JP6046555B2 - 焼鈍処理における急冷方法及び焼鈍炉における急冷設備 - Google Patents

Description

本発明は、金属の焼鈍処理における急冷方法及び焼鈍炉における急冷設備に関し、特に、焼鈍処理の中で、熱処理品に発生する冷却ムラを抑制するための有効な技術に関する。

従来、鋼製又は特殊鋼製の熱処理品（以下「ワーク」という。）に施す焼き入れ処理や焼鈍処理を構成する複数の工程の中に、急冷と呼ばれる処理工程（以下「急冷工程」という。）がある。これは、高温下で加熱されたワークの温度を予め設定した比較的短い時間（以下単に「急冷時間」という。）内に、予め目標として設定された温度（以下「制御目標温度」という。）へ冷却して降温させる工程である。

例えば焼鈍処理、特に恒温焼鈍処理では、鋼を粗パーライト組織に変態させ易くするために、ワークを６００〜６５０℃程度（恒温変態曲線中のいわゆるパーライトノーズにかからない温度）の比較的高温の温度域で所定時間恒温保持（恒温工程）する場合がある。この恒温工程の前段階として、ワークをＡ１変態点温度（約７３０℃）以上に加熱する加熱工程を経て、鋼を一旦オーステナイト組織に変態させる。そして加熱されたワークを約５〜１０分程度の急冷時間内に、制御目標温度として例えば６５０℃度へ冷却して降温させ（急冷工程）、鋼を後続の恒温工程で軟化させるための前段階の状態とする。尚、恒温工程の後、ワークは常温までゆっくり冷却する徐冷工程が施されて、恒温焼鈍処理が終了し、ワークは所望の硬さとされる。

このとき冷却されるワークの温度の時間変化の速度は、図６中の冷却曲線Ｃのように急冷工程中（図中ｔ１〜ｔ２）制御目標温度に向かって一定であることが理想である。しかし実際には、比較的短い時間内に冷却動作と加熱動作を組み合わせて調温するため、急冷工程中に一時的な過冷却や過加熱が生じる。そのためワークの温度は、図中の冷却曲線Ｃ１のように冷却曲線Ｃの上下を変動することが多い。急冷工程では、こうしたワークの冷却温度の変動を可能な限り抑制して冷却曲線Ｃの状態に近づけるとともに、急冷時間内に確実に冷却が完了することが重要視される。

特に、熱処理ではワークの大きさや形状によっては複数のワークを一つのトレイに配置して処理される。複数のワークを急冷する場合、ワークの形状や配置によってワーク毎に熱伝達率が異なるため、ワーク毎の冷却度合いが異なるいわゆる冷却ムラが発生することが知られている。そして一般に、冷却ムラが一旦発生するとその後どんなに処理を施してもワークの硬さにばらつきが生じるとともに、上記した冷却速度の変動が大きい程冷却ムラはより拡大する。

そこで、こうした急冷技術を見てみると特許文献１に記載の技術がある。ここには焼鈍ではなく焼き入れのための加熱工程、急冷工程、恒温工程、徐冷工程の全ての工程をひとつの真空炉内で行われる技術が開示されている。具体的には、１０００℃のワークが配置された真空炉と熱交換器側が２つのダクトで接続されて、これらの間を急冷用のガスが循環する構成とされる。熱交換器は加熱手段と冷却手段とを備えており、これらによって不活性ガスを制御目標温度である３００℃に予め調温して蓄積する。そしてこのガスを真空炉内部へ所定の圧力で送り込むとともに、送り込まれたガスはワークを冷却した後、熱交換機側に還流され、再び調温されて真空炉へ送り返されて循環する。この循環ガスはワークの温度を１０００℃から３００℃まで数分で急冷させるとともに、その後続けて、炉内温度を３００℃以下に過冷却することなく、ワークを３００℃に恒温保持する。よって、この技術を使用すれば比較的高温に加熱されたワークであっても、制御目標温度に向かって一定速度で降温させることができると考えられていた。

特開２００３−１２９１２７号公報

しかし、実際にこの急冷装置を用いた場合、急冷工程が始まった直後は当初蓄積されていた調温ガスを用いるため問題は生じないが、急冷工程が進むと、蓄積されていた調温ガスが減少するため、大量のガスを予め蓄積する必要がある。そのため急冷装置が大規模となってしまい費用が嵩んでしまう。またこうした事態を回避するため、還流されたガスを適宜循環して制御目標温度に熱交換させる点も示唆されているが、急冷工程中にワークの温度は大きく変動し、それに伴いワークによって加熱されたワーク近傍のガスの温度も大きく変動する。そのためこの急冷装置では、急冷工程が進むと、熱交換機が還流されたガスを循環して制御目標温度に熱交換する能力が追いつかず、急冷時間内に亘ってワーク近傍のガスを適切に調温できないという問題が生じていた。そしてこれらの点は、上記した比較的高温の温度域でワークを恒温保持する必要性が高い焼鈍処理において、特に問題となっていた。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、比較的高温の温度域でワークを恒温保持する必要性が高い焼鈍処理において、急冷工程中にワークの温度が変動し、これに伴いワーク近傍のガスの温度が変動しても、循環させるガスを急冷時間内に亘って適切に調温することができる急冷方法及び急冷設備を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するために、焼鈍処理における急冷方法を次のように構成したことを特徴とする。
本発明の第一の態様は、ワークの焼鈍処理において加熱されたワークに予め設定した急冷時間内で、調温されたガスを吹き付けて予め設定した制御目標温度へ降温させる急冷方法であって、ワークが配置される急冷室のガスを排出する排出ステップと、急冷室から排出されたガスを、冷却する冷却側のガスと冷却しない非冷却側のガスとに分割する分割ステップと、分割された冷却側のガスを冷却する冷却ステップと、冷却された冷却側のガスと非冷却側のガスとを混合する混合ステップと、混合されたガスを加熱して調温する加熱ステップと、調温されたガスを急冷室に送り込んでワークに吹き付ける送風ステップとを有することを特徴とする。

よって、加熱されたワーク近傍のガス（温度Ｔ１とする）を冷却するガスと冷却しないガスの２つに一旦分割した後、再びこれらを混合し、この混合されたガス（温度Ｔ２とする）をさらに加熱して調温する（温度Ｔ３とする）。このときＴ１≧Ｔ３≧Ｔ２である。
この態様では、焼鈍処理において取り込んだガスをそのまま冷却せずにその一部をバイパスして取り出し、この取り出したガスのみを冷却した後再び、バイパスしなかったガスと混合して混合したガス全体を降温させるので、取り込んだガスを過冷却する状態を抑制する。仮に過冷却状態が生じても、その後さらに加熱して調温することで、冷却し過ぎた温度分を昇温させるための修正を行う。

本発明の第二の態様は、前記第一の態様の焼鈍処理における急冷方法において、前記加熱ステップによって調温されたガスの温度を測定する測定ステップと、測定されたガスの温度と制御目標温度との差異を算出する算出ステップと、測定されたガスの温度が制御目標温度より高い場合には算出された差異に基づいて、以下の処理Ａと処理Ｂの少なくとも一方を行うとともに、測定されたガスの温度が制御目標温度より低い場合には算出された差異に基づいて、以下の処理Ｃと処理Ｄの少なくとも一方を行うフィードバックステップとをさらに有し、前記各ステップを急冷時間の間繰り返すこととしてもよい。
処理Ａ：混合される冷却側のガスの風量を増加させる風量増加処理
処理Ｂ：調温されるガスの加熱温度を下降させる加熱温度下降処理
処理Ｃ：混合される冷却側のガスの風量を減少させる風量減少処理
処理Ｄ：調温されるガスの加熱温度を上昇させる加熱温度上昇処理
この態様では、加熱調温後のガスの温度を測定し、この温度と制御目標温度との差異を算出し、その差異を修正するように冷却側のガスの風量或いは加熱温度を調節するので、ワークに吹き付けるガスの温度をより細かく制御目標温度に近づける。

また本発明の第三の態様は、焼鈍炉において加熱されたワークに予め設定した急冷時間、調温されたガスを吹き付けて予め設定した制御目標温度へ降温させる焼鈍炉における急冷設備であって、周囲が断熱材により囲まれた本体内にあってワークを配置する急冷室と、前記本体内において急冷室へガスを送り込む送風口と、前記本体内において急冷室からガスを排出させる排風口と、前記本体内において排風口と送風口との間を結び排風口から取り込んだガスを送風口に循環させるとともに、前記本体内において内部を通過するガスを加熱して調温する加熱装置を備えたメインダクトと、その内部を通過するガスを冷却する冷却装置を備えるとともに、メインダクトを排風口と加熱装置との間でバイパスさせて、排風口から取り込んだガスの一部を冷却側のガスとしてこれを取り込み、これを中途に配設された送風機によってメインダクトへ送り返すバイパスダクトとを有し、前記メインダクトには、バイパスダクトから送り出された冷却側のガスとメインダクト内部のみを通過した非冷却側のガスとを混合する混合部が設けられることを特徴とする。

さらに本発明の第四の態様は、前記第三の態様の焼鈍炉における急冷設備において、前記メインダクトには、前記加熱装置によって調温されたガスの温度を測定する温度センサがさらに備えられるとともに、温度センサによって測定されたガスの温度と制御目標温度との差異を算出するとともに測定されたガスの温度が制御目標温度より高い場合には算出した差異に基づいて、以下の信号Ａと信号Ｂの少なくとも一方を前記送風機或いは前記加熱装置に出力し、測定されたガスの温度が制御目標温度より低い場合には算出した差異に基づいて、以下の信号Ｃと信号Ｄの少なくとも一方を前記送風機或いは前記加熱装置に出力する制御手段と、をさらに有することを特徴とする。
信号Ａ：送風機へ出力され、バイパスダクトに取り込む冷却側のガスの風量を増加させる風量増加信号
信号Ｂ：加熱装置へ出力され、加熱装置による加熱温度を下降させる加熱温度下降信号
信号Ｃ：送風機へ出力され、バイパスダクトに取り込む冷却側のガスの風量を減少させる風量減少信号
信号Ｄ：加熱装置へ出力され、加熱装置による加熱温度を上昇させる加熱温度上昇信号

従って本発明の第一の態様の急冷方法によれば、比較的高温の温度域でワークを恒温保持する必要性が高い焼鈍処理において、急冷工程中のワークの温度変動に伴いワーク近傍のガスの温度が変動しても、循環させるガスを急冷時間内に亘って適切に調温することができる。本発明の第三の態様の急冷設備による効果も同様である。
本発明の第二の態様の急冷方法によれば、循環させるガスをより精密に調温することができる。本発明の第四の態様の急冷設備による効果も同様である。

本発明の実施形態を一部破断した正面図である。 図１の平面図である。 制御装置を説明する図である。 急冷室を説明する正面図である。 急冷室を説明する平面図である。 冷却曲線を示す時間及び温度の線図である。

本発明の実施形態に係る急冷設備は、加熱設備と恒温設備との間にあって、徐冷設備と共にワークの焼鈍処理を行う焼鈍炉を構成する。これら設備の間は、ローラコンベヤによって連結されている。ワークを支持する支持板を載置したトレイは、このローラコンベヤによって上流側の加熱設備から下流側の徐冷設備まで順次搬送され、各設備の中でワークに各々の工程が施されることによって焼鈍処理が施される。
焼鈍処理の中でワークは、まず加熱設備で加熱工程を経た後、本発明の実施形態に係る急冷設備に搬送され急冷が施される。以下、本発明の実施形態に係る急冷設備の構成を、図面を参照して説明する。尚、図中に示された急冷設備や他の装置等の形状や大きさ又は比率は、適宜簡略化及び誇張して示されている。

（構成）
本発明の実施形態に係る急冷設備１は、その本体２内部に、図１に示すようにワークを冷却する空間である急冷室Ｓと、その急冷室Ｓのガスを取り込んで再び急冷室Ｓに送り出すファン２０及び取り込まれたガスを加熱する加熱装置３０を備えたメインダクト１０を有する。メインダクト１０内にはさらに、ガスの温度を測定する温度センサ４０及びガスの流れを均一化させる分散板３４ａ、３４ｂが備えられる。
急冷設備１の本体２外部には、メインダクト１０内のガスの一部を取り出して再びメインダクト１０に送り出すブロワ５０及びこの取り出されたガスを冷却する冷却装置４８を備えたバイパスダクト４２を有する。また温度センサ４０から入力される温度情報に基づいて、加熱装置３０の加熱温度及びブロワ５０の回転数を調節する制御信号を出力する制御装置（図３参照）が、急冷設備１を含む焼鈍炉を操作する操作室内に配設される。

（本体）
図１に示すように、急冷設備１の本体２の外表面は化粧板６０によって覆われ、その化粧板６０の内側には断熱材５８が、本体２の天井部の一部及びトレイ６４の出入口を除いて設けられる。トレイ６４の入口は、図２に示すようにトレイ６４の搬送方向（図１では正面視で紙面の手前から奥方向）における搬入側の扉５２ａの位置にあり、出口は同搬送方向における搬出側の扉５２ｂの位置にある。これら２つの扉５２ａ、５２ｂの間に前記急冷室Ｓが設けられ、急冷設備１に搬入されたトレイ６４がここに配置される。２つの扉５２ａ、５２ｂには、各々の扉を昇降自在に駆動するシリンダ５４ａ、５４ｂが接続され、２つの扉がともに最下位置まで下降すると、急冷設備１の本体は密閉される。急冷設備１はこの密閉状態と断熱材５８により、急冷工程中に急冷室Ｓの温度が可能な限り本体外部の温度の影響を受けないように構成される。

（急冷室、メインダクト）
メインダクト１０は、図１に示すように急冷設備１本体の下部に配設された２つの架台６２ａ、６２ｂによって下方から支持される。またその上面は、急冷設備１本体の天井部の内側に固着されるとともに、その側面の一部は断熱材５８の内側に固着される。メインダクト１０は、急冷室Ｓのガスを排出させる排風口１２と急冷室Ｓへガスを送り込む送風口１４とを両端に備える。排風口１２と送風口１４とは、トレイ６４の搬送方向と直交する方向（図１中の左右方向）に急冷室Ｓを挟んで、各々開口状態で急冷室Ｓに近接配置される。よってメインダクト１０は、図示のように急冷室Ｓの左右両側及び上側を囲むように、下向きの略凹型の形状で配設される。その結果、排風口１２と送風口１４は互いの間がメインダクト１０によって結ばれるとともに、互いの位置は同一直線状で相対する。尚、図１中の実線矢印がメインダクト１０におけるガスの流れを示しており、このように流路を形成するのがメインダクト１０である。また本明細書ではメインダクト１０及びバイパスダクト４２に関する方向を、排風口１２側を上流側とするとともに送風口１４側を下流側と定義して以下の説明の中で用いる。

排風口１２は、本実施形態ではガスの流れを整える水平板３６ａを上下方向に複数備えた整流箱３５ａによって構成される。メインダクト１０は、図１に示すようにこの整流箱３５ａの下流側で直ちに略９０度上方へ屈曲形成され、この形成された屈曲部の上方位置に、ファン２０が配設される。ファン２０はガスを下方から上方に送る軸流羽２２を有し、軸流羽２２は、本体の天井部の上部に配設された駆動装置によって回転する。メインダクト１０内のファン２０の位置が、図中ファン２０の下方からメインダクト１０内を上昇するガスと後述するバイパスダクト４２から送り出されるガスとが混合される混合部を形成する。

メインダクト１０は、図示のようにファン２０の配設位置で屈曲されて、ここから天井部に沿って下流側へ水平に延伸される。メインダクト１０内にはファン２０の下流側にある分散板３４ａのさらに下流側に、加熱装置３０をなすラジアントチューブ３２が天井部を貫通して垂下した状態で配設される。加熱装置３０は、メインダクト１０内を通過するガスを設定された加熱温度で加熱するものであり、ラジアントチューブ型以外で同様の動作が行われる加熱手段を用いて構成されてよい。加熱装置３０の下流側には温度センサ４０が配設されており、その温度測定部はメインダクト１０内に配置される。よって温度センサ４０は加熱装置３０で加熱された後のガスの温度を測定する。

メインダクト１０は、図２中の一点鎖線で示すように、ファン２０の配設位置から分散板３４ａに至る間の移行部において、拡径形成される。その移行部は搬送方向に沿って４つの区画に分けられ、これら４つの区画は、搬入側の区画から搬出側の区画に向かうにつれ大きくなるように形成される。このような移行部と分散板３４ａの構成により、メインダクト１０内のガスは、ファン２０から加熱装置３０に均一に送り出される。

メインダクト１０は、図１に示すように加熱装置３０の下流側で略９０度下方へ屈曲された後、急冷室Ｓの高さ位置まで延伸される。続けて送風口１４側へ略９０度屈曲され、ガスの流れを整える垂直板３８ｂ（図５参照）を搬送方向に複数備えた整流箱３７ｂに連通する。この整流箱３７ｂは、その下流側で整流箱３５ａと同じ構成の整流箱３５ｂに連通し、さらにこの整流箱３５ｂは、その下流側で整流箱３７ｂと同じ構成の整流箱３７ａに連通して、整流箱３７ａは急冷室Ｓに開口する。この整流箱３７ａが、本実施形態に係る送風口１４を構成する。

（バイパスダクト）
図１中の破線矢印がバイパスダクト４２におけるガスの流れを示している。このバイパスダクト４２は、メインダクト１０内の排風口１２とファン２０との間に設けられた分岐部１６で、冷却設備１の本体２の外側へ水平方向に分岐し、図１に示すように、断熱材５８及び化粧板６０を貫通して本体２の外側へ延伸される。この延伸部位の終端には、開閉ダンパ４２ａ及びその開閉ダンパ４２ａを開閉自在に動作させるシリンダ４６ａが配設される。開閉ダンパ４２ａは、後述の冷却装置４８が動作しないときは閉じ、冷却装置４８が動作するときは開くように構成される。バイパスダクト４２は、開閉ダンパ４２ａの位置から搬出側に屈曲して延伸される。この延伸された部位に、バイパスダクト４２内を通過するガスと外気との間で熱交換を行う冷却装置４８が配設される。バイパスダクト４２は、冷却装置４８の下流側で上方にＵ字状に屈曲形成されることで、冷却装置４８の上方に折り重なるように延伸される（図２参照）。

その後バイパスダクト４２は上方に略９０度屈曲形成され、この形成された屈曲部の上方位置に、図１に示すようにブロワ５０が配設される。ブロワ５０は、設定された回転数で回転して、メインダクト１０からバイパスダクト４２内にガスを吸い出すとともに、バイパスダクト４２からメインダクト１０へガスを送り出す。よってその回転数の増減に伴ってバイパスダクト４２内を通過するガスの風量を増減させることができるので、冷却装置４８で冷却されメインダクト１０へ送り出されるガスの風量を調節することができる。

バイパスダクト４２は、ブロワ５０の配設位置から本体２側に水平に延伸された後、その内部の上端に開閉ダンパ（不図示）を備えた鉛直状のダンパ部４４に連通する。このダンパ部４４は、シリンダ４６ｂによって開閉自在に動作する。ダンパ部４４の下端は天井部を貫通して急冷設備１の本体２内部に位置し、バイパスダクト４２はこの位置から搬送方向へ略９０度屈曲形成された後延伸され、メインダクト１０に合流する合流部１８に連通する。このようにバイパスダクト４２の終端はメインダクト１０に連通する。また図示のように、バイパスダクト１０はメインダクト１０に近い部分を除いて殆ど多くの部分が本体の外部に配設される。

（制御装置）
制御装置は、図３に示すように温度センサ４０、加熱装置３０並びにブロワ５０と接続され、温度センサ４０からガスの温度の情報、加熱装置３０から加熱温度の情報、ブロワ５０から回転数の情報が入力される。制御装置は、予め設定された制御目標温度の情報を記憶する制御目標温度記憶部と、この制御目標温度と入力されたガスの温度との差異を算出する差異算出部とを備える。この差異の値が正であれば測定されたガスの温度は制御目標温度よりも低いこととなり、反対に負であれば測定されたガスの温度は制御目標温度よりも高いこととなる。差異算出部には、算出された差異に基づいて加熱装置３０の加熱温度を設定する加熱温度調節信号並びにブロワ５０の回転数を設定する回転数調節信号を生成する演算部が接続され、差異算出部は演算部へガスの温度情報及び算出した差異情報を出力する。

演算部は、測定されたガスの温度が本実施形態に係る急冷設備の動作によって制御目標温度に近づくように、生成された加熱温度調節信号及び回転数調節信号を、加熱装置３０及びブロワ５０へ各々出力する。加熱温度調節信号には以下の２つの信号がある。
信号ｂ：加熱温度を下降させる加熱温度下降信号
信号ｄ：加熱温度を上昇させる加熱温度上昇信号
また回転数調節信号には以下の２つの信号がある。
信号ａ：バイパスダクトに取り出すガスの風量を増加させる風量増加信号
信号ｃ：バイパスダクトに取り出すガスの風量を減少させる風量減少信号
尚、この制御装置が本発明の制御手段に相当するとともに、信号ａ、信号ｂ、信号ｃ、信号ｄが本発明の信号Ａ、信号Ｂ、信号Ｃ、信号Ｄに各々相当する。

（ワークの配置）
次に急冷室中のワークの配置について説明する。図４は複数のワークＷを支持する支持板６６を載置したトレイ６４が急冷室Ｓに配置された状態を正面視で示し、図５は平面視で示す。ワークＷは中空部を有する円筒形（軸付き歯車の母材となる鍛造物）である。図４中、５つのワークＷが軸方向に中空部を揃えて上下方向に連ねられ、その中空部に、支持板６６に備えられた支持棒６８が挿入されて支持される。
図４及び図５では、このようにワークＷを支持した支持棒６８が、支持板６６上において上下方向に５段で、搬送方向に４行で、幅方向に４列で配置される。これらの段数や列数は、ワークＷの形状や数に応じて適宜変更されてよいし、支持棒６８の有無も適宜選択されてよい。図５に示すように、軸方向及び搬送方向に夫々平行に配置されたワークＷ間にガスの通り道である通風路Ｒを設けて支持棒６８を配置すると、ワークＷ近傍のガスの流れがスムーズとなるため冷却ムラを軽減することができる。また平面視で、ワークＷを千鳥状に配置すると、ワークＷの熱伝達率が向上するため急冷時間を短縮することができる。

（その他）
本実施形態において、ワークを冷却するために送り出されるガスは窒素であるが、焼鈍処理において雰囲気ガスとして通常用いられる他のガスを用いてもよい。またブロワが本発明の送風機に相当し、熱交換器が冷却装置に相当するが、これらは各々同様の機能を有する他の手段とされてもよい。また制御装置が加熱装置とブロワへ信号を出力するように構成されるが、いずれか一方のみへ出力してもよい。またこれらとともに或いはこれらに替えて、ファンの回転数及び熱交換器の冷却温度の少なくとも一方が制御されるように構成されてもよい。

（動作）
本発明の実施形態に係る急冷設備の動作を、図面を参照して説明する。前記したように図１と図２中のメインダクト１０及びバイパスダクト４２の内部に描かれた実線矢印及び破線矢印は、本実施形態の動作に伴うガスの流れを示す。
まず、加熱工程を施されたワークを載置するトレイ６６が急冷設備１に搬入される前に加熱装置３０及びファン２０を動かし、本体２内部のガスの温度を制御目標温度とする。
その後、本体２内部のガスの温度が制御目標温度になった後、ファン２０の回転を一旦停止或いは低速とし、急冷設備１の入口が開口しても本体２内部のガスが外部へ漏れないようにする。なお本動作の説明では制御目標温度を６００℃とする。

次に、搬入側の扉５２ａを上昇させてトレイ６６を急冷設備１の入口から搬入して急冷室Ｓに配置した後、搬入側の扉５２ａを下降させて急冷設備１を密閉する。このときのワークの温度は約１０００℃であり、ワーク近傍のガスは徐々に加熱される。
急冷設備１を密閉後、ファン２０の回転数を増加させる。また冷却装置４８及びブロワ５０の動作を開始するとともにこれに併せて開閉ダンパを開く。これによりメインダクト１０及びバイパスダクト４２にガスの循環を生じさせる。次に排風口１２によってワーク近傍のガスを急冷室Ｓから排出する（排出ステップ）。この排出されたガスはメインダクト１０の中に取り込まれ、ファン２０の位置まで上昇する。このとき、取り込まれたガスの中の一部を分岐部１６からバイパスし、バイパスダクト４２の中に取り出す（分割ステップ）。

その後、このバイパスダクト４２に取り出されたガスを、熱交換機４８によって熱交換することで冷却して降温させる（冷却ステップ）。このガスが本発明における冷却側のガスに相当する。また分割ステップの際、バイパスダクト４２に取り出されずにメインダクト１０内部のみを通過してファン２０の位置まで上昇するガスもあるが、これが本発明における非冷却側のガスに相当する。

次に冷却側のガスを、合流部１８を経由してメインダクト１０に再度送り込む。冷却側のガスと非冷却側のガスとをファン２０の位置において混合する（混合ステップ）。このファン２０の位置が本発明における混合部に相当する。
この混合されたガスを下流側へ送り、加熱装置３０によって加熱して調温する（加熱ステップ）。その後、温度センサ４０ａによってその温度を測定する（測定ステップ）。測定ステップで測定された温度情報は制御装置の差異算出部に出力され、差異算出部によって制御目標温度記憶部から入力された６００℃の温度と、測定されたガスの温度との差異を算出する（算出ステップ）。そして算出ステップで算出された差異情報を演算部へ出力する。

この差異の値には負と零と正の３つの場合があり、負の場合は調温されたガスが制御目標温度よりも低く、零の場合は調温されたガスが制御目標温度と同じであり、正の場合は調温されたガスが制御目標温度よりも高いことを示す。零の場合は特段の制御を行わず、負と正の場合は演算部によって以下のＩ及びＩＩの処理を行う（フィードバックステップ）。

Ｉ．差異が負の場合
演算部によって信号ａ及び信号ｂを生成し、これらをブロワ５０及び加熱装置３０へ出力し、ブロワ５０及び加熱装置３０によって下記の処理ａ及び処理ｂを行う。
（処理ａ）冷却側のガスの風量を増加させる風量増加処理
この処理により、バイパスダクト４２内をバイパスされる単位時間内のガスの風量が増加するので、冷却側のガスの風量が増加する。よって冷却側のガスと非冷却側のガスとが混合されたガスの温度を、フィードバックステップを行う前の温度より降温させる。
（処理ｂ）調温されるガスの加熱温度を下降させる加熱温度下降処理
この処理により、調温されたガスの温度を、フィードバックステップを行う前の温度より降温させる。
このように、冷却し過ぎたガスの温度を制御目標温度に近づくように修正する。

ＩＩ．差異が正の場合
演算部によって信号ｃ及び信号ｄを生成し、これらをブロワ５０及び加熱装置３０へ出力し、ブロワ５０及び加熱装置３０によって下記の処理ｃ及び処理ｄを行う。
（処理ｃ）冷却側のガスの風量を減少させる風量増加処理
この処理により、バイパスダクト４２内をバイパスされる単位時間内のガスの風量が減少するので、冷却側のガスの風量が減少する。よって冷却側のガスと非冷却側のガスとが混合されたガスの温度を、フィードバックステップを行う前の温度より昇温させる。
（処理ｂ）調温されるガスの加熱温度を上昇させる加熱温度上昇処理
この処理により、調温されたガスの温度を、フィードバックステップを行う前の温度より昇温させる。
このように、加熱し過ぎたガスの温度を制御目標温度に近づくように修正する。
尚、処理ａ、処理ｂ、処理ｃ並びに処理ｄは、本発明における処理Ａ、処理ｂ、処理Ｃ並びに処理Ｄに各々相当する。

その後、フィードバックステップによって修正して調温されたガスを送風口１４から急冷室Ｓに送り出し、急冷室Ｓに配置されたワークに吹付けて冷却する（送風ステップ）。ワークに吹付けられたガスは急冷室Ｓを通過する間にワークの熱によって再び昇温する。昇温したガスは、本体２内部を循環するガスの流れに沿ってメインダクト１０に取り込まれ、本実施形態の動作は上記した排出ステップに戻る。

上記の一連のステップを急冷時間の間繰り返すことにより、本実施形態に係る急冷方法が構成される。この設定時間は、事前に急冷設備１を用いて様々な形状や数量のワークを急冷することで取得されたデータに基づき、実証的に決められる。尚、急冷工程が完了した後、搬出側の扉５２ｂを上昇させてトレイ６４を急冷設備１の出口から搬出し、トレイ６４を後続の恒温工程が施される恒温設備へ搬送して、焼鈍処理を続行する。

次に本発明の実施例を説明する。
本実施例に係る急冷室の寸法は、上下方向８００ｍｍ、搬送方向８００ｍｍ、幅方向１０００ｍｍとした。この急冷室の中にワークを、上下方向に３段、搬送方向に５行、幅方向に６列として、支持棒に支持させて配置した。これら９０個のワークに対して、従来の急冷設備と発明の実施例に係る急冷設備を用いて、１０分間の急冷工程を施す焼鈍処理を夫々行った。
その後、ワークのロックウェル硬さ（ＨＲＢ）を測定し、測定データから標準偏差を算出してワークの硬さのばらつきを標準偏差で比較した。また併せて各々の急冷工程の工程能力指数（Ｃｐｋ）を算出して比較した。このとき目標とするＨＲＢ硬さ規格の下限値を８０とした。
（従来設備） 標準偏差：１．１７ Ｃｐｋ：１．０２
（本実施例） 標準偏差：０．５９ Ｃｐｋ：２．８７
よって本発明の実施例に係る急冷設備は、急冷工程における冷却ムラの発生を低減できた。

（効果）
本発明の実施形態に係る急冷設備は、容量の上で主要部となるメインダクトが急冷設備の本体内部に配設され、本体外部に大きな配設用のスペースを必要としないので、熱処理設備全体のスペースを削減することができる。
また本発明の実施形態に係る急冷設備は、メインダクトが急冷室を跨ぐように配設され、循環するガスの移動距離が比較的短くなるので、メインダクトを介したガスの熱損失を抑制するとともに、メインダクトの設置費用を抑制することができる。
また本発明の実施形態に係る急冷設備は、バイパスダクト中の冷却装置を備えた部位が本体の外部に配設され、本体内部の比較的高温であるガスが冷却装置の冷媒に影響を与えることを回避するので、循環するガスを効率的に調温することができる。

１ 急冷設備
２ 本体
１０ メインダクト
１２ 排風口
１４ 送風口
１６ 分岐部
１８ 合流部
３０ 加熱装置
４０ 温度センサ
４２ バイパスダクト
４８ 熱交換機
５０ ブロワ
Ｗ ワーク
Ｓ 急冷室

Claims (4)

1. 焼鈍処理において加熱されたワークに予め設定した急冷時間内で、調温されたガスを吹き付けて予め設定した制御目標温度へ降温させる急冷方法であって、
   ワークが配置される急冷室のガスを排出する排出ステップと、
   急冷室から排出されたガスを、冷却する冷却側のガスと冷却しない非冷却側のガスとに分割する分割ステップと、
   分割された冷却側のガスを冷却する冷却ステップと、
   冷却された冷却側のガスと非冷却側のガスとを混合する混合ステップと、
   混合されたガスを加熱して調温する加熱ステップと、
   調温されたガスを急冷室に送り込んでワークに吹き付ける送風ステップとを有することを特徴とする焼鈍処理における急冷方法。
2. 前記加熱ステップによって調温されたガスの温度を測定する測定ステップと、
   測定されたガスの温度と制御目標温度との差異を算出する算出ステップと、
   測定されたガスの温度が制御目標温度より高い場合には算出された差異に基づいて、以下の処理Ａと処理Ｂの少なくとも一方を行うとともに、測定されたガスの温度が制御目標温度より低い場合には算出された差異に基づいて、以下の処理Ｃと処理Ｄの少なくとも一方を行うフィードバックステップとを、さらに有し、前記各ステップを急冷時間の間繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の焼鈍処理における急冷方法。
   処理Ａ：混合される冷却側のガスの風量を増加させる風量増加処理
   処理Ｂ：調温されるガスの加熱温度を下降させる加熱温度下降処理
   処理Ｃ：混合される冷却側のガスの風量を減少させる風量減少処理
   処理Ｄ：調温されるガスの加熱温度を上昇させる加熱温度上昇処理
3. 焼鈍炉の加熱設備において加熱されたワークに、調温されたガスを吹き付けて予め設定した制御目標温度へ降温させる急冷設備であって、
   周囲が断熱材により囲まれた本体内にあってワークを配置する急冷室と、
   前記本体内において急冷室へガスを送り込む送風口と、
   前記本体内において急冷室からガスを排出させる排風口と、
   前記本体内において排風口と送風口との間を結び排風口から取り込んだガスを送風口に循環させるとともに、その内部を通過するガスを加熱して調温する加熱装置を備えたメインダクトと、
   前記本体内において内部を通過するガスを冷却する冷却装置を備えるとともに、メインダクトを排風口と加熱装置との間でバイパスさせて、排風口から取り込んだガスの一部を冷却側のガスとして取り込み、これを中途に配設された送風機によってメインダクトへ送り返すバイパスダクトとを有し、
   前記メインダクトには、バイパスダクトから送り出された冷却側のガスとメインダクト内部のみを通過した非冷却側のガスとを混合する混合部が設けられることを特徴とする焼鈍炉における急冷設備。
4. 前記メインダクトには、前記加熱装置によって調温されたガスの温度を測定する温度センサがさらに備えられるとともに、
   温度センサによって測定されたガスの温度と制御目標温度との差異を算出するとともに、測定されたガスの温度が制御目標温度より高い場合には算出した差異に基づいて、以下の信号Ａと信号Ｂの少なくとも一方を前記送風機或いは前記加熱装置に出力し、測定されたガスの温度が制御目標温度より低い場合には算出した差異に基づいて、以下の信号Ｃと信号Ｄの少なくとも一方を前記送風機或いは前記加熱装置に出力する制御手段と、をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の焼鈍炉における急冷設備。
   信号Ａ：送風機へ出力され、バイパスダクトに取り込む冷却側のガスの風量を増加させる風量増加信号
   信号Ｂ：加熱装置へ出力され、加熱装置による加熱温度を下降させる加熱温度下降信号
   信号Ｃ：送風機へ出力され、バイパスダクトに取り込む冷却側のガスの風量を減少させる風量減少信号
   信号Ｄ：加熱装置へ出力され、加熱装置による加熱温度を上昇させる加熱温度上昇信号

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