JPH07174472A - 熱間等方圧加圧方法および装置 - Google Patents

熱間等方圧加圧方法および装置

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JPH07174472A
JPH07174472A JP5320378A JP32037893A JPH07174472A JP H07174472 A JPH07174472 A JP H07174472A JP 5320378 A JP5320378 A JP 5320378A JP 32037893 A JP32037893 A JP 32037893A JP H07174472 A JPH07174472 A JP H07174472A
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JP
Japan
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pressure
chamber
gas
high pressure
medium gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP5320378A
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English (en)
Inventor
Koji Masuda
恒治 増田
Masahiko Nakaminami
政彦 中南
Kazuya Suzuki
一也 鈴木
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスの断熱膨張によってHIP処理後の冷却
を均温性を保ちつつ急速に行なう。 【構成】 高圧筒2 と上・下蓋3 ,4とにより画成される
高圧室5 内に断熱層6 と、その内側にヒーター7 を備え
て炉室8 となし、該炉室8 に装入された被処理物10を、
圧媒ガスによる熱間等方圧で加圧処理する方法である。
加圧処理後の冷却過程において前記上・下蓋3 ,4のうち
少なくとも一方の蓋を、高圧室5 内が圧媒ガスで満たさ
れた状態でかつ気密性を保ちつつ高圧室5 の容積が増大
する軸方向に移動することで圧媒ガスを断熱膨張して冷
却する。更に、本発明装置は、蓋移動用流体シリンダ12
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱間等方圧加圧方法お
よびその装置に係り、特に、熱間等方圧加圧処理(HI
P)終了後の冷却時間を短縮し、稼動効率を向上したも
のに関する。
【0002】
【従来の技術】熱間等方圧加圧(Hot Isostatic Pressi
ng 以下HIPという)は、アルゴンなどのガスを圧力
媒体とし、1000kgf/cm2 以上の圧力と1000℃以上の温度
との相乗効果を利用して加圧処理33技術であり、このH
IPにおいて高温に加熱された被処理品を急速に冷却す
ることが、稼動効率の点で重要であり、このため、特公
昭62−58770 号公報で開示されている急冷オートクレー
ブ炉、実開昭63−125794号公報で開示の技術がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術はい
ずれも圧力容器内にガス環流を強制的あるいは自然対流
として発生させ、圧力容器内壁と圧力容器内の高温ガス
の熱交換を促進することにより被処理品およびワークス
ペースを急速に冷却するものである。すなわち、ガス環
流により被処理品の熱を奪って圧力容器に伝え、圧力容
器を水冷ジャケット等により冷却することにより放熱す
るという伝熱による冷却である。
【0004】しかし、HIP装置は、ヒーターにより発
生する熱から圧力容器を保護するために、倒立コップ形
状の断熱層を具備させる必要があり、この断熱層によっ
て伝熱が起こりにくいことから、HIP処理後の冷却時
間が長くなり、稼動効率が低下するという課題がある。
また、ガス環流が処理室内を上から下へあるいは断熱層
の内側ケーシング外面を下から上へ流れながら冷却する
ものであることから、処理室内でガス流れの軸方向に温
度差が生じることは避けることができないという課題が
ある。
【0005】そこで本発明は、HIP処理後の冷却過程
において圧力容器内のガスを断熱膨張させることによ
り、容器内を均一でかつ急速に冷却できるようにしたこ
とを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、高圧筒2 と上
・下蓋3,4 とにより画成される高圧室5 内に断熱層6
と、その内側にヒーター7 を備えて炉室8 となし、該炉
室8 に装入された被処理物10を、高温高圧の圧媒ガスに
よって加圧処理する熱間等方圧加圧方法において、前述
の目的を達成するために、次の技術的手段を講じてい
る。
【0007】すなわち、請求項1に係る本発明方法は、
加圧処理後の冷却過程において前記上・下蓋3,4 のうち
少なくとも一方の蓋を、高圧室5 内が圧媒ガスで満たさ
れた状態でかつ気密性を保ちつつ高圧室5 の容積が増大
する軸方向に移動することで圧媒ガスを断熱膨張して冷
却することを特徴とするものである。更に、本発明は、
高圧筒2 と上・下蓋3,4 とにより画成される高圧室5 内
に断熱層6 と、その内側にヒーター7 を備えて炉室8 と
なし、該炉室8 に装入された被処理物10を、高温高圧の
圧媒ガスによって加圧処理する熱間等方圧加圧装置にお
いて、前述の目的を達成するために、次の技術的手段を
講じている。
【0008】すなわち、請求項2に係る本発明装置は、
加圧処理後の冷却過程において前記上・下蓋3,4 のうち
少なくとも一方の蓋を、高圧室5 内が圧媒ガスで満たさ
れた状態でかつ気密性を保ちつつ高圧室5 の容積が増大
する軸方向に移動する蓋移動用流体シリンダ12を備えて
いることを特徴とするものである。また、請求項3に係
る本発明装置は、高圧室5 内の圧媒ガスを放出するため
の開閉弁14と、高圧室5 内の圧力を測定する検出センサ
ー13と、該検出センサー13の信号に基づいて前記開閉弁
14を作動する制御部15と、を備えていることを特徴とす
るものである。
【0009】
【作用】本発明によれば、加圧処理後の冷却過程におい
て蓋移動用流体シリンダ12に対する流体圧を除圧乃至抜
くことにより、高圧室5 に満たされている圧媒ガスの圧
力と自重等によって、蓋4 が軸方向に移動することによ
り、圧媒ガス収容容積が増大し、圧媒ガスが断熱膨張す
ることで、急速にガス温度が低下する。
【0010】また、圧媒ガス収容容積が増大すること
は、圧媒ガスと接触する圧力容器内の表面積が増大する
こととなり、熱交換が促進されてこの点からも冷却が進
行する。更に、断熱変化による冷却は、伝熱による冷却
とは異なり圧力容器内の全域において同時に進行するこ
とから、高圧室 (処理室)5の均温性を損なうことなく冷
却が可能となる。
【0011】
【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。図1(A)(B)において、圧力容器1 は高圧筒2
とこの上・下開口部に図外のOリング、Uリング等より
なる高圧パッキンを介して気密下で挿脱自在に嵌合され
ている上・下蓋3,4 とを備え、これらによって高圧室
(処理室)5が画成されている。
【0012】高圧室5 内には倒立コップ形状の断熱層6
が配置され、この内側にヒーター7を備えることで炉室8
が形成されていて、該炉室8 には炉床9 を介して被処
理物10が載置されている。前記高圧筒2 は、その外周に
図外の冷却ジャケットを有している円筒体で、単肉式、
焼ばめ式、線巻式のいずれであってもよい。
【0013】前記ヒーター7 は、一般に抵抗加熱式が用
いられ最高温度で± 1%以内の均熱加熱を実現するた
め、垂直方向に複数段分割され、それぞれ独立制御可能
とするのが望ましい。このヒーター7 は、図示ではサイ
ドヒーターを示しているが、ベースヒーターであっても
よく、サイドヒーターとベースヒーターとの組合せであ
ってもよい。
【0014】また、ヒーター7 の種類は、最高使用温
度、使用雰囲気により選択され、通常、低温領域 (1200
℃以下) で耐酸化性を有する鉄−アルミークロム合金系
のものが、中温領域 (最高1700℃、通常1500℃以下) で
用いられるモリブデン系が、高温領域 (最高2600℃、通
常2200℃以下) で用いられるグラファイト系のものが採
用される。
【0015】断熱層6 は、圧力容器1 内面の温度を安全
限度以下に抑止しかつ容器1 が過大となるのを避けるた
め、寸法効率のよい断熱性能が必要で、HIP装置特有
の高圧ガスの対流による熱放散を抑えるために、通常、
ガス浸透性の少ない材料で、倒立コップ形状の断熱コッ
プを数層重ね、そのすきまには、断熱材が充填され、一
体としてハンドリングをし易くするため、最外層は、ス
テンレス鋼製の金属コップで覆われている。
【0016】その他、圧力容器1 には、アルゴン、窒素
等の圧媒ガスの高圧ガス発生装置が接続されているとと
もに、HIP処理前において高圧室を脱気するための真
空装置が接続されている。被処理物10を炉室8 に装入
し、真空装置を介して脱気した後に、高圧ガス発生装置
を介して圧媒ガスを導入するとともに、ヒーター7 を通
電制御することで高温高圧下でのHIP処理がなされる
が、この処理中における上・下蓋3,4 に作用する軸力は
該蓋3,4 の端面に対して係脱自在なプレス枠11で担持可
能とされている。
【0017】このプレス枠11は鋼板積層式、線巻式など
を採用でき、また、走行台車に立設したものでも旋回式
にしたものであってもよい。所定のHIP処理後冷却過
程においては前記上・下蓋3,4 のうち少なくとも一方、
実施例では下蓋4 を、高圧室5 内が圧媒ガスで満たされ
た状態でかつ気密性を保ちつつ高圧室5 の容積が増大す
る軸方向に移動することで圧媒ガスを断熱膨張して冷却
するための蓋移動用流体シリンダ12が備えられている。
【0018】流体シリンダ12は、シリンダチューブ12A
と、これに摺動自在として嵌合されていて通路12C を有
するピストン12B とからなり、図示の実施例では、シリ
ンダチューブ12A を下蓋4 の端面直下に取着し、ピスト
ン12B の端面にプレス枠11が係脱自在とされている。従
って、HIP処理中には、図1(A)で示す如く蓋移動
用流体シリンダ12に、非圧縮性の流体、例えば、油、水
等を供給し続けることにより、下蓋4 に作用する軸力
は、該シリンダ12を介してプレス枠11にて担持してい
る。
【0019】所定のHIP処理後は、図1(B)で示す
如く流体シリンダ12の流体を圧媒ガスの圧力とバランス
させつつ徐圧等することにより、高圧室5 内の圧媒ガス
の圧力と自重等によって、下蓋4 が除々に降下され、H
IP処理中における高圧室5の容積よりも増大すること
となり、ここに、圧媒ガスは断熱膨張の状態となり、急
速にガス温度が低下される。
【0020】仮に、高圧室5 内の圧媒ガスを理想気体と
仮定し、蓋4 を移動させる前のガス容積をV1 、ガス温
度をT1 とし、蓋移動後のガス容積をV2 、ガス温度を
T2とした場合、断熱変化の式により次の関係が成立す
る。 T2 =T1 × (V1 /V2)k-1 但し、k は断熱指数である。
【0021】今、V1 /V2 =0.5 、 T1 =2273
K 、k =1.331(アルゴンガス) とすると、上式よりT
2 =1807゜K となり、466 ℃温度が低下することにな
る。ここに、蓋の移動時間を20秒とすると、約1400℃/
min の冷却速度が期待できる。この断熱変化による冷却
は、伝熱による冷却と異なり、圧力容器1 内の全域にお
いて同時に進行するため、処理室内の均温性を損なうこ
となく冷却可能である。
【0022】また、蓋の移動とともに水冷ジャケットに
よる冷却を併行して行なうことにより、ガス容積を増大
させた分、ガスと接触する圧力容器1 内の表面積が増大
し熱交換が促進されることによっても冷却が進む。図2
(A)(B)は本発明の第2実施例を示しており、断熱
層6 はこれを上蓋3 に吊具3Aによって吊持させ、冷却過
程において定置している点が前述第1実施例と異なり、
その他は共通するので共通部分は共通符号で示してい
る。
【0023】図3は請求項3に係る本発明の実施例であ
り、既述した構成と作用に以下の構成と作用を付加した
ものである。圧力容器1 内の圧力を測定するための検出
センサー13を設け、圧力容器1 内のガスを放出するため
の自動電磁式等による開閉弁14を設け、前記センサー13
の信号を演算し、開閉弁14の開閉を制御する制御部15を
設けたものである。
【0024】すなわち、HIP処理後の冷却過程におい
て蓋4 を移動させてガス容積を増大させた後、開閉弁14
を開にしてガスを放出することにより、圧力容器1 内の
圧力を一定に保ちながら流体シリンダ12によって下蓋4
を元の位置に戻す。このときは、ガスを放出しているた
め断熱変化とはならず容器内の温度が上昇することはな
い。そして再びガス容積を増大する方向に下蓋4 を移動
させることで断熱変化による冷却効果が得られるのであ
る。勿論このときは、開閉弁14は閉じられていることか
ら圧力容器1 外部からガスが流入してくることはない。
【0025】なお、開閉弁14から放出されるガスは高圧
ガス発生装置におけるガス集合装置(ボンベ)に強制的
に回収するもの、また、差圧回路によって一部を回収す
るもの、全部を大気放出するもののいずれであってもよ
い。以上の各実施例では、下蓋4 を移動しているが、こ
れは上蓋3 を移動するものであってもよく、上・下蓋3,
4 の双方を移動させるものであっても構わない。
【0026】また、HIP装置は縦形で例示している
が、これは横形であっても原理的には可能である。更
に、流体シリンダ12は、そのピストン12B を蓋に取着
し、シリンダチューブ12A を相対的に移動するものであ
っても良く、又、流体シリンダ12は複数本の伸縮シリン
ダを組合せたものであってもよい。
【0027】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、圧
媒ガスの断熱膨張によってHIP処理後の冷却を行なう
ことから、圧力容器内の全域において均温性を損なうこ
となく急速冷却ができて、稼動効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1・2に係る本発明の第1実施例であ
り、(A)はHIP処理中の、(B)は冷却過程中の各
断面図である。
【図2】請求項1・2に係る本発明の第2実施例であ
り、(A)はHIP処理中の、(B)は冷却過程中の各
断面図である。
【図3】請求項3に係る本発明の実施例を示す概念断面
図である。
【符号の説明】
1 圧力容器 2 高圧筒 3 上蓋 4 下蓋 5 高圧室 6 断熱層 7 ヒーター 8 炉室 12 蓋移動用流体シリンダ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 35/645

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高圧筒(2) と上・下蓋(3),(4) とにより
    画成される高圧室(5) 内に断熱層(6) と、その内側にヒ
    ーター(7) を備えて炉室(8) となし、該炉室(8) に装入
    された被処理物(10)を、高温高圧の圧媒ガスによって加
    圧処理する熱間等方圧加圧方法において、 加圧処理後の冷却過程において前記上・下蓋(3),(4) の
    うち少なくとも一方の蓋を、高圧室(5) 内が圧媒ガスで
    満たされた状態でかつ気密性を保ちつつ高圧室(5) の容
    積が増大する軸方向に移動することで圧媒ガスを断熱膨
    張して冷却することを特徴とする熱間等方圧加圧方法。
  2. 【請求項2】 高圧筒(2) と上・下蓋(3),(4) とにより
    画成される高圧室(5) 内に断熱層(6) と、その内側にヒ
    ーター(7) を備えて炉室(8) となし、該炉室(8) に装入
    された被処理物(10)を、高温高圧の圧媒ガスによって加
    圧処理する熱間等方圧加圧装置において、 加圧処理後の冷却過程において前記上・下蓋(3),(4) の
    うち少なくとも一方の蓋を、高圧室(5) 内が圧媒ガスで
    満たされた状態でかつ気密性を保ちつつ高圧室(5) の容
    積が増大する軸方向に移動する蓋移動用流体シリンダ(1
    2)を備えていることを特徴とする熱間等方圧加圧装置。
  3. 【請求項3】 高圧室(5) 内の圧媒ガスを放出するため
    の開閉弁(14)と、高圧室(5) 内の圧力を測定する検出セ
    ンサー(13)と、該検出センサー(13)の信号に基づいて前
    記開閉弁(14)を作動する制御部15と、を備えていること
    を特徴とする請求項2記載の熱間等方圧加圧装置。
JP5320378A 1993-12-20 1993-12-20 熱間等方圧加圧方法および装置 Pending JPH07174472A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109690694A (zh) * 2016-07-08 2019-04-26 萨尔瓦托雷·莫里卡 主动加热炉隔离腔室
JP2020534161A (ja) * 2017-09-18 2020-11-26 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ ホットアイソスタティックプレスのためのバックアップ冷却

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JP2020534161A (ja) * 2017-09-18 2020-11-26 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ ホットアイソスタティックプレスのためのバックアップ冷却

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