JPH0364569B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、炉ハウジング内に設けられて装入物
を収容する加熱室が、加熱素子を介して加熱可能
であり、かつ送風機により熱交換器を介して循環
可能な冷却ガスを通す少なくとも１つの閉鎖可能
な室開口をもち、冷却ガス供給導管を通つて到来
する冷却ガス流を制御するため、冷却ガスを入れ
るために設けられた室開口の範囲に、冷却過程に
おいて往復運動せしめられる分配装置が揺動可能
に支持されている、金属工作物を熱処理する工業
用炉、特に単室真空炉に関する。

問題点 このような工業用炉は、特に高速度鋼および他
の工具鋼を焼入れするのに使用されるが、他の熱
処理例えば光輝焼鈍にも適している。このような
炉は、加熱室への立入りを可能にする開放可能な
前面扉をもつ二重壁の鋼ハウジングを含んでい
る。加熱室は熱絶縁物で内張りされた鋼殻から作
られている。加熱室は床と天井に通常大きいガス
通過開口を備えている。これらの開口は加熱期間
および保持期間中締切り引き戸により閉鎖されて
いる。加熱室の上部ガス通過開口は接続管を介し
て送風機の吐出接続管片に直接接続されている。

接続管を通つて加熱室へ流入するガス流は、比
較的小さい装入物を洗うことしかできない。装入
物の増大は、それに伴う冷却速度の低下によつて
妨げられる。送風機の吐出接続管片の直径を大き
くすることも可能である。なぜならば、送風機出
力が不変であると、速度損失がこれに伴うからで
ある。しかし装入物の急速な冷却を行なうため、
高いガス速度が必要である。充分速やかな放熱に
よつてのみ、例えば焼入れを行なうことができ
る。したがつて装入物の急速な冷却を行なうた
め、加熱室へ吹込まれる冷却ガスを高い速度で循
環させるという要求がある。所定の送風機出力で
はガス速度は接続管の直径に関係し、一方管直径
は冷却ガスにより洗われる装入物表面の大きさに
関係し、それにより実際上必然的に炉出力が熱処
理される工作物の不変な品質において制限される
ことになる。

従来技術 したがつてドイツ連邦共和国特許出願公開第
2844843号明細書において、大きい装入物表面を
速やかに冷却することによつて、炉出力を高めま
た現在の炉出力をよく利用するために、ガスを入
れるために設けられた室開口に弁板を揺動可能に
支持し、これにより到来するガス流を室開口の自
由断面の範囲で制御することが提案された。この
ような弁板では、ガス流は全装入物をきわめて不
完全にしか洗わない。なかんずく装入物の表面は
冷却ガスにより均一に洗われないので、不均一な
冷却が行なわれる。これはひずみの危険を伴う。

発明の目的 したがつて本発明の基礎になつている課題は、
最初にあげた種類の工業用炉において、揺動可能
な分配装置を発展させて、それにより装入物を冷
却ガスにより均一に洗うのを可能にすることであ
る。

目的を達するための手段 本発明によればこの課題は、分配装置として複
数のノズルが設けられ、冷却ガスが装入物へ当る
前にこれらのノズルを通つて流れることによつて
解決される。

発明の効果 ノズルにより冷却ガスを装入物表面へねらつて
導くことができるので、この表面を均一に冷却す
ることができる。装入物の表面が冷却ガスにより
不均一に洗われる危険は除去される。ノズルの形
状と配置は要求に最適に合わせることができ、冷
却過程においてよく規定された状態を得ることが
できる。

実施態様 ノズルが室開口の直前に支持されていると有利
である。したがつてノズルは炉の低温部分にあ
る。冷却の際ノズルは高い速度で流入する冷却ガ
スにより冷却されるので、室開口を閉鎖する締切
り引き戸を開く際装入物からノズル装置へ放射さ
れる熱はわずかな加熱しか行なわない。したがつ
てノズルは特別な耐熱合金から作る必要がない。
この配置により熱損失は完全に防止される。

ノズルはなるべく円筒状に構成されて同じ直径
をもつている。

本発明の別の特徴によれば、ノズルの揺動軸線
が室開口に断面のなす面に対して平行にかつこの
面の中心を通つて延び、ノズルが揺動軸線に対し
て平行に少なくとも１つの列をなして室開口の断
面のなす面の中心垂線に対して対称に設けられ、
それによりノズルの方向効率が改善される。ノズ
ルの縦中心軸線が、上流側の１点で室開口の断面
のなす面の中心垂線上において出合つていること
によつて、さらに最適化が行なわれる。したがつ
てノズルの揺動方向に沿つて装入物への均一なガ
ス流入が保証される。

個々のノズルへ冷却ガス流を分配するため、本
発明の別の特徴により、各ノズルが絞り装置を備
えている。絞り装置とノズルの角形配置とによ
り、ガス噴流の同じ大きさの流出速度と装入物へ
の同じ大きさの衝突速度とが得られる。したがつ
て揺動方向に対して直角な方向における装入物の
均一な冷却が保証される。

好ましい構成では、ノズルが部分円筒の殻に設
けられ、この部分円筒の軸線が揺動軸線に一致
し、その外側または内側殻表面が部分円筒に対し
て平行に設けられた密封部分に揺動の際密接し、
この密封部分が冷却ガス供給導管の端部に同様に
密接して設けられている。これはノズルの確実に
動作する簡単な構造配置を示す。

ノズルは揺動運動の際装入物の中心へ２度吹付
けを行ない、その結果装入物の中心が速く冷却さ
れるので、ノズルの揺動速度をなるべく終端位置
の範囲で小さくする。

本発明の別の特徴によれば、ノズルの直径がノ
ズルと装入物へ当る点との間隔の少なくとも1/10
である。これは、ノズルから出るガス流の速度が
ノズル出口からの距離の増大につれて減少すると
いう事実を考慮している。噴流の中心の速度はノ
ズル直径のほぼ10倍まで一定である。この理由か
ら比較的大きい直径をもつノズルが設けられてい
るので、噴流はほぼ流出速度で装入物へ当る。

好ましい構成は、加熱室の互いに対向する側特
に床と天井に、冷却ガスを加熱室へ供給するため
の同じ室開口とノズルとを設けることを提案す
る。それにより装入物は２つの側から冷却ガスを
当てられ、それにより冷却過程が加速され、さら
に均一化される。

ノズルの冷却ガス供給導管が、流量を互いに無
関係に調整する絞り弁を備えていると有利であ
る。これは、装入物を載せる装入物支持台も同様
に床ノズルにより付加的に共に冷却せねばならな
いことを考慮して行なわれる。したがつて下には
上より大きい熱量を供給せねばならず、これは冷
却ガス導管にある絞り弁により上と下で冷却流を
絞ることによつて可能となる。それにより熱伝達
の整合が装入物の寸法および質量分布に関係なく
可能になり、ひずみのない均一な冷却が保証され
る。

速すぎる冷却の場合、送風機の前に設けられる
体積流量調整器によつて、ノズルへ供給される冷
却ガスの冷却速度を調整して、要求に合わせるこ
とができる。

実施例 本発明の対象のそれ以外の詳細および利点は、
本発明による炉の好ましい実施例を概略的に示す
添付図面の以下の説明から明らかになる。

加圧ガス急冷装置をもつ単室真空炉は鋼製の二
重壁炉ハウジング１を含み、この炉ハウジング内
に加熱室２が設けられている。炉ハウジング１は
円筒状であり、炉ハウジング１の下側に溶接され
た脚３上にある。炉ハウジング１は端面（図面に
おいて左側）に開放揺動可能な前面扉４を備えて
おり、この前面扉も同様に二重壁に構成されてい
る。炉ハウジング１の反対側端面（図面では右
側）は中心に円形切欠きをもち、この切欠きへ挿
入されるフード５は後述する電動機６の収容に用
いられる。

加熱室２は一体の黒鉛絶縁物８で内張りされた
鋼殻７から作られている。加熱室２は床と天井に
それぞれ冷却ガスが通ることのできる大きい室開
口９，９′を備えている。これらの室開口９，
９′は加熱期間および保持期間中絶縁された締切
り引き戸１０，１０′により閉鎖されている。閉
鎖運動は図示しないピストン−シリンダ装置によ
り空気圧で行なわれる。加熱室２は、保守作業を
容易にするため炉ハウジング１から引出すことが
できるように、図示しない車の上に支持すること
ができる。

加熱室２は開放揺動可能な絶縁された扉１１に
より前面を閉じられ、装入かごの形の装入物１２
を前面からこの加熱室２へ入れることができる。
取扱いのため装入物１２は装入物支持台１３上に
ある。加熱室２の内部は扉１１にあるのぞき窓を
通して観察することができる。

加熱室２の内部には装入物１２の上と下に電気
熱素子１４が設けられて、処理温度への装入物１
２の急速な加熱と高い温度均一性とを保証してい
る。炉ハウジング１と加熱室２の殻とを通して加
熱素子１４への給電は、従来のやり方で行なわ
れ、ここにはこれ以上説明しない。

炉ハウジング１の内部には、加熱室２の後に多
数の冷却コイルをもつ熱交換器１５があり、図示
しない供給導管を介して冷却コイルへ水が供給さ
れ、同様に図示しない排出導管を介して冷却コイ
ルから水が排出される。熱交換器１５は、装入物
１２中の高温工作物の所で暖められた冷却ガスを
速やかに冷却するのに役だつ。

冷却ガスは、炉ハウジング１内で同じように熱
交換器１５の後に設けられている高出力送風機１
６によつて循環せしめられる。この送風機１６は
熱交換器１５に近い方の側に中心ガス吸入接続管
片１７をもち、この接続管片の中に設けられた体
積流量調整器１８によつて、冷却速度を要求に合
わせることができる。送風機１６を駆動する電動
機６は、炉ハウジング１の端面を後方へ拡張する
フード５内に同軸的に収容されている。

送風機１６には下部および上部の冷却ガス供給
導管１９，１９′が接続され、炉ハウジング１の
床および天井へ開口している。冷却ガス供給導管
１９，１９′内には互いに無関係に操作可能な絞
り弁２０，２０′が組込まれ、これら絞り弁によ
り冷却ガス供給導管１９，１９′を通る冷却ガス
の流量したがつて下および上から装入物１２への
冷却ガスの供給を調整することができる。それに
より一方の側でいつそう大きい熱を放出できるの
で、不均一な形状の装入物１２を均一に冷却する
ことができる。

冷却ガス供給導管１９，１９′が炉ハウジング
１の床および天井に開口する範囲には、冷却ガス
分配装置としてのノズル２１，２１が設けられて
いる。これは特に第３図および第４図からわか
る。ノズル２１，２１′は円筒状に構成されて、
同じ直径をもつている。これらは部分円筒２３，
２３′の殻２２，２２′に列をなして設けられ、部
分円筒２３，２３′の軸線は揺動軸線をなす揺動
軸２４，２４′であり、この揺動軸２４，２４′の
まわりに部分円筒２３，２３′がノズル２１，２
１と共に揺動することができる。揺動軸２４，２
４′は軸受２５，２５′に支持され、図示しない電
動機により往復揺動できるように駆動可能であ
る。揺動軸２４，２４′は室開口９，９′の断面の
なす面に対して平行にこの面の中心を通つて延
び、ノズル２１，２１′はこの断面のなす面の中
心垂線Ｍに対して対称に設けられている。

部分円筒２３，２３′の外側殻表面２６，２
６′は、これに対し平行に設けられて同様に円筒
状に密封部分２７，２７′に接しているので、部
分円筒２３，２３′のいかなる揺動位置でも外側
殻表面２６，２６′と密封部分２７，２７′の内側
との間に密封閉鎖が行なわれる。ノズル２１，２
１′は終端位置の範囲で密封部分２７，２７′に当
る。密風部分２７，２７′は炉ハウジング１の床
および天井にある冷却ガス供給導管１９，１９′
の出口を密閉して包囲している。

ノズル２１，２１′の縦中心軸線Ｌは、上流側
の１点Ｐで室開口９，９′の断面のなす面の中心
垂線Ｍ上で出合うので、ノズルは角をなして配置
されている。さらにノズルに設けられている絞り
装置２８，２８′により、個々のノズルへのガス
流の分配を調整することができる。この絞り装置
２８，２８′とノズル２１，２１′の角形配置とに
より、ガス噴流の同じ大きさの流出速度と装入物
１２への同じ大きさの衝突速度が得られる。それ
により揺動方向に対して直角な方向における装入
物１２の均一な冷却が保証される。

ノズル２１，２１′の直径はノズル２１，２
１′と装入物１２への冷却ガス衝突点との間隔の
約1/10になつているので、噴流はほぼノズル２
１，２１′からの流出速度で装入物１２へ当る。

作 用 加圧ガス急冷装置をもつ実施例として上述した
単室真空炉は、開かれた前面扉４および同様に開
放揺動された扉１１を通して装入物１２を装入さ
れる。装入物１２は装入かご内で装入物支持台１
３上にある。加熱室の扉１１と前面扉４は例えば
焼入れを実施するため閉じられる。同様に加熱室
２の締切り引き戸１０，１０′も閉じられる。今
や排気装置が始動され、加熱室２が排気される。
加熱装置の付勢により、加熱素子１４を用いて
1300℃以上までの温度が加熱室２内に設定され
る。必要に応じて種々の温度プログラムを実施す
ることができる。

所定の時間にわたつて所望の温度を保持した
後、加熱室２は急冷のため中性ガスを最大5bar
の正圧まで満たされる。同時に送風機１６が始動
され、締切り引き戸１０，１０′が開かれる。冷
却ガスは送風機１６により高い流速で循環せしめ
られ、装入物１２は放熱により冷却される。体積
流量調整器１８と絞り弁２０，２０′により調整
を行なうことができる。

冷却ガスは、送風機１６のガス吸入接続管片１
７から冷却ガス供給導管１９，１９′を経て、部
分円筒２３，２３′と密封部分２７，２７′とによ
り区画される室２９，２９′へ流入し、そこから
ノズル２１，２１′の通過後装入物１２へ向けら
れる。冷却ガスはこの装入物１２を通つて流れ、
再び室開口９，９′を通つて側方へ出る。そのた
めに加熱室２へ付加的な開口を設けることもでき
る。冷却ガスの冷却は熱交換器１５内で行なわ
れ、冷却ガスはこの熱交換器１５の中心から出
て、ガス吸入接続管片１７を通つて送風機１６へ
再び吸入される。

装入物１２の急冷または冷却過程中ノズルが揺
動されて、冷却ガスを装入物１２全体にわたつて
均一に導く。この目的のため部分円筒２３，２
３′は揺動軸２４，２４′のまわりに連続往復運動
を行なう。処理過程は全自動で行なわれ、非常に
急速できわめて均一な冷却を行なう。ノズル２
１，２１′の揺動速度を終端位置の範囲で減少し
て、揺動運動の際装入物１２のすべての部分を同
じようにガスに当てることができる。

第５ａ図ないし第５ｇ図には、種々の構造の炉
におけるノズル系の概略配置が示されている。第
５ａ図ではノズルが上下に配置され（第１図ない
し第４図に示す実施例）、第５ｂ図ではノズルが
左右に配置され、第５ｃ図ではノズルが上下およ
び左右に配置されている。長い炉（第５ｄ図）で
は、任意の数のノズル系が前後に配置可能であ
る。第５ｅないし第５ｇは垂直炉を示し、第５ｅ
図ではノズルが左右に配置され、第５ｆ図ではノ
ズルが周囲に配置されている。第５ｇ図ではノズ
ルが複数階層に配置されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は加圧ガス急冷装置をもつ単室真空炉の
垂直縦断面図、第２図は第１図の炉の垂直横断面
図、第３図は下部ノズル系の拡大図、第４図は第
２図の下部ノズル系の拡大図、第５ａ図ないし第
５ｇ図は種々の構造の炉におけるノズル系の概略
配置を示す斜視図である。 １……炉ハウジング、２……加熱室、９，９′
……室開口、１２……装入物、１４……加熱素
子、１５……熱交換器、１６……送風機、１９，
１９′……冷却ガス供給導管、２１，２１′……ノ
ズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉ハウジング内に設けられて装入物を収容す
   る加熱室が、加熱素子を介して加熱可能であり、
   かつ送風機により熱交換器を介して循環可能な冷
   却ガスを通す少なくとも１つの閉鎖可能な室開口
   をもち、冷却ガス供給導管を通つて到来する冷却
   ガス流を制御するため、冷却ガスを入れるために
   設けられた室開口の範囲に、冷却過程において往
   復運動せしめられる分配装置が揺動可能に支持さ
   れているものにおいて、分配装置としての複数の
   ノズル２１，２１′が設けられ、冷却ガスが装入
   物１２へ当る前にこれらのノズル２１，２１′を
   通つて流れることを特徴とする、金属工作物を熱
   処理する工業用炉。 ２ ノズル２１，２１′が室開口９，９′の直前に
   支持されていることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項に記載の工業用炉。 ３ ノズル２１，２１′が円筒状に構成されてい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載の工業用炉。 ４ すべてのノズル２１，２１′が同じ直径をも
   つていることを特徴とする、特許請求の範囲第３
   項に記載の工業用炉。 ５ ノズル２１，２１′の揺動軸線２４，２４′が
   室開口９，９′の断面のなす面に対して平行にか
   つこの面の中心を通つて延び、ノズル２１，２
   １′が揺動軸線２４，２４′に対して平行に少なく
   とも１つの列をなして室開口９，９′の断面のな
   す面の中心垂線Ｍに対して対称に設けられている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
   の工業用炉。 ６ ノズル２１，２１′の縦中心軸線Ｌが、上流
   側の１点Ｐで室開口９，９′の断面のなす面の中
   心垂線Ｍ上において出合つていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第５項に記載の工業用炉。 ７ ノズル２１，２１′が絞り装置２８，２８′を
   備えていることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項ないし第６項の１つに記載の工業用炉。 ８ ノズル２１，２１′が部分円筒２３，２３′の
   殻２２，２２′に設けられ、この部分円筒２３，
   ２３′の軸線が揺動軸線２４，２４′に一致し、そ
   の外側または内側殻表面２６，２６′が部分円筒
   ２３，２３′に対して平行に設けられた密封部分
   ２７，２７′に揺動の際密接し、この密封部分２
   ７，２７′が炉ハウジング１へ開口する冷却ガス
   供給導管１９，１９の端部をも同様に密封して閉
   鎖することを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   ないし第７項の１つに記載の工業用炉。 ９ ノズル２１，２１′の揺動速度が終端位置の
   範囲で小さくなつていることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項ないし第８項の１つに記載の工
   業用炉。 １０ ノズル２１，２１′の直径がノズル２１，
   ２１′と装入物１２へ当る点との間隔の少なくと
   も1/10であることを特徴とする、特許請求の範囲
   第３項に記載の工業用炉。 １１ 加熱室２の互いに対向する側が、冷却ガス
   を加熱室２へ供給するための同じ室開口９，９′
   とノズル２１，２１′とをもつていることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載の工業用
   炉。 １２ ノズル２１，２１′の冷却ガス供給導管１
   ９，１９′が、流量を互いに無関係に調整する絞
   り弁２０，２０′を備えていることを特徴とする、
   特許請求の範囲第８項に記載の工業用炉。 １３ 送風機１６の前に、ノズル２１，２１′へ
   供給される冷却ガスの冷却速度を調整する体積流
   量調整器１８が設けられていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項に記載の工業用炉。