JPH02259010A - 真空加熱炉の冷却用気体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空加熱炉の冷却用気体供給装置に関し、詳し
くは、金属を真空炉内で真空加熱処理した後、炉内温度
を所定温度に降下させるために使用する冷却用気体を供
給する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

金属の熱処理、例えば焼き入れ、溶体化処理。

焼純し、焼き戻し、ろう付は等は、被処理金属の酸化を
避けるために真空加熱炉を使用して減圧下で加熱処理し
ている。そして処理後の炉内の温度を所定温度にまで降
下させるため、冷却媒体として被処理金属の酸化や汚染
するのを避けるよう水素、ヘリウム、窒素、アルゴン等
の気体を真空加熱炉内に供給して行っている。この冷却
用気体は冷却を速めるため通常加圧充填される。そして
炉内が所定温度に降下すると冷却用の前記気体は、加熱
処理した金属より脱気する種々の不純成分が含まれるた
め、炉より排出して通常は大気に放散している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した冷却用の気体は何れも高価な気
体であり、しかも冷却を速めるために前記した通り高い
圧力に加圧して使用することよりその使用量は極めて多
量となり、その結果処理費用がかさむこととなる。それ
故、特にヘリウムの如き高価な気体は金属の冷却用気体
として極めて効果的であることが理解し得ていても、経
済的にその使用意欲を阻害していた。

本発明は、上記した現状に鑑み、真空加熱炉の冷却に使
用した後の不純成分を含むＪ、！１出気体を大気に放散
することなく、これを回収して再利用することを図り、
高価な前記各々の気体をより安価に利用し得るようにし
た真空加熱炉の冷却用気体の供給装置を提供することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の真空加熱炉の冷却
用気体の供給装置は、第１の構成として、炉内を加熱す
る加熱器と真空排気する排気手段を付設してなる真空加
熱炉に冷却用気体を供給する装置であって、前記真空加
熱炉と冷却用気体を貯蔵した貯槽とを連結した管路より
なる気体供給系統と、該気体供給系統の管路に両端が連
結した管路に、吐出口を前記気体供給系統の気体の流れ
と対向する方向に開口させて配置した圧縮機を設けてな
る回収系統と、一端を前記回収系統の圧縮機の吐出口側
管路に、他端を前記気体供給系統の管路の前記回収系統
の真空加熱炉側分岐部より真空加熱路側にそれぞれ連結
した加圧系統とを備えるとともに、前記回収系統の管路
に触媒筒、吸着筒等の気体の精製手段を配設したことを
特徴としている。

また第２の構成は、前記第１の構成と同様に構成された
気体供給系統と、気体の精製手段を持たない回収系統、
及び第１の構成と同様の加圧系統とを備えるとともに、
前記貯槽と前記回収系統に配置した圧縮機の吸入口側と
を連結した管路に触媒筒、吸着筒等の気体の精製手段を
配設した精製系統とを備えることを特徴としている。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。

まず、第１図は第１実施例を示すもので、本発明装置の
上記第１の構成を適用した一実施例を示している。

真空加熱炉１は、真空下で金属の熱処理を行うために通
常用いられているものであって、断熱された炉壁２で気
密に囲繞して形成されており、真空加熱炉１内にはヒー
ター等の発熱体３と真空加熱炉１内を攪拌するための攪
拌ファン４とが配設されている。また炉壁２には冷却水
管５及び真空加熱炉１内の圧力を測定するための圧力ｉ
Ｌ６が配設されている。このような真空加熱炉１には炉
壁２を気密に貫通して炉内に連通している真空排気系統
７が、弁８．拡散ポンプ９２回転ポンプ１０等を配して
設けられている。尚、被加熱金属Ａは、バスケット１１
により炉内に搬出入される。

本発明の真空加熱炉の冷却用気体の供給装置は、このよ
うな構成の真空加熱炉１内で金属を真空下で熱処理した
後に、炉内を冷却するため炉内に冷却用気体を供給する
ものであって、水素、窒素。

ヘリウム、アルゴン等の気体より選ばれた一つ、あるい
は二つ以上の混合気体からなる冷却用気体を貯槽１２か
ら真空加熱炉１に供給し、冷却後の冷却用気体を貯槽１
２に回収するように構成したものである。

上記貯槽１２は、弁１３．弁１４．弁１５を配した管路
１６よりなる気体供給系統１７で真空加熱炉１に連結し
ている。尚、以下の説明においては、この気体供給系統
１７の気体の流れをもとにして貯槽１２側を上流、真空
加熱炉１側を下流と呼ぶ。

そして前記気体供給系統１７には、一端が管路１６の弁
１３の下流側で弁１８を介して分岐するとともに、他端
が管路１６の弁１４の下流側で弁１９を介して分岐し、
両端が気体供給系統１７の管路１６と連結合流する側管
路２０が設けられている。該側管路２０の前記弁１８と
弁１９との間には、吐出口が弁１８側、即ち吐出口を前
記気体供給系統１７の気体の流れと対向する方向に開口
させて配置した圧縮機２１が設けられている。さらに該
圧縮機２１の吐出口側には弁２２が設けられ、弁２２と
弁１８との間には白金触媒やパラジウム触媒等を充填し
た触媒筒２３と、シリカゲル。

アルミナ、ゼオライト、モレキュラシーブス等の吸着剤
を充填した吸着筒２４とが配置されており、これらの弁
１９．圧縮機２］、弁２２．触媒筒２３、吸着筒２４．
弁１８を順に備えた側管路２０により回収系統２５が構
成されている。

尚、触媒筒２３及び吸着筒２４は複数筒併設して設け、
使用と再生の工程を交互に切り替え操作して運転すると
連続運転上好都合である。

さらに、前記回収系統２５の圧縮機２１と弁２２との間
、即ち圧縮機２１の吐出口側には、管２６が分岐してい
る。この管２６は、その他端が弁２７を介して前記気体
供給系統１７の管路１６の弁１５の下流側、即ち弁１５
と真空加熱炉１との間に連結しており、この管２６と弁
２７とで加圧系統２８を構成している。

次に、上記実施例装置の運転方法を説明する。

まず、被処理金属Ａをバスケット１１に載置して真空加
熱炉１内に収容して密閉した後、回転ポンプ１０及び拡
散ポンプ９を作動させるとともに弁８を開き、真空加熱
炉１内を排気して所定の真空度とする。所定の真空度に
達したら加熱器３を作動せしめ、炉１内を真空を保持し
ながら昇温し、被処理金属Ａを所望する熱処理に応じた
条件にして熱処理する。尚、この間冷却水管５には冷却
水を流水しておく。そして所望の加熱処理が終了したら
、加熱器３を停止して弁８を閉じるとともに拡散ポンプ
９及び真空回転ポンプ１０を停止して真空加熱処理が遮
断される。

上記のごとく、所定の真空加熱処理が終了したら、弁１
３．弁１４．弁１５を順次開き（その他の弁は閉）、貯
槽１２を真空加熱炉１に連通せしめて、貯槽１２に貯蔵
しである冷却用気体を、その圧力差で気体供給系統１７
により真空加熱炉１に導入して炉内を冷却する。

この冷却用気体は、貯槽１２と真空加熱炉１との圧力が
平衡するまで流れるが、真空加熱炉ｌの圧力が所定の圧
力になったら弁１３，１４．１５を閉じ気体の供給を停
止する。両者の圧力は、それぞれに設けられた圧力計６
，２９により測定される。そして真空加熱炉１の圧力が
貯槽１２の圧力と平衡しても、その圧力が所定の圧力に
至らない時には、弁１５を閉じて弁１９、弁２７を開く
とともに圧縮機２１を駆動して、貯槽１２の冷却用気体
を弁１３．弁１４．弁１９を介して圧縮機２１で吸入し
、圧縮した後に弁２７を経て加圧系統２８の管路２６よ
り真空加熱炉１に圧送し、炉内が所定圧力になるまで冷
却用気体を加圧充填する。一般に、気体による冷却は、
その圧力が高いほど冷却が速まり処理作業を効率よく進
めることができる。

このようにして真空加熱炉１に冷却用気体が所定圧力に
まで加圧充填されたら、弁２７．弁１９を閉じるととも
ｉ８こ圧縮機２１を停止し、冷却用気体の真空加熱炉１
への供給を止める。そして攪拌ファン４を駆動し、炉内
を攪拌して冷却を促進する。また冷却の進行とともに炉
内圧力は降下してくるが、この時は適宜弁１３．弁１４
．弁１９゜弁２７を開くとともに圧縮機２１を駆動して
、貯槽１２より加圧系統２８を使用して逐次冷却用気体
を真空加熱炉１に加圧補充するとよい。

かくして真空加熱炉１内の温度が所望する温度（例えば
処理金属を搬出作業することができる温度）にまで降下
したら攪拌ファン４を停止する。

そして真空加熱炉１の圧力が貯槽１２の圧力より高い間
は、弁２７．弁２２．弁１８．弁１３を開き、真空加熱
炉１内の気体を加圧系統２８及び回収系統２５の触媒筒
２３．吸着筒２４を介して貯槽１２に回収する。次いで
真空加熱炉１内と貯槽１２内の圧力が平衡したら、弁２
７を閉じ、弁１５、弁１９を開くとともに圧縮機２１を
駆動する。

そして真空加熱炉１内の冷却用気体を回収系統２５を経
て貯槽１２に回収する。この回収系統２５を通って回収
される冷却用気体は、真空加熱炉１での冷却に使用され
た結果、酸素、水分、その他の不純成分が含まれている
が、これら不純物等は気体の精製手段である触媒筒２３
．吸着筒２４を通過して除去され、精製された高純度の
気体として貯槽１２に回収される。

また、回収系統２５の圧縮機２１の吸入側の管路２０の
弁１９を挟んで弁３０．弁３１を有する側管路３２を設
け、該側管路３２に真空ポンプ３３を配設し、弁１９を
閉じて弁３０．弁３１を開き、真空ポンプ３３と圧縮機
２１と共働させることにより、真空加熱炉１内を減圧状
態（例えば１０Ｔｏｒｒ）にするまで気体を回収するこ
とができ、回収効率を向上させることができる。また、
各管路の適所に加熱手段や冷却手段等、適宜な補助機器
を配置して回収や精製等の効率の向上を図ることもでき
る。

尚、冷却用気体として窒素、ヘリウム、アルゴンを使用
する場合には、これらに水素を適当量、約４％以下、好
ましくは０，１〜１％含有せしめて用いると、真空加熱
炉１での冷却のための熱伝達を促進せしめたり、処理金
属より脱ガスする酸素や処理系統で漏入してくる酸素を
反応によって水に変化させて除去できるので金属熱処理
上好都合である。

以上のようにして、貯槽１２には不純物を除去した冷却
用気体が回収されて貯えられ、この冷却用気体は次の金
属の加熱処理の冷却用に使用される。このように本発明
によれば、冷却用気体を繰り返し使用することができ、
気体のコストの低減を図れ、高価なヘリウム等を使用す
ることも可能となる。また、冷却用気体が繰り返しの使
用で消失して回収量が減少した場合は、貯槽１２に付設
したボンベ３４等の別途のガス源より適宜貯槽１２に補
充すればよい。

次に第２図は、本発明の第２の構成を適用した第２実施
例を示すものである。尚、前記第１図に示した第１実施
例と同一要素のものには同一符号を付してその詳細な説
明を省略する。

本実施例は、前記第１実施例において回収系統２５に設
けられていた触媒筒２３及び吸着筒２４等の気体の精製
手段を別の系統に独立させたものである。即ち、貯槽１
２と、前記回収系統２５の圧縮機２１の吸入口側にある
弁１９とを、弁４０゜弁４１を介して管路４２で連結し
、該管路４２の弁４０と弁４１との間に触媒筒２３及び
吸着筒２４を配置して精製系統４３を構成したものであ
る。

そして、本実施例では、前記第１実施例と同様の操作で
真空加熱炉１に冷却用気体を供給し、冷却後の真空加熱
炉１からの冷却用気体を、まず弁２７、弁２２．弁１８
．弁１３を開いて真空加熱炉１内の圧力が貯槽１２の圧
力と平衡になる迄加圧系統２８及び回収系統２５を介し
て貯槽１２に回収し、次いで平衡に達したら、弁２７を
閉じ、弁１５．弁１９を開くとともに、圧縮機２１を駆
動して回収系統２５を介して冷却用気体を回収する。こ
の場合、回収される気体は、不純物を含有したまま貯槽
１２に回収される。なお真空加熱炉１内の気体をより一
層回収しようとする場合には、前記第１実施例と同様に
、回収系統２５の圧縮機２１の吸入口側に真空ポンプ３
３を配した側管路３２を設け、真空ポンプ３３を圧縮機
２１と共働させればよい。

真空加熱炉１からの冷却用気体の回収が終了したら、弁
１５を閉じ、弁４０．弁４１を開とし、圧縮機２１によ
り貯槽１２に回収した不純物を含む気体を精製系統４３
から回収系統２５を経て貯槽１２へと循環させる。この
循環により気体中の不純物が触媒筒２３及び吸着筒２４
で順次除去され、貯槽１２内の気体は高純度に精製され
る。そして所望の純度に達したら前記弁４０．弁４］。

弁１９．弁２２．弁１８．弁１３を閉じるとともに圧縮
機２１を停止する。これにより、貯槽１２には不純物を
含まない高純度の気体が冷却用気体として貯えられる。

また、触媒筒２３．吸着筒２４は、第１実施例と同様そ
れぞれ複数箇設けて使用と再生の工程を交互に切り替え
て使用すると、連続した長期の運転ができて好都合であ
る。

この様に第２実施例では第１実施例のように回収と同時
に冷却に使用した後の気体に含まれている不純物を除去
して回収は出来ないが、回収した後に精製系統４３１回
収系統２５．貯槽１２と繰り返し循環して精製し得るの
で、第１実施例より高純度に精製した気体を得ることが
でき、貯槽１２に回収貯えられる。この結果、以後の真
空加熱炉１の冷却用として処理金属を汚染することなく
極めて効果的に使用することができる。

尚、上記両実施例における各弁は、三方弁等を用いて弁
の数を減らすこともできる。また、冷却用気体としては
、前述のごとく各種気体を用いることができるが、特に
、冷却用気体としてヘリウムを用いることにより、窒素
より優れた冷却速度が得られるとともに、水素のような
爆発の危険がないので、安心して加圧状態で使用でき、
冷却速度の向上、冷却時間の短縮、焼入れ硬度の向上等
地の気体以上の作用効果を得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の第１の構成によれば、真
空加熱炉に冷却用気体を供給する供給系統とともに炉内
に冷却用気体を適宜加圧したり、補充する加圧系統と、
冷却に使用した気体を精製しなから貯槽に回収する回収
系統を配設したから、また第２の構成によれば、供給系
統、加圧系統。

回収系統に加えて貯槽に回収した冷却用気体を精製する
精製系統を設けたから、真空加熱炉の加熱処理操作後の
種々の所望する冷却条件に合せて冷却用気体を加圧して
供給することができる。さらに冷却に使用した後の気体
を回収して、これを繰り返し冷却用に再使用することが
できる。

従って、本発明は、ヘリウムやアルゴン等の特に高価な
気体を金属の熱処理に於ける冷却用として使用すること
を可能とする。この結果これら気体の使用によって熱処
理金属の品質の向上が図れる。しかも安価に冷却処理を
することができる。

さらに第１の構成では、回収と同時に回収気体に含まれ
る不純物を除去するようにしたので、操作が簡単で、か
つ回収後直ちに回収した気体を冷却用に使用することが
できて作業上極めて便利である。また第２の構成では冷
却に使用した後の気体を一度貯槽に回収して、続いて精
製するようにしたの、精製する気体を精製系統に循環す
るようにして触媒筒、吸着筒等の精製手段に繰り返し通
すので、不純物の除去がより一層促進されて極めて高純
度に精製された気体が回収できる。この結果以後の熱処
理金属の冷却に使用した際の金属の酸化等の変性を防止
し、その気体特有の効果を発揮することとなる。

また本発明では加圧系統１回収系統及び精製系統の各々
の気体の流通を単一の圧縮機で行うように構成できるの
で、装置が簡略となり装置価格が安価であり、また運転
も容易でかつ運転費用も低減化する等多くの利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を説明する系統図、第２図
は第２実施例を説明する系統図である。 １・・・真空加熱炉　　１２・・・貯槽　　１７・・・
気体供給系統　　２１・・・圧縮機　　２３・・・触媒
筒２４・・・吸着筒　　２５・・・回収系統　　２８・
・・加圧系統　　４３・・・精製系統 特許　出願人　日本酸素株式会社 同 ウエキガス科学株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉内を加熱する加熱器と真空排気する排気手段を付
   設してなる真空加熱炉に冷却用気体を供給する装置であ
   って、前記真空加熱炉と冷却用気体を貯蔵した貯槽とを
   連結した管路よりなる気体供給系統と、該気体供給系統
   の管路に両端が連結した管路に、吐出口を前記気体供給
   系統の気体の流れと対向する方向に開口させて配置した
   圧縮機を設けてなる回収系統と、一端を前記回収系統の
   圧縮機の吐出口側管路に、他端を前記気体供給系統の管
   路の前記回収系統の真空加熱炉側分岐部より真空加熱路
   側にそれぞれ連結した加圧系統とを備えるとともに、前
   記回収系統の管路に触媒筒、吸着筒等の気体の精製手段
   を配設したことを特徴とする真空加熱炉の冷却用気体供
   給装置。 ２、炉内を加熱する加熱器と真空排気する排気手段を付
   設してなる真空加熱炉に冷却用気体を供給する装置であ
   って、前記真空加熱炉と冷却用気体を貯蔵した貯槽とを
   連結した管路よりなる気体供給系統と、該気体供給系統
   の管路に両端が連結した管路に、吐出口を前記気体供給
   系統の気体の流れと対向する方向に開口させて配置した
   圧縮機を設けてなる回収系統と、一端を前記回収系統の
   圧縮機の吐出口側管路に、他端を前記気体供給系統の管
   路の前記回収系統の真空加熱炉側分岐部より真空加熱路
   側にそれぞれ連結した加圧系統と、前記貯槽と前記回収
   系統に配置した圧縮機の吸入口側とを連結した管路に触
   媒筒、吸着筒等の気体の精製手段を配設した精製系統と
   を備えることを特徴とする真空加熱炉の冷却用気体供給
   装置。