JP4736000B2 - 熱処理炉 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理炉に関し、特に熱効率を高くできる熱処理炉に関する。

特許文献１は、連続熱処理炉を開示する。この連続熱処理炉は、炉体の上部に設けられる軸流ファンと、その下に設けられる加熱装置と、その下に設けられるスリット板と、その下に設けられるビーム（ビームには工作物が吊下げられる）とを備える。特許文献１に記載されている連続熱処理炉によれば、人力を極力省き、生産性を向上させることができ、工作物の品質を均一にでき、かつ、熱効率を改善できる。

特許文献２は、熱風循環炉を開示する。この熱風循環炉は、熱源と回転炉床とを有する炉体と、環状の載置台と、軸流ファンと、環状仕切りとを備える。載置台は、回転炉床の外周側寄りの部位に炉体の周壁に沿って備えられる。載置台には、放射方向に搬入搬出可能に工作物を載せる。載置台には、循環流が上下方向に通過可能である。軸流ファンは、炉体の天井付近に備えられる。軸流ファンは、熱ガスを自らの外周方向から中心部に向かって吸い込み回転炉床に向けて吐出する。環状仕切りは、炉内を載置台が設置されている外周側領域とそれよりも内側の内方側領域とに分離する。環状仕切りは、炉体の回転炉床付近および天井付近で循環流が反転する通路を区画する。特許文献２に記載されている熱風循環炉によれば、小型でありながら処理量を多くできる。

特開昭５１−１３１４０８号公報 特開２００４−２５７６５８号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された連続熱処理炉には、熱効率に改善の余地があるという問題点があった。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、熱効率を高くできる熱処理炉を提供することにある。

図面を参照して本発明の熱処理炉を説明する。なお、この欄で図中の符号を使用したのは、発明の内容の理解を助けるためであって、内容を図示した範囲に限定する意図ではない。

本発明のある局面に従うと、熱処理炉は、炉体１０と、炉床１２と、送風装置１４と、筒状仕切り１６と、棚１８とを備える。炉体１０は、扉つきの開口４０，４２を有する。扉つきの開口４０，４２は、工作物１００を出し入れするためのものである。炉床１２は、炉体１０下部に配置される。炉床１２は、水平方向に回転する。送風装置１４は、炉体１０内部でかつ炉床１２の上方に配置される。筒状仕切り１６は、炉体１０内部でかつ送風装置１４と炉床１２との間に配置される。棚１８は、炉床１２に取り付けられる。棚１８は、工作物を置くためのものである。送風装置１４と炉床１２との間の空間が筒状仕切り１６によって中央部分の空間５０と外周部分の空間５２とに区画される。中央部分の空間５０が送風装置１４への気体の吸い込み口に構成されている。送風装置１４から排出される風が外周部分の空間５２に送り込まれて通過される。棚１８が、外周部分の空間５２に配置されるように炉床１２に取り付けられて、炉床１２の回転に伴い、外周部分の空間５２内で旋回される。筒状仕切り１６の下の位置には、外周部分の空間５２内の風を中央部分の空間５０内に誘導する誘導部２０が配置される。筒状仕切り１６より上の位置には、送風装置１４から排出される風を加熱する加熱装置２２が配置される。外周部分の空間５２のうち棚１８よりも上の位置には、外周部分の空間５２のうち加熱帯となる部分８０に対して外周部分の空間５２のうち均熱帯となる部分８２よりも多くの熱を供給するよう、加熱装置２２が加熱した風を分配する分配部２４が配置される。

外周部分の空間５２を通過した風は、誘導部２０によって中央部分の空間５０へ誘導される。送風装置１４は、中央部分の空間５０から気体を吸い込んで外周部分の空間５２へ風を送る。加熱装置２２は、その風を加熱する。分配部２４は、加熱帯となる部分８０に対して均熱帯となる部分８２よりも多くの熱を供給するよう加熱装置２２が加熱した風を分配する。その間、棚１８は、炉床１２の回転に伴い、外周部分の空間５２内で旋回される。これにより、棚１８に載せられた工作物１００に対し風を介して熱が与えられる。加熱帯となる部分８０において工作物１００に与えられる熱は、均熱帯となる部分８２において工作物１００に与えられる熱よりも多い。炉体１０の内部に入れられた直後の低温の工作物１００に対し、所定の温度に達した時以降よりも多くの熱が与えられるので、加熱帯となる部分８０において温度上昇のために費やされる熱が不足することも、均熱帯となる部分８２において工作物１００が必要以上に加熱されることも少なくなる。その結果、熱効率が高くなる。

また、上述した分配部２４が、第１風供給部６２と、第２風供給部６４とを有することが望ましい。第１風供給部６２は、加熱帯となる部分８０の上に配置される。第２風供給部６４は、均熱帯となる部分８２の上に配置される。第２風供給部６４は、第１風供給部６２よりも単位時間あたりの風の供給量が少ない。

もしくは、上述した第１風供給部６２が、穴を有する部材であることが望ましい。この場合、第２風供給部６４が、穴を有し、かつ、第１風供給部６２よりも穴の開口面積の和が少ない部材である。

もしくは、上述した分配部２４が、外周部分の空間５２のうち扉つきの開口４０，４２の上に配置される部材６６，６８をさらに有することが望ましい。この場合、扉つきの開口４０，４２の上に配置される部材６６，６８が、炉体１０の内周面との間で隙間を形成するよう配置されている。

隙間が形成されていることにより、炉体１０の内周面のうち開口４０，４２が設けられている部分には、エアーカーテンが形成されることとなる。このエアーカーテンが、開口４０，４２からの外気の侵入を抑制する。外気の侵入が抑制されているので、開口４０，４２の扉が開閉したときの温度低下が少なくなる。温度低下が少なくなるので、開口４０，４２の扉が開閉したことに起因する熱の損失も少なくなる。熱の損失が少なくなるので、熱効率をさらに高くできる。

以上のように、本発明にかかる熱処理炉によれば、熱効率を高くできる。

本発明の実施形態にかかる熱処理炉の垂直断面図である。 本発明の実施形態にかかる熱処理炉の水平断面図である。 本発明の実施形態にかかる炉体の内部空間にかかる各区間の配置を示す概念図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１および図２を参照して、本実施形態にかかる熱処理炉の構成について説明する。本実施形態にかかる熱処理炉は、炉体１０と、炉床１２と、送風装置１４と、筒状仕切り１６と、棚１８と、誘導部２０と、加熱装置２２と、分配部２４と、吸い込み制御板２６と、砂除去板２８とを備える。

炉体１０は、入口開口４０と出口開口４２とを有する。入口開口４０および出口開口４２にはそれぞれ扉が取り付けられている。これらの扉の数は、棚１８が何段設けられるかに応じて定められる。

炉床１２は、炉体１０の下に、炉体１０の内部と対向するように配置されている。炉床１２は、炉体１０の中で水平方向に回転する。ただし、本実施形態においては、炉体１０の内部やそこに配置された部材類（たとえば筒状仕切り１６や分配部２４）と工作物１００や炉床１２に取り付けられた様々な部材（たとえば棚１８）とが衝突しない程度の精度で水平であれば、厳密な意味での水平でなくとも、炉床１２が水平方向に回転しているとみなす。送風装置１４は、気体を吸い込んで風を送る。本実施形態において、軸流ファンが送風装置１４として取り付けられている。

筒状仕切り１６は、炉体１０の内部を中央部分の空間５０と外周部分の空間５２とに区画する。図３を参照しつつ、中央部分の空間５０と外周部分の空間５２とについて説明する。中央部分の空間５０とは、炉体１０の真ん中の部分である。外周部分の空間５２とは、炉体１０の内部のうち、中央部分の空間５０をとりまく部分である。本実施形態において、送風装置１４は、炉体１０のうち中央部分の空間５０から気体を吸い込み、外周部分の空間５２へ風を送る。

外周部分の空間５２は、第１区間８０と、第２区間８２と、第３区間８４と、第４区間８６とに分かれる。第１区間８０は、入口開口４０よりも炉床１２の回転方向側に配置される区間である。本実施形態において、この部分が加熱帯となる。第２区間８２は、第１区間８０の両端のうち炉床１２の回転方向側の端において第１区間８０に続く区間である。本実施形態において、この部分が均熱帯となる。本実施形態において、第２区間８２の末端部分は出口開口４２に対向する。第３区間８４は、第２区間８２の両端のうち炉床１２の回転方向側の端において第２区間８２に続く区間である。第３区間８４の位置は、入口開口４０と出口開口４２との間にあたる。第４区間８６は、入口開口４０に対向する区間である。第４区間８６は、第３区間８４の両端のうち炉床１２の回転方向側の端において第３区間８４に続いている。

再び図１および図２を参照しつつ、本実施形態にかかる熱処理炉のその他の部分について説明する。棚１８は、炉床１２に取り付けられる。棚１８には、工作物１００が載せられる。これにより、棚１８は、炉床１２とともに水平方向に回転することとなる。本実施形態において、棚１８は６段設けられる。

誘導部２０も、炉床１２に取り付けられる。誘導部２０は、外周部分の空間５２を降りてきた風を中央部分の空間５０へ誘導する。

加熱装置２２は、送風装置１４よりも上に配置される。加熱装置２２は、送風装置１４が送った風を加熱する。本実施形態において、２台の燃焼バーナーが加熱装置２２として取り付けられている。

分配部２４は、外周部分の空間５２のうち棚１８よりも上に配置される。分配部２４は、加熱装置２２が加熱した風を分配する。加熱装置２２が加熱した風は、第２区間８２よりも多くの熱が第１区間８０に供給されるようよう分配される。

分配部２４について詳細に説明する。図１および図２から明らかなように、分配部２４は、炉体１０の内周との間にわずかな隙間を空けるように取り付けられている。このため、分配部２４のうち第４区間８６の上（ひいては入口開口４０の上）に配置されている部分が炉体１０の内周面との間で隙間を形成するよう配置されていることとなる。これにより、送風装置１４が送った風の一部は、炉体１０の内周面と分配部２４との隙間を通って下へ降りる。

分配部２４は、第１風供給部６２と、第２風供給部６４と、第１遮蔽部６６と、第２遮蔽部６８とを有する。第１風供給部６２は、第１区間８０の上に配置される。本実施形態の場合、第１風供給部６２は、３枚の板である。これらの板には、大きめの穴が開けられている。大きめの穴が開けられているので、第１区間８０には、送風装置１４が送った熱風の大部分が分配される。熱風の大部分が分配されるので、この下にある工作物１００は急速に加熱される。その結果、第１区間８０は、加熱帯となる。第２風供給部６４は、第２区間の上に配置される。本実施形態の場合、第２風供給部６４は、７枚の板である。これらの板には、小さな穴が開けられている。小さな穴が開けられているので、送風装置１４が送った熱風は第２区間８２にあまり分配されない。熱風があまり分配されないので、第２区間８２においては、温度が一定に保たれる。その結果、第２区間８２は、均熱帯となる。本実施形態においては、第１風供給部６２と第２風供給部６４との単位面積当たりの穴の数は同じである。それらを構成する板の大きさも同じである。本実施形態においては、第１風供給部６２と第２風供給部６４とは、穴の大きさのみが異なる。これにより、本実施形態においては、第２風供給部６４を構成する板の穴の開口面積の和が、第１風供給部６２を構成する板の穴の開口面積の和よりも少ないこととなる。第１遮蔽部６６は、第３区間８４の上に配置される。第２遮蔽部６８は、第４区間８６の上に配置される。本実施形態の場合、第１遮蔽部６６は、１枚の板である。第２遮蔽部６８も同様である。第１遮蔽部６６と第２遮蔽部６８とにも、穴が設けられている。単位面積当たりのそれらの穴の数は、第２風供給部６４の半分である。それらの穴の大きさは、第２風供給部６４と同じである。そのような構造となっているので、送風装置１４が送った風の大部分はこれらの領域において遮られる。ただし、これらの領域においても、炉体１０の内周との間に隙間が設けられている。さらに、第１遮蔽部６６と第２遮蔽部６８とには、第２風供給部６４ほどではないにせよ、穴が設けられている。そのため、これらの領域に分配された風は、炉体１０の内周面と分配部２４との隙間を通って下に降りる。隙間を通ることにより、入口開口４０のあたりの炉体１０の内周面にエアーカーテンが形成される。なお、本実施形態においては、入口開口４０のあたりだけでなく、炉体１０の内周面全体にエアーカーテンが形成される。

吸い込み制御板２６は、外周部分の空間５２の真下に配置されるよう炉床１２に取り付けられる。砂除去板２８も、炉床１２に取り付けられる。砂除去板２８は、誘導部２０の内部に取り付けられる。砂除去板２８は、誘導部２０の内部で風から砂をこし取る。こしとられた砂は、炉床１２の底に設けられている排出口から排出される。

以上のような構成に基づく、本実施形態にかかる熱処理炉の使用方法を説明する。

入口開口４０の扉を開けて、適当な治具を用いて、熱処理炉の外部から炉体１０の内部へ工作物１００を挿入する。上述したように、炉体１０の内周面全体にエアーカーテンが形成される。このエアーカーテンにより、扉を開けたとき外気が侵入することが抑制される。

工作物１００が挿入されると、入口開口４０の扉は閉められる。炉床１２は、本実施形態にかかる熱処理炉を上から見たとき反時計回りとなる方向に回転する。炉床１２が回転すると、棚１８も回転する。棚１８が回転すると、そこに載せられた工作物１００も回転する。これにより、工作物１００は加熱帯から均熱帯へ順次移動していくこととなる。

加熱帯には分配部２４のうち第１風供給部６２が対向しているので、多くの風が工作物１００にあたる。これにより、工作物１００は急速に加熱される。加熱帯を通過すると、工作物１００は、均熱帯に入る。均熱帯に対向しているのは、分配部２４のうち第２風供給部６４である。第２風供給部６４からはあまり風が降りない。これにより、均熱帯の温度はほぼ一定に保たれる。その後、工作物１００は、第３区間８４に入る。そうすると、出口開口４２の扉が開かれ、適切な治具によって、炉体１０の内部から工作物１００が取り出される。これにより、工作物１００に対する熱処理が終了する。ちなみに、上述した説明から明らかな通り、本実施形態においては、炉体１０の内周面全体にエアーカーテンが形成される。このエアーカーテンにより、扉を開けたとき外気が侵入することが抑制される。

以上のようにして、本実施形態かかる熱処理炉によれば、１つの炉内で熱処理を行うことができる。その際、分配部２４を介して熱が分配されるので、複数の熱源を備えていなくても、無駄なく熱を分配することができる。しかも、簡単な構造によって、加熱帯と均熱帯とに炉内を分けることが可能となっている。さらに、本実施形態にかかる熱処理炉は、炉体１０の内周面にエアーカーテンが形成されているので、外気の侵入を抑制できる。これにより、熱損失が少なくなるので、熱処理に費やされるエネルギを少なくすることが可能となる。

この点について具体的に説明する。特許文献１に開示されたような連続熱処理炉は、工作物を吊下げるビームを加熱するために熱を費やす。その分、熱損失は大きくなる。特許文献２に開示されたような熱風循環炉は、入口や出口の扉を開閉する際、外気の侵入により炉内の温度が下がる。炉内の温度が下がることにより、加熱帯における工作物の温度上昇がうまくいかなくなる。均熱帯における工作物の温度が予定していた温度に達しなくなる。そうなると、工作物の品質に悪影響が生じる。

これに対し、本実施形態かかる熱処理炉は、棚１８に工作物１００を載せるので、棚１８の温度が一度高くなると、それ以降に棚１８の温度上昇に熱を費やすことがほとんどなくなる。本実施形態にかかる熱処理炉は、炉体１０の内周面と分配部２４との隙間から風が吹き降ろされることでエアーカーテンを形成している。エアーカーテンが形成されているので、外気の侵入が抑制される。外気の侵入が抑制されるので、外気の侵入により炉内の温度が下がることは少なくなる。炉内の温度が下がることが少なくなるので、熱損失を抑えることができ、かつ、工作物１００の品質を良好に保つことができる。

なお、本実施形態にかかる熱処理炉は、砂除去板２８が誘導部２０の内部に取り付けられている。砂除去板２８が誘導部２０の内部に取り付けられているので、工作物１００に鋳物砂が残留している場合であっても、炉体１０の内部を循環する風からその砂が除去される。砂が除去されるので、その砂が炉内の装置などを摩耗させることも少なくなる。

さらに、本実施形態にかかる熱処理炉は、中央部分の空間５０を風が上り、かつ、送風装置１４によってその風が吸い込まれる構造となっている。そのような構造になっていることで、炉内の磨耗が生じにくいという効果が得られる。磨耗が生じにくいのは、風の中から砂がよく除去されるためである。風の中から砂がよく除去されるのは、中央部分の空間５０を風が上る際、重力によって砂が沈降するためである。

今回開示された実施形態はすべての点で例示である。本発明の範囲は上述した実施形態に基づいて制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更をしてもよいのはもちろんである。

例えば、燃焼バーナーの代わりに電気ヒーターなどの熱源が加熱装置２２として取り付けられていてもよい。燃焼バーナーは、工作物１００の数に合わせて任意に定めることができる。

また、分配部２４は、穴の代わりにスリットを有していてもよい。さらに、分配部２４の第１風供給部６２と第２風供給部６４とは、穴やスリットの大きさだけでなく、単位面積当たりのそれらの数が異なっていてもよい。

エアーカーテンを形成する必要がないのなら、分配部２４の外周は、炉体１０の内周面に密着していてもよい。入口開口４０と出口開口４２とのうち一方だけにエアーカーテンを形成する場合や、入口開口４０と出口開口４２とだけにエアーカーテンを形成する場合には、分配部２４の構成は、次に述べるようなものであってもよい。その構成とは、分配部２４を構成する部材のうち、エアーカーテンを形成したい箇所に配置されるものに、切り欠きを設けるというものである。切り欠きが設けられる箇所は、炉体１０の内周面に接する箇所である。これにより、エアーカーテンを形成したい箇所にのみ、炉体１０の内周面に沿って風が流れることとなる。

また、分配部２４は、複数の板ではなく、例えば箱のような構造物であってもよい。この場合、分配部２４を構成する部材は、穴の代わりに、風が通過する管を有していてもよい。

また、棚１８の段数は特に限定されない。棚１８の段数は５段以下であってもよいし７段以上であってもよい。入口開口４０と出口開口４２とにそれぞれ取り付けられる扉の数も特に限定されない。たとえば、２段分の棚１８から工作物１００を出し入れできるよう大きな扉を取り付けってもよい。この場合、扉の数は少なくなる。

また、第１遮蔽部６６と第２遮蔽部６８とには、穴が設けられていなくともよい。

１０ 炉体
１２ 炉床
１４ 送風装置
１６ 筒状仕切り
１８ 棚
２０ 誘導部
２２ 加熱装置
２４ 分配部
２６ 吸い込み制御板
２８ 砂除去板
４０ 入口開口
４２ 出口開口
５０ 中央部分の空間
５２ 外周部分の空間
６２ 第１風供給部
６４ 第２風供給部
６６ 第１遮蔽部
６８ 第２遮蔽部
８０ 第１区間
８２ 第２区間
８４ 第３区間
８６ 第４区間
１００ 工作物

Claims (4)

1. 工作物を出し入れする扉つきの開口を有する炉体と、
   前記炉体下部に配置され、かつ、水平方向に回転する炉床と、
   前記炉体内部でかつ前記炉床の上方に配置される送風装置と、
   前記炉体内部でかつ前記送風装置と前記炉床との間に配置される筒状仕切りと、
   前記炉床に取り付けられ、工作物を置くための棚とを備える熱処理炉であって、
   前記送風装置と前記炉床との間の空間が前記筒状仕切りによって中央部分の空間と外周部分の空間とに区画され、前記中央部分の空間が前記送風装置への気体の吸い込み口に構成されているとともに、前記送風装置から排出される風が前記外周部分の空間に送り込まれて通過され、
   前記棚が、前記外周部分の空間に配置されるように前記炉床に取り付けられて、前記炉床の回転に伴い、前記外周部分の空間内で旋回され、
   前記筒状仕切りの下の位置には、前記外周部分の空間内の風を前記中央部分の空間内に誘導する誘導部が配置され、
   前記筒状仕切りより上の位置には、前記送風装置から排出される風を加熱する加熱装置が配置され、
   前記外周部分のうち前記棚よりも上の位置には、前記外周部分の空間のうち加熱帯となる部分に対して前記外周部分の空間のうち均熱帯となる部分よりも多くの熱を供給するよう、前記加熱装置が加熱した前記風を分配する分配部が配置されることを特徴とする、熱処理炉。
2. 前記分配部が、
   前記加熱帯となる部分の上に配置される第１風供給部と、
   前記均熱帯となる部分の上に配置され、前記第１風供給部よりも単位時間あたりの前記風の供給量が少ない、第２風供給部とを有することを特徴とする、請求項１に記載の熱処理炉。
3. 前記第１風供給部が、穴を有する部材であり、
   前記第２風供給部が、穴を有し、かつ、前記第１風供給部よりも前記穴の開口面積の和が少ない部材であることを特徴とする、請求項２に記載の熱処理炉。
4. 前記分配部が、前記外周部分の空間のうち前記扉つきの開口の上に配置される部材をさらに有し、
   前記扉つきの開口の上に配置される部材が、前記炉体の内周面との間で隙間を形成するよう配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の熱処理炉。

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