JP7307589B2 - 熱処理炉 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理炉内に設けられたインペラーの回転軸を支持する軸受けをより効率よく冷却し、炉内の冷却中の温度分布を格段に向上することが可能な熱処理炉に関する。

熱処理炉の一例として、例えば特許文献１及び特許文献２が知られている。特許文献１の「熱処理装置およびその製造方法」は、炉内攪拌ファンの駆動機構を複雑にすることなく、熱処理炉の炉内から炉外への駆動軸を介した熱伝達を抑えることができる熱処理装置を提供することを課題とし、熱処理炉の炉内に設けられた炉内攪拌ファンと、熱処理炉の炉体を貫通するようにして設けられた、炉内攪拌ファンに接続された駆動軸とを備えた熱処理装置において、駆動軸の少なくとも一部を中空軸とし、前記熱処理炉内において中空軸に炉内攪拌ファンを接続し、中空軸の中空部に、空気に比べて断熱性の高い断熱材を設けて構成されている。

詳細には、熱処理炉の炉内に設けられた炉内撹拌ファンの駆動軸が熱処理炉の炉体を貫通するように設けられ、駆動軸と当該駆動軸に設けられた冷却ファンとを覆うハウジングを有している。この熱処理炉装置は、冷却ファンにより外部からハウジング内に引き込んだ空気の下方に向かう送気により、熱処理炉側で駆動軸を支持しているベアリング（軸受け）に直接風を当てて当該ベアリングを冷却するようにしている。

特許文献２の「鋼材の熱処理方法及び冷却装置」は、浸炭後に冷却を行うための冷却装置は、隔壁によって処理室が形成された収容容器と、該収容容器の天井面に設置されたシロッコファンとを有する。隔壁を構成する底壁と天井壁には開口が形成されており、従って、供給管を介して収容容器内に導入され且つシロッコファンで撹拌された冷媒ガスは、底壁の開口から処理室に侵入して天井壁の開口から導出される。すなわち、冷媒ガスは処理室内を上昇するように流通する。一方、棒状ワークからの輻射熱を受けた雰囲気ガスは、冷媒ガスの流通方向に一致する方向に進行するようになっている。

特開２０１４－１６３６３７号公報 特開２００８－２７４３４９号公報

上記従来の熱処理装置のように、外部から空気を引き込んで軸受けを冷却しても、熱処理炉側に配置されている軸受けを十分に冷却することはできないという課題があった。

他方、従来、冷却用のエアと軸受冷却用のエアは、別々の位置から導入することが知られている。このため、配管の数が多く使用されている。また、冷却用のエア導入菅付近が局部的に冷えていた。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、熱処理炉内に設けられたインペラーの回転軸を支持する軸受けをより効率よく冷却し、炉内の冷却中の温度分布を格段に向上することが可能な熱処理炉を提供することを目的とする。

本発明にかかる熱処理炉は、
熱処理を行う炉体と、
該炉体が有する炉内空間と隣接する中間室と、
上記炉内空間に回転自在に設けられ、該炉内空間の雰囲気を撹拌するインペラーと、
上記炉内空間から上記中間室を貫通して設けられた上記インペラーの回転軸と、
該回転軸の外周面に対し上記中間室及び上記炉内空間に開放される隙間が生じる間隔を隔てて、該回転軸が挿通され、上記炉内空間と該中間室とに連通している外周管と、
上記中間室内に、上記外周管に対して、上記炉内空間から離れた該炉内空間とは反対側に配置された上記回転軸の軸受けと、
上記中間室を通って上記外周管内に冷却用のガスを導入する導入管と、
上記炉体に設けられ、上記炉内空間の内外を連通可能な連通管とを備え、
上記冷却用のガスは、
上記炉内空間を加熱する際、当該冷却用のガスが上記外周管に導入され、上記中間室の内圧を高めて該中間室へ該炉内空間の雰囲気が流入するのを防止しかつ上記回転軸及び上記軸受けに供給して冷却するために、上記導入管から少量導入され、
該炉内空間を冷却する際、当該冷却用のガスが上記外周管に導入され、該外周管から上記インペラーが回転される該炉内空間に流入されて当該炉内空間を冷却しかつ該外周管内の該回転軸及び該中間室の該軸受けを冷却するために、該導入管から大量に導入されることを特徴とする。

前記導入管は、流量調整弁を備えていることを特徴とする。

前記連通管には、前記炉内空間の圧力を調整可能なバルブが設けられていることを特徴とする。

本発明にかかる熱処理炉にあっては、熱処理炉内に設けられたインペラーの回転軸を支持する軸受けをより効率よく冷却し、炉内の冷却中の温度分布を格段に向上することができる。

本発明に係る熱処理炉の好適な一実施形態を示す要部拡大側断面図である。

以下に、本発明にかかる熱処理炉の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態に係る熱処理炉１では、図１に示すように、ワークが熱処理される炉体３内の空間（以下、炉内空間という）Ｓ１の中央上部にインペラー２が設けられている。インペラー２は、炉内空間Ｓ１の雰囲気を撹拌するようになっている。

炉体３には、炉体３の上部に配置され、炉内空間Ｓ１と炉体３外方の外部空間Ｓ２との間に配置された中間室４と、炉体３の側壁部３ａに設けられ、炉内空間Ｓ１と外部空間Ｓ２とを連通可能な連通管５とが備えられている。

中間室４には、インペラー２の回転軸６が、炉内空間Ｓ１から外部空間Ｓ２へ向けて、貫通されている。回転軸６は、炉体３の上方に設けられているモーター（不図示）と連結されている。連通管５には、炉内空間Ｓ１の圧力を調整可能な圧力調整バルブ７が炉体３外に設けられている。

中間室４には、これを外部空間Ｓ２から仕切る仕切り部材８より下方に垂設された軸支持筒部９が設けられている。軸支持筒部９の内部には、回転軸６が挿通されている。回転軸６は、仕切り部材８の上面及び軸支持筒部９の下端部に設けられた軸受け１０により炉体に３に回転自在に支持されている。

炉内空間Ｓ１と中間室４との境界をなす炉体３の上部３ｂには、炉内空間Ｓ１と中間室４内とを連通し、炉内空間Ｓ１及び中間室４内のいずれにも突出する外周管１１が設けられている。外周管１１内には、回転軸６が挿通されている。回転軸６の外周面６ａと外周管１１の内周面とは間隔を隔てて配置されている。その間隔によって生じる隙間は、上部は中間室４に開放され、下部は炉内空間Ｓ１に開放されている。

外周管１１には、炉体３の外部から中間室４を通って外周管１１内に不活性ガスや空気などのガスを導入する導入管１２が接続されている。導入管１２には、中間室４の外側に流量調整弁１３が設けられている。

流量調整弁１３で流量調整されて導入管１２から導入されるガスは、外周管１１内を通って炉内空間Ｓ１及び中間室４内に一時的に供給される。中間室４内に供給されるガスは、回転軸６に沿って上方に流れ、外周管１１の上方に位置している軸受け１０に向けて一時的に供給される。

一方、炉内空間Ｓ１は、連通管５に設けられた圧力調整バルブ７により炉内圧力が調整される。導入管１２から外周管１１にガスが導入されるとき、中間室４のガスの出口は下方にしかないため、中間室４の内圧が高まり、導入管１２から導入されたガスは、下方の隙間から炉内空間Ｓ１に流入し、これにより連通管５から炉体３外に排出される気流が発生する。

このため、導入管１２から外周管１１にガスを導入することにより、炉内空間Ｓ１から中間室４への熱気の流入を抑制しつつ回転軸６におけるインペラー２と軸受け１０との間の部位を冷却することができる。また、外周管１１内から炉内空間Ｓ１に導入されるガスにより炉内空間Ｓ１を冷却することができる。このとき、外周管１１内から一時的に中間室４内に導入されるガスにより軸受け１０をも冷却することができる。

本実施形態の熱処理炉１によりワークを加熱する際には、導入管１２からガスを少量導入して回転軸６を冷却すると共に、圧力調整バルブ７により炉内空間Ｓ１の圧力は一定に保ってワークを加熱する。このとき、中間室４内が炉内空間Ｓ１より圧力が高くなることにより、導入管１２から導入されたガスは、炉内空間Ｓ１側に少量ずつ流入し、中間室４内には流入しなくなる。

ワークの加熱処理が終了し、ワーク及び炉内空間Ｓ１を冷却する際には、導入管１２から大量のガスを導入して回転軸６を冷却しつつ、炉内空間Ｓ１にガスを流入させる。このとき、炉内空間Ｓ１の圧力と炉体３外の圧力とが等しくなるように、もしくは炉内空間Ｓ１がワークの処理に必要な圧力となるように、圧力調整バルブ７が開かれている。また、このとき、インペラー２を回転させ、外周管１１から導入されるガスを撹拌しつつ炉内空間Ｓ１に導入する。

本実形態に係る熱処理炉１によれば、インペラー２の回転軸６がその外周面６ａと間隔を隔てて挿通されている外周管１１内に、ガスを導入することにより、外周管１１内で回転軸６を効率よく冷却することができる。

また、回転軸６の軸受け１０は、外周管１１に対して炉内空間Ｓ１とは反対側に配置されているので、当該軸受け１０は、炉内空間Ｓ１から離れた位置に配置されており、加えて、回転軸６が、外周管１１内で軸受け１０よりも炉内空間Ｓ１側で冷却されることにより、炉内空間Ｓ１から軸受け１０への熱伝導を抑制できて、軸受け１０の熱による損傷を防止することができる。

このため、炉内空間Ｓ１に設けられたインペラー２の回転軸６を支持する軸受け１０を、より効率よく冷却することができる。

炉体３の上部３ｂに配置されている中間室４から、炉内空間Ｓ１の中央の上部に位置するインペラー２にガスが導入されるので、ガスを炉内空間Ｓ１に撹拌しつつ導入することができる。このため、炉内空間Ｓ１の雰囲気全体の温度むらを小さく抑えることができ、炉内空間Ｓ１の冷却中の温度分布を従来よりも格段に均一化できる。このため、加熱したワークを良好に冷却して、熱処理品質を向上することができる。

連通管５には、圧力調整バルブ７が設けられているので、圧力調整バルブ７により炉内空間Ｓ１の圧力を調整することにより、加熱時及び冷却時のいずれにおいてガスを導入しても、炉内空間Ｓ１の圧力を一定に維持することができる。特に、加熱時には、導入管１２からガスを少量導入して回転軸６を冷却することができる。このため、軸受け１０の熱による損傷を抑えつつ、ワークを加熱することができる。

また、冷却時には、導入管１２からガスを大量に導入して、炉内空間Ｓ１をより早く冷却することができる。

外周管１１内は、炉内空間Ｓ１と連通され、炉体３には、炉内空間Ｓ１の内外を連通する連通管５が設けられているので、外周管１１に導入したガスを、炉内空間Ｓ１を通して、炉体３の外に排出することができる。

外周管１１内と中間室４内とは連通されているので、中間室４内に設けられた軸受け１０をも冷却することができる。

中間室４は、炉内空間Ｓ１のみと連通しているので、導入管１２からガスが導入されると、中間室４内が、連通管５が連通されている炉内空間Ｓ１よりも高圧になることにより、炉内空間Ｓ１の空気の中間室４内への流入を防止することができる。このため、中間室４が熱せられることを防止できるので、より確実に回転軸６及び軸受け１０を冷却することができる。

回転軸６が挿通されている外周管１１は、軸受け１０側の端が開放されているので、導入管１２から外周管１１内に導入されたガスを、軸受け１０に向けて供給することができる。このため、より効率よく軸受け１０を冷却することができる。

さらに、従来の技術に対し、冷却用のガスの導入のために炉体３から入れていた配管を無くすことができる。また、軸受け１０から冷却用のガスが導入されるため、インペラー２を介して、均等にガスが分散するため、局部的な冷却が無く、均等に冷却することが可能になる。

１ 熱処理炉
２ インペラー
３ 炉体
３ａ 炉体の側壁部
３ｂ 炉体の上部
４ 中間室
５ 連通管
６ 回転軸
６ａ 回転軸の外周面
７ 圧力調整バルブ
８ 仕切り部材
９ 軸支持筒部
１０ 軸受け
１１ 外周管
１２ 導入管
１３ 流量調整弁
Ｓ１ 炉内空間
Ｓ２ 外部空間

Claims (3)

1. 熱処理を行う炉体と、
   該炉体が有する炉内空間と隣接する中間室と、
   上記炉内空間に回転自在に設けられ、該炉内空間の雰囲気を撹拌するインペラーと、
   上記炉内空間から上記中間室を貫通して設けられた上記インペラーの回転軸と、
   該回転軸の外周面に対し上記中間室及び上記炉内空間に開放される隙間が生じる間隔を隔てて、該回転軸が挿通され、上記炉内空間と該中間室とに連通している外周管と、
   上記中間室内に、上記外周管に対して、上記炉内空間から離れた該炉内空間とは反対側に配置された上記回転軸の軸受けと、
   上記中間室を通って上記外周管内に冷却用のガスを導入する導入管と、
   上記炉体に設けられ、上記炉内空間の内外を連通可能な連通管とを備え、
   上記冷却用のガスは、
   上記炉内空間を加熱する際、当該冷却用のガスが上記外周管に導入され、上記中間室の内圧を高めて該中間室へ該炉内空間の雰囲気が流入するのを防止しかつ上記回転軸及び上記軸受けに供給して冷却するために、上記導入管から少量導入され、
   該炉内空間を冷却する際、当該冷却用のガスが上記外周管に導入され、該外周管から上記インペラーが回転される該炉内空間に流入されて当該炉内空間を冷却しかつ該外周管内の該回転軸及び該中間室の該軸受けを冷却するために、該導入管から大量に導入されることを特徴とする熱処理炉。
2. 前記導入管は、流量調整弁を備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
3. 前記連通管には、前記炉内空間の圧力を調整可能なバルブが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理炉。

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