JP5701038B2 - 熱処理炉およびその運転方法 - Google Patents

Description

この発明は、加熱処理された被処理品を、油槽に貯留された油に浸漬して焼き入れを行う熱処理炉およびその運転方法に関する。

従来の熱処理炉を、図３を用いて説明する。この従来の熱処理炉１１０は、出入扉１を備えた焼入室２が仕切扉３を介して加熱室４に連設されてなるとともに、焼入室２の下部に焼き入れ用の油槽５を連設して構成されている。仕切扉３には、加熱室４と焼入室２とを連通する開口穴３ａが設けられている。開口穴３ａを経由して変成ガスを含む雰囲気ガスが加熱室４から燃焼室２に流入する。加熱室４内には、図示しないヒーター、ラジアントチューブ、燃焼バーナー等が備えられていて、該加熱室４内が加熱されるようになっている。油槽５内の焼き入れ用の油は通常５０〜１５０℃の温度に加熱されている。変成ガスは、図示しない変成ガス供給源から、変成ガス供給ライン６を通って加熱室４に供給される。加熱室４内はファン７により攪拌され、変成ガスは均一な温度に加熱される。これにより、加熱室４内に置かれた被処理品８が加熱処理される。加熱処理中の加熱室４の雰囲気ガスは、変成ガスだけでなく被処理品８と変成ガスとの反応によって生じた生成物等を含む。

変成ガスとしては、吸熱型変成ガス（ＲＸガス）、発熱型変成ガス（ＤＸガス）、メタノール分解ガス等が広く使用されており、これら変成ガスは、水素成分や一酸化炭素成分等の爆発可燃性ガス成分を含有している。

変成ガスを含む雰囲気ガスは仕切扉３の開口穴３ａを通って焼入室２に連続して流通し、排気管９より炉外に排出される。排出されたガスは、パイロットバーナー１４によって燃焼処理され、排気ダクト１１を介して屋外に放出される。

一方、被処理品８は搬出テーブル１２から出入扉１を経て焼入室２に搬入され、次いで出入扉１を閉止し、仕切扉３を開いて加熱室４に搬入され、仕切扉３を閉止した後に所定のガス雰囲気下で加熱処理される。処理された被処理品８は、焼入室２を経て油槽５に搬送されて油に浸漬して焼き入れされる。焼入された被処理品８は、焼入室２に返送され、焼入室２で油切りした後、出入扉１を経て搬出入テーブル１２に搬出されて加熱焼入処理を終了する。なお、搬出入テーブル１２や焼入室２への被処理品８を出し入れする際に出入扉１を開いたときには、フレームカーテン用ノズル１３に燃焼ガスが流れて燃焼し、焼入室２の出入開口部を塞ぐようにフレームカーテンを形成し、該開口部より焼入室２内に空気が侵入するのを防ぐようになっている。

しかしながら、このような熱処理炉１１０にあっては、被処理品８が油槽５内の油に浸漬される際に、焼入室２内の雰囲気ガスの温度が低下し、該焼入室２内の圧力が急激に低下する（例えば、マイナス５００ｍｍａｑ程度。）。焼入室２内が負圧になると、排気管９や出入扉１から空気が炉内に侵入してくることが避けられない。焼入室２内にも流通している雰囲気ガスに含まれる変成ガスは上述したように可燃性ガスを含むため、焼入室２内に空気が侵入すると、爆発を誘発する等危険な状態をまねくことがある。

したがって、炉内の空気侵入による爆発の危険を防止する対策が必要である。その対策として、特許文献１には、図３に示すように、図示しない窒素ガス供給源１２１および流量制御機構１２２（圧力計、流量計、電磁弁等。）を備えた窒素ガス供給ライン１２０を焼入室２内に連通するように配設し、窒素ガス供給ライン１２０を通して焼入室２内に直接窒素ガスを供給することにより、焼入室２内の酸素濃度を爆発（燃焼）限界以下に維持することが提案されている。流量制御機構１２２は、焼入室２内が負圧になった負圧信号を検知したり、出入扉１の開閉を検知して窒素ガスの流量を調整するものであり、開閉スイッチ、圧力計、流量計、電磁弁等を備えて構成される。

特開平１１−１２４６２１号公報

しかし、特許文献１に記載のものでは、窒素ガス供給ライン１２０が窒素ガスの流量を制御する流量制御機構１２２を備えるため、窒素ガス供給ライン１２０の構成が複雑となり、設備コストが高くなる問題がある。また、焼入室２内に直接窒素ガスを供給するので、焼入室２内の変成ガス濃度が窒素ガスで薄まる。

また、焼入室２内に供給された窒素ガスは排気管９へ向かうガス流の流れを助長し、変成ガスが排気管９を通って勢い良く噴出される。このため、酸素を含む変成ガスが着火源となりパイロットバーナー１４で激しい燃焼が起こり、火災の危険がある。

この発明は、上記の従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、焼入室内が負圧になった際の安全性を確保出来る熱処理炉およびその運転方法を提供することを目的とする。

この発明の熱処理炉は、加熱室、油槽、焼入室、排気管、および窒素ガス供給ラインを有する。加熱室内には被処理品が収容され、変成ガスを含む所定のガス雰囲気下で加熱処理が行われる。油槽には、焼き入れ用の油が貯留される。焼入室は、前記加熱室に連設される。焼入室内には、前記加熱処理後の前記被処理品が搬入され、前記油槽内の前記油に前記被処理品を浸漬して焼き入れが行われる。排気管は、前記焼入室に接続され、前記焼入室の雰囲気ガスを外部へ排気する。窒素ガス供給ラインは、前記排気管に接続され、前記排気管内に所定量の窒素ガスを前記加熱処理時から前記焼き入れ時にわたって供給する。

このように構成された熱処理炉においては、排気管内に窒素ガスが供給される。焼入室が負圧のときには、窒素ガスが排気管を逆流して焼入室内に流入し、焼入室内に侵入する空気は窒素ガスで希釈されるので、爆発の危険が防止される。

この構成では、窒素ガスの流量を制御するための複雑な機構が不要であり、設備コストを安くすることが出来る。例えば、窒素ガス供給ラインに止め弁を設けておき、初期の熱処理炉の立ち上げ時に止め弁により一度窒素ガスの流量を調整すれば良いので、流量計等で監視するほどシビアな流量調整が不要となる。しかも、焼入室内が正圧から負圧になった際は、排気管内と焼入室内との間の圧力差をトリガーとして一時的に排気管を逆流する窒素ガスの流量が増すので、初期に設定する窒素ガスの流量は少量で十分である。したがって、焼入室内が正圧の時には、排気される雰囲気ガスの勢いを増すことなく、雰囲気ガスを窒素ガスで希釈することが出来、雰囲気ガスが着火源となるパイロットバーナーでの激しい燃焼に基づく火災も防止出来る。

また、この発明の熱処理炉は、前記排気管から排出される前記雰囲気ガスを燃焼処理するパイロットバーナーが設けられている。この構成によると、排気管から排気される雰囲気ガスがパイロットバーナーで燃焼し、排気が促進されるので、排気管を通じた、焼入室への空気の侵入が抑止される。

また、この発明の熱処理炉の運転方法は、加熱室内に収容された被処理品を所定の変成ガスの雰囲気下で加熱処理し、加熱処理後の前記被処理品を焼入室内に搬入し、油槽内の油に浸漬して焼入を行う熱処理炉の運転方法において、前記焼入室の雰囲気ガスを外部へ排気する排気管に接続された窒素ガス供給ラインを通して、前記排気管内に所定量の窒素ガスを前記加熱処理時から前記焼き入れ時にわたって供給することにより、前記焼入室内が負圧になった際に前記排気管から窒素ガスを前記焼入室内に逆流させるものである。

この発明によれば、焼入室内が負圧になった際に焼入室内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給ラインを、焼入室から雰囲気ガスを排気する排気管に接続したので、窒素ガスの流量制御のための複雑な機構が不要となり、設備コストを安くすることが可能となる。また、焼入室内に直接窒素ガスを供給しないので、焼入室内が正圧の時には、排気される雰囲気ガスの勢いを増すことなく、雰囲気ガスを窒素ガスで希釈することが出来、雰囲気ガスに含まれる変成ガスの可燃性ガス成分が着火源となるパイロットバーナーでの激しい燃焼に基づく火災も防止出来る。

この発明の一実施形態に係る熱処理炉を示す概略構成図であり、焼入室内が負圧の時のガスの流れを説明する図である。 同上熱処理炉を示す概略構成図であり、焼入室内が正圧の時のガスの流れを説明する図である。 従来の熱処理炉を示す概略構成図を示す概略構成図であり、焼入室内が負圧の時のガスの流れを説明する図である。

以下に、図１、図２を参照して、この発明の実施形態に係る熱処理炉１０について説明する。

図１に示すように、本発明の熱処理炉１０は、基本的な構成は、図３に示す従来の熱処理炉１１０とほぼ同じである。したがって、図３に示された従来の熱処理炉と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略し、従来の熱処理炉と異なる構成についてのみ説明する。

図１に示されたこの発明の熱処理炉１０が、図３に示された従来の熱処理炉１１０と異なる点は、大きくいうと、従来の熱処理炉１１０では、窒素ガス供給ライン１２０を焼入室２に接続し、窒素ガスを直接焼入室２内に供給するようにしていたが、この発明の熱処理炉１０では、図１に示すように、排気管９に窒素ガス供給源２１および止め弁２２を備える窒素ガス供給ライン２０を接続するようにした点である。ここで、止め弁２２としては、一般に入手可能なＹ形弁やニードル弁を好適に用いることが出来る。

ここで、被処理品８が焼入室２内に搬入された後、油槽５内の油に浸漬される際に、焼入室２内の雰囲気ガスの温度が低下し、該焼入室２内の圧力が急激に低下する（例えば、マイナス５００ｍｍａｑ程度。）。焼入室２内が負圧になると、排気管９や出入扉１から空気が炉内に侵入してくることが避けられない。焼入室２内の雰囲気ガスに含まれる変成ガスは上述したように可燃性ガス成分を含むため、焼入室２内に空気が侵入すると、爆発を誘発する等危険な状態をまねくことがある。

本発明の熱処理炉１０では、焼入室２内が負圧になると、図１の矢印Ａで示すように、窒素ガスが排気管９を逆流して焼入室２内に流入し、焼入室２内に侵入する空気は窒素ガスで希釈されるので、爆発の危険が防止される。

窒素ガス供給ライン２０は、窒素ガス供給源２１と排気管９との間を配管でつなぎ、配管の途中に止め弁２２を接続した簡単な構造である。例えば、初期の熱処理炉１０の立ち上げ時に止め弁２２により一度窒素ガスの流量を調整すればあとは放置しておけば良い。したがって、従来の熱処理炉１１０における窒素ガス供給ライン１２０（図３参照。）に比べて、窒素ガスの流量を制御するための複雑な機構が不要であり、設備コストを安くすることが出来る。しかも、焼入室２内が正圧から負圧になった際は、排気管９内と焼入室２内との間の圧力差をトリガーとして一時的に排気管９を逆流する窒素ガスの流量が増すので、初期に設定する窒素ガスの流量は少量で十分である。これにより、図２に示すように、焼入室２内が正圧の時には、排気される雰囲気ガスの勢いを増すことなく、雰囲気ガスを窒素ガスで希釈することが出来、雰囲気ガスに含まれる変成ガスの可燃性ガス成分が着火源となるパイロットバーナー１４での激しい燃焼に基づく火災も防止出来る。

また、本発明の熱処理炉１０では、焼入室２内に直接窒素ガスを供給しないので、焼入室２内の雰囲気ガス中の変成ガス濃度が窒素ガスにより希釈されることがない。このため、変成ガスの削減が可能となる。

上記の実施形態に係る熱処理炉１０は、出入扉１の出入開口部にフレームカーテンノズル１３を備えるフレームカーテン型の熱処理炉である場合を例にして説明したが、この発明は、フレームカーテンノズル１３を用いないフレームレス型の熱処理炉（例えば、焼入室内を真空排気して窒素ガスで復圧する、真空パージ式の熱処理炉。）にも適用可能である。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、この発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−熱処理炉
２−焼入室
４−加熱室
５−油槽
６−変成ガス供給ライン
８−被処理品
９−排気管
２０−窒素ガス供給ライン
２１−窒素ガス供給源
２２−止め弁

Claims (4)

1. 被処理品が収容され変成ガスを含む所定のガス雰囲気下で加熱処理する加熱室と、
   焼き入れ用の油が貯留された油槽と、
   前記加熱室に連設され、前記加熱処理後の前記被処理品が搬入され、前記油槽内の前記油に前記被処理品を浸漬して焼き入れを行う焼入室と、
   前記焼入室に接続され、前記焼入室の雰囲気ガスを外部へ排気する排気管と、
   前記排気管に接続され、前記排気管内に所定量の窒素ガスを前記加熱処理時から前記焼き入れ時にわたって供給する窒素ガス供給ラインと、
   を備えた熱処理炉。
2. 前記排気管から排出される前記雰囲気ガスを燃焼処理するパイロットバーナーが設けられた請求項１に記載の熱処理炉。
3. 前記加熱室と前記焼入室との間に、前記変成ガスを含む前記雰囲気ガスが前記加熱室から前記焼入室へ流入する開口穴を有する仕切り部材を設けた請求項１又は２に記載の熱処理炉。
4. 加熱室内に収容された被処理品を変成ガスを含む所定のガス雰囲気下で加熱処理し、加熱処理後の前記被処理品を焼入室内に搬入し、油槽内の油に浸漬して焼入を行う熱処理炉の運転方法において、
   前記変成ガスを含む雰囲気ガスを排気する排気管に接続された窒素ガス供給ラインを通して、前記排気管内に所定量の窒素ガスを前記加熱処理時から前記焼き入れ時にわたって供給することにより、前記焼入室内が負圧になった際に前記排気管から窒素ガスを前記焼入室内に逆流させる熱処理炉の運転方法。

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