JPS5839727A - 金属熱処理における加熱金属の冷却方法 - 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】 な説明は金属熱処理における加熱金属の冷却方法に関す
るものである。

更に詳しくは、金属熱処理において、所定温度に加熱さ
れた金属を流動層により所定温度に冷却する方法に関す
るものである。

従来、金属熱処理において、所定温度に加熱された金属
を所定温度に冷却するに際し、自然放冷のほかに空気の
強制対流による冷却などが実施されているが、これらで
は急速な冷却が困難であった。このため一般には、油、
水、溶融塩、溶融金属などの中−に浸漬して急速冷却す
ることが実施されていた。

しかし、この従来方法においては、蒸気発生による環境
衛生上の問題、洗浄廃液等による公害上の問題、異物の
混入による安全上の問題。

被処理金属の腐食問題、更には冷却温度制御の困難な問
題等が発生し、必ずしも満足しうる方法でなかった。

そこで近年においては、これにかわってアルミナやジル
コン砂のような耐熱性の粉粒体に空気又は不活性ガスな
どを吹込んで粉粒体の流動状態を形成する所謂流動層に
よる冷却が大いに注目されるようになって来た。

しかし、この方法は、前記従来方法における「環境衛生
上の問題」、「公害上の問題」。

「安全上の問題」、「腐食の問題」、［冷却温度制御の
困難な問題］等を解消しうる反面、その冷却速度が遅い
という金属熱処理上致命的な欠点を有していた。

このため一部の金属熱処理、例えば炭素鋼又は高炭素工
具鋼の焼入れ、工具鋼のオーステンパーなどには応用す
ることができず、特に厚肉の物に対しては応用すること
ができなかった。

本発明は、このような従来方法の欠点に鑑みて発明され
たものであり、その目的とするところは、金属熱処理に
おいて、きわめて簡毘、かつ経済的な手段により加熱金
属の急冷を行うことができると共に広範囲に冷却速度を
制御することができ、而して目的に応じた冷却処理を行
うことができる加熱金属の流動層式冷却方法を提供する
ものである。

この目的を達成する本発明に係る冷却方法は金属熱処理
において、所定温度に加熱された金属を流動層により所
定温度に冷却するに際し、前記流動層に少量の水を供給
することを特徴とするものである。

なお本発明において「少量」とは、流動層を形成するア
ルミナ粒やジルコン砂などの流動熱媒体の流動化を妨げ
ず、かつその気化熱及び顕熱によって被処理金属が所定
温度に冷却されるに必要十分な量を意味し、また「供給
」とは、第１図に示すようにスプレーノズル（５ａ）で
流動層上に噴射する態様や、第２．４図に示すようにス
プレーノズル（５ｂ）　、　（５ｃ）で流動層中に噴射
（好ましくは浸漬されている被処理金属に近接した位置
に噴射）する態様や、更には流動熱媒体を流動化するた
めの流動化ガスに水滴として同伴させてこれを圧力室か
ら散気板を経て流動層中に供給する態様等を包含するも
のである。

第１図及び第２図に示す実施例において、散気板（１）
で仕切られた炉内上方の室にはアルミナ粒若しくはジル
コン砂等の流動熱媒体（２）が充填され、そして下方の
室（３）には配管（４）を介して空気又は不活性ガス等
の流動化ガスが供給され、而して室（３）から散気板（
１）を通過して流動熱媒体（２）中に流入する流動化ガ
スによって前記媒体（２）が流動化されて流動層を形成
している。またこれらにはスプレーノズル（５ａ）　　
（５ｂ）　　？！：図示図示−ヒータが設けられており
、スプレーノズル（５ａ）は流動層上に水を噴射しうる
ように、そしてスプレーノズル（５ｂ）は流動層中に水
を噴射しうるように設けられている。

なりこれらノズルの配設形態は流動層の大きさ及びその
配設位置等によりリング状、シャワー状などに適宜選択
又は組み合して各種の形態に設けることができる。

焼入れなどの熱処理する場合にＥいて、図示しない適当
な周知の加熱手段で所定温度に加熱された金属（Ｍ）が
図示のように耐熱性ネット材で構成されたバスケット（
６）に収容され、あるいは直接吊下げられて前記流動層
に浸漬され所定温度に冷却される。

この際、バスケット（６）の浸漬がパッチ式の場合シこ
はその浸漬直前若しくは同時又は直後にスプレーノズル
（５ａ）又は（５ｂ）から水を噴射する。

またセミバッチ式の浸漬の場合にはその浸漬サイクルに
あわせて連続的に水を噴射する。なお一般に熱浴焼入れ
の場合（前記ヒータで低温度に流動層を加熱している場
合）には直前に、そして常温浴焼入れの場合（前記ヒー
タで流動層を加熱していない場合）には同時又は直後に
噴射するが、これらに限定さすに金属（Ｍ）の大きさ、
種類及び熱処理の目的等により所定の冷却速度が得られ
るように適宜選択することができる。

まト噴射する水量は、流動熱媒体（２）の流動化を妨゛
げず、かつその気化熱及び顕熱によって金属（Ｍ）が所
定温度に冷却されるに必要十分な量。

にコントロールしなければならなく、この条件が保たれ
る限りにおいては、流動層に浸漬途中の金［（Ｍ）に対
し、スプレーノズル（５ａ）又は（５ｂ）から直接、水
を噴射しても良い。

このように流動層に水を噴射することによって金属、（
Ｍ）の冷却をより急速に行うことができるが、その理由
として、水の大きな気化熱により金属（Ｍ）で流動熱媒
体（２）が加熱されるのを防止し、前記、媒体（２）と
金属ＣＭ）間の温度差をより大きくして冷却速度を増加
すること、水の気化により流動状態が通常よりも激しく
なり前記媒体（２）と金属（Ｍ）間の熱伝達を向上させ
ること、一部の水に金Ｘ　（Ｍ）が直接、接触し気化す
ることにより冷却を一層推進すること等が考えられる。

第３図において、直径２５期のＳ４５Ｃ棒材について水
を７％（炉内に充填−された流動熱媒体の量に対する比
）噴射した場合の冷却能を曲線（Ａ）で、また５％噴射
した場合の冷却能を曲線（Ｂ）で、更に水を噴射しない
場合窃冷却能を曲線（Ｃ）で示すが、これからも明らか
のように本発明によればより急速に冷却することができ
る。

水を７％噴射した場合、６００℃まで冷却するに要する
時間は水を噴射しない場合に比して約４となり、また水
の噴射量を増減させることにより冷却速度を広範囲にコ
ントロールすることができ、しかも高温域で速く、低温
域で遅い冷却速度が得られる。

なお前記曲線（Ａ）〜（Ｃ）は前記棒材の中心部におけ
る温度を測定して得られたものである。

本発明においては流動層への水の供給は、前述の実施例
のようにスプレーノズルを介して噴射する態様のみに限
定されず、配管（４）から供給する流動化ガスに水滴と
して同伴させて流動層へ供給する態様なども包含するが
、供給水量を容易にコントロールすることができる点等
からしてスプレーノズルで噴射するのが最も好ましい。

また熱処理する金属（Ｍ）は、棒体、板体、線条体など
いかなる形態の物であってもよく、さらに流動層への金
属（Ｍ）の出入れについてもバッチ式、連続式などいか
なる方式であってもよいＯ 第４図において鋼線又は銅帯の金属（Ｍ）を連続的に熱
処理する実施例を示すが、金属（Ｍ）は流動層加熱炉（
８）で所定温度に加熱され、そして流動層冷却炉（９）
で所定温度に冷却される。すなわち前記冷却炉（９）の
入口部流動層中に配されているスプレーノズル（５ｃ）
から噴射される水によって冷却される。この際、噴射さ
れる水量は金属（Ｍ）から除去すべき熱量にあわせて適
量にコントロールされる。もし必要ならば入口部を除く
他の流動層領域に簡単な仕切手段等を設けて炉の温度を
所要の保定温度にコントロールしてもよい。なりこのよ
うな例は、従来多く使用されている溶融鉛バスにかえて
使用することができ、例えば鋼線のパテンティング処理
において実施することができる。図中、（７）は金属（
Ｍ）を案内するガイドローラであり、これらは適宜（こ
駆動若しくは従動ローラに設けられてし）る。

以上述べたように本発明によれば次のようなすぐれた各
種の効果が得られる。

（ａ）水を供給して流動層で冷却するから、鋼の焼入れ
などにおＣ）で重要な６００℃〜５００℃の温度域にお
ける冷却速度をきわめて速くすることができ、従来にお
いては処理が不可能であったオーステンパーなども行う
ことができる。

（ｂ）水を使用するから、きわめて簡単、かつ経済的に
冷却速度を広範囲にコントローｌしすることができる。

（ｃ）流動層を使用するから、均一な処理温度が得られ
焼割れ、焼ひずみの発生を減らすこと力（できると共に
公害などの発生も防止すること力（でき、かつ省エネル
ギ化も図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図９％２図、第４図は本発明の実施例Ｃとついて、
流動層による加熱金属（Ｍ）の冷却態様を示す概略構成
図である。 第３図は冷却速度曲線図である。 （１）：散気板　、　　　（２１：流動熱媒体（５ａ〜
５Ｃ）：水噴射用スプレーノズル（Ｍ）：加熱金属 特許出願人　　　東し・エンジニアリング株式会社第１
ｖＲ第２ｒＩＡ 第３図 時ｆｆ１（ト）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定温度に加熱された金属を流動層に浸漬して所
   定温度に冷却するに際し、前記流動層に少量の水を供給
   することを特徴とする金属熱処理における加熱金属の冷
   却方法。