JP4274407B2 - 熱処理炉の送風方法及び熱処理炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理対象物のガス加熱やガス冷却に好適な、熱処理炉の送風方法及び熱処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、焼鈍等の熱処理を行う場合、連続式熱処理炉においても、バッチ式熱処理炉においても、炉内に処理対象物を配置し、前記炉内に設けた遠心式または軸流式等の攪拌ファンで炉内の加熱ガスを流動させることによって、前記処理対象物を、必要温度に昇温し、さらに均一加熱することが行われている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
また、処理対象物の冷却処理の場合にも、炉内の冷却ガスを攪拌ファンで強制対流させることにより均一冷却が行われている（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２６５８７号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平５−２０３３７１号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２０００−８７１３６号公報
前記遠心式の攪拌ファンによる処理対象物の加熱及び冷却（以下単に「加熱」と言う。）は、加熱ガス及び冷却ガス（以下単に「加熱ガス」と言う。）が攪拌ファンの周方向に拡散され、前記加熱ガスが前記処理対象物に勢いよく当てられることもなく、圧力損失もあり、前記処理対象物が比較的ゆっくり均一に加熱されるため、処理対象物全体を必要とする温度まで昇温するのに時間を要するという問題があった。
【０００７】
一方、前記軸流式の攪拌ファンの場合には、加熱ガスがファンの送風風下に向けて勢いよく供給され、拡散も小さく、したがって、加熱ガスを処理対象物に当てることにより該処理対象物の昇温を早めることができる。しかしながら、前記加熱ガスを処理対象物に均一に当てることが困難であり、処理対象物全体の均一昇温に問題が残されていた。すなわち、処理対象物が不均一に昇温及び加熱される等して、処理対象物の品質に不揃いが生じ易いと言う問題が残されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
熱処理において、前記昇温時間及び冷却時間（以下単に「昇温時間」と言う。）の短縮は、全操業時間の短縮とともにエネルギー使用量の節減等、経済的効果に大きく影響を与えるものであり、なお一層の改良が望まれている。本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、加熱ガスによる処理対象物の昇温時間の短縮を、均一加熱状態を維持しつつ行う熱処理炉の送風方法及び熱処理炉を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に係る熱処理炉の送風方法は、炉天井に配置された軸流ファンの送風風下側に、相互間に通風スペースをあけて一対の処理対象物を配置し、前記通風スペースに向けて前記軸流ファンによる気流を供給することを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
このようにすれば、軸流ファンによって供給される前記気流は、前記通風スペースを通って、前記一対の処理対象物の表面に沿って勢いよく流通及び循環するので、前記気流が、前記一対の処理対象物のそれぞれに対して均一に作用する。
【００１１】
本発明の実施の一形態に係る熱処理炉の送風方法は、相互間に通風スペースをおいて炉内に配置された一対の処理対象物の前記通風スペースに向けて、前記炉内の天井部に配置された軸流ファンで気流を供給し、前記一対の処理対象物のそれぞれの外周を互いに逆方向へ循環する気流を生じさせることを特徴としている（請求項２）。
【００１２】
好適な実施の一形態として、前記方法において、前記通風スペースへと前記気流を供給しながら前記一対の処理対象物を、前記通風スペースの幅より狭いストロークで前記通風スペースの幅方向へと往復動させることを特徴としている。（請求項３）。このようにすれば、前記軸流ファンからの気流が、前記一対の処理対象物の全表面へ、より一層確実に接触するようになるので、きわめて好適である。
【００１３】
また、本発明に係る熱処理炉は、天井部に配置された軸流ファンの下方を、相互間に通風スペースをあけた一対の処理対象物の滞在位置とし、前記通風スペースを前記軸流ファンの真下に位置せしめて該軸流ファンからの気流の供給路としたことを特徴としている（請求項４）。このような熱処理炉によれば、前記軸流ファンからの気流が、前記通気スペースを通って、前記一対の処理対象物の表面に沿って流通及び循環するので、前記軸流ファンからの気流が、前記一対の処理対象物のそれぞれに対して均一に作用する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な一実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る熱処理炉の要部縦断面図、図2は、本発明の一実施の形態に係る熱処理炉の縦断面図、図３は、昇温曲線の比較図、図4は、ファン形状及び回転数の差による昇温速度比較線図である。
【００１６】
前記熱処理炉１は、例えば、焼鈍等を行うための調質炉とされている。前記熱処理炉１は、鋼部品等の処理対象物Ｗを装入するための装入口２を有する炉本体３と、前記装入口２を開閉する扉４と、を備えている。
【００１７】
前記炉本体３内に画成された処理室５には、前記処理対象物Ｗを乗せて前記炉本体２内へと案内する搬送手段としてのローラ６が、相互間に所定スペースをあけて配設されている。前記処理対象物Ｗは、トレー７に乗せられて前記装入口２から前記ローラ６上へ供給される。該ローラ６は、図示しない駆動源に作動上連結されている。なお、図面では、搬送手段としてローラハース式のものを用いているが、本発明はこれには限定されず、トレープッシャ式の搬送手段を採用することもできる。
【００１８】
前記炉本体３の内部両側には、供給されたガスを加熱するための熱源として、直火式バーナ８が配設されている。しかし、前記熱源としては、いわゆる、ラジアントチューブ等の他の形式のものでもよい。
【００１９】
また、前記炉本体３内に画成された前記処理室５には、前記加熱ガスを循環させるためのファンとして、軸流ファン９が配設されている。本実施の形態では、前記軸流ファン９は、その回転軸１０を介して、前記炉本体３の天井部に配置される。
【００２０】
図中、14は、前記処理室5内の、前記軸流ファン９の後方に配置された遠心ファンであり、前記軸流ファン９により必要とする温度に昇温された処理対象物Ｗの均一加熱を維持する機能を有する。１５は、前パージ室、１６は、油槽、１７は、後パージ室、１８は、出口コンベアである。
【００２１】
前記軸流ファン９は、モータ１１を原動機として回転駆動され、前記処理室５内の加熱ガスを、前記回転軸１０の軸線方向と平行に下向きに送り出す。その結果、前記加熱ガスは、前記ローラ６同士の間の隙間を通って前記炉本体３の床面１２に当たり、外方へと放射状に広がりながら上向きに流れ、前記軸流ファン９へと吸入される。
【００２２】
こうして、前記炉本体３の画成された前記処理室５には、前記軸流ファン９の回転によって、該軸流ファン９の回転軸線に沿う下向きの気流Ｆ１と、前記床面１２に沿って外方へと放射状に広がる気流Ｆ２と、前記処理室５の下部から前記軸流ファン９の上方の吸気エリア１３へと吸い込まれる上向きの気流Ｆ３と、からなる循環気流が発生する。
【００２３】
本発明では、前記炉本体３内に画成された前記処理室５に、一対の、すなわち、それぞれブロック化された一対の処理対象物Ｗ，Ｗが装入されて熱処理が行われる。該一対の処理対象物Ｗ，Ｗは、相互間に適当な幅の通風スペースＳをおいて、且つ、該通風スペースＳが前記軸流ファン９の真下に位置するようにして、前記処理室５内に昇温時滞在させられる。
【００２４】
そして、前記軸流ファン９を回転させると、前記直火式バーナ８で加熱された前記処理室５内の加熱ガスの一部Ｇ１が、前記一対の処理対象物W，Wの上面に吹きつけられる。同時に、前記加熱ガスの他の一部Ｇ２は、前記軸流ファン９の送風作用により、前記通風スペースＳ内を通って下向きに流れる（Ｆ１）。
【００２５】
その後、前記加熱ガスは、前記床面１２に当たって放射状に広がり（Ｆ２）、底部を加熱し、上方へと向きを変えて（Ｆ３）、前記軸流ファン９の前記吸気エリア１３へと吸い込まれる。
【００２６】
同様に、前記一対の処理対象物Ｗ，Ｗの上面に当たった気流Ｇ１は、横方へ広がるとともに上昇して、前記軸流ファン９の前記吸気エリア１３へと吸い込まれる。このようにして循環する気流は、前記一対の処理対象物Ｗ，Ｗのそれぞれの表面に隈無く接触する。その結果、前記一対の処理対象物Ｗ，Ｗのそれぞれが、均一に加熱されながら急速に昇温される。
【００２７】
特に、循環ファンとして、前記軸流ファン９を用いているので、前記気流Ｇ１，Ｇ２に勢いがあり、大きな風量が得られ、圧力損失も少ないため、昇温時間の短縮が図られる。なお、前記通風スペースＳは、前記軸流ファン９の有効送風幅より狭い幅とするのが望ましい。
【００２８】
また、前記処理対象物Ｗ，Ｗの下面にも前記加熱ガスが有効に接触し得るように、前記トレー７として、通気性を有するメッシュ式のもの等を用いるのが望ましい。さらに、前記炉本体３内の床面１２には、前記通風スペースＳを通って下降してきた気流Ｆ１を、滑らかに放射状に拡散させて気流Ｆ２として案内するための整流面を有する整流手段を配設しておくこともできる。
【００２９】
なお、トレープッシャ式の熱処理炉の場合には、前記トレー７，７同士の間に前記通風スペースＳに対応するスペースを形成する図示しないスペーサを用いることにより、前記一対の処理対象物Ｗ，Ｗ同士の間に前記通風スペースＳを形成することができる。
【００３０】
さらに、前記ローラ６の作動を制御して、前記一対の処理対象物Ｗ，Ｗを、同時に同方向へと前記通風スペースＳの幅より狭いストロークｓで往復動させながら、熱処理を行うことが望ましい。このようにすれば、前記一対の処理対象物Ｗ，Ｗの全表面への前記加熱ガスの接触がより一層確実となり、均熱がより一層良好になり、昇温も早められる。
【００３１】
本発明の前記送風方法によれば、個々の処理対象物Ｗ，Ｗが均一に加熱されながら急速に昇温されることから、焼鈍等、操業時間の短縮が可能である。よって、連続式の場合でもバッチ式の場合でも、短時間で高品質の熱処理品を得ることができ、好適である。
【００３２】
図３に、比較実験結果を示す。図中、Ａが本発明実施炉におけるトレイ内６地点における昇温曲線、Ｂが従来の遠心（シロッコ）ファン使用炉におけるトレイ内６地点における昇温曲線であり、例えば、トレー装入後、１２分の地点をみると、本発明実施炉では、トレー各部が、底部を含め、８００℃前後に、比較的バラツキ小さい状態で急速に加熱されているのに対し、従来の遠心ファン使用炉では、トレー各部が、ようやく６００℃前後であり、同一条件のもと、均熱温度８８０℃プラスマイナス５℃までの到達時間は、従来の遠心ファン使用炉の場合、装入から１０３分であったのに対し、本発明実施炉の場合、装入から４６．５分であった。すなわち、昇温時間を約２分の１程度にまで短縮できることが確認された。
【００３３】
図4に、他の比較実験結果を示す。同図は、ファン形状の差及び回転数の差による昇温速度比較線図であり、ファン形状の点においては、遠心（シロッコ）ファンよりも軸流ファンの昇温速度が速いこと及びファンの回転数を変えた場合には回転数を上げると昇温速度が速められることが判明したものである。
【００３４】
また、本発明では、炉上部の温度が従来の遠心ファン使用炉に比べて大幅に低減すること、したがって、放射熱も小さく、エネルギー損失が少ないことが確認され、そのことが前記昇温時間短縮にも一部寄与していると思われる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、ガス加熱の場合を例示して説明したが、本発明に係る送風方法は、処理対象物の全体に均一に気流を接触させ得る方法であるから、ガス冷却にも適用でき、その場合にも、処理対象物を急速、且つ均一に冷却できることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の熱処理の送風方法及び熱処理炉によれば、処理対象物の昇温時間の短縮を、均一加熱状態を維持しつつ行うことができ、全操業時間の短縮とともに、エネルギー使用量の節減等、経済的である効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る熱処理炉の要部縦断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る熱処理炉の要部縦断面図である。
【図３】昇温曲線の比較図である。
【図４】ファン形状・回転数の差による昇温速度比較線図である。
【符号の説明】
３ 炉（炉本体）
９ 軸流ファン
Ｓ 通風スペース
ｓ ストローク（往復動幅）
Ｗ 処理対象物
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 気流

Claims (4)

1. 天井部に配置された軸流ファンの下方に、相互間に通風スペースをあけて一対の処理対象物を配置し、前記通風スペースに向けて前記軸流ファンによる気流を供給することを特徴とする、熱処理炉の送風方法。
2. 相互間に通風スペースをあけて炉内に配置された一対の処理対象物の前記通風スペースに向けて、前記炉内の天井部に配置された軸流ファンで気流を供給し、前記一対の処理対象物のそれぞれの外周を互いに逆方向へ循環する気流を生じさせることを特徴とする、熱処理炉の送風方法。
3. 前記通風スペースへと前記気流を供給しながら前記一対の処理対象物を、前記通風スペースの幅より狭いストロークで前記通風スペースの幅方向へと往復動させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱処理炉の送風方法。
4. 天井部に配置された軸流ファンの下方を、相互間に通風スペースをあけた一対の処理対象物の滞在位置とし、前記通風スペースを前記軸流ファンの真下に位置せしめて該軸流ファンからの気流の供給路としたことを特徴とする、熱処理炉。

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