JP4982726B2 - 熱処理炉 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材の浸炭処理や窒化処理などに用いられる熱処理炉に関する。

従来、鋼材の熱処理に使用される熱処理炉の炉体は、耐火性を有するレンガ層を備え、レンガ層の外側に断熱材が設けられた構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来の熱処理炉にあっては、炉体にレンガを用いると炉壁が厚くなり、炉内の容積を広くできない問題があった。また、シーズニング時にはレンガに吸着されていた酸素が高温により炉内に放出されるため、炉内雰囲気を安定させるまでに時間がかかり、シーズニング時間を短縮することが難しい問題があった。

特開平９−７９７６１号公報

本発明の目的は、炉体にレンガを用いない熱処理炉を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、被処理体を加熱して処理する熱処理炉であって、炉体の天井部、床部、側壁、及び前記被処理体の搬入口および搬出口を開閉するシャッターが総て、金属製の炉殻層と、前記炉殻層の内側に設けたシリカ系断熱層と、前記断熱層の内側に設けたセラミックファイバー層とによって構成され、前記炉体内に、被処理体を載せる複数本のレールを設け、前記各レールは、支持部材によって両端部が支持されたことを特徴とする、熱処理炉が提供される。

また、前記レールは耐熱鋼製であっても良い。リジェネバーナを用いた加熱器を備えても良い。

本発明によれば、炉体を金属製の炉殻層と、断熱層と、セラミックファイバー層とによって構成したことにより、レンガを用いた場合と比較して、炉体の厚さを薄くすることができる。従って、炉体の容積を広くすることができる。炉体を大型化することなく、リジェナバーナを用いた加熱器を備えることができる。さらに、シーズニングの際、炉体にレンガを用いた場合よりも雰囲気を安定させ易くなり、シーズニングに要する時間を短縮することができる。また、レールを耐熱鋼製とし、レールの両端部を支持するようにしたことにより、レンガによる支持が不要になり、レールの下方の温度分布が良好になる。また、リジェナバーナを用いた加熱器にすることにより、電気ヒータより昇温や降温の効率を向上させることができる。

浸炭処理装置の概略断面図である。 熱処理炉の断面図である。 図２におけるＡ−Ａ線による概略断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図１に示すように、鋼材である被処理体Ｗの浸炭処理を行う熱処理装置１は、本発明にかかる熱処理炉２と、油槽室３とを備えている。

熱処理炉２の炉体５の前側壁５ａには、被処理体Ｗを搬入させるための搬入口１０が設けられている。また、搬入口１０を開閉するシャッター１１が設けられている。搬入口１０の前方には、被処理体Ｗを載置するテーブル１２が設けられている。炉体５の後側壁５ｂには、被処理体Ｗを搬出させるための搬出口１５が設けられている。また、搬出口１５を開閉するシャッター１６が設けられている。炉体５と油槽室３は、搬出口１５を介して連通するようになっている。炉体５内には、被処理体Ｗを載せるための４本のレール２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと、炉体５内の雰囲気を攪拌するファン２１と、炉体５内の雰囲気を加熱する加熱器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄとが設けられている。また、図示はしないが、炉体５内に浸炭ガスや窒素ガスなどを供給する供給路と、炉体５内から排気を行う排気路が設けられている。

図２及び図３に示すように、炉体５は、例えば鋼板などの金属製の炉殻層３１と、炉殻層３１の内側に積層された断熱層３２と、断熱層３２の内側に積層された耐火性を有するセラミックファイバー層３３とによって構成された３層構造になっている。断熱層３２としては、シリカ系の材質、例えばマイクロサーム（日本マイクロサーム株式会社製）などを用いると良い。セラミックファイバー層３３としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３又はＳｉ_２Ｏ_３などのセラミック材をフェルト状にしたものを用いると良い。このように、断熱層３２の内側に耐火層としてセラミックファイバー層３３を備えた構造にすると、断熱層３２の内側に耐火層としてレンガを備えた構造と比較して、炉体５の厚さを薄くすることができる。従って、炉体５内の容積を広くすることができる。また、断熱層３２の内側にセラミックファイバー層３３を設けることにより、断熱層３２が劣化することを防止できる。さらに、炉体５の前側壁５ａ、後側壁５ｂ、左側壁５ｃ、右側壁５ｄ、天井部５ｅ及び床部５ｆを総て断熱層３２とセラミックファイバー層３３とを備えた構造とすることにより、前側壁５ａ、後側壁５ｂ、左側壁５ｃ、右側壁５ｄ、天井部５ｅ及び床部５ｆにおいて均等に蓄熱され、また、炉外に放散される熱も均等になるので、炉体５内の温度分布の均一性を良好にすることができる。さらに、シーズニングの際、炉体５にレンガを用いた場合よりも炉体５内の雰囲気を安定させ易くなり、シーズニングに要する時間を短縮することができる。また、炉体５にレンガを用いた場合、レンガに微量の鉄分が含有されていることにより、浸炭処理時に炉体５内に供給されたＣＯが作用して、レンガ中にカーボンが蓄積されたり、スーティング現象が生じたりする問題があるが、セラミックファイバーには鉄分が殆ど含まれていないので、カーボンの蓄積やスーティングを抑制させることができる。

シャッター１１も、炉体５と同様に、炉殻層３１と、炉殻層３１の内側に積層された断熱層３２と、断熱層３２の内側に積層されたセラミックファイバー層３３とによって構成された３層構造になっている。シャッター１１において搬入口１０に面する側の周縁部、即ち、セラミックファイバー層３３の周縁部には、例えば鋼板などの金属製のシール４１が設けられている。一方、前側壁５ａにおいて、搬入口１０の外側の周縁部、即ち炉殻層３１の外面には、例えば鋼板などの金属製のシール４２が設けられている。また、シール４２に沿って、グラファイトパッキン４３が設けられている。これらシール４１、４２がグラファイトパッキン４３を挟んで互いに密着することにより、搬入口１０が確実に閉塞されるようになっている。また、シール４１によってシャッター１１のセラミックファイバー層３３の周縁部が保護され、セラミックファイバー層３３が損傷することを防止している。

シャッター１６も、炉体５と同様に、炉殻層３１と、炉殻層３１の内側に積層された断熱層３２と、断熱層３２の内側に積層されたセラミックファイバー層３３とによって構成された３層構造になっている。シャッター１６において搬出口１５に面する側の周縁部、即ち、セラミックファイバー層３３の周縁部には、例えば鋼板などの金属製のシール４５が設けられている。一方、後側壁５ｂにおいて、搬出口１５の外側の周縁部、即ち炉殻層３１の外面には、例えば鋼板などの金属製のシール４６が設けられている。これらシール４５、４６が互いに密着することにより、搬出口１５が確実に閉塞されるようになっている。また、シール４５によってシャッター１６のセラミックファイバー層３３の周縁部が保護され、セラミックファイバー層３３が損傷することを防止している。

図２に示すように、レール２０Ａ〜２０Ｄは、炉体５内の下部において前後方向に延設されており、また、図３に示すように、左右方向に並べて設けられている。レール２０Ａ〜２０Ｄのうち、左右両側に位置するレール２０Ａ、２０Ｄは、縦方向に設けられた縦部４７と、縦部４７から内側に向かって横方向に延びるように設けられた横部４８とによって構成されている。また、レール２０Ａ、２０Ｄの間に配置されたレール２０Ｂ、２０Ｃは、断面形状が略Ｉ字形状になっており、縦方向に設けられた縦部５１と、縦部５１の上縁と下縁に沿って横方向に設けられた横部５２、５３とによって構成されている。被処理体Ｗは、レール２０Ａ、２０Ｄの横部４８上面と、レール２０Ｂ、２０Ｃの横部５２上面とによって支持されるようになっている。各レール２０Ａ〜２０Ｄは、例えば耐熱鋳鋼などの金属製であり、図２に示すように、支持部材５５によって両端部が支持されている。レール２０Ａ（２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）の前端部を支持する支持部材５５は、炉体５の前側壁５ａの炉殻層３１に取り付けられている。レール２０Ａ（２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ）の後端部を支持する支持部材５５は、炉体５の後側壁５ｂの炉殻層３１に取り付けられている。このように、レール２０Ａ〜２０Ｄを耐熱鋳鋼などによって形成すると、レール２０Ａ〜２０Ｄを両端部だけで支持すればよく、中間部で支持する必要が無くなる。即ち、従来のようにレール２０Ａ〜２０ＤがＳｉＣなどのセラミックによって形成されている場合、床部に設けたレンガによってレール２０Ａ〜２０Ｄ全体、又はレール２０Ａ〜２０Ｄの中間部を下方から支持する必要があったが、レール２０Ａ〜２０Ｄを耐熱鋳鋼によって形成した場合、両端部の支持だけで十分であり、レンガによる支持が不要になる。従って、レール２０Ａ〜２０Ｄと支持部材５５を介して炉外に逃げる熱を少なくすることができ、炉体５の断熱性を向上させることができる。また、セラミックファイバーとレンガが炉体５内に存在すると、セラミックファイバーとレンガとの蓄熱量の相違により温度分布が悪くなる問題が生じるが、レンガによるレール２０Ａ〜２０Ｄの支持が不要になるので、そのような心配がなく、炉体５内の温度分布の均一性を良好にすることができる。さらに、レール２０Ａ〜２０Ｄの下方の雰囲気の流れが良くなることで、温度分布の均一性がより良好になる。

図１に示すように、加熱器２２Ａ、２２Ｂは、レール２０Ａの左側に、前後に並べて設けられている。加熱器２２Ｃ、２２Ｄは、レール２０Ｄの右側に、前後に並べて設けられている。各加熱器２２Ａ〜２２Ｄは、略Ｕ字形状のラジアントチューブ５７と、ラジアントチューブ５７の端部に設けられたリジェナバーナ５８とによって構成されている。即ち、リジェナバーナ５８から燃焼ガスを噴射させ、ラジアントチューブ５７内に燃焼ガスが供給されることにより、炉体５内が加熱されるようになっている。さらに、リジェナバーナ５８内には蓄熱体が備えられており、ラジアントチューブ５７の一端側から燃焼ガスを噴射させる際、他端側では蓄熱が行われる。この燃焼ガスの噴射と蓄熱を、ラジアントチューブ５７の一端側と他端側とで交互に切り換えて行い、蓄熱を利用して熱効率を向上させることができるようになっている。また、ラジアントチューブ５７内に冷風を供給することにより、ラジアントチューブ５７を迅速に冷却させ、炉体５内を降温させることができる。これにより、電気ヒータよりも降温を迅速に行うことができる。

図１に示すように、油槽室３には、被処理体Ｗを載置させる載置台６１と、油槽６２とが備えられている。また、被処理体Ｗを油槽室３内から搬出するための搬出口６３が形成されており、搬出口６３を開閉するシャッター６４が設けられている。搬出口６３の後方には、被処理体Ｗを載置するテーブル６５が設けられている。

次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いた被処理体Ｗの処理について説明する。先ず、熱処理装置１の操業開始時には、熱処理炉２において、加熱器２２Ａ〜２２Ｄの加熱により、炉体５内の昇温とシーズニングを行う。炉体５は断熱層３２によって高い断熱性を有するので、昇温を効率的に行うことができる。また、炉体５全体が断熱層３２とセラミックファイバー層３３とを備えた構造になっているので、炉体５内の温度分布を均一にすることができる。また、セラミックファイバー層３３から炉体５内に放出される酸素や水蒸気の量が少ないので、炉体５内の雰囲気を迅速に安定させることができる。従って、昇温とシーズニングに要する時間を短縮することができる。さらに、リジェナバーナ５８を用いた加熱器２２Ａ〜２２Ｄを使用することにより、電気ヒータを用いて加熱する場合と比較して効率的に加熱することができるので、昇温とシーズニングに要する時間を大幅に短縮することができ、また、加熱に要するコストを削減できる。炉体５内の温度は約８５０℃程度にする。

炉体５内の昇温とシーズニングを行ったら、被処理体Ｗを熱処理炉２に搬入させる。先ず、被処理体Ｗをテーブル１２に載置して、搬入口１０を開口させ、被処理体Ｗを図示しないプッシャーによって前方から後方に押して、搬入口１０を通過させて炉体５内のレール２０Ａ〜２０Ｄ上に被処理体Ｗを移動させる。そして、プッシャーを炉体５から退出させ、シャッター１１によって搬入口１０を閉じる。

被処理体Ｗを熱処理炉２に搬入させたら、炉体５内を約９５０℃程度に昇温させる。そして、被処理体Ｗが十分に予備加熱されたら、炉体５内に浸炭ガスを供給して、浸炭処理を行う。続いて拡散処理を行った後、炉体５内を降温させながら降温処理を行う。そして、炉体５内を約８５０℃程度にして、均熱処理を行う。このように浸炭、拡散、降温、均熱などの熱処理を行う間も、炉体５全体が断熱層３２とセラミックファイバー層３３とを備えた構造になっているため、炉体５内の雰囲気の温度分布を良好に維持することができる。従って、処理むらを防止できる。また、リジェナバーナ５８を用いた加熱器２２Ａ〜２２Ｄにより、電気ヒータを用いて加熱する場合よりも温度を良好に調節することができる。従って、熱処理炉２における熱処理の時間を短縮することができる。

熱処理炉２において均熱処理が終了したら、搬入口１０、搬出口１５を開いて、搬入口１０から炉体５内に図示しないプッシャーを進入させ、被処理体Ｗをプッシャーによって前方から後方に押して、搬出口１５を通過させて炉体５内から油槽室３に被処理体Ｗを移動させる。そして、被処理体Ｗを載せた載置台６１を下降させ、被処理体Ｗを油槽６２に浸漬させて、油焼入れを行う。その後、被処理体Ｗを油槽６２から引き上げ、搬出口６３を開いて被処理体Ｗを油槽室３から搬出してテーブル６５に移動させる。こうして、熱処理装置１における一連の処理が終了する。

熱処理装置１の操業終了時には、熱処理炉２において、加熱器２２Ａ〜２２Ｄの加熱を停止させ、炉体５内の温度を降温させる。炉体５は、レンガより蓄熱量が少ないセラミックファイバー層３３を用いた構造になっており、また、リジェナバーナ５８を用いた加熱器２２Ａ〜２２Ｄによって迅速に冷却することができるので、炉体５内を迅速に降温させることができる。

かかる熱処理装置１によれば、炉体５にレンガを用いず、炉体５を金属製の炉殻層３１と、炉殻層３１の内側に設けた断熱層３２と、断熱層３２の内側に設けたセラミックファイバー層３３とによって構成したことにより、レンガを用いた場合と比較して、炉体５の前側壁５ａ、後側壁５ｂ、左側壁５ｃ、右側壁５ｄ、天井部５ｅ及び床部５ｆの厚さを薄くすることができる。従って、炉体５内の容積を広くすることができる。そのため、炉体５を大型化することなく、リジェナバーナ５８を用いた加熱器２２Ａ〜２２Ｄを配設することができる。また、炉体５内に搬入可能な被処理体Ｗの容積を増加させることができ、処理能力を向上させることができる。

また、レール２０Ａ〜２０Ｄを耐熱鋼製とし、レール２０Ａ〜２０Ｄの両端部を支持するようにしたことにより、レンガによる支持が不要になり、レール２０Ａ〜２０Ｄ下方の温度分布が良好になる。シーズニングの際、炉体５にレンガを用いた場合よりも炉体５内の雰囲気を安定させ易くなり、シーズニングに要する時間を短縮することができる。

さらに、リジェナバーナ５８を用いた加熱器２２Ａ〜２２Ｄを使用することにより、電気ヒータを用いて加熱する場合と比較して、昇温や降温を迅速に行うことができる。従って、熱処理炉２における熱処理の時間を大幅に短縮することができる。また、電気ヒータを用いて加熱する場合と比較して、効率的に加熱することができ、加熱に要するコストを削減できる。

以上、本発明の好適な実施の形態の一例を示したが、本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば、本実施の形態では、熱処理炉２は浸炭処理を行うものとして説明したが、本発明は、窒化処理を行う熱処理炉に適用することもできる。

本発明は、鋼材の浸炭処理、窒化処理などを行う熱処理炉に利用できる。

Ｗ 被処理体
１ 浸炭処理装置
２ 熱処理炉
５ 炉体
３１ 炉殻層
３２ 断熱層
３３ セラミックファイバー層
２０Ａ〜２０Ｄ レール
２２Ａ〜２２Ｄ 加熱器
５８ リジェナバーナ

Claims (3)

1. 被処理体を加熱して処理する熱処理炉であって、
   炉体の天井部、床部、側壁、及び前記被処理体の搬入口および搬出口を開閉するシャッターが総て、金属製の炉殻層と、前記炉殻層の内側に設けたシリカ系断熱層と、前記断熱層の内側に設けたセラミックファイバー層とによって構成され、
   前記炉体内に、被処理体を載せる複数本のレールを設け、前記各レールは、支持部材によって両端部が支持されたことを特徴とする、熱処理炉。
2. 前記レールは耐熱鋼製であることを特徴とする、請求項１に記載の熱処理炉。
3. リジェネバーナを用いた加熱器を備えたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱処理炉。

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