JPH0826393B2 - 加熱炉における炉内冷却方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加熱炉における炉内冷却方法に係り、特
に、加熱後の高温状態の被処理物を、炉内に冷却ガスを
循環させることにより急速に冷却する方法に関するもの
である。

［従来の技術］ たとえば、鋼等の材料を焼入れするには、被処理物を
加熱炉内において所定温度に加熱処理した後、炉内に導
入した冷却ガスを循環させることにより被処理物を急速
に冷却するような方法が採られる場合がある。この場
合、第３図に示すように、炉体１の内部に形成された加
熱室２内に、リザーブタンク３から冷却ガス（N₂等の不
活性ガス）を所定圧力になるよう導入した後、循環ダク
ト４の途中に配された熱交換器５およびターボブロワ
（送風器）６からなる冷却装置７によって、矢印のごと
く加熱室２内に導入された冷却ガスを循環させて、加熱
室２内で加熱された被処理物Ｗを冷却している。

なお、第３図を補足説明すると、８はプレナムチャン
バ、９は加熱室２を形成する断熱壁、10はヒータであ
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記方法においては、リザーブタンク３か
ら加熱室２内に配管されるガス導入管2aは通常比較的細
いので、炉体１内に導入される冷却ガスの圧力が、ター
ボブロワ６が始動できるようになるまでに時間がかか
り、さらに、このターボブロワ６は、始動してからその
能力を100％発揮する最大回転状態、つまり全負荷運転
状態になるまでにも時間を要する。したがって、被処理
物Ｗは、その冷却初期の段階で急速に冷却されず徐冷状
態となり、焼入れが不十分なものとなってしまう場合が
あった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するためになされたものであ
って、被処理物を真空状態の加熱炉内で加熱処理した
後、加熱炉外部に配備した熱交換器および送風器からな
る冷却ガス循環式の冷却装置により、この冷却装置と炉
内とに、ダクトを介して冷却ガスを循環させることによ
り被処理物を冷却するに際し、被処理物の加熱処理終了
以前に、前記ダクトに設けた弁を閉じた状態にしておく
とともに、この弁により仕切られる冷却装置側のガス流
路に冷却ガスを高圧状態に充填しておき、被処理物の加
熱処理終了後、前記弁を開いて冷却装置と炉内をダクト
を介し連通状態にして炉体内に冷却ガスを瞬時に導入す
るとともに、前記冷却装置によって炉体内に冷却ガスを
循環させるようにしたことを特徴とし、さらに、前記被
処理物の加熱処理終了後、前記弁を開いて炉内に冷却ガ
スを導入させる際、前記冷却装置の送風器をあらかじめ
全負荷運転状態としておくこと、ならびに、前記ガス流
路に冷却ガスを高圧状態に充填する際、その圧力を、前
記弁を開いて冷却装置と炉体内をダクトを介して連通さ
せた際、直ちに炉体内の冷却ガスが所望の圧力で充満さ
れるよう設定しておくことを含むものである。

［作用］ 被処理物の加熱処理が終了したら、冷却装置の送風器
を回転させるとともに、弁を開いて冷却装置と炉内をダ
クトを介して連通する。これにより、冷却装置側のガス
流路内の高圧の冷却ガスが、炉内に瞬時に導入される。
このように、冷却ガスが炉内に瞬時に導入されると、被
処理物は、高温状態から急激に冷却される。

上記において、被処理物の加熱終了後、冷却装置と炉
内を連通状態とする段階で、送風器をあらかじめ全負荷
運転状態にしておくことにより、さらに速く冷却ガスを
炉内に導入させ、かつ冷却ガスが送風器の100％の能力
で循環させられる。

また、被処理物をできる限り瞬時に所望の圧力下で冷
却し始めたい場合には、冷却装置側のガス流路内に充填
される冷却ガスの圧力を、冷却装置と炉内が連通した際
に炉内が所望の圧力になるよう高圧に設定することによ
り可能である。

［実施例］ 以下、本発明方法の一実施例を第１図および第２図を
参照して説明する。

第１図は本発明方法を実施し得るに好適な加熱炉およ
び冷却装置を示し、まずこれらの構成を説明する。な
お、これら図において第３図と共通構成要素には同じ符
号を付してある。

図中、11は加熱炉を示し、この加熱炉11は、円筒横置
き型の炉体１と、この炉体１の内部である炉内1aに配さ
れた円筒状のプレナムチャンバ８と、このプレナムチャ
ンバ８内に配され、加熱室２を形成する円筒状の断熱壁
９と、加熱室２内に複数配されたヒータ10とから概略構
成されている。

炉体１には、図示せぬ真空排気装置が接続される排気
口12が形成されており、また、冷却ガス導入口13および
冷却ガス排気口14が形成されている。断熱壁９の周壁お
よび両端壁には、断熱壁９内外を連通する冷却ガスノズ
ル9aが多数形成されている。

前記冷却ガス導入口13には、冷却ガス導入ダクト（以
下導入ダクトと略す）15が、また、前記冷却ガス排気口
14には、冷却ガス排気ダクト（以下排気ダクトと略す）
16が取り付けられ、これらにより循環ダクト４が構成さ
れている。導入ダクト15は、前記プレナムチャンバ８内
に連通しており、また、排気ダクト16は、炉体１とプレ
ナムチャンバ８との間の空間に連通している。また、各
ダクト15、16には、それぞれ真空高圧弁（弁）17,18が
それぞれ設けられている。

前記各ダクト15、16は、炉体１の外部方向に延び、冷
却装置７を介して連通している。この冷却装置７は、排
気ダクト16側に配された熱交換器５と、導入ダクト15側
に配されたターボブロワ（送風器）６とが連設されてな
るものである。

また、排気ダクト16の高圧真空弁18と前記熱交換器５
との間には、冷却ガス導入管19が接続され、この導入管
19には、冷却ガス導入弁20が設けられている。冷却ガス
導入管19は、冷却ガス（N₂等の不活性ガス）が貯蔵され
た図示せぬリザーブタンクに接続されている。

そして、前記冷却ガス導入弁20を開き、さらに両真空
高圧弁17、18を開き、かつ送風器６を作動させることに
より、前記リザーブタンク内の冷却ガスが、冷却装置７
→導入ダクト15→炉内1a→排気ダクト16→冷却装置７の
順で循環していくようになっている。このようなガス流
路は、前記両真空高圧弁17、18により、第１図に示すよ
うに、冷却装置７側のガス流路Ａと加熱炉11側のガス流
路Ｂとに仕切られる。

なお、排気ダクト16が取り付けられた冷却ガス排気口
14の内側には、この排気口14から離間した状態で排気口
14を覆うように、脚21aに支持されて円板状のガス分散
板21が取り付けられている。また、図においてＷは被処
理物である。

次に、上記加熱炉11および冷却装置７により、本発明
方法にもとづいて被処理物Ｗを焼入れする手順を説明す
る。

まず、真空高圧弁17、18を閉じて、冷却装置７側のガ
ス流路Ａと加熱炉11側のガス流路Ｂとを仕切った状態に
し、炉内1a（ガス流路Ｂ内）を真空にした後密閉する。
そして、ヒータ10により加熱室２内の被処理物Ｗを所定
温度に加熱する。

また、この加熱処理中、あるいは加熱前の段階で、冷
却ガス導入弁20を開いてリザーブタンクから冷却装置７
を含むガス流路Ａに冷却ガスを所定圧力の高圧状態とな
るよう充填し、その後冷却ガス導入弁20を閉じてガス流
路Ａを密閉してガス流路Ａの高圧状態を保持しておく。

被処理物Ｗの加熱処理が終了したら、ターボブロワ６
を回転させるとともに、排気ダクト16側の真空高圧弁18
を開き、その後、導入ダクト17側の真空高圧弁17を開
き、両ガス流路Ａ、Ｂを連通する。これにより、ガス流
路Ａ内の高圧の冷却ガスが、まず、冷却ガス排気口14か
ら、続いて冷却ガス導入口13から炉内1aに瞬時に導入さ
れる。

このように、冷却ガスが、ガス流路Ａから炉内1aに瞬
時に導入されると、加熱室２内の被処理物Ｗは、高温状
態から急激に冷却され焼入れ処理がなされる。

初めに冷却ガス排気口14から炉内1aに導入される冷却
ガスは、ガス流路Ｂ内が真空でガス流路Ａ内が高圧状態
であるため、流速および流量が大きいが、冷却ガス排気
口14の内側に取り付けられた分散板21に衝突するので、
炉内1aに導入される冷却ガスは四方に分散して流速が減
じられる。したがって、流速の大きいまま加熱室２内に
冷却ガスが入らないので、加熱室２内の被処理物Ｗが冷
却ガスの風圧で飛ばされたり、熱変形を起こすようなこ
とがない。

上記のようにして炉内1aに冷却ガスが導入されたら、
この冷却ガスは、冷却装置７のターボブロワ６により矢
印のごとくターボブロワ６→導入ダクト15→炉内1a→排
気ダクト16→熱交換器５→ターボブロワ６の順で循環し
ていき、これによって被処理物Ｗは冷却される。

このような方法によれば、冷却装置７側のガス流路Ａ
に冷却ガスを高圧状態に充填しておき、被処理物Ｗの加
熱終了後、両真空高圧弁17、18を開いてガス流路Ａ、Ｂ
を連通することにより、ガス流路Ａ内の高圧の冷却ガス
が瞬時に炉内1aに導入され、これによって、被処理物Ｗ
は急速に冷却され、焼入れが十分になされる。したがっ
て、従来焼入れの困難であった材質のものや、冷却しに
くい大きなものであっても、急速に冷却して焼入れする
ことが可能となった。

なお、上記方法の手順において、被処理物Ｗの加熱終
了後、両真空高圧弁17、18を開いてガス流路Ａ、Ｂを連
通状態とする段階で、ターボブロワ６の回転を、あらか
じめ最大回転状態（全負荷運転状態）にしておくことに
より、さらに速くターボブロワ６の100％の能力で冷却
ガスを導入させ、直ちに冷却を開始させることができ
る。これは、ターボブロワ６を始動させてから最大回転
状態になるまでにはそれなりの時間を要するので、あら
かじめ始動させておき、両ガス流路Ａ、Ｂが連通状態と
なった時点で冷却ガスを循環させる能力を十分に発揮さ
せるということである。

また、上記方法において、被処理物Ｗを所望の圧力下
で冷却したい場合には、あらかじめガス流路Ａ内に充填
される冷却ガスの圧力を、両流路Ａ、Ｂが連通した状態
で炉内1aがその所望の圧力になるよう設定することによ
って可能である。

すなわち、たとえば被処理物Ｗを1500Torrの圧力下で
冷却したい場合、ガス流路Ａの容積がガス流路Ｂの容積
の1/3であるとすると、ガス流路Ａ内をあらかじめ6000T
orrに充填しておけば、両真空高圧弁17、18を開いて両
ガス流路Ａ、Ｂを連通させれば、両ガス流路Ａ、Ｂ内は
瞬時に1500Torrの圧力になる。したがって、炉内1a（加
熱室２内）の被処理物Ｗは、1500Torrの圧力下で冷却さ
れる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の加熱炉における炉内冷
却方法によれば、被処理物を真空状態の加熱炉内で加熱
処理した後、加熱炉外部に配備した熱交換器および送風
器からなる冷却ガス循環式の冷却装置により、この冷却
装置と炉内とに、ダクトを介して冷却ガスを循環させる
ことにより被処理物を冷却するに際し、被処理物の加熱
処理終了以前に、前記ダクトに設けた弁を閉じた状態に
しておくとともに、この弁により仕切られる冷却装置側
のガス流路に冷却ガスを高圧状態に充填しておき、被処
理物の加熱処理終了後、前記弁を開いて冷却装置と炉内
をダクトを介し連通状態にして炉体内に冷却ガスを瞬時
に導入するとともに、前記冷却装置によって炉体内に冷
却ガスを循環させるようにしたことを特徴とし、さら
に、前記被処理物の加熱処理終了後、前記弁を開いて炉
内に冷却ガスを導入させる際、前記冷却装置の送風器を
あらかじめ全負荷運転状態としておくこと、ならびに、
前記ガス流路に冷却ガスを高圧状態に充填する際、その
圧力を、前記弁を開いて冷却装置と炉体内をダクトを介
して連通させた際に炉体内の冷却ガスが所望の圧力で充
満されるよう設定しておくことを含むものであるから、
被処理物を冷却ガスにより急速に冷却することが可能と
なった。したがって、従来急冷処理が困難であった材質
のものや大きな被処理物であっても、急冷処理ができ、
また被処理物を所望の圧力下で冷却することができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施し得るに好適な加熱炉および冷却
装置の概略構成を示す正断面図、第２図は第１図II-II
線に沿う断面図、第３図は従来方法を説明するための加
熱炉および冷却装置の正断面図である。 1a……炉内、４……ダクト、５……熱交換器、６……タ
ーボブロワ（送風器）、７……冷却装置、11……加熱
炉、17,18……真空高圧弁（弁）、Ａ……冷却装置側の
ガス流路、Ｗ……被処理物。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理物を真空状態の加熱炉内で加熱処理
   した後、加熱炉外部に配備した熱交換器および送風器か
   らなる冷却ガス循環式の冷却装置により、この冷却装置
   と炉内とに、ダクトを介して冷却ガスを循環させること
   により被処理物を冷却するに際し、被処理物の加熱処理
   終了以前に、前記ダクトに設けた弁を閉じた状態にして
   おくとともに、この弁により仕切られる冷却装置側のガ
   ス流路に冷却ガスを高圧状態に充填しておき、被処理物
   の加熱処理終了後、前記弁を開いて冷却装置と炉内をダ
   クトを介し連通状態にして炉体内に冷却ガスを瞬時に導
   入するとともに、前記冷却装置によって炉体内に冷却ガ
   スを循環させるようにしたことを特徴とする加熱炉にお
   ける炉内冷却方法。
2. 【請求項２】前記被処理物の加熱処理終了後、前記弁を
   開いて炉内に冷却ガスを導入させる際、前記冷却装置の
   送風器を前もって運転させておくことにより全負荷運転
   状態としておくことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の加熱炉における炉内冷却方法。
3. 【請求項３】前記ガス流路に冷却ガスを高圧状態に充填
   する際、その圧力を、前記弁を開いて冷却装置と炉体内
   をダクトを介して連通させた際に炉体内の冷却ガスが所
   望の圧力で充満されるよう設定しておくことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の加熱炉における炉内冷却
   方法。