JPS6115079A - ガス循環式加熱又は冷却炉 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、炉内ガスを加熱、または冷却しつつ炉内を
循環させて、処理対象物を加熱、ま１ｃは冷却するガス
循環式加熱又は冷却炉であって、例えば、金属熱処理炉
、あるいは種々の目的の加熱装置又は冷却装置として用
いられるものに関し。

特に、炉内ガスの温度を均一化するための技術に係るも
のである。

〔従来の技術］ 第８〜筆】３図に従来工９用いられている熱処理炉の構
造、およびその種々の特性図を示す、この熱処理炉の構
造は、第８図、＠９図に示す如く、炉体ｌ内に加熱室２
１−＃ｌｉ！し、この加熱室２内にマツフルプレート３
ｆ設けて、加熱室２内を処理対象物（以下処理物と略す
）Ｍが収容される処理室４とこの処理室４に通じる加熱
用ガス通路５とに仕切り、加熱用ガス通路５には加熱体
（ヒーター３６ｆ配置し、処理室４の上方には、垂直な
回転軸を有して水平面内で回転する噌環ファンマを設置
し、一方、加熱室２の壁部には、気密シール権能はない
が熱燻へい機能を持つ上部扉８、下部ｎ９を設け、加熱
室２の外部は冷却用ガス通路１０となして、その下方部
に冷却コイル１１を配置し、炉内りり処理物に有害なガ
スを排気するｔめに炉体１に真空パルプ１２−を介して
真空ポンプ１２を接続し、まｆｃ％前記炉体１は、熱風
ガスよシ炉体１を保護するために２重壁による水冷ジャ
ケット構造とし友ものである、なお、１３は処理物Ｍを
載せる炉床、１４は循環ファン７を態動するモータであ
る。

上記の熱処理炉において、加熱サイクルでは、加熱体６
にエフ加熱された炉内ガスが循環ファン７の送風に工す
実線矢印（イ）に示す如く流れて、処理室４と加熱用ガ
ス通路５とを通る加熱系循環径路を循環し、処理物Ｍｆ
加熱する。

そして、冷却サイクルに入ると、加熱体６への通電はオ
フとなシ、かつ、上部扉８、下部扉９が開とな夛、ガス
は、循環ファン７の送風にＬシ破線矢印（ロ）の如く流
れて、処理室、４と冷却用ガス通路１０とを通る冷却系
循環径路を循環し、冷却用ガス通路１０で冷却コイル１
１に工す冷却されて、処理物ＭＯ冷却を行う。上記の如
き加熱、冷却に工す処理物Ｍの熱処理を行う。

従来の熱処理炉では、炉内ガスを循環させる循環ファン
は、第８図におけるＸ−Ｘ線矢視断面を略図で表す第１
Ｏ図に示す如く、矢印（ハ）の一方向に回転する嶌ので
あつ九、この椙の熱処理炉において、循環ファン７から
のガスの吐出流は％第１Ｏ図に矢印に）で示す如く、循
環ファン７の外径円の接線方向に対して斜めに、旋回し
ながら吐出されるから、前面壁（ｐ）、後面壁（ｑ）、
右側壁（ｒ）、左側壁（θ）に当ったガス流は、一方向
に偏流する。したがって、例えば、右側壁（ｒ）におい
ては、＠１０図のＸ［−ＸＩ線断面部分の加熱ガス用通
路５におけるガス流速分布図である第１１図に示す如く
、前壁（ｐ）側の流速が大、後壁（ｑｌ側の流速が小と
なる。なお、実験によれば前壁（ｐｉ側が１５　ｍ／　
ｓ％後壁（ｑ）側が８−　／　ｅであつ几、また、図示
の熱処理炉は、側壁（ｒｌ、（ｓ）の長さが前後壁（ｐ
）、（ｑ）の長さに対して比較的長い場合を示すへ上記
の如く加熱通路５におけるガス流の流速分布に偏りがあ
ることに起因して、第１３図に示す如く、炉内のガス温
度が場所によって不均一となる。第１３図は、第１０図
において、処理室４内の前面壁（ｐ）側のＡ部、中央附
近の０部、後面壁（ｑ）ＩＩのＢｆｌｌＳのそれぞれに
ついての昇温特性を示すが、このように場所に工って、
お工び、昇温域（温度が上昇中にある低温域）と均熱域
（温度がほぼ一定になる高温域）との領域差に工って、
ガスの昇温特性が異なるのは次の理由による。

すなわち、第１に、前述の如く加熱用ガス通路５におけ
るガス流の流速が偏っているので、そして、ガスの＠度
上昇量は加熱体６部分を通過する時間（すなわち受熱時
間）に比例するので、第１２図に示す如く、ガスが加熱
体６部分を通過する際の温度上昇量は、流速に反比例し
、流速の低い方（前側）が大、流速の高い方（後側）が
小となること、第２に、低温域では、流速の高い方が、
加熱体６部分を通過する際の温度上昇量が小さくても熱
伝達率が大なることがら昇温速度が速く、一方、均熱時
には、加熱体６が発熱している限り、流速の低い方が相
対的に温度が徐々に上昇すること、０２つの理由に工夛
、例えば、昇温域では、前後のへ部、Ｂ部間に、前側の
Ａ部の方が高い３０〜５０℃の温度差が生じ、均熱域で
は、後側の８部の方が高い５〜１０℃の温度差が生じる
。

なお、炉内の前後の壁（ｐ）、（ｑ）の長さが側壁（ｒ
）、（θ）の長さエフ長い場合には、側壁（ｒ）、（ｓ
）近傍における流速分布、温度上昇量、炉内ガス昇温特
性は、それぞれ％第１１図、第１２図％第１３図とは逆
の特性となる。

また、冷却サイクルでは、ガスは、冷却用ガス通路１０
を通電、冷却コイル１１にエフ冷却されるが、その場合
の＠度下降貴は％ｊ４１２図において温度上昇量を温度
下降量に置き換えた分布となり、同様に炉内のガス温度
はやはり不均一となる７なお、均一なガス流速分布とな
るように、ガスの配分と案内を行うガス配分装置を設け
ることも試みられ九が、構造的にも、コスト的にも問題
かあシ％特に高揚用においては実用的でない。

〔発明が解決しょうとする問題点〕

上記の如く、循環ファン７の回転が一方向であることに
Ｘシガス流の流速分布に偏りが生じ、この几めに炉内の
ガス温度が不均一となるため、熱処理特性が低下すると
いう問題がある。

すなわち、昇温中の温度の不均一にエフ、処理＠ＶＣ熱
変形１割れが生じ易い、、また、均熱時の温度差により
、焼結あるいけ焼成の不均一が生じ、処理物に１ｆ＆槍
的、組織的な不均一が生じる、ま九、冷却中の温度の不
均一に工９％熱変形、割れが生じ易く、また、鋼の焼入
れにおいては、強度等の機械的性質の不均一が生じる７ この発明は、上述の如く種々の害を生せしめる炉内ガス
の温度分布の不均一という問題点を解決しょうとするも
のである。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、処理対象物を収容する処理室の何方を通る循
環ガス通路を備え、この循環ガス通路に、炉内ガスの加
熱又は冷却を行う加熱体又は冷却体を備え、処理室の上
部に設けた水平面内で回転する循環ファンに工り、炉内
ガスを前記循環ガス通路全通して循環させて処理対象物
の加熱又は冷却を行うガス循環式加熱又は冷却炉におい
て、上記問題点を解決するために、前記循環ファンを交
互に正転１逆転させる正逆回転制御装置ｉ１’を設は几
、ここで、本発明の炉は、加熱のみを行うものでも、冷
却のみを行うものでも％また。加熱お工び冷却の両方を
行うものでも工い。また、循環ガス通路は、加熱用ガス
通路と冷却用ガス通路とが別個に設けられ几ものでも、
あるいは共通に用いられるものでもよい。

Ｃ作用〕 上記構成において、炉内ガスは、処理室の上部の循環フ
ァンにニジ送風さ几て、処理室の側方の循環ガス通路を
通って処理室内を通る循環をなし、そして、循環ガス通
路で加熱体ま友は冷却体部分を通過する際に加熱、又は
冷却されて、処理物を加熱又は冷却する。ここで、循環
ファンは正逆回転制御装置に↓シ制御され交互に正逆回
転會くり返す、 循環ファンは水平面内で回転する（すなわち。

垂直なファン軸を待つ）ものであるから、処理室の側方
にある循環ガス通路に入るガス流の流速分布に偏りが生
じ、シ九がって、循環ファンが一方面に回〜している状
態では、前記流速分布の偏９に起因して１炉内の場所に
エフ異なる昇温特性（又は降温特性）を示し、炉内ガス
温度が不均一になるが、循環ファンが逆方向に回転し念
時に。

逆の昇温％性（又は降温特性）を示すもので、炉内ガス
温度の不均一がならされ、結局、炉内のガス温度は、場
所に工らずほぼ均一に昇温（又は降温）する、 〔実施例〕 本発明は、第８図、第９図に示した従来からある炉体構
造のものにも、循環ファンの正逆回転の制御を行う正逆
回転制御装置を設けることにより、適用できるものであ
るが、本発明の効果を充分に出すために考慮し几実雄側
を第１図〜第５図に基づいて説明する、なお、第１図に
おいて、右側半分は加熱時、左側半分は冷却時の状ｌ１
１４を示す。

この熱処理炉の構造自体は＠８図、第９囚のものとほぼ
共通するので、共通する部分には同じ符号を付して説明
を省略するが、この実施例では。

加熱室２の側壁の側方にその側壁と平行に整流板２０を
設け、その側壁外面と整流板２０との間の冷却時の循環
ガス通路、すなわち、冷却用ガス通路１０に冷却コイル
１１を配列し、また、加熱時の循環ガス通路、すなわち
、加熱用ガス通路５の上部の入口部分に加熱用ダンパ２
１を設けている。

なお、２２は図示略の真空ポンプに通じる排気口、２３
は不活性ガスまたは熱処理ガスを供給する給気口％２４
は上部扉８を開閉する上部シリンダ、２５は下部扉９を
開閉する下部シリンダ、ｌａは水冷ジャケットである、 本発明においては、循環ファン７０回転方向を制御して
交互に正転、逆転させる正逆回転制御装置が設けられて
いる、この正逆回転制御装置の１実施例ｆｒ＠２図に示
す。この正逆回転制御装置装置２６は、熱電対等の温度
センサ２７を、処理物Ｍの前後両端の近傍（例えば、第
４図におけるＡ部、８部）と基準点（例えばｌＥＡ図に
おけるＣｍ）との各々に配置し、基準点Ｃの温度に対し
、Ａ部又は８部の温度が、あらかじめ設定され九温度差
の値工すも大となった時、各温度センサ２７からの信号
が入力される偏差設定器２８が切替信号を正逆切替スイ
ッチ２９に出して、この正逆切替スイッチ２９が切シ替
わシ、＃１環ファン７のモータ１４の回転方向が切夛替
わるようにし几ものである、なお、あらかじめ偏差設定
器２８に設定する晶度差の値は、処理物の材質、形状、
お工び処理温度等の諸条件に応じて定める。

ま九、第３図は正逆回転制御装置２６の他の実施例を示
し、タイマ３０によｐ一定時間間隔で正逆切替スイッチ
３１を切替え、モータ１４を交互に正転、逆転させるも
のである。その間隔は、処理物の材質、形状％ンエび処
理ｍ度等の諸条件から経験的に最適のものに設定すると
よい、上述の熱処理炉において、加熱時には第１図の右
側半分に示す如く、加熱用ダンパ２１が開、上部！ｎ８
、下５ＪＩ９が閉とな９％炉内ガスは、矢印（イ）で示
す如く加熱用ガス通路５を通って加熱体６にニジ加熱さ
れ、処理室４内に入って処理物Ｍを加熱する。この炉内
ガスの循環は循環ファン７ＫＬシ行われるが、その際、
循環ファン７は、正逆回転制御装置２６により制御され
て、炉内ガス温度の不均一状態に応じて、または、一定
時間間隔毎に、第４図の実線矢印（＠の正転、破線矢印
（へ）の逆転を〈９返えす。したがって、循環ファン７
によるガスの吐出流は、実線矢印（ト）の方向、破線矢
印（イ）の方向に交互に切り替わり、そのガス流は、第
５図に実線で示す速度分布の状態と破線で示す逆の速度
分布の状態とを交互に〈夛返えす。したがって、ガス流
の速度分布の偏りに起因する場所にエリ異なる昇温特性
が、例えばＡ部とＢ部とで交互に入れ替わり、このため
、第６図に示す如く。

全体としてほぼ均一に昇温してい〈。

ま７ｔ％冷却時には、第１図の左側半分に示す如く、加
熱用ダンパｚ１が閉、上部扉８、下部扉９が開となり、
炉内ガスは、矢印←）で示す如く、冷却用ガス通路ｌＯ
を通って冷却体１１に工す冷却され、処理室４内に入っ
て処理物Ｍｔ−冷却する。

この冷却時における作用は、加熱時の昇温を降温におき
かえて考えれば、他は同じである、したかって、第７図
に示す如き降温特性全示し、全体としてほぼ均一にガス
温度が下降していく。

実際に運転した結果では、ガス分配装置を設置しなくて
も、炉内の温度のバラツキが従来と比べて約１／２〜１
／３となっているつま几、正逆回転切替えの同期をさら
に短かくすれば、＠度の不均一は一層小さくなろう なお、本発明を適用できる具体例を列挙すると、■機械
部品等の金属熱処理、１−なわち、歯車、ベアリング、
シャフト等の機械部品の加熱、浸炭、窒化、おＬび、プ
レス型材、特殊工具鋼のガス焼入装置、■金属、非金属
の加熱後のガス冷却装置、ｌすなわち、焼結金属、セラ
ミック頌の焼成および焼結後の冷却装置、■その他、ガ
ス強制対流による種々の目的の加熱装置お工び冷却装置
等がある。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明に工れば、正逆回転制御装置を設け
て１盾環ファンを交互に正転、逆転させな・がら加熱ま
たは冷却を行う工うにしたので、下記の如き種々の優れ
た効果を奏する。

■　炉内のガス温度分布が均一になる。

■　ガス温度分布が均一になるので、処理対象物を均一
に加熱ｔａは冷却することができる。し九がって、処理
対象物の組織的、機械的強度の均一化が得られ、また、
変形や割れが発生するのを防止することができる。

■　ガス温度分布が均一になるので、浸炭、窒化等の熱
処理において、ガスの化学的反応が均一に生じる。した
がって、均一な浸炭、窒化等の均一冶金反応が行われ、
機械的、物理的性質の均一化が得られる、

【図面の簡単な説明】

填１図〜＃４７図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は熱処理炉の断面図（但し、右側半分は加熱時、左
側半分は冷却時を示す）％第２図は正逆回転制御装置の
ブロック図、第３図は正逆回転制御装置の他の実施例を
示すブロック図、第４図は第１図におけるＷ−ＩＶ線断
面の略図、第５図は加熱用ガス通路におけるガス流速分
布図、第６図は加熱時の昇温特性図、第７図は冷却時の
降温特性図、着芋図−ゆ冷却−幸０降ｉ等性喘に第８図
〜第１３−は従来例を示すもので、第８図は熱処理炉の
断面図、第９図は＠８図におけるに−に線断面図、第１
０図は＠８図におけるｘ−ｘｉ断面の略図、第１１図は
循環ガス通路におけるガス流速分布図、＠１２図は加熱
用ガス通路におけるガス温度上昇量分布図、第１３図は
処理室内の昇温特性図である、 １・・・・・・炉体、４・・・・・・処理室、５・・・
・・・加熱用ガス通路（循環ガス通路）、６・・・・・
・加熱体、７・・・・・・循環ファン、１０・・・・・
・冷却用ガス通路（循環ガス通路）１１・・・・・・冷
却コイル（冷却体）、１４・・・・・・モータ、Ｍ・・
・・・・処理対象物、２６・・・・・・正逆回転制御装
置。 出願人　石川島播磨重工業株式会社 第２図 プロ 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 処理対象物を収容する処理室の側方を通る循環ガス通路
   を備え、この循環ガス通路に、炉内ガスの加熱又は冷却
   を行う加熱体又は冷却体を備え、処理室の上部に設けた
   水平面内で回転する循環ファンにより、炉内ガスを前記
   循環ガス通路を通して循環させて処理対象物の加熱又は
   冷却を行うガス循環式加熱又は冷却炉において、前記循
   環ファンを交互に正転、逆転させる正逆回転制御装置を
   設けたことを特徴とするガス循環式加熱又は冷却炉。