを含んでいる。蓋体１６ｂには、受け部材１７ｂを避けるための凹状の退避部１６ｂ１が形成されている。また、左右方向に隣り合う蓋体１６ｂの一方には、他方に向けて突出する凸部１６ｂ２が形成され、他方には、凸部１６ｂ２が入り込む凹部１６ｂ３が形成されている。

底部断熱壁４３に受け部材１７ｂを避ける退避部１６ｂ１が形成されている場合、その分、底部断熱壁４３と蓋体１６ｂとの接触面積が小さくなり、両者の間から熱が逃げやすくなる。そのため、本実施形態では、互いに隣り合う蓋体１６ｂにそれぞれ凹部１６ｂ３と凸部１６ｂ２とを形成することによって、熱が逃げる通路を屈曲させ、熱の放出を抑制することができる。

図６は、図１におけるＣ部の詳細を示す断面図である。
上部断熱壁４１に形成された開口２０は、蓋体１６ｃによって塞がれている。この蓋体１６ｃは、上部断熱壁４１上に載置され、自重によって上部断熱壁４１の上面に接触している。また、蓋体１６ｃが上部断熱壁４１から離れる方向への移動を制限する位置規制手段５０が設けられている。

この位置規制手段５０は、蓋体１６ｃの左右両側に配置された押さえ部材５４を備えている。この押さえ部材５４は、蓋体１６ｃの移動を規制し、当該移動を一定範囲内に抑制する。押さえ部材５４は、支持枠１７によって断熱壁側に押さえ付けられている。押さえ部材５４は、蓋体１６の上方に向けて突出する押さえ部５４ａを備えている。押さえ部５４ａは、蓋体１６の上方に僅かな隙間をあけて配置されている。そのため、この隙間以上に蓋体１６が上方へ移動することがなく、開口２０からの熱の放出を可及的に防止することができる。また、押さえ部材５４は、蓋体１６の回転方向の動きが一定範囲以上とならないように規制している。押さえ部材５４は、断熱性の高い素材、例えば断熱壁１５と略同一の断熱材により形成されている。したがって、押さえ部材５４を通じた熱の放出を抑制することができる。

以上のように、本実施形態の連続浸炭炉１０は、マッフル１１の外側を囲う断熱壁１５に、マッフル１１の熱変形に伴うガス供給管１４の移動を許容する開口２０が形成されている。そのため、断熱壁１５自体をガス供給管１４に追従して移動させる必要が無く一定位置に固定することができ、断熱壁１５の構造を簡素化することができる。また、断熱壁１５に形成された開口２０は蓋体１６によって塞がれるので、マッフル１１を加熱するための熱が開口２０を介して外部へ流れるのを抑制することができる。また、蓋体１６は、マッフル１１の熱変形に伴うガス供給管１４の移動に追従して移動するので、ガス供給管１４の移動を阻害することなく開口２０を塞ぐことができる。

本実施形態の連続浸炭炉１０は、断熱壁１５から離れる方向への蓋体１６の移動を制限する位置規制手段５０を備えているので、マッフル１１の熱変形等に伴って蓋体１６が断熱壁１５から大きく離れるのを防止することができ、外部への熱の流れを抑制することができる。また、側部断熱壁４２及び底部断熱壁４３の開口２０を閉鎖する蓋体１６ａ，１６ｂに対して設けられた位置規制手段５０は、蓋体１６ａ，１６ｂを側部断熱壁４２及び底部断熱壁４３に押し付ける押圧機構５１を備えているので、蓋体１６ｂ，１６ｃが断熱壁４２，４３に接触した状態を好適に維持することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更できるものである。
例えば、本発明における配管部材は、マッフルにガスを供給するガス供給管に限らず、マッフル内のガスを排出するためのガス排出管であってもよい。
また、本発明に係る連続熱処理炉は、被処理物に浸炭処理を行う連続浸炭炉に限らず、他の熱処理を行う熱処理炉であってもよい。
蓋体は、断熱壁の内側（マッフル側）に設けられていてもよい。

１０：連続浸炭炉（連続熱処理炉）
１１：マッフル
１４：ガス供給管（配管部材）
１５：断熱壁
１６：蓋体
１６ａ：蓋体
１６ｂ：蓋体
１６ｃ：蓋体
２０：開口
３１：第１供給管
３２：第２供給管
３３：第３供給管
５０：位置規制手段
５１：押圧機構
５２：押圧部材
５３：付勢部材
Ｗ：被処理物

Claims

被処理物の熱処理空間が内部に形成されかつ外部から加熱される筒形状のマッフルと、
前記マッフルに接続された配管部材と、
前記配管部材を通過させかつ前記マッフルの熱変形に伴う前記配管部材の移動を許容する大きさの開口が形成された、前記マッフルの外側を囲う断熱壁と、
断熱材製の蓋体と、
を備え、
前記開口は、前記断熱壁の外表面に前記蓋体の内面側が接触している状態で前記蓋体により塞がれ、
前記蓋体は、前記開口を塞いでいる状態で、前記配管部材の移動に追従して移動する、連続熱処理炉。
前記断熱壁から離れる方向への前記蓋体の移動を制限する位置規制手段をさらに備えている、請求項１に記載の連続熱処理炉。
前記位置規制手段は、前記断熱壁に前記蓋体を押し付ける押圧機構を備えている、請求項２に記載の連続熱処理炉。
前記蓋体は、前記配管部材の移動に追従して移動したとしても前記開口の全体を塞いだ状態を維持できる大きさに形成されている、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の連続処理炉。
前記配管部材は、前記マッフルの底板に鉛直方向に沿って接続される第１配管部材、及び前記マッフルの側板に水平方向に沿って接続される第２配管部材、の少なくとも一方を有し、
前記断熱壁は、前記第１配管部材を通過させる前記開口が形成された底部、及び前記第２配管部材を通過させる前記開口が形成された側部、の少なくとも一方を有し、
前記蓋体は、前記底部に対し鉛直方向下側から接触した状態で前記開口を塞ぎかつ前記第１配管部材の移動に追従して移動する第１蓋体、及び前記側部に対し水平方向から接触した状態で前記開口を塞ぎかつ前記第２配管部材の移動に追従して移動する第２蓋体、の少なくとも一方である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の連続熱処理炉。