JPS6043410B2 - 流動層炉による金属熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は流動層炉による金属熱処理方法に関するものて
ある（従来の技術） 金属の熱処理は固体の金属に所望の組織、性質を与える
目的て行うところの加熱と冷却操作の組合せで、金属の
再結晶、原子の拡散あるいは相の変態を利用して行う作
業である。

焼入れ、焼戻し、焼なまし、焼ならし、恒温変態熱処理
、浸炭、窒化、軟窒化などと呼れる処理がこれに相当す
る。

これらの処理は、所定のガス雰囲気下において被処理金
属をある温度から所定の温度に加熱あるいは冷却又は当
該温度に適当な時間保持し、その後に必要な次の段階の
操作に移行するものである。雰囲気ガスの役割は被処理
金属を好ましからざる酸化を防止し、また金属表面硬化
のための拡散元素を供給することにある。

すなわち、ある温度の被処理金属を所定の温度に加熱あ
るいは冷却し当該熱処理温度に所定時間保持して金属が
目的とする再結晶、原子の拡散、球状化、恒温変態など
を行う。そして、加熱若しくは冷却の速度及び保持時間
は温度の設定と同様、処理の目的、被処理金属の材質、
大きさなどによつて慎重に設定される。これらの操作は
、（イ）電気若しくは気体あるいは液体燃料て内部を加
熱することのできる容器内を空気又は所定のガス雰囲気
に保ち被処理金属を当該容器内に収容するか、（口）あ
るいは所定の温度に保つた、例えば溶融塩や溶融金属、
更には耐熱粒子と雰囲気ガスで形成される流動層の中に
浸漬するなどの方法によつて実施されていた。

なお、このようなことはに金属熱処理技術便覧』増補改
訂版第８４８頁〜第９３６頁においても開示されている
。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前記（イ）の方法では処理物の急速加熱又・は
急速冷却が困難な為、被処理金属に温度ムラを生じ適用
できる操作条件はごく限られた範囲のものでしかなかつ
た。

また、前記（口）は、急速加熱又は急速冷却が可能で適
用できる操作条件の範囲は広がるが、溶融塩・や溶融金
属を熱媒体とすると被処理金属の腐蝕、熱媒体中への水
分等の異物混入による爆発の危険、蒸気による作業環境
の悪化などの他に、融点が比較的高い為に適用温度範囲
が限られるといつた欠点があつた。

なお、流動層を熱媒体とするときにはかかる欠点は解消
されるが、流動層形成の為、炭化水素、メチルアルコー
ル蒸気など雰囲気ガスを多量に消費し運転コストが高く
なる欠点があつた。

本発明は上述した従来の欠点を改良し、広い温度範囲で
の処理が可能であると共に安全衛生的、かつ経済的な金
属熱処理方法を提供しようとするものである。

（問題を解決するための手段） この目的を達成する本発明に係る方法は、炉温を設定温
度範囲外にあつて設定熱処理温度に昇温若しくは降温中
においては雰囲気ガスを供給して炉床の耐熱性粉粒体を
流動化せしめ、すなわち流動層状態とし、かつ設定熱処
理温度範囲内に保持中においては前記ガスの供給を停止
若しくは減少せしめて炉床の耐熱性粉粒体を非流動化せ
しめ、すなわち固定床状態とすることを特徴とする流動
層炉による金属熱処理方法である。

ここで流動層と固定床についてその状態と特徴について
説明する。

粉粒体を上側が多孔板のように気体を通す板でなる二重
底容器に入れ、この多孔板を通して粉粒体に気体を吹き
込む。

最初、吹込み気体の流速が低い間は、粉粒体は静止又は
これに近い状態にある。これが固定床の状態である。し
かし、吹込み気体の流速を増大して行くとついには粉粒
体が気体によつて撹拌され、あたかも流体のように挙動
するようになる。いわゆる流動層の状態てある。流動層
は、流体と同じく固体の金属、例えば工具などを自由に
その中に浸漬できるし、また熱の伝達は単なる気体雰囲
気の１皓にも達し、ために浸漬物の加熱、冷却は速やか
に行われ層内の温度均一性も極めて良好である。これは
流動層の最も．特長のある利点てあり、その雰囲気も単
に吹込み気体を切換えるだけで容易に行われる。この為
、従来から流動層は金属熱処理に応用されていた。なお
、このようなことは、雑誌ｊ金属ｊ昭和Ｍ年４月号第３
１頁ににおいて開示されて・いる。しかし、流動層を形
成する為に多量の気体を必要とし経済的には不利な場合
がある。一方、固定床の状態はこれと対象的であつて、
粉粒体は熱伝達が悪く外部に対し断熱体としての効果が
大きい。

しかも、気体は不必要かあるいは雰囲気を保持するに必
要な少量を流すことで足りる。ここに本発明は単に気体
の流量の変更によつて異なる特性を示す流動層と固定床
の状態を交互に利用することによつて、それぞれの利点
を引き出し効果的かつ経済的な金属熱処理方法を提供す
るものである。

また本発明においてｊ雰囲気ガス』とは、焼入）れ、焼
戻し、焼なまし等の場合に用いられるＮ２ガスなどの不
活性ガス、あるいは浸炭ガス又は浸炭窒化ガスなどのよ
うな各種の成分を混合したガス等、エアー単体でなるガ
ス以外のものを意味するものである。

（実施例） 先ず処理に先立つて炉温を処理に必要な温度まで昇温す
る。

第１図によつて説明する。エアー供給管路１から空気が
圧力室２に供給かれる。

空気流量を増加すると散気板３上に充填さ・れているア
ルミナなどの耐熱性粉粒体４が散気板３を通過して来る
空気によつて流動化され、所謂流動層が形成される。ま
た所定の操作を経てヒータ５に通電され、前記流動層が
加熱される。流動層は前記のように熱伝導が容易な為、
流動層の昇温は容易である。このようにして次第に昇温
され炉内温度が熱処理温度に近づくと雰囲気ガス置換工
程に入る。すなわち、エアー供給管路１に設けられてい
る図示しないバルブが閉じられて圧空の供給が停止され
、同時に雰囲気ガス供給管路９に設けられているバルブ
１０が開かれ、雰囲気ガスが圧力室２へ供給される。

この際、固定床状態での処理を勘案し、気体流路には予
熱機１１を設置することが好ましい。従つて雰囲気ガス
か散気板３を通過して炉床に流入し、空気を置換しつつ
耐熱性粉粒体４が雰囲気ガスによつて流動化されて熱処
理に適した雰囲気の流動層が形成される。なお、この際
、予め炉床に供給された気体ガスは高温に加熱されるに
従つて次第に上方へ流動し排気管８から排出される。

このようにして所定時間経過して空気ガスにかわつて雰
囲気ガスに置換されると次に被処理物挿人工程に入る。
炉蓋７をレトルト６から離脱した後、次いで直接に、又
はパケット等に被処理金属を収容して流動層に浸漬する
。

処理中において、ヒータ５は炉内温度を一定に保つよう
に、温度調節計１６、温度指示調節計１７、制御装置１
８を介して０Ｎ−ＯＦＦ制御され、かつこの０Ｎ−ＯＦ
Ｆ制御に同調若しくはほぼ同調して雰囲気ガスの供給量
が制御される。

ここに０Ｎ−ＯＦＦ制御は必ずしもヒータ５の全面ＯＦ
Ｆを意味するものではなく、状況によつて保温用の一部
のヒータ又は電流を接続せしめるのも含むのである。

すなわち、温度調節計１６で検出される被処理金属１９
の温度と温度指示調節計１７で検出される炉温とが設定
熱処理範囲内にあるときは、制御装置１８を介してヒー
タ５への通電が停止されると共に、これと同時若しくは
ほぼ同時バルブ１０が制御され、雰囲気ガスの供給が完
全に遮断あるいは供給量が減少される。

このため流動化されていた耐熱性粉粒体４は静止又はほ
ぼ静止状態すなわち固定床の状態になる。そしてヒータ
５による加熱が停止され、雰囲気ガスの供給が停止若し
くは少量の供給状態になる。固定床の状態で被処理物は
外気に対し保温されている。保温状態の持続性を高める
為、雰囲気ガスは予熱機１１で処理温度に予熱するのが
好ましい。時間と共に炉内温度と被処理金属１９の温度
が次第に降下して設定熱処理温度範囲の下限以下に達す
ると、温度調節計１６及ひ温度指示調節計１７から制御
装置１８に所定の検出信号が送られ、制御装置１８を介
してヒータ６への通電が開始され、かつこれと同時若し
くはほぼ同時にバルブ１０が開かれ、元と同量の雰囲気
ガスが炉床に供給される。従つて静止又はほぼ静止状態
の炉床の耐熱性粉粒体が再び流動化状態になる。炉内温
度と被処理金属１９の温度が設定熱処理温度範囲の上限
以上に達した場合には、ヒータ６への通電が停止された
まま雰囲気ガスが炉床に供給され流動状態が保たれるよ
うに制御される。

次いでこのようにして所定時間熱処理した後、炉内から
製品を取出す。この製品取出工程は前述の被処理金属を
炉内へ挿入する場合と同様に炉蓋開閉装置２を操作する
ことによつて行われる。以上からして理解しうるように
、本発明においては、設定熱処理温度範囲内に保持中は
雰囲気ガスの供給を制限し非流動化雰囲気内て処理し、
かつ設定熱処理温度範囲外から設定熱処理温度範囲内に
昇温又は降温制御によつて移行する際は雰囲気ガスを供
給して流動化雰囲気内て処理するのてあり、これによつ
て高価な雰囲気ガスの使用量を減らすことができると共
にある温度から設定熱処理温度範囲内に移行する温度制
御の迅速化を図ることができ、また広い温度範囲での処
理も可能にすることができる。すなわち、換言するなら
ば昇温性、温度分布の均一性、温度制御の容易性などに
優れている流動層の特性をそのまま維持しながら固定床
の状態を組合せることによつて雰囲気ガスの使用量を減
らすことができるのであり、常に一定量の雰囲気ガスを
供給する従来法に比較して通常約１′３にガスの使用量
を減らすことができ、かつ電力の使用量も約２０％減ら
すことができ、従つて処理コストを大幅にダウンするこ
とができるのである。本発明において、流動層の加熱は
、前述した電気ヒータによる場合のみならず、炉内に燃
料を供給して加熱するなど各種に設けることができる。

なお、第１図において、２０は調圧弁、２１は断熱構造
の炉本体を示し、調圧弁２０により外気の侵入を防止し
ている。また、１２は炉蓋開閉装置であり、この装置１
２のエアーシリンダー１３を作動させてそのロッドを突
出させると、アーム１４が上方へ移動されて炉蓋７がレ
トルト６から離脱される。そしてさらにアーム１４が上
昇されるとこのアーム１４自体が所定角度に回転され、
炉蓋７がレトルト６上から他所へ移動される。すｌなわ
ち軸支体１５の内径側に設けられている突起体がアーム
１４の外径側に設けられているガイド溝に嵌合され、こ
のガイド溝の直線部ａに前記突起体が位置される状態に
おいてはアーム１４は上方へのみ移動し、そしてこの直
線部ａに接続する・螺旋部ｂに前記突起体が位置される
状態においては回転しながら上方へ移動する。このよう
にして炉蓋７をレトルト６から離脱することができる。
（発明の効果）以上、詳述したように本発明によれば、
広い範）囲での処理が可能であると共に安全衛生的、か
つ経済的な金属熱処理方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は流動層炉の概略構成図てある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 設定熱処理温度に昇温若しくは降温するときには雰
   囲気ガスを供給して炉床の耐熱性粉粒体を流動化せしめ
   、かつ設定熱処理温度範囲内に保持中においては前記ガ
   スの供給を停止若しくは減少せしめて炉床の耐熱性粉粒
   体を固定床状態とすることを特徴とする流動層炉による
   金属熱処理方法。