JPH03188214A - 真空熱処理炉 - 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〕 本発明は高速度工具鋼や合金工具鋼等の高合金鋼からな
る製品の焼入処理等に用いられる真空熱処理炉に関する
ものである。

〔従来の技術〕

周知のように、真空熱処理炉には、その加熱方式から大
別すると、内面側に発熱体を配した断熱層からなる処理
室を真空タンク内に設け、被処理品を直接的に加熱する
内熱式のものと、炉内に配した真空処理室の外側に熱源
を設け、被処理品を間接的に加熱する外熱式のものとが
ある。

そして、これら真空熱処理炉における加熱後の被処理品
の冷却には、外部から処理室内に導入された冷媒ガスを
用いて冷却する構成が最も広く採用されている。

一方、高速度鋼や合金工具鋼等のように１０００°Ｃを
超える焼入温度が必要な高合金鋼からなる製品の焼入処
理には、真空下や不活性ガス雰囲気下で加熱できて脱炭
や酸化による被処理品の特性の劣化の懸念がなく、かつ
、１０００°Ｃを超える高温が容易に得られる内熱式の
真空熱処理炉が最も一般的に用いられている。

そして、その焼入処理は、通常、被処理品を真空下で所
定の高温度に加熱した後、低温な不活性ガスを冷媒とし
て処理室内に導入し、この冷媒ガスとの熱交換により被
処理品を急冷することでなされるが、この際、被処理品
に割れや歪みを生じさせることなく、所望の焼入硬度を
得るに十分な冷却速度をもって冷却して、その焼入処理
を確実なるものとするには、単に冷媒ガスを処理室内に
導入するだけでなく、この冷媒ガスを、被処理品の全表
面に均等に接触して急速に熱交換し得るように流動させ
ることが必要となる。

そこで、これら焼入処理に用いられる真空熱処理炉では
、従来より、炉内に導入した冷媒ガスのガス流の制御に
種々の検討が加えられ、例えば、第５図に示すように、
真空タンク（５１）内に、発熱体（５３）を内包した断
熱層（５２）からなる処理室（５４）を配設すると共に
、この処理室（５４）の上下部に上下ガス扉（５５）　
（５６）を開閉可能に設ける一方、この処理室（５４）
の上部に冷却コイル（５７）を配設して、加熱後の冷却
時に、処理室（５４）の上下ガス扉（５５）（５６）を
開き、外部から導入された冷媒ガスを、炉内頂部に設け
たファン（５８）によって、処理室（５４）内を上昇し
、上部の冷却コイル（５７）で冷却された後、その外側
を経て処理室（５４）下部に還流する強制循環流とする
ことで、処理室（５４）内に冷媒ガスの上昇流を形成し
て、加熱された被処理品の均等・急速冷却を図る構成と
された真空熱処理炉や、第６図に示すように、真空タン
ク（６１）の内に、縦軸方向に整列させて周設した管状
の発熱体（６３）を内包した断熱層（６２）からなる処
理室（６４）を設けると共に、この処理室（６４）の上
下部に上下ガス流通口（６５）　（６６）を開閉可能に
設ける一方、この処理室（６４）の外側に熱交換器（６
７）を周設し、かつ、管状の発熱体（６３）に処理室（
６４）の中心部に向けて開口する複数のガス噴射孔（６
８）を設けると共に、これら発熱体（６３）を処理室（
６４）外側に連通ずる冷媒ガス分配装置（６９）に連結
させて、加熱後の冷却時に、処理室（６４）の上下ガス
扉（６５）　（６６）を開き、外部から導入された冷媒
ガスを、炉内頂部に設けたガス循環手段（７０）によっ
て、分配装置（６９）を介して各発熱体（６３）のガス
噴射孔（６８）から、処理室（６４）内の被処理品の外
周面に向けて吹き付けると共に、この冷媒ガスを処理室
（６４）内から外側の熱交換器（６７）に案内して強制
的に循環・冷却させることで、加熱された被処理品の均
等・急速冷却を図る構成とされた真空熱処理炉（特開平
１−１４２０１８号公報）等が提案され、かつ実用に供
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来の真空熱処理炉には、それぞれ以下の
問題点がある。

例えば、ブローチなどのような長尺な被処理品を、曲が
りの発生を防止するために吊下して焼入処理する場合、
上記従来の前者の真空熱処理炉では、処理室内を上昇す
る冷媒ガスが、加熱された被処理品との接触・熱交換に
より昇温しで上方にいくほどその冷却能を低下させるた
め、すなわち処理室内の上下でその冷却能に差が生じる
ため、被処理品が長尺であるほど、その上下で大きな焼
入硬度差が生じ易くなるという問題点がある。

一方、上記従来の後者の真空熱処理炉では、低温な冷媒
ガスを、発熱体のガス噴射孔を介して外周側から加熱さ
れた被処理品に向けて吹き付けるので、上記前者の場合
のように上下で冷却能に差を生じることがなく、被処理
品を単一に吊下して焼入処理する場合には、その全面を
均等に急速冷却し得るものの、小径で長尺な被処理品を
複数吊下して焼入処理する場合には、これらの内の外側
に位置して吊下されたものが早く、内側に位置して吊下
されたものが遅く冷却されるという不具合が生じる。し
かも、外側に位置した被処理品も、発熱体に対向する面
と反対側の面とで不均等に冷却されるので、その周方向
で焼入硬度に差が生じるに加え、曲がりが発生し易い、
また、外側の被処理品に衝突した冷媒ガスが乱流を形成
しながら内側の被処理品に接触するので、内側の被処理
品にも焼入硬度むらが生じ易く、複数の被処理品を均等
な硬度分布をもつものに焼入処理し難いという問題点が
ある。

また、これら従来の真空熱処理炉は、焼入時に導入した
冷媒ガスを炉内で循環・冷却させる構成が採られ、その
炉内に冷媒ガスを循環させるためのファンや冷却用の熱
交換器などが配設されているため、その内部構造が複雑
なものとなり、保守点検および分解整備に、煩雑な手順
と多くの工数を要するという欠点がある。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、加熱後の冷却時
に導入する冷媒ガスの流れを、被処理品の形状やセット
状態に最も適するものに設定ないしは容易に変更し得、
もって、加熱された被処理品を均等に急速冷却し得て、
その焼入処理を確実なものとして製品品質を高めること
ができ、しかも、内部構造が簡易でその保守点検・整備
が容易な真空熱処理炉の提供を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成とされ
ている。すなわち、本発明に係る真空熱処理炉は、真空
タンクと、該真空タンク内に配設され、上下部に開閉可
能なガス流通口を設けた断熱層からなる筒状の処理室と
、該処理室を囲繞し、真空タンク内壁および処理室の断
熱層外壁との間にガス流通可能な間隙を隔てて配設され
た流路筒と、処理室の内周上に周設された発熱体とを備
えた真空熱処理炉であって、前記処理室の断熱層を、そ
の層内にガス流通間隙を設けた二重構成に形成すると共
に、該断熱層の内側壁に、層内のガス流通間隙と処理室
とを連通ずる複数の噴射ノズルを設け、前記処理室と流
路筒との間の上下部に流路切替弁を設け、かつ、前記真
空タンクに、前記処理室と流路筒との間の間隙に連通さ
せた第一ガス供給管と、前記処理室の断熱層内のガス流
通間隙に連通させた第二ガス供給管と、前記真空タンク
内壁と流路筒との間の間隙に連通させたガス排出管とを
設けたものである。

〔作用〕

上記構成を具備する本発明に係る真空熱処理炉において
は、加熱後の冷却時に、冷媒ガス供給源からの冷媒ガス
を炉内に導入して加熱された被処理品を冷却するに際し
、この冷媒ガスを、第一ガス供給管を介して処理室と流
路筒との間の間隙に導入する出共に、上部のガス流路切
替弁を作動させて、処理室と流路筒との間の間隙の上端
部をガス流通可能とする一方、流路筒上端と真空タンク
内壁との間の間隙のガス流通を閉塞させ、同時に下部の
ガス流路切替弁を作動させて、処理室と流路筒との間の
間隙の下端部のガス流通を閉塞させる一方、流路筒上端
と真空タンク内壁との間の間隙をガス流通可能とし、合
わせて処理室の上下部のガス流通口を開くことで、炉内
に、第一ガス供給管を介して流入し、処理室と流路筒と
の間の間隙を経て上方に導かれ、処理室の上部ガス流通
口から流入し、この処理室内の加熱された被処理品と接
触・熱交換しながら流下して、その下部ガス流通口から
流出し、流路筒下端と真空タンク内壁との間の間隙およ
び該流路筒と真空タンク内壁との間の間隙を経て、ガス
排出管から炉外に排出される冷媒ガス流を形成すること
ができる。

また、上下部のガス流路切替弁それぞれを上記と逆に作
動させることで、この冷媒ガスを、処理室の下部ガス流
通口から流入させて上部ガス流通口から流出させ、この
処理室内に、加熱された被処理品と接触・熱交換しなが
ら上昇する冷媒ガスの上昇流を形成することができ、ま
た、第一ガス供給管を介する冷媒ガスの導入を続けなが
ら、上下部のガス流路切替弁それぞれを任意時点で逆に
作動させることで、処理室内における冷媒ガス流の方向
を切替え、この処理室内に、上下方向に交番する冷媒ガ
ス流を形成することができる。

また、冷媒ガス供給源からの冷媒ガスを、第二ガス供給
管を介して処理室の断熱層内のガス流通間隙に導入する
と共に、上下部のガス流路切替弁を作動させて、処理室
と流路筒との間の間隙の上下端部のガス流通を閉塞し、
合わせて処理室の上下部のガス流通口を開くことで、炉
内に、第二ガス供給管を介して流入し、処理室の断熱層
内のガス流通間隙からその内側壁に設けられた複数の噴
射ノズルを介して該処理室内に噴射され、該処理室内で
加熱された被処理品に吹き付けられて接触・熱交換しな
がら上下方向に分流して上下部ガス流通口から流出し、
流路筒上下端と真空タンク内壁との間の上下間隙および
該流路筒と真空タンク内壁との間の間隙を経て、ガス排
出管から炉外に排出される冷媒ガス流を形成することが
できる。

本発明に係る真空熱処理炉においては、上述したように
、処理室内における冷媒ガスの流れを、下降流、上昇流
、上下交番流および外周側からの噴射流と任意に設定お
よび変更することができ、これら冷媒ガス流により、こ
の処理室内の加熱された被処理品を均等に急速冷却する
と共に、奪った熱を効率良く系外に排出してその冷却効
果をより確実なものとすることができる。

なお、処理室の断熱層の内側壁に設けられる噴射ノズル
は、上下方向および内周方向に均等に配設され、その先
端は発熱体を越える処理室内側に臨ませることが、被処
理品の均等冷却と、冷媒体ガスの発熱体との衝突による
乱流形成の防止を図るに望ましい。

〔実施例〕 以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本実施例の真空熱処理炉の概要を示す正断面図
である。

第１図において、（１）は真空タンクであって、該真空
タンク（１）は、筒状胴部を有する縦型の鋼製圧力容器
であって、ここでは図示を省略した真空ポンプに連通さ
れている。

（２）は断熱層であって、該断熱層（２）は、ガラス繊
維等の断熱材からなる筒状のもので、真空タンク（１）
内に間隙を隔てて配設され、その内周面上にヒータ（３
）を周設し、その内に被処理品を収容する処理室（４）
を形成するものである。また、該断熱層（２）は、筒状
の内側断熱層（２ａ）と、該内側断熱層（２ａ）をガス
流通可能な間隙を隔てて囲撓する筒状の外側断熱Ｎ（２
ｂ）と、内外側断熱層（２ａ）　（２ｂ）の上下端部に
配され、これらの間の間隙の上下端部を閉塞する環状の
上下断熱層（２ｃ）　（２ｄ）とからなる。

ここで、断熱層（２）の上下断熱層（２ｃ）　（２ｄ）
の内孔は、処理室（２）内への上下ガス流通口０００２
１を形成し、これら上下ガス流通口（１１１０２）には
、上下断熱蓋（５）（６）が嵌脱自由に配されである。

また、上下断熱蓋（５１（６）は、真空タンク（１）の
上部と下部に設けられた上下シリンダ（７）（８）の出
力軸にそれぞれ連結されてあり、これら上下シリンダ（
７）（８）の作動にて開閉するものとされている。一方
、断熱層（２）の内周面上のヒータ（３）は、棒状のグ
ラファイトからなり、等間隔を隔てて縦方向に整列させ
て周設してあり、ここでは図示を省略した外部の通電お
よび入力制御手段に接続されている。

（９）はノズルであって、該ノズル（９）は、管状のモ
リブデン材からなり、その基端部を断熱層（２）の内側
断熱層（２ａ）を貫通して該内側断熱層（２ａ）に支持
され、先端部をヒータ（３）の間隙を経て該ヒータ（３
）を越える処理室（４）内に臨ませ、処理室（４）の上
下および周方向に等ピンチに複数配設されである。

０ωは流路筒であって、該流路筒０ωは、薄肉の非磁性
ステンレス鋼板からなる筒状のもので、断熱層（２）を
囲撓し、真空タンク（１）内壁および断熱層（２）外壁
との間それぞれにガス流通可能な間隙を隔てて配設され
ている。

０■とＯａは上下部のガス流路切替弁であって、これら
上下部のガス流路切替弁０３）　Ｑ４１は、磁性ステン
レス鋼からなる環状のもので、断熱層（２）と流路筒０
ωとの間の上下部の環状間隙それぞれに嵌脱自由に配さ
れてあり、真空タンク（１）の上下内壁部に設けられた
上下電磁リング０ω０ωへの入電により作動して、断熱
層（２）と流路筒０ωとの間の上下部の環状間隙と、流
路筒０■の上下端と真空タンク（１）内壁との間の間隙
とにおけるガス流通を択一に閉塞するものとされている
。

０７）は第一ガス供給管であって、該第−ガス供給管０
７）は、断熱層（２）と流路筒（ＩＩとの間の間隙に連
通させて、真空タンク（１）胴部の上下方向の略中央部
に設けられである。

０印は第二ガス供給管であって、該第二ガス供給管００
は、断熱層（２）の内外側断熱層（２ａ）　（２ｂ）間
の間隙に連通させて、真空タンク（１）胴部の、第一ガ
ス供給管０７）の配設位置と周方向に位置を変えた、上
下方向の略中央部に設けられている。

また、これら第一ガス供給管０ηと第二ガス供給管側と
は、開閉弁ｂＩｌａｓを備えた分岐管１２１を介して５
．こては図示を省略した冷媒ガスとしての窒素ガス供給
手段に連結されている。

θつはガス排出管であって、該ガス排出管０■は、真空
タンク（１）内壁と流路筒００）との間の間隙に連通さ
せて、真空タンク（１）胴部の、反ガス供給管θ力側側
の上下方向の略中央部に設けられである。また、このガ
ス排出管０９）は、開閉弁＋２４１を備えた連結管Ｑ１
を介して、ここでは図示を省略した熱交換器に連通され
である。なお、この熱交換器は前記の窒素ガス供給手段
に連通されている。

上記構成を具備する本実施例の真空熱処理炉では、処理
室（４）内で加熱された被処理品を冷媒ガスで象、速冷
却するに際して、処理室（４）内に以下の各パタンの冷
媒ガス流を形成させることができる。

これを、その作動説明図である第２図乃至第４図を参照
して説明すると、その第１パタンは下降流の形成であっ
て、これは、第２図に示すように、外部の供給手段から
の冷媒ガスを、第一ガス供給管０７）を介して断熱層（
２）と流路筒００）間の間隙に導入すると共に、上部ガ
ス流路切替弁０３）を作動させて、断熱層（２）と流路
筒０ω間の間隙の上端部を開く一方、流路筒０ω上端と
真空タンク（１）内壁間の間隙の閉塞し、同時に下部ガ
ス流路切替弁（ロ）を作動させて、断熱層（２）と流路
筒０■間の間隙の下端部を閉塞する一方、流路筒ＯＩ上
下端真空タンク（１）内壁間の間隙を開き、合わせて上
下断熱蓋（５）　（６）を開くことで、この冷媒ガスを
、第２図中の矢印で示すように、第一ガス供給管０ηか
ら、断熱層（２）と流路筒０［０間の間隙を経て、上ガ
ス流通口０１）から処理室（４）内に流入させ、この処
理室（４）内で下降流を形成させて通し、その下ガス流
通口（Ｅから流路筒００と真空タンク（１）内壁間の間
隙を経て、ガス排出管０９を介して外部に排出させるこ
とで達成される。

その第２バタンは上昇流の形成であって、これは、第３
図に示すように、外部の供給手段からの冷媒ガスを、上
記と同様に第一ガス供給管θ′Ｉ）を介して断熱層（２
）と流路筒０ｍ間の間隙に導入する一方、上下部のガス
流路切替弁側０４）それぞれを上記と逆に作動させるこ
とで、この冷媒ガスを、第３図中の矢印で示すように、
第一ガス供給管０りから、断熱層（２）と流路筒０ｉｌ
）間の間隙を経て、下ガス流通口０２）から処理室（４
）内に流入させ、この処理室（４）内で上昇流を形成さ
せて通し、その上ガス流通口０３）から流路筒０■と真
空タンク（１）内壁間の間隙を経て、ガス排出管０９）
を介して外部に排出させることで達成される。

その第３バタンは上下方向の交番流の形成であって、こ
れは、第一ガス供給管０′ｌ）を介する冷媒ガスの導入
を続けながら、上下部のガス流路切替弁０Ｈ４１それぞ
れを適宜時点で逆に作動させることで、すなわち、第１
バタンと第２バタンの作動を交番させることで、処理室
（４）内における冷媒ガス流の方向を変更することで達
成される。

なお、上に述べた第１〜第３バタンでは、第二ガス供給
管Ｏａのガス流通は閉塞されている。

その第４のパタンは、外周方向からの噴射流の形成であ
って、これは、第４図に示すように、外部の供給手段か
らの冷媒ガスを、第二ガス供給管０８）を介して断熱層
（２）の内外側断熱Ｎ　（２ａ）　（２ｂ）間の間隙に
導入すると共に、上下部のガス流路切替弁０りを作動さ
せて、断熱層（２）と流路筒ＯＩ間の間隙の上下端部を
閉鎖する一方、流路筒０［Ｄの上下端と真空タンク（１
）内壁間の間隙を開き、合わせて上下断熱蓋（５）（６
）を開くことで、この冷媒ガスを、第４図中の矢印で示
すように、第一ガス供給管０ηから、断熱層（２）の内
外側断熱層（２ａ）　（２ｂ）間の間隙を経て、その内
側断熱層（２ａ）に周設されたノズル（９）を介して処
理室（４）内に向けて噴射させ、この処理室（４）内で
上下方向に分流にさせて通し、その上下ガス流通口０１
１０２１から流路筒０■と真空タンク（１）内壁間の間
隙を経て、ガス排出管０９）を介して外部に排出させる
ことで達成される。なお、このパタンでは、第一ガス供
給管０７）のガス流通は閉塞されている。

次いで、本実施例の真空熱処理炉による具体的な熱処理
例を述べる。

まず、外径５０ｍｍ、長さ１４００ｍ５＋の高速度工具
鋼からなる小径なブローチを、治具に１６本吊下して処
理室内に装入し、１２００〜１２２０℃に加熱した後、
前述の第３のパタンに基づき、処理室内に２０〜４０秒
ピンチで上下に方向を変更させた窒素ガスの交番流を形
成し、該交番流にて急速冷却して焼入処理した。焼入処
理後の各ブローチの表面硬度および曲がりを計測したと
ころ、これらは長手方向の硬度分布が均一で、その曲が
りも全長で０．３１以下と非常に良好な品質のものであ
った。

次いで、外径１００ｍｍ、長さ２０００ｍｍの高速度工
具鋼からなる大径なブローチを１本、処理室内の中央部
に挿入・吊下し、１２００〜１２２０°Ｃに加熱した後
、前述の第４のパタンに基づき、処理室内のブローチの
外周面に冷媒ガスを吹き付け、該噴射流にて急速冷却し
て焼入処理した。焼入処理後のブローチの表面硬度およ
び曲がりを計測したところ、その長手方向の硬度分布が
均一で、その曲がりも全長で０．４ｍｍ以下と非常に良
好な品質のものであった。

このように、本実施例の真空熱処理炉においては、処理
室内における冷媒ガスの流れを、下降流、上昇流、上下
交番流および外周側からの噴射流と任意に設定および変
更することができるので、加熱された被処理品を冷却す
るに際して、冷媒ガス流を、被処理品の形状およびセッ
ト状態に対応して、被処理品を均等かつ急速に冷却し得
るものとすることができる。また、被処理品から奪った
熱は、ガス排出管からの冷媒ガスの排出にて系外に搬出
するので、従来の熱処理炉のように、炉内に冷媒ガスの
強制循環手段および冷却手段を設ける必要がなく、その
構成が簡易で保守点検・整備が容易となる。

なお、本実施例の熱処理炉においては、上下部のガス流
路切替弁面側を環状とし、これを電磁リングで作動させ
るものとしたが、これは−例であって、例えば、流路筒
０■上下端と真空タンク（１）との間に複数の流通孔を
設けると共に、断熱層（２）と流路筒０ω間の間隙の上
下端にも複数の流通孔を設ける一方、これらの間を回動
してそのガス流通を択一的に開閉する複数のバタフライ
弁を設ける等の他の構成のものを採用することができる
。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明に係る熱処理炉は、加熱後
の冷却時に処理室内に導入する冷媒ガスの流れを、被処
理品の形状やセット状態に最も適するものに設定ないし
は容易に変更し得、もって、加熱された被処理品を均等
に急速冷却し得て、その焼入処理を確実なものとして製
品品質を高めることができ、しかも、内部構造が簡易で
、その保守点検・整備が容易なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の真空熱処理炉の概要を示す正
断面図、 第２図乃至第４図は本発明の実施例の真空熱処理炉の作
動説明図、 第５図は従来の真空熱処理炉を示す正断面図、第６図は
従来の真空熱処理炉を示す正断面図である。 （１）−真空タンク、　　　　（２）−断熱層、（２ａ
）−一内側断熱層、　　（２ｂ）−外側断熱層、（３）
−ヒータ、　　　　　（４）−処理室、（５）−上断熱
蓋、 （７）−上シリンダ、 （９）−ノズル、 θＩ）−上ガス流通口、 側−ガス流路切替弁、 ０ω−主電磁リング、 （＋７１−一第一ガス供給管、 ０ω−ガス排出管。 （６）−下断熱蓋、 （８）−下シリンダ、 ０ω−流路筒、 ０り一下ガス流通口、 ０４）−ガス流路切替弁、 ０ω−下電磁リング、 ＱｌＤ−第二ガス供給管、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空タンクと、該真空タンク内に配設され、上下部に開
   閉可能なガス流通口を設けた断熱層からなる筒状の処理
   室と、該処理室を囲撓し、真空タンク内壁および処理室
   の断熱層外壁との間にガス流通可能な間隙を隔てて配設
   された流路筒と、処理室の内周上に周設された発熱体と
   を備えた真空熱処理炉であって、前記処理室の断熱層を
   、その層内にガス流通間隙を設けた二重構成に形成する
   と共に、該断熱層の内側壁に、層内のガス流通間隙と処
   理室とを連通する複数の噴射ノズルを設け、前記処理室
   と流路筒との間の上下部にガス流路切替弁を設け、かつ
   、前記真空タンクに、前記処理室と流路筒との間の間隙
   に連通させた第一ガス供給管と、前記処理室の断熱層内
   のガス流通間隙に連通させた第二ガス供給管と、前記真
   空タンク内壁と流路筒との間の間隙に連通させたガス排
   出管とを設けたことを特徴とする真空熱処理炉。