JP4499886B2 - 2室型ガス浸硫窒化処理炉 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス雰囲気中にて金属表面層の硫化および窒化を同時に行う2室型ガス浸硫窒化処理炉に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、鉄系部品の耐摩耗性および耐焼付性を向上させる熱処理としてH2S(硫化水素)ガスとNH3(アンモニア)ガスとの混合ガスからなる雰囲気を使用する浸硫窒化処理が知られている。この浸硫窒化処理の場合、雰囲気中のO2およびH2の存在が処理材の表面層における浸硫窒化層の形成状態に大きな影響を与えるため、雰囲気中のO2分圧およびH2分圧を高い精度で管理する必要がある。
ところで、特開平10-306364号公報には、炉内に配置された単一の密閉容器内に処理材を収容した状態でバッチ式に浸硫窒化処理を行う1室型ガス浸硫窒化処理装置が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前述した1室型ガス浸硫窒化処理装置の場合、1回の浸硫窒化処理が終了すると、その都度密閉容器内の雰囲気を調整する必要があり、熱処理効率が悪く、かつ雰囲気の良好な再現性を維持することが難しいという問題があり、処理材のロット毎に品質のばらつきが生じ易い。また、密閉容器からの処理材の取出し時に有毒なH2Sガスを含む雰囲気が大気中に放散し、作業環境が悪くなるという問題がある。
本発明は、斯る従来の問題点をなくすことを課題としてなされたもので、熱処理効率を改善し、均一な浸硫窒化層を得ることを可能とし、良好な作業環境を保つことを可能とする2室型ガス浸硫窒化処理炉を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第一発明は、冷却用循環ファンが設けられた冷却兼装入・抽出室と雰囲気循環ファンが設けられた加熱処理室とを備え、前記冷却兼装入・抽出室に真空排気管およびN2ガス供給管を接続する一方、前記加熱処理室に真空排気管、N2ガス供給管および浸硫窒化ガス供給管を接続し、かつ加熱処理室の壁部を形成する断熱材表面に耐蝕性鋼板を配置するとともに、前記加熱処理室内の処理材支持部下方に前記プロセスガス供給管の開口を位置させ、前記加熱処理室に接続した前記真空排気管の開口を前記処理材支持部上方に設けて構成した。
【0005】
また、第二発明は、第一発明の構成に加えて、前記加熱処理室に水分を供給する手段を設けて構成した。
【0006】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図1および2に示すように、本発明に係る2室型ガス浸硫窒化処理炉1は冷却兼装入・抽出室2および加熱処理室3の2室を備えており、この2室間には中間遮断部4が設けられ、前記冷却兼装入・抽出室1の開口部には入口遮断部5が設けられている。
【0007】
冷却兼装入・抽出室2には、冷却器21、冷却用循環ファン22、処理材支持ローラ23、処理材移送装置24および中間ローラ25が設けられ、真空排気管26および復圧用のN2ガス供給管27が接続されている。前記処理材移送装置24は、駆動スプロケット24aに巻き掛けられたチェーン24bの先端部に所定角度の範囲内で回転可能に引掛け爪24cを設けるとともに、この先端部をガイドレール24dに沿って進退可能に配置して形成され、この引掛け爪24cを複数の処理材を積載したトレイMに係合させて当該トレイMを移送する。中間ローラ25は、前記2室間での処理材の移動の際には、水平に倒されて両側のローラ間で橋渡しとなり、それ以外のときには図示するように垂直状態になるまで回転可能に設けられている。真空排気管26は開閉弁V1を介して真空ポンプVPに接続されるとともに、開閉弁V2を介して処理ガス焼却炉GIに接続されている。N2ガス供給管27は開閉弁V3および減圧弁VRを介して図示しないN2ガス供給源に接続されている。
【0008】
加熱処理室3には、雰囲気循環ファン31、処理材支持ローラ32、エレクトロチューブヒータ33が設けられ、処理材支持ローラ32の下方全体にわたって噴出し口が均一に分散配置されたプロセスガス導入ノズル34が設けられている。さらに加熱処理室3の上部に真空排気管35およびパージ用のN2ガス供給管36が接続され、プロセスガス導入ノズル34に浸硫窒化ガス供給管37が接続されている。加熱処理室3の壁部は断熱材により形成され、この断熱材表面には、耐腐食処理(例:アルマー加工)された不銹鋼鋼板が配置されている。なお、加熱処理室3内の部品類についても、原則的には、耐腐食処理された不銹鋼材が使用されている。真空排気管35は開閉弁V4を介して真空ポンプVPに接続される。N2ガス供給管36は開閉弁V5を介して減圧弁VRの二次側に接続されている。また、浸硫窒化ガス供給管37は開閉弁V6、V7および流量計F1を介して減圧弁VRの二次側に接続され、この開閉弁V6およびV7間の管路は流量計F2および開閉弁V8を介して図示しないNH3ガス供給源に接続されるとともに、マスフローコントローラMCおよび開閉弁V9を介して図示しないH2Sガス供給源に接続されている。
【0009】
中間遮断部4は前記2室の境界部に面した加熱処理室3の開口部に対して進退する中間扉41を備えており、この中間扉41は加熱処理室3の開口部から冷却兼装入・抽出室2に向かう方向に後退した状態で、昇降手段42により吊上げられ、トレイMの移動空間から退避可能となっている。中間扉41および昇降手段42を含め、中間扉41の駆動機構全体が扉フード43内に収められ、外部から遮断されている。前記2室間でのトレイMの移動時以外は、前記開口部は中間扉41により閉じられ、前記2室は互いに雰囲気隔離されている。中間扉41の断熱材表面には耐腐食処理(例:アルマー加工)された不銹鋼鋼板が配置されている。
【0010】
入口遮断部5は、流体圧シリンダ51によりガイド52に沿って昇降させられる装入・抽出扉53を設けて形成され、この装入・抽出扉53が閉じた状態で冷却兼装入・抽出室2内の気密性が保たれる。
なお、必要に応じて、加熱処理室3の下部に加湿用管路38(図1参照)を接続してもよい。
【0011】
次に、前述した2室型ガス浸硫窒化処理炉1での浸硫窒化処理について説明する。
まず、装入・抽出扉53を開いて、複数の処理材を積載したトレイMを炉外から冷却兼装入・抽出室2内の所定位置に移送した後、装入・抽出扉53を閉じ、この状態で、加熱処理室3内および冷却兼装入・抽出室2内を真空排気管26および35を介して所定圧力(約1Torr)まで真空排気して、それぞれの内部を真空パージする。
【0012】
この真空パージ完了後、中間扉41を開き、中間ローラ25を水平に倒して、トレイMを冷却兼装入・抽出室2から加熱処理室3内に移送した後、中間ローラ25を垂直状態になるまで回転させ、中間扉41を閉じて、加熱処理室3内を所定圧力(約0.5Torr)まで真空排気する。
この加熱処理室3内の真空パージ完了後、冷却兼装入・抽出室2内および加熱処理室3内にN2ガス供給管27および36を介してN2ガスを供給し、それぞれの内部を所定圧力(約650Torr)まで復圧するとともに、N2ガス雰囲気下で雰囲気循環ファン31を作動させ、強制対流加熱により処理材の加熱を開始し、この状態で所定温度(約350℃)まで昇温して均熱する。
【0013】
この均熱状態下で、加熱処理室3内を再度真空排気管35を介して所定圧力(約0.5Torr)まで真空排気したのち、加熱処理室3内にN2ガス供給管36を介してN2ガスを供給するとともに、浸硫窒化ガス供給管37を介してH2SガスおよびHN3ガスの混合ガスを処理材支持ローラ32の下方から均一かつ分散させて供給することにより加熱処理室3内を略大気圧状態にするとともに、浸硫窒化処理温度にする。そして、この状態を所定時間保持して処理材の表面に浸硫窒化層を形成する。なお、必要に応じて前記混合ガスの供給時に、加湿管流路38を介して水分、例えば水蒸気を供給するようにしてもよい。
【0014】
この浸硫窒化層の形成後、冷却兼装入・抽出室2内および加熱処理室3内を真空排気管26および35を介して所定圧力(約1Torr)まで真空排気して、両室を略同一圧力にして、中間扉41を開き、中間ローラ25を水平に倒した後、トレイMを加熱処理室3から冷却兼装入・抽出室2に移行させ、中間ローラ25を垂直状態になるまで回転させて、中間扉41を閉じる。
そして、冷却兼装入・抽出室2内にN2ガス供給管27を介してN2ガスを供給し、室内を略大気圧まで復圧するとともに、冷却用循環ファン22を作動させつつ冷却器21を働かせ、処理材を強制対流冷却により所定温度まで冷却する。
この冷却の完了後、装入・抽出扉53を開いて、トレイMを炉外に搬出した後、装入・抽出扉53を閉じて一連の浸硫窒化処理が終了する。
【0015】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第一発明によれば、処理材の加熱処理室内への搬入、および加熱処理室内の処理材の炉外への搬出を冷却兼装入・抽出室を介して行うため、熱処理効率が良く、雰囲気の再現性と良好な作業環境が確保されるとともに、処理材支持部下方に浸硫窒化ガス供給管の開口を位置させ、処理材支持部上方に排気口を設けてあるため、浸硫窒化処理の雰囲気ガスが処理材全体にわたって接触し、均一な浸硫窒化処理が可能となり、品質のばらつきが軽減する。また、冷却兼装入・抽出室に接続した真空排気管による真空パージの後に、冷却兼装入・抽出室から処理材が加熱処理室に移行するため、加熱処理室内の雰囲気ガス中での残留O2およびH2の濃度を低下させることができ、処理材に対して均一な浸硫窒化処理を施すことが可能となる。さらに、前記断熱材の表面に耐蝕性鋼板を配置してあるため、断熱材の耐久性を向上させることができる等の効果を奏する。
【0016】
また、第二発明によれば、前記加熱処理室に水分を供給する手段を設けてあるため、例えば水蒸気を加湿N2ガスとして、或は水蒸気のまま直接加熱処理室内に供給可能となるため、前記第一発明による効果に加えて、前記浸硫窒化ガス供給管の腐食を回避することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る2室型ガス浸硫窒化処理炉の全体構成を示す断面図である。
【図2】 図1に示す2室型ガス浸硫窒化処理炉のII-II線断面図である。
【符号の説明】
1 2室型ガス浸硫窒化処理炉
2 冷却兼装入・抽出室
3 加熱処理室
22 冷却用循環ファン
26 真空排気管
27 N2ガス供給管
31 雰囲気循環ファン
35 真空排気管
36 N2ガス供給管
37 浸硫窒化ガス供給管
Claims (2)
- 冷却用循環ファンが設けられた冷却兼装入・抽出室と雰囲気循環ファンが設けられた加熱処理室とを備え、前記冷却兼装入・抽出室に真空排気管およびN2ガス供給管を接続する一方、前記加熱処理室に真空排気管、N2ガス供給管および浸硫窒化ガス供給管を接続し、かつ加熱処理室の壁部を形成する断熱材表面に耐蝕性鋼板を配置するとともに、前記加熱処理室内の処理材支持部下方に前記プロセスガス供給管の開口を位置させ、前記加熱処理室に接続した前記真空排気管の開口を前記処理材支持部上方に設けたことを特徴とする2室型ガス浸硫窒化処理炉。
- 前記加熱処理室に水分を供給する手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の2室型ガス浸硫窒化処理炉。
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