KR101311665B1 - 연속식 가스 침탄로 - Google Patents

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쥬가이로 고교 가부시키가이샤
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Abstract

연속식 가스 침탄로는, 피처리물 (50) 에 가스 침탄 프로세스가 수행되는 가스 침탄 프로세싱 챔버 (예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5) 및 감온 챔버 (6)), 피처리물 (50) 에 기름 급냉이 수행되는 기름 급냉 챔버 (8), 및 피처리물 (50) 에 가스 급냉이 수행되는 가스 급냉 챔버 (7) 를 포함한다. 가스 침탄 프로세싱 챔버는, 가스 침탄 프로세스에 의해 가열된 피처리물의 온도를 낮추는 감온 챔버 (6) 를 포함한다. 감온 챔버 (6), 가스 급냉 챔버 (7) 및 기름 급냉 챔버 (8) 는 그 순서로 피처리물 (50) 의 운반 방향으로 상류측에서 하류측으로 배치되고, 서로 인접해 있다.

Description

연속식 가스 침탄로{CONTINUOUS GAS CARBURIZING FURNACE}
본 발명은 가스 급냉과 기름 급냉 사이에서 임의로 선택할 수 있는 연속식 가스 침탄로의 기술에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 강철 재료 (이하, "피처리물" 이라고 함) 에 수행되는 공지된 표면 경화법은 침탄 프로세스이다. 침탄 프로세스는, 피처리물의 표면에 탄소를 침투시키고 (침탄시키고) 표면에서 탄소량을 증가시키도록 표면에서 탄소가 확산된 후, 피처리물의 인성을 확보하면서 피처리물 표면의 내마모성을 향상시키도록 급냉이 수행되는 방법이다.
침탄 프로세스들 중에서, 침탄제로서 침탄 가스 (CO 가스) 를 사용하는 가스 침탄법이 알려져 있다. 사실상, 연속식 가스 침탄로를 사용하는 침탄 프로세스가 종종 이용되는데, 다른 이유들 가운데, 이 방법은 한 번에 다량의 피처리물을 침탄할 수 있기 때문이다.
도 10 을 참조하여, 종래 기술에 따른 연속식 가스 침탄로의 예가 기술될 것이다. 도 10 은 연속식 가스 침탄로 (101) 의 전체 구성을 나타내는 측단면도이다. 이하 설명에 대해, 도 10 에서 화살표 (A) 의 방향은 피처리물 (50) 의 운반 방향을 나타내고, 연속식 가스 침탄로 (101) 의 전진 방향을 규정함을 알아야 한다.
연속식 가스 침탄로 (101) 는 주로 탈지 챔버 (102), 예열 챔버 (103), 침탄 챔버 (104), 확산 챔버 (105), 감온 챔버 (106), 기름 급냉 챔버 (107) 등으로 구성된다. 이 챔버들 (102, 103, ..., 107) 은 피처리물 (50) 의 운반 방향 (도 10 에서 화살표 (A) 의 방향) 을 따라 일렬로 연속적으로 배치된다. 그러면, 가스 침탄 프로세스는 다음 일련의 작동 프로세스들에 의해 피처리물 (50) 에 수행된다: (1) 탈지 챔버 (102) 에서 피처리물 (50) 표면에 부착된 그리스 (grease) 등이 그 표면에서 제거된다; (2) 예열 챔버 (103) 에서 피처리물 (50) 의 온도는 가스 침탄 프로세스에 적합한 온도로 상승된다; (3) 침탄 챔버 (104) 에서 침탄 가스 (CO 가스) 가 피처리물 (50) 의 표면으로 송풍되어, 탄소가 피처리물의 표면으로부터 피처리물 (50) 로 침투된다; (4) 확산 챔버 (105) 에서 피처리물 (50) 은 미리 정해진 온도로 유지되어서, 피처리물 (50) 에 침투된 탄소 (원자) 가 확산한다; (5) 감온 챔버 (106) 에서 피처리물 (50) 의 온도는 급냉에 적합한 온도로 감소된다; 그리고, (6) 피처리물 (50) 은 기름 급냉 챔버 (107) 에 놓여, 급냉 프로세스가 피처리물 (50) 에 수행된다.
전술한 연속식 가스 침탄로 (101) 에서, 피처리물 (50) 은 노 내부에 배치된 롤러 컨베이어 등으로 구성된 운반 기기에 의해 연속적으로 운반되어서, 피처리물 (50) 이 챔버들 (102, 103, ..., 107) 을 순서대로 통과함에 따라 가스 침탄 프로세스가 수행된다. 따라서, 복수의 피처리물들 (50) 을 연속적으로 프로세싱할 수 있게 되어서, 높은 생산성이 달성될 수 있다.
덧붙여, 피처리물의 표면에 탄소를 침투시키고 (침탄하고) 표면에서 탄소가 확산된 후에 수행되는 급냉 프로세스에 관해, 전술한 기름 급냉뿐만 아니라 가스 급냉이 알려져 있고, 두 급냉 프로세스는 상이한 특징들을 가진다. 즉, 기름 급냉에서, 많은 피처리물들이 한 번에 기름 탱크로 직접 침수되어서, 생산성이 높다. 하지만, 피처리물은 단시간에 급속히 냉각되므로, 국부적 변형 (local distortion) 이 발생하기 쉽고, 고정도 (high precision) 품질 (제품 정밀도) 을 확보하기 어렵다. 한편, 가스 급냉에서, 피처리물은 가스, 즉, 불활성 가스 (질소 가스) 에 의해 냉각되어서, 기름 급냉에서보다 더 긴 냉각 시간이 요구되고, 따라서 결과적으로 생산성이 더 낮다. 그러나, 피처리물이 전체적으로 서서히 냉각되므로, 국부적 변형이 발생하기 어렵고, 고정도 품질 (제품 정밀도) 을 확보할 수 있다.
기름 급냉과 가스 급냉 간 피처리물의 제품 정밀도 비교는 도 11a 및 도 11b 를 참조하여 설명될 것이다. 도 11a 및 도 11b 는 피처리물의 예로서 기어 (톱니바퀴) 의 제품 정밀도면에서 기름 급냉과 가스 급냉 간 비교를 보여주는 막대 그래프이다. 도 11a 의 그래프는 형상 정밀도를 나타내고, 도 11b 의 그래프는 치면 정밀도를 나타낸다. 덧붙여, "형상 정밀도" 는 전체 기어 외형에 있어서 급냉 전 편심량에 대한 급냉 후에 편심량을 말한다. 게다가, "치면 정밀도" 는 각 기어 치면 형상에 있어서 급냉 전 변형량에 대한 급냉 후에 변형량을 말한다.
도 11a 에서, 수직 축선은 "형상 정밀도" 를 나타내고, "형상 정밀도" 에서 더 높은 값은 기어의 전체 외형의 더 큰 편심량을 의미한다. 즉, 수직 축선 상에서, "형상 정밀도" 의 더 높은 값은 더 낮은 정도의 형상 정밀도를 나타내고, "형상 정밀도" 의 더 낮은 값은 더 높은 정도의 형상 정밀도를 나타낸다. 따라서, 전술한 방식으로 나타낸 막대 그래프에서 기름 급냉 및 가스 급냉 간 형상 정밀도를 비교하면, 가스 급냉의 막대 값이 기름 급냉의 막대 값보다 작은 것이 분명한데, 가스 급냉이 기름 급냉보다 형상 정밀도가 더 높은 것을 보여준다.
도 11b 에서, 수직 축선은 "치면 정밀도" 를 보여주고, "치면 정밀도" 의 더 높은 값은 기어의 각 치면 형상의 더 큰 변형량을 의미한다. 즉, 수직 축선 상에서, "치면 정밀도" 의 더 높은 값은 더 낮은 정도의 치면 정밀도를 나타내고, "치면 정밀도" 에서 더 낮은 값은 더 높은 정도의 치면 정밀도를 나타낸다. 따라서, 전술한 방식으로 나타낸 막대 그래프에서 기름 급냉과 가스 급냉 간 치면 정밀도를 비교하면, 가스 급냉의 막대 값이 기름 급냉의 막대 값보다 작은 것이 분명한데, 가스 급냉이 기름 급냉보다 치면 정밀도가 더 높은 것을 보여준다.
전술한 대로 상이한 특징들을 가지는 기름 급냉 및 가스 급냉과 관련하여, 최근에는, 피처리물을 위한 생산 조건에 대한 모든 요구를 충족시키도록 급냉 프로세스들 중 어느 하나를 임의로 선택될 수 있는 침탄로가 바람직하다. 그러면, 이러한 침탄로를 실현하기 위해서, 전체 운반 경로가 진공 밀폐 (vacuum-tightly) 밀봉되고 노 설비의 중앙에 배치되고, 각각의 프로세스 단계를 위해 분리된 독립 셀로서 구비된 복수의 프로세싱 챔버들이 운반 경로를 따라 배치되는 기술 (일본 특허 출원 공개 제 6-137765 호 (JP-A-6-137765) 참조), 운반 경로 상에서 이동하는 캐리지가 진공 밀폐 밀봉된 운반 챔버를 구비하고, 운반 챔버는 셀로 구비된 복수의 프로세싱 챔버들 사이에서 가공물 (피처리물) 의 이송을 위해 사용되는 기술 (일본 특허 출원 공개 제 6-174377 호 (JP-A-6-174377) 참조) 등을 포함한 다양한 기술들이 제안되었다.
셀 타입 침탄로의 예가 설명될 것이다. 감압 타입 침탄로의 예로서, 보다 구체적으로, 도 12a 에 도시된 셀 타입 감압 침탄로 (201) 는 중심에 배치된 진공 운반 챔버 (202), 각각의 프로세스 단계에 대해 별도로 구비되고 진공 운반 챔버 (202) 를 따라 배치된 복수의 셀들 (203, 204, ..., 206) 등으로 구성된다. 셀들 (203, 204, ..., 206) 은 각각 독립 셀 구조, 예를 들어, 가열 셀들 (203), 침탄 셀들 (204),..., 가스 급냉 셀 (205), 기름 급냉 셀 (206) 등으로 구성된다. 기름 급냉 셀 (206) 은 그것의 일측에서 진공 운반 챔버 (202) 에 연결되고, 타측에서 노의 안팎으로 피처리물들을 운반하는 컨베이어 (207) 에 연결된다.
피처리물에서 침탄 프로세스를 수행하기 위해서, 컨베이어 (207) 에 의해 운반되는 피처리물은 우선 기름 급냉 셀 (206) 을 통과하고, 진공 운반 챔버 (202) 의 내부를 거쳐 가열 셀들 (203) 중 하나로 운반된다 (도 12a 에서 화살표 (1) 로 나타냄). 가열 셀 (203) 에서 가열된 후, 피처리물은 진공 운반 챔버 (202) 의 내부를 거쳐 침탄 셀들 (204) 중 하나로 운반된다 (도 12a 에서 화살표 (2) 로 나타냄). 침탄 셀 (204) 에서 침탄된 후, 피처리물은 진공 운반 챔버 (202) 의 내부를 거쳐 가스 급냉 셀 (205) 로 운반된다 (도 12a 에서 화살표 (3) 로 나타냄). 가스 급냉 셀 (205) 에서 급냉된 후, 피처리물은 진공 운반 챔버 (202) 의 내부를 거쳐 운반되고, 기름 급냉 셀 (206) 을 다시 통과한 후, 컨베이어 (207) 로 보내진다 (도 12a 에서 화살표 (4) 로 나타냄). 덧붙여, 침탄 프로세스 후에 기름 급냉이 수행되는 경우, 피처리물이 침탄 셀들 (204) 중 하나로부터 운반된 후에 기름 급냉 셀 (206) 로 운반될 때 피처리물은 기름 급냉된다.
전술한 셀 타입 감압 침탄로 (201) 의 사용은, 피처리물을 위한 생산 조건과 관련된 모든 요구들을 충족시키도록, 피처리물의 표면에 탄소를 침투시키고 (침탄되고) 표면에서 탄소가 확산된 후에 수행되는 피처리물의 급냉 프로세스에서 사용하기 위한 기름 급냉 및 가스 급냉 중 어느 하나를 임의로 선택할 수 있도록 한다. 하지만, 노 설비의 레이아웃 때문에, 셀들 (203, 204, ..., 206) 은 진공 운반 챔버 (202) 를 따라 다소 점재되어 있어서, 하나의 셀로부터 다른 셀까지 긴 이동 시간이 필요하다. 따라서, 침탄 셀 (204) 로부터 가스 급냉 셀 (205) (또는 기름 급냉 셀 (206)) 까지 이동 또는 운반은 비교적 긴 시간을 요구하므로, 운반 중 피처리물의 온도가 저하되어서, 침탄 경화 깊이 및 제품 정밀도가 크게 바뀐다. 게다가, 침탄 경화 깊이 및 제품 정밀도에서 피처리물의 변화를 최소화하기 위해서, 하나의 셀로부터 다른 셀까지 이동 거리를 단축시킬 필요가 있는데, 이것은 당연히 설치될 수 있는 셀들 (203, 204, ..., 206) 의 수를 제한한다. 결과적으로, 전체적으로 셀 타입 감압 침탄로 (201) 의 생산성은 다소 낮다.
한편, 셀들 (203, 204, ..., 206) 을 연결하여 연장되는 진공 운반 챔버 (202) 는 크기가 크고, 생산되는 다수의 피처리물 (정해진 시간에 셀 타입 감압 침탄로 (201) 에 의해 침탄될 수 있는 총 피처리물 수) 을 확보하기 위해서, 복수의 셀 타입 감압 침탄로 (201) 를 배치할 필요가 있다. 따라서, 큰 설치 공간이 필요하고, 설비 점유 면적 (즉, 하나의 피처리물에 대한 설치 공간의 면적) 이 커지게 되어서, 설비 비용이 증가한다.
또한, 진공 운반 챔버 (202) 에서, 하나의 셀로부터 다른 셀로 이동을 나타내는 흐름 라인 (도 12a 에서 화살표 (1 내지 5) 로 도시됨) 은 복잡하고 엉키어 있어서, 결과적으로 운반 기구의 구성이 복잡해진다. 게다가, 셀 타입 감압 침탄로 (201) 의 내부가 전체적으로 실질적으로 진공 상태로 유지될 필요가 있다. 따라서, 설비는 전체적으로 우수한 기밀성과 우수한 내압성 둘 다 가지도록 구성될 필요가 있다. 따라서, 설비 비용이 증가한다.
역시 감압 타입임에도 불구하고 전술한 침탄로 (201) 와 상이한 도 12b 에 나타낸 것과 같은 셀 타입 감압 침탄로 (301) 가 또한 존재한다. 셀 타입 감압 침탄로 (301) 는, 가열로부터 냉각까지 프로세스들이 복수의 독립 셀 챔버들 (302) 각각에서 수행될 수 있도록 구성되고, 운반 경로 (303) 및 운반 경로 (303) 의 운반 방향을 따라 배치된 복수의 셀 챔버 (302) 로 구성된다. 운반 경로 (303) 에서, 운반 기기 (304) 를 가지는 가동 가스 급냉 챔버 (305) 및 운반 기기 (304) 를 가지는 가동 기름 급냉 챔버 (306) 가 상호 독립적으로 구비된다. 이 구성에서, 피처리물이 셀 챔버들 (302) 과 가스 급냉 챔버 (305) 사이 또는 셀 챔버들 (302) 과 기름 급냉 챔버 (306) 사이에서 이동함에 따라 피처리물은 침탄된다.
이런 셀 타입 감압 침탄로 (301) 는, 피처리물에 대한 생산 조건과 관련된 모든 요구들을 충족시키도록, 피처리물의 표면에 탄소를 침투시키고 (침탄되고) 표면에서 탄소가 확산된 후에 수행되는 피처리물의 급냉 프로세스에서 사용하기 위해 기름 급냉 및 가스 급냉 중 어느 하나를 임의로 선택할 수 있도록 한다. 게다가, 상호 독립적으로 구비된 가스 급냉 챔버 (305) 와 기름 급냉 챔버 (306) 는 각각 온도 유지 기기, 진공 펌프 등을 구비하여서, 전술한 셀 타입 감압 침탄로 (201) 와 달리, 피처리물의 운반 중 피처리물의 온도 강하가 발생하지 않는다. 따라서, 하나의 셀로부터 다른 셀로 이동 거리를 단축시킬 필요가 없어서, 설치될 수 있는 셀 챔버들 (302) 의 수가 불편하게 제한되지 않을 것이다.
하지만, 상호 독립적으로 가스 급냉 챔버 (305) 또는 기름 급냉 챔버 (306) 를 각각 운반하는 운반 기기들 (304) 은 길고 큰 구성을 가지고, 또한 복잡한 구조를 가진다. 따라서, 설비 비용이 증가한다.
게다가, 운반 기기들 (304) 은 넓은 운반 공간을 가지므로, 셀 타입 감압 침탄로 (301) 의 설치 공간이 또한 크다. 따라서, 설비 점유 면적 (즉, 피처리물 당 설치 공간의 면적) 이 커지게 되어서, 설비 비용이 증가한다.
게다가, 예를 들어, 피처리물이 가스 급냉 챔버 (305) (또는 기름 급냉 챔버 (306)) 와 셀 챔버들 (302) 사이에서 이동하는 경우, 각각의 운반 기기 (304) 에서 실질적으로 진공 상태가 유지될 필요가 있다. 이러한 진공 상태를 생성하기 위한 장치는 복잡한 구성을 요구하는데, 이것은 전체적으로 노 설비의 신뢰성을 확보하는 것을 어렵게 한다.
또한, 상호 독립적으로 가스 급냉 챔버 (305) 또는 기름 급냉 챔버 (306) 를 각각 운반하는 운반 기기들 (304) 은 길고 큰 구성을 가지므로, 운반 기기 (304) 의 운반 속도는 저속으로 제한된다. 게다가, 셀 챔버들 (302) 은 운반 경로 (303) 를 따라 나란히 놓여있기 때문에, 2 개의 셀 챔버들 (302) 사이의 거리는 어떤 경우에는 매우 길 수 있다. 이러한 경우에, 가스 급냉 챔버 (305) 또는 기름 급냉 챔버 (306) 의 이동 시간이 길어서, 제품 정밀도의 변화를 억제하도록 피처리물의 온도를 유지하기 위해 다량의 열이 소비되고, 운용 비용을 증가시킨다.
본 발명은 가스 급냉과 기름 급냉 사이에서 임의로 선택할 수 있고, 단지 작은 설치 공간만 요구하고, 많은 설비 비용을 요구하지 않고, 높은 생산성을 달성하고, 단순한 구성을 가지고, 전체 설비로서 높은 신뢰성을 가지는 연속식 가스 침탄로를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태는 피처리물의 운반 방향을 따라 복수의 단계들이 일렬로 순차적으로 배치된 연속식 가스 침탄로를 제공하는 것이다. 이 연속식 가스 침탄로는, 가스 침탄 프로세스가 피처리물에 수행되는 가스 침탄 프로세스싱 챔버; 기름 급냉이 피처리물에 수행되는 기름 급냉 챔버; 및 가스 급냉이 피처리물에 수행되는 가스 급냉 챔버를 포함한다. 가스 침탄 프로세싱 챔버는 가스 침탄 프로세스에 의해 가열되는 피처리물의 온도를 낮추는 감온 챔버를 포함한다. 감온 챔버, 가스 급냉 챔버 및 기름 급냉 챔버는 피처리물의 운반 방향으로 상류측에서 하류측으로 언급한 순서로 순차적으로 배치되고, 서로 인접해 있다.
본 발명의 이 양태에 따른 연속식 가스 침탄로에서, 감온 챔버와 가스 급냉 챔버 사이에는 서로 마주보는 감온 챔버의 측면부와 가스 급냉 챔버의 측면부를 덮는 제 1 운반 챔버가 구비될 수도 있고, 가스 급냉 챔버와 기름 급냉 챔버 사이에는 서로 마주보는 가스 급냉 챔버의 측면부 및 기름 급냉 챔버의 측면부를 덮는 제 2 운반 챔버가 구비될 수도 있고, 제 1 운반 챔버 내부에서, 가스 급냉부를 마주보는 감온 챔버의 측면부에 단열용 제 1 개폐 도어가 구비될 수도 있고, 제 1 운반 챔버 내부에서, 감온 챔버를 마주보는 가스 급냉 챔버의 측면에 내압용 제 2 개폐 도어가 구비될 수도 있고, 제 2 운반 챔버 내부에서, 기름 급냉 챔버를 마주보는 가스 급냉 챔버의 측면부에 내압용 제 3 개폐 도어가 구비될 수도 있고, 제 2 운반 챔버 내부에서, 가스 급냉 챔버를 마주보는 기름 급냉 챔버의 측면부에 유증 (oil vapor) 차단용 제 4 개폐 도어가 구비될 수도 있다.
전술한 양태에 따른 연속식 가스 침탄로에서, 제 1 운반 챔버와 제 2 운반 챔버 간 연통시키는 연통 경로가 제 1 운반 챔버 및 제 2 운반 챔버 사이에 구비될 수도 있다.
전술한 양태에 따른 연속식 가스 침탄로에서, 제 1 개폐 도어는 복수의 구멍부를 구비할 수도 있고, 복수의 구멍부를 통하여 감온 챔버로부터 제 1 운반 챔버로 침탄 가스가 유동할 수도 있다.
전술한 양태에 따른 연속식 가스 침탄로에서, 기름 급냉 챔버는 침탄 가스 또는 질소 가스를 기름 급냉 챔버에 도입하는 가스 공급 기기를 구비할 수도 있다.
전술한 양태에 따른 연속식 가스 침탄로에서, 감온 챔버는 감온 챔버에서 CO (일산화탄소) 농도 감소를 억제하기 위한 침탄 가스 퍼지 (purge) 기구를 구비할 수도 있고, 감온 챔버와 마주보는 가스 급냉 챔버의 측면부에 구비된 내압용 개폐 도어가 개방된 후에 침탄 가스 퍼지 기구는 감온 챔버에 침탄 가스를 공급할 수도 있다.
전술한 양태에 따른 연속식 가스 침탄로에서, 피처리물이 가스 침탄 프로세싱 챔버로부터 가스 급냉 챔버로 운반될 때, 제 1 개폐 도어 및 제 2 개폐 도어가 개방될 수도 있고 제 3 개폐 도어 및 구멍부를 구비하는 제 4 개폐 도어는 폐쇄된 상태로 유지될 수도 있고, 피처리물이 가스 급냉 챔버로부터 기름 급냉 챔버로 운반될 때, 제 3 개폐 도어 및 구멍부를 구비하는 제 4 개폐 도어는 개방될 수도 있고 제 1 개폐 도어 및 제 2 개폐 도어는 폐쇄된 상태로 유지될 수도 있다.
본 발명은 이하 설명되는 것과 같은 효과를 달성한다.
즉, 본 발명의 연속식 가스 침탄로에 따르면, 가스 급냉과 기름 급냉 사이에서 임의로 선택할 수 있고, 단지 작은 설치 공간만 요구하고, 많은 설비 비용을 요구하지 않고, 높은 생산성을 달성하고, 단순한 구성을 가지고, 전체 설비로서 높은 신뢰성을 가지는 연속식 가스 침탄로를 제공할 수 있다.
본 발명의 전술한 그리고 추가의 목적, 특징 및 장점들은 첨부 도면을 참조로 예로 든 실시형태들에 대한 다음 설명으로부터 분명해질 것이고, 유사한 도면부호는 유사한 요소들을 나타내는데 사용된다:
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 연속식 가스 침탄로의 전체 구성을 보여주는 측단면도이다.
도 2 는 확산 챔버를 포함하는 연속식 가스 침탄로의 일부와 확산 챔버 후속의 노의 일부의 측단면도로, 감온 챔버와 가스 급냉 챔버 사이에서 침탄 가스 (CO 가스) 와 불활성 가스의 유동을 보여준다.
도 3 은 감온 챔버 내의 CO 농도 변화를 보여주는 다이어그램이다.
도 4 는 연속식 가스 침탄로의 확산 챔버 및 확산 챔버 후속의 노의 일부의 측단면도로, 감온 챔버와 가스 급냉 챔버 사이에서 침탄 가스 (CO 가스) 의 유동을 보여준다.
도 5 는 연속식 가스 침탄로의 확산 챔버 및 확산 챔버 후속의 노의 일부의 측단면도로, 다른 실시형태로서 가스 공급 기기를 구비한 기름 급냉 챔버를 보여준다.
도 6a 및 도 6b 는 기름 급냉 프로세스를 포함하는 가스 침탄 프로세스의 사이클 중 피처리물의 온도 및 챔버들에서 압력 변화 비율을 보여주는 다이어그램으로, 도 6a 는 확산 챔버와 후속 챔버들에서 피처리물의 온도 변화를 보여주고, 도 6b 는 확산 챔버와 후속 챔버들에서 압력 변화를 보여준다.
도 7a 및 도 7b 는 가스 급냉 프로세스를 포함하는 가스 침탄 프로세스의 사이클 중 피처리물의 온도 및 챔버들에서 압력 변화 비율을 보여주는 다이어그램으로, 도 7a 는 확산 챔버와 후속 챔버들에서 피처리물의 온도 변화를 보여주고, 도 7b 는 확산 챔버와 후속 챔버들에서 압력 변화를 보여준다.
도 8 은 연속식 가스 침탄로의 확산 챔버 및 확산 챔버 후속의 노의 일부의 평단면도로, 기름 급냉 챔버 및 가스 급냉 챔버가 서로 평행하게 구비된다.
도 9a 및 도 9b 는 침탄로에서 단계 흐름을 보여주는 블록도로, 도 9a 는 실시형태에서 연속식 가스 침탄로의 단계 흐름을 보여주고, 도 9b 는 비교예로서 연속식 가스 침탄로 및 셀 타입 감압 침탄로에서 단계 흐름을 보여준다.
도 10 은 종래 기술의 연속식 가스 침탄로의 전체 구성의 측단면도이다.
도 11a 및 도 11b 는 피처리물의 예로서 톱니바퀴에 대한 기름 급냉과 가스 급냉 사이의 제품 정밀도 비교를 보여주는 막대 그래프로, 도 11a 는 형상 정밀도를 보여주고, 도 11b 는 치형 정밀도를 보여준다.
도 12a 및 도 12b 는 종래 기술의 셀 타입 감압 침탄로의 전체 구성을 보여주는 개략적 평면도로, 도 12a 는 개별 단계들이 다른 셀들로 분리된 구성을 보여주고, 도 12b 는 복수의 셀들 각각이 가열로부터 냉각까지 프로세스를 수행하는 기능을 구비한 구성을 보여준다.
이하, 본 발명의 실시형태가 설명될 것이다.
[연속식 가스 침탄로 (1) 의 전체 구성]
우선, 본 발명의 실시형태에 따른 연속식 가스 침탄로 (1) 의 전체 구성은 도 1 을 참조하여 설명될 것이다. 덧붙여, 하기 설명에 대해, 도 1 에서 화살표 (A) 방향은 피처리물 (50) 의 운반 방향을 나타내고 연속식 가스 침탄로 (1) 의 전진 방향을 규정하는 것으로 가정된다.
연속식 가스 침탄로 (1) 는 예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5), 감온 챔버 (6), 가스 급냉 챔버 (7), 기름 급냉 챔버 (8), 감온 챔버 (6) 와 가스 급냉 챔버 (7) 사이에 배치된 제 1 운반 챔버 (9) 및, 가스 급냉 챔버 (7) 와 기름 급냉 챔버 (8) 사이에 배치된 제 2 운반 챔버 (10) 를 가진다. 이 챔버들은 피처리물 (50) 의 운반 경로 (운반 방향) 를 따라 배치된다. 즉, 도 1 에서, 예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5), 감온 챔버 (6), 제 1 운반 챔버 (9), 가스 급냉 챔버 (7), 제 2 운반 챔버 (10) 및 기름 급냉 챔버 (8) 는 그 순서로 피처리물 (50) 의 운반 경로의 상류측에서 하류측으로 직선으로 배치된다. 덧붙여, "피처리물 (50)" 은 강철 재료로 만들어진 기계 구성 부품 등이고 그 표면은 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 에서 침탄 프로세스를 받는다.
예열 챔버 (2) 는 피처리물 (50) 을 예비 가열하기 위한 챔버이고, 피처리물 (50) 의 운반 방향으로 최상류측에 배치된다. 게다가, 예열 챔버 (2) 의 상류측 벽부는 연속식 가스 침탄로 (1) (이하, 가끔 노라고 함) 의 내부로 피처리물 (50) 을 운반하기 위한 반입구 (carry-in entrance) (2a) 를 가진다. 예열 챔버 (2) 의 하류측 벽부는 피처리물 (50) 을 후속 단계로 운반하기 위한 출구부 (2b) 를 가진다.
가열 챔버 (3) 는 예열 챔버 (2) 에 의해 예비 가열된 피처리물 (50) 을 침탄 프로세스에 적합한 온도로 추가 가열하기 위한 챔버이다. 예열 챔버 (2) 의 하류측에서, 가열 챔버 (3) 는 예열 챔버 (2) 와 인접해 있다. 게다가, 가열 챔버 (3) 의 상류측 벽부 및 하류측 벽부는 각각 입구부 (3a) 및 출구부 (3b) 를 가진다. 가열 챔버 (3) 는 입구부 (3a) 를 통하여 예열 챔버 (2) 의 내부와 연통하고, 출구부 (3b) 를 통하여 후속 단계 챔버인 침탄 챔버 (4) 의 내부와 연통한다.
침탄 챔버 (4) 는 가열 챔버 (3) 에 의해 가열된 피처리물 (50) 의 표면으로 탄소를 침투시킴으로써 침탄 프로세스를 수행하기 위한 챔버이다. 가열 챔버 (3) 의 하류측에서, 침탄 챔버 (4) 는 가열 챔버 (3) 와 인접해 있다. 게다가, 침탄 챔버 (4) 의 상류측 벽부와 하류측 벽부는 각각 입구부 (4a) 와 출구부 (4b) 를 가진다. 침탄 챔버 (4) 는 입구부 (4a) 를 통하여 가열 챔버 (3) 의 내부와 연통하고, 출구부 (4b) 를 통하여 후속 단계 챔버, 즉, 확산 챔버 (5) 와 연통한다.
확산 챔버 (5) 는, 침탄 챔버 (4) 에서 각 피처리물 (50) 의 표면에 침투되는 탄소를 각 피처리물 (50) 의 내부로 확산시키기 위한 챔버이다. 침탄 챔버 (4) 의 하류측에서, 확산 챔버 (5) 는 침탄 챔버 (4) 와 인접해 있다. 게다가, 확산 챔버 (5) 의 상류측 벽부와 하류측 벽부는 각각 입구부 (5a) 와 출구부 (5b) 를 가진다. 확산 챔버 (5) 는 입구부 (5a) 를 통하여 침탄 챔버 (4) 의 내부와 연통하고, 출구부 (5b) 를 통하여 후속 단계 챔버, 즉 감온 챔버 (6) 의 내부와 연통한다.
감온 챔버 (6) 는 후속 단계에서 수행되는 급냉 프로세스를 위한 각 피처리물 (50) 의 표면 구조를 조절하도록 각 피처리물 (50) 의 온도를 낮추기 위한 챔버이다. 확산 챔버 (5O) 의 하류측에서, 감온 챔버 (6) 는 확산 챔버 (5) 와 인접해 있다. 게다가, 감온 챔버 (6) 의 상류측 벽부와 하류측 벽부는 각각 입구부 (6a) 와 출구부 (6b) 를 가진다. 감온 챔버 (6) 는 입구부 (6a) 를 통하여 확산 챔버 (5) 의 내부와 연통하고, 출구부 (6b) 를 통하여 가스 급냉 챔버 (7) 로 피처리물 (50) 을 운반하는 제 1 운반 챔버 (9) 와 연통한다.
가스 급냉 챔버 (7) 는 피처리물 (50) 에서 가스 급냉을 수행하기 위한 챔버이다. 감온 챔버 (6) 의 하류측에서, 가스 급냉 챔버 (7) 는 제 1 운반 챔버 (9) 를 통하여 감온 챔버 (6) 와 인접하여 배치된다. 즉, 제 1 운반 챔버 (9) 는 감온 챔버 (6) 와 가스 급냉 챔버 (7) 사이에 구비되고, 제 1 운반 챔버 (9) 의 상류측 벽부와 하류측 벽부는 각각 감온 챔버 (6) 및 가스 급냉 챔버 (7) 와 접촉하도록 배치된다.
게다가, 가스 급냉 챔버 (7) 의 상류측 벽부 및 하류측 벽부는 각각 입구부 (7a) 와 출구부 (7b) 를 가진다. 가스 급냉 챔버 (7) 는 입구부 (7a) 를 통하여 제 1 운반 챔버 (9) 의 내부와 연통하고, 출구부 (7b) 를 통하여 기름 급냉 챔버 (8) 로 피처리물 (50) 을 운반하는 제 2 운반 챔버 (10) 와 연통한다. 즉, 제 1 운반 챔버 (9) 는 제 1 운반 챔버 (9) 를 가로질러 서로 마주보는 측면에 형성된 감온 챔버 (6) 의 출구부 (6b) 와 가스 급냉 챔버 (7) 의 입구부 (7a) 를 덮도록 구성된다.
기름 급냉 챔버 (8) 는 피처리물 (50) 에서 기름 급냉을 수행하기 위한 챔버이다. 가스 급냉 챔버 (7) 의 하류에서, 기름 급냉 챔버 (8) 는 제 2 운반 챔버 (10) 를 통하여 가스 급냉 챔버 (7) 와 인접해 있다. 즉, 제 2 운반 챔버 (10) 는 가스 급냉 챔버 (7) 와 기름 급냉 챔버 (8) 사이에 구비되고, 제 2 운반 챔버 (10) 의 상류측 벽부 및 하류측 벽부는 각각 가스 급냉 챔버 (7) 및 기름 급냉 챔버 (8) 와 접촉하도록 배치된다. 덧붙여, 기름 급냉 챔버 (8) 내부의 바닥부는 피처리물 (50) 이 침수되는 기름 탱크 (84) 를 구비한다.
기름 급냉 챔버 (8) 의 상류측 벽부 및 하류측 벽부는 각각 입구부 (8a) 및 반출구 (carry-out exit) (8b) 를 가진다. 기름 급냉 챔버 (8) 는 입구부 (8a) 를 통하여 제 2 운반 챔버 (10) 와 연통하고, 피처리물 (50) 이 반출구 (8b) 를 통하여 연속식 가스 침탄로 (1) 밖으로 운반되도록 배치된다. 즉, 제 2 운반 챔버 (10) 는 제 2 운반 챔버 (10) 를 가로질러 서로 마주보는 측면에 형성된 가스 급냉 챔버 (7) 의 출구부 (7b) 및 기름 급냉 챔버 (8) 의 입구부 (8a) 를 덮도록 구성된다.
연통 경로 (11) 는 제 1 운반 챔버 (9) 와 제 2 운반 챔버 (10) 사이에 구비된다. 연통 경로 (11) 를 통하여, 제 1 운반 챔버 (9) 의 내부와 제 2 운반 챔버 (10) 의 내부는 상호 연통 상태에 있다. 이 구성에서, 하기 설명되는 것처럼, 감온 챔버 (6) 로부터 제 1 운반 챔버 (9) 로 도입되는 침탄 가스 (CO 가스) 는 항상 연통 경로 (11) 를 통하여 제 2 운반 챔버 (10) 로 공급된다.
전술한 대로 구성된 연속식 가스 침탄로 (1) 에서, 롤러 컨베이어 등으로 구성된 제 1 운반 기기 (12) 는 예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5), 감온 챔버 (6) 와 가스 급냉 챔버 (7) 뿐만 아니라 제 1 운반 챔버 (9) 와 제 2 운반 챔버 (10) 내부에 구비된다. 게다가, 체인 컨베이어 등으로 구성된 제 2 운반 기기 (13) 는 기름 급냉 챔버 (8) 내부에 구비된다. 제 1 운반 기기들 (12) 및 제 2 운반 기기 (13) 에 의해, 피처리물 (50) 은 예열 챔버 (2) 로부터 기름 급냉 챔버 (8) 로 순차적으로 노 내부에서 운반된다. 게다가, 예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5) 및 감온 챔버 (6) 는 함께 가스 침탄 프로세싱 챔버를 구성하는데 이 가스 침탄 프로세싱 챔버에서 가스 침탄 프로세스가 피처리물 (50) 에 수행된다.
예열 챔버 (2) 의 반입구 (2a) 와 기름 급냉 챔버 (8) 의 반출구 (8b) 는 단열 기능을 가지는 개폐 도어 (21, 82) 를 구비한다. 게다가, 단열 기능을 가지는 업-다운 도어 (31, 41, 51, 61) 는 각각 예열 챔버 (2) 의 출구부 (2b) 와 가열 챔버 (3) 의 입구부 (3a) 사이, 가열 챔버 (3) 의 출구부 (3b) 와 침탄 챔버 (4) 의 입구부 (4a) 사이, 침탄 챔버 (4) 의 출구부 (4b) 와 확산 챔버 (5) 의 입구부 (5a) 사이 및, 확산 챔버 (5) 의 출구부 (5b) 와 감온 챔버 (6) 의 입구부 (6a) 사이에 구비된다.
게다가, 감온 챔버 (6) 의 출구부 (6b) 는 단열 기능을 가지는 업-다운 도어 (62) 를 구비한다. 가스 급냉 챔버 (7) 의 입구부 (7a) 와 출구부 (7b) 는 각각 내압 기능을 가지는 업-다운 도어 (71, 72) 를 구비한다. 기름 급냉 챔버 (8) 의 입구부 (8a) 는 내유성 및 차단 기능을 가지는 업-다운 도어 (81) 를 구비한다.
즉, 제 1 운반 챔버 (9) 내부에서, 제 1 운반 챔버 (9) 를 가로질러 가스 급냉 챔버 (7) 를 마주보는 감온 챔버 (6) 측 (하류측) 에 가까운 측면부는 단열 업-다운 도어 (62) 를 구비하고, 제 1 운반 챔버 (9) 를 가로질러 감온 챔버 (6) 를 마주보는 가스 급냉 챔버 (7) 측 (상류측) 에 가까운 측면부는 내압 업-다운 도어 (71) 를 구비한다. 게다가, 제 2 운반 챔버 (10) 내부에서, 제 2 운반 챔버 (10) 를 가로질러 기름 급냉 챔버 (8) 를 마주보는 가스 급냉 챔버 (7) 측 (하류측) 에 가까운 측면부는 내압 업-다운 도어 (72) 를 구비하고, 제 2 운반 챔버 (10) 를 가로질러 가스 급냉 챔버 (7) 를 마주보는 기름 급냉 챔버 (8) 측 (상류측) 에 가까운 측면부는 유증 차단 업-다운 도어 (81) 를 구비한다.
따라서, 감온 챔버 (6) 의 하류측, 가스 급냉 챔버 (7) 의 상류 및 하류측과 기름 급냉 챔버 (8) 의 상류측은 단열 기능, 내압 기능, 유증 차단 기능 등과 같은 다양한 기능들을 가지는 업-다운 도어 (62, 71, 72, 81) 를 각각 구비한다. 게다가, 이 업-다운 도어 (62, 71, 72, 81) 는 제 1 운반 챔버 (9) 또는 제 2 운반 챔버 (10) 내부에서 상하 이동할 수 있게 배치된다. 즉, 업-다운 도어 (62, 71, 72, 81) 는 각각 제 1 운반 챔버 (9) 및 제 2 운반 챔버 (10) 에 의해 형성된 도어 포켓 구조에 의해 외기로부터 격리된다.
연속식 가스 침탄로 (1) 에 배치된 업-다운 도어 (31, 41, 51, 61, 62, 71, 72, 81) 은 각각의 액추에이터 (미도시) 를 구비한다. 액추에이터에 의해, 업-다운 도어 (31, 41, 51, 61, 62, 71, 72, 81) 는 개별적으로 상하 방향으로 습동할 수 있다. 전술한 대로 구성된 각각의 업-다운 도어 (31, 41, 51, 61, 62, 71, 72, 81) 는, 피처리물 (50) 이 예열 챔버 (2) 로부터 기름 급냉 챔버 (8) 방향으로 운반될 때만, 개방 상태로 상향 이동된다.
예열 챔버 (2) 와 기름 급냉 챔버 (8) 는 각각 연소 기기 (23a, 83a) 를 가지는 배출 기기 (23, 83) 를 구비한다. 게다가, 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5) 및 감온 챔버 (6) 는 각각 침탄 가스 공급 기기 (32, 42, 52, 63) 를 갖추고 있는데, 침탄 가스 공급 기기는 챔버 중 대응하는 하나로 침탄 가스 (CO 가스) 를 공급하기 위해 각각 구비되고 압축 가스 실린더, 전자 밸브, 배관 부재 등으로 각각 구성된다. 또한, 가스 급냉 챔버 (7) 는 불활성 가스 (질소 가스) 를 챔버로 공급하기 위한 불활성 가스 공급 기기 (73) 를 갖추고 있다. 불활성 가스 공급 기기 (73) 는 압축 질소 가스 실린더, 전자 밸브, 배관 부재 등으로 구성된다.
덧붙여, 감온 챔버 (6) 에 구비된 침탄 가스 공급 기기 (63) 는, 가스 급냉 챔버 (7) 의 상류측에 배치된 업-다운 도어 (71) 의 상승 (개방) 에 응하여 감온 챔버 (6) 로 침탄 가스 (CO 가스) 의 공급을 개시하고, 후에 설명되는 것처럼, 업-다운 도어 (71) 의 하강 (폐쇄) 다음에 임의의 시간이 경과하도록 대기한 후에 감온 챔버 (6) 로 침탄 가스 (CO 가스) 의 공급을 종료하도록 제어된다.
예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5) 및 감온 챔버 (6) 각각의 내부에서, 피처리물 (50) 의 운반 방향에 대해 좌우측은 복수의 히터 (미도시) 를 구비하고, 천장은 팬 (24, 33, 43, 53 또는 64) 을 구비한다. 히터와 팬 (24, 33, 43, 53 및 64) 이 작동함에 따라, 각각의 예열 챔버 (2), 가열챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5) 및 감온 챔버 (6) 내 공기가 가열되고 교반되어서, 예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5) 및 감온 챔버 (6) 내부의 챔버 온도는 미리 정해진 온도로 증가된다.
따라서, 연속식 가스 침탄로 (1) 는 예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5), 감온 챔버 (6), 제 1 운반 챔버 (9), 가스 급냉 챔버 (7), 제 2 운반 챔버 (10) 및 기름 급냉 챔버 (8) 를 일렬로 인접하여 배치함으로써 구성되고, 각각의 챔버에서 침탄 프로세스에 수반되는 단계들 중 대응하는 단계가 수행된다.
노 내부로 운반되는 피처리물 (50) 은, 그것이 순차적으로 챔버를 통과함에 따라, 침탄 프로세스의 다양한 단계들을 거친다. 최종적으로, 피처리물 (50) 은 가스 급냉 챔버 (7) 또는 기름 급냉 챔버 (8) 중 어느 하나의 내부에서 급냉 프로세스를 받을 수 있다. 따라서, 피처리물 (50) 의 급냉 프로세스 방법은 (가스 급냉과 기름 급냉 사이에서) 임의로 선택될 수 있다.
[기름 급냉 프로세스를 포함하는 피처리물 (50) 용의 가스 침탄 프로세스 방법]
다음에, 연속식 가스 침탄로 (1) 에 따라 기름 급냉 프로세스를 포함하는 피처리물 (50) 용의 가스 침탄 프로세스 방법이 도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명될 것이다. 이하 설명에 대해, 도 2, 도 4 및 도 5 각각에서 화살표 (A) 의 방향은 피처리물 (50) 의 운반 방향을 나타내고 연속식 가스 침탄로 (1) 의 전진 방향을 규정한다는 것을 알아야 한다.
도 1 을 참조하면, 기름 급냉 프로세스를 포함한 가스 침탄 프로세스가 연속식 가스 침탄로 (1) 에서 피처리물 (50) 에 수행되는 경우에, 우선, 예열 챔버 (2) 와 가열 챔버 (3) 사이의 업-다운 도어 (31) 가 닫힌 상태로 유지되는 동안 개폐 도어 (21) 는 개방된다. 그 후, 피처리물 (50) 은 반입구 (2a) 를 통하여 예열 챔버 (2) 로 운반된다. 이때, 피처리물 (50) 은 예열 챔버 (2) 에 배치된 제 1 운반 기기 (12) 의 상류측 부분에 놓인다.
피처리물 (50) 이 예열 챔버 (2) 안으로 운반된 후, 개폐 도어 (21) 는 폐쇄된다. 그 후, 피처리물 (50) 은 다음 단계 챔버, 즉 가열 챔버 (3) 를 향하여 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 운반되면서 예열 챔버 (2) 내부 공기에 의해 미리 정해진 예열 온도 (약 800 ℃) 로 서서히 가열된다.
예열 챔버 (2) 의 개폐 도어 (21) 가 개방될 때, 저온 외기 (산소) 는 예열 챔버 (2) 로 유입될 수 있어서, 예열 챔버 (2) 내부의 온도는 급격하게 떨어지는 경향이 있고 예열 챔버 (2) 내부의 압력이 변하는 경향이 있다. 하지만, 예열 챔버 (2) 는 배출 기기 (23) 를 갖추고 있고, 배출 기기 (23) 의 연소 기기 (23a) 는 예열 챔버 (2) 내부에 존재하는 침탄 가스 (CO 가스) 로 챔버로 유입하는 외기 (산소) 를 연소시켜서, 노 내부로의 외기의 유입이 방지된다.
예열 챔버 (2) 내부에서, 피처리물 (50) 은 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 하류측 (가열 챔버 (3) 측) 을 향하여 운반된다. 그 후, 피처리물 (50) 은 가열 챔버 (3) 의 상류측 부근에 접근하고, 업-다운 도어 (31) 는 상승하여 개방된다. 그 후, 피처리물 (50) 은 정지 없이 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 업-다운 도어 (31) 를 통하여 이동되고, 가열 챔버 (3) 안으로 운반된다.
피처리물 (50) 이 가열 챔버 (3) 안으로 운반된 후, 업-다운 도어 (31) 는 하강하여 폐쇄된다. 그 후, 침탄 가스 공급 기기 (32) 는 가열 챔버 (3) 내부로 침탄 가스 (CO 가스) 를 공급한다. 그 다음에, 피처리물 (50) 은 다음 단계 챔버, 즉 침탄 챔버 (4) 를 향하여 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 운반되면서 가열 챔버 (3) 내 공기에 의해 미리 정해진 가열 온도 (약 930 ℃) 로 서서히 가열된다.
가열 챔버 (3) 내부에서, 피처리물 (50) 이 침탄 챔버 (4) 의 상류측 부근에 접근할 때, 업-다운 도어 (41) 는 상승하여 개방된다. 그 후, 피처리물 (50) 은 정지 없이 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 업-다운 도어 (41) 를 통하여 이동되고, 침탄 챔버 (4) 안으로 운반된다.
피처리물 (50) 이 침탄 챔버 (4) 안으로 운반될 때, 업-다운 도어 (41) 는 하강하여 폐쇄된다. 그 후, 침탄 가스 공급 기기들 (42) 은 CO 농도가 약 15 ~ 25 체적% 인 침탄 가스 (CO 가스) 를 공급하여서, 침탄 챔버 (4) 에서 탄소 포텐셜 (CP) 값이 증가한다. 그 다음에, 피처리물 (50) 은, 다음 단계 챔버, 즉 확산 챔버 (5) 를 향하여 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 운반되는 동안, (약 950 ℃ 로) 추가 가열되고 침탄 챔버 (4) 내 공기에 의해 탄소를 부여받아 침탄 프로세스를 거친다.
침탄 챔버 (4) 내부에서, 피처리물 (50) 이 확산 챔버 (5) 의 상류측 부근에 접근할 때, 업-다운 도어 (51) 는 상승하여 개방된다. 그 후, 피처리물 (50) 은 정지 없이 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 업-다운 도어 (51) 를 통하여 이동되고, 확산 챔버 (5) 안으로 운반된다.
피처리물 (50) 이 확산 챔버 (5) 안으로 운반된 후, 업-다운 도어 (51) 는 하강하여 폐쇄된다. 그 후, 침탄 가스 공급 기기 (52) 는 침탄 가스 (CO 가스) 를 확산 챔버 (5) 로 공급한다. 그 다음에, 피처리물 (50) 이 다음 단계, 즉 감온 챔버 (6) 를 향하여 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 운반되는 동안, 피처리물 (50) 은 침탄 챔버 (4) 에 의해 초래된 가열된 온도 상태를 유지하고, 침탄 챔버 (4) 에 의해 피처리물 (50) 에 제공된 탄소는 피처리물 (50) 의 내부로 잘 확산된다.
확산 챔버 (5) 내부에서, 피처리물 (50) 이 감온 챔버 (6) 의 상류측 부근에 접근할 때, 업-다운 도어 (61) 는 상승하여 개방된다. 그 후, 피처리물 (50) 은 정지 없이 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 업-다운 도어 (61) 를 통하여 이동되고, 감온 챔버 (6) 안으로 운반된다.
피처리물 (50) 이 감온 챔버 (6) 안으로 운반된 후, 업-다운 도어 (61) 는 하강하여 폐쇄된다. 그 후, 침탄 가스 공급 기기 (63) 는 침탄 가스 (CO 가스) 를 감온 챔버 (6) 안으로 공급한다. 그 다음에, 피처리물 (50) 은, 다음 단계, 즉 기름 급냉 챔버 (8) 를 향하여 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 운반되는 동안, 감온 챔버 (6) 내 공기에 의해 미리 정해진 온도 (약 850 ℃) 로 서서히 냉각된다.
감온 챔버 (6) 내부에서, 피처리물 (50) 이 제 1 운반 챔버 (9) 의 상류측 부근에 접근할 때, 제 1 운반 챔버 (9) 내부에 배치된 업-다운 도어 (62) 및 업-다운 도어 (71) 는 둘 다 상승하여 개방된다.
본원에서, 업-다운 도어 (62) 및 업-다운 도어 (71) 둘 다 상승하여 개방되어서 감온 챔버 (6) 및 가스 급냉 챔버 (7) 가 도 2 에 나타낸 것처럼 서로 연통할 때, 가스 급냉 챔버 (7) 내 불활성 가스는 (도 2 에서 화살표 (X) 로 표시된 바와 같이) 감온 챔버 (6) 로 유입되고 감온 챔버 (6) 내 침탄 가스 (CO 가스) 는 (도 2 에서 화살표 (Y) 로 표시된 바와 같이) 가스 급냉 챔버 (7) 로 유입되는 것을 알아야 한다.
결과적으로, 감온 챔버 (6) 내 CO 농도는 급격히 감소하고 (도 3 의 영역 (B1)), 업-다운 도어 (62) 가 하강하여 폐쇄된 후 (도 3 의 영역 (B2)), 감온 챔버 (6) 내 공기에서 CO 농도가 미리 정해진 CO 농도 (도 3 에서 a %) 로 증가되기 전 몇 분의 시간이 요구된다 (도 3 에서 b2 로 표시).
따라서, 업-다운 도어 (62) 의 개폐 운동 후, 감온 챔버 (6) 내 공기에서 CO 농도는 장시간 동안 낮게 유지되어서, 탄소의 침탄 및 확산을 거친 피처리물 (50) 의 표면 가까이에서 탈탄이 발생할 수도 있고, 따라서 침탄 프로세스를 받은 피처리물 (50) 은 미리 정해진 필요한 표면 강도를 달성하지 못할 수도 있다.
그러므로, 이 실시형태에서, 업-다운 도어 (62) 가 하강되어 폐쇄된 후 (도 3 에서 영역 (B2)), 감온 챔버 (6) 내 공기에서 CO 농도가 단시간 (도 3 에서 b1, b1 < b2) 에 미리 정해진 CO 농도 (도 3 에서 a %) 로 증가될 수 있도록 침탄 가스 공급 기기 (63) 로 구성된 침탄 가스 퍼지 기구가 제공된다.
즉, 이 실시형태에서, 가스 급냉 챔버 (7) 의 상류측에 배치된 업-다운 도어 (71) 가 개방될 때, 침탄 가스 공급 기기 (63) 는 침탄 가스 (CO 가스) 를 감온 챔버 (6) 로 재공급한다. 감온 챔버 (6) 의 하류측에 배치된 업-다운 도어 (62) 와 동시에 업-다운 도어 (71) 가 폐쇄된 후에 미리 정해진 일정 시간이 경과할 때까지 이런 침탄 가스 (CO 가스) 의 공급이 지속된다. 이런 식으로 침탄 가스 공급 기기 (63) 를 제어함으로써, 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 는 감온 챔버 (6) 내 공기에서 CO 농도를 업-다운 도어 (62) 의 개폐 운동으로 인해 감소된 레벨로부터 다시 정상 레벨의 CO 농도로 빠르게 증가시킨다.
따라서, 업-다운 도어 (62) 가 개폐된 후에 감온 챔버 (6) 내 공기에서 CO 농도가 낮게 유지되는 시간이 단축되어서, 미리 정해진 필요한 표면 강도가 침탄 프로세스를 받은 피처리물 (50) 에 대해 최대한 확보될 수 있다.
업-다운 도어 (62) 및 업-다운 도어 (71) 둘 다 상승되어 개방될 때, 감온 챔버 (6) 내 피처리물 (50) 은 정지 없이 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 제 1 운반 챔버 (9) 를 통하여 이동되고, 가스 급냉 챔버 (7) 안으로 운반된다.
피처리물 (50) 이 가스 급냉 챔버 (7) 안으로 운반된 후, 업-다운 도어 (62) 및 업-다운 도어 (71) 는 함께 하강하여 폐쇄된다. 이 단계에서, 기름 급냉 프로세스가 피처리물 (50) 의 급냉 프로세스로서 선택되었다면, 임의의 특정 프로세스가 가스 급냉 챔버 (7) 에서 수행되지 않으면서, 피처리물 (5) 은 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 가스 급냉 챔버 (7) 를 통하여 하류측 (제 2 운반 챔버 (10) 측) 을 향하여 즉시 운반된다.
가스 급냉 챔버 (7) 내부에서, 피처리물 (50) 이 제 2 운반 챔버 (10) 의 상류측 부근에 접근했을 때, 제 2 운반 챔버 (10) 내부에 배치된 업-다운 도어 (72) 및 업-다운 도어 (81) 는 함께 상승하여 개방된다. 그 후, 피처리물 (50) 은 정지 없이 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 제 2 운반 챔버 (10) 를 통하여 이동되고, 기름 급냉 챔버 (8) 안으로 운반된다. 그 다음에, 피처리물 (50) 은 제 2 운반 기기 (13) 로 이송되어서, 기름 급냉 챔버 (8) 내 중심으로 운반된다.
피처리물 (50) 이 기름 급냉 챔버 (8) 안으로 운반된 후, 업-다운 도어 (72) 와 업-다운 도어 (81) 는 함께 하강하여 폐쇄된다. 그 후, 기름 급냉 챔버 (8) 내부의 중심에 도달했을 때, 피처리물 (50) 은 승강 기기 (미도시) 를 통하여 하강되고 기름 탱크 (84) 안으로 침수된다. 결과적으로, 피처리물 (50) 은 200 ℃ 이하로 급속히 냉각되어서, 피처리물 (50) 의 표면부의 기름 급냉 프로세스가 수행된다. 미리 정해진 일정 시간이 경과한 후, 피처리물 (50) 은 승강 기기에 의해 기름 탱크 (84) 로부터 다시 위로 상승된다.
기름 탱크 (84) 로부터 상승된 후, 피처리물 (50) 은 제 2 운반 기기 (13) 에 의해 기름 급냉 챔버 (8) 의 내부를 통하여 하류측 (반출구 (8b) 측) 으로 운반된다. 그 다음에, 피처리물 (50) 이 기름 급냉 챔버 (8) 의 반출구 (8b) 부근에 접근할 때, 개폐 도어 (82) 는 개방되고, 피처리물 (50) 은 반출구 (8b) 를 통하여 노 (1) 밖으로 운반된다.
이 실시형태에서, 개폐 도어 (82) 의 개폐 운동으로 인해 기름 급냉 챔버 (8) 로 유입되는 외기 (산소) 의 양이 감온 챔버 (6) 로부터 제 2 운반 챔버 (10) 로 침탄 가스 (CO 가스) 를 도입함으로써 감소된다는 것을 본원에서 알아야 한다.
구체적으로, 도 4 에 나타난 것처럼, 감온 챔버 (6) 의 하류측에 배치되고 감온 챔버 (6) 와 인접한 제 1 운반 챔버 (9) 및 기름 급냉 챔버 (8) 의 상류측에 배치되고 기름 급냉 챔버 (8) 에 인접한 제 2 운반 챔버 (10) 는 연통 경로 (11) 에 의해 서로 연결되어 있다. 게다가, 감온 챔버 (6) 의 출구부 (6b) 에 배치된 업-다운 도어 (62) 는 복수의 작은 구멍부를 가져서, 업-다운 도어 (62) 가 개폐될 때뿐만 아니라 항상, 구멍부를 통하여, 침탄 가스 (CO 가스) 가 감온 챔버 (6) 로부터 제 1 운반 챔버 (9) 로 유입된다.
따라서, 제 1 운반 챔버 (9) 를 채운 침탄 가스 (CO 가스) 는 연통 경로 (11) 를 통하여 제 2 운반 챔버 (10) 안으로 안내된 후, 업-다운 도어 (81) 가 개방될 때마다 제 2 운반 챔버로부터 기름 급냉 챔버 (8) 로 공급된다.
따라서, 감온 챔버 (6) 로부터 침탄 가스 (CO 가스) 가 제 1 운반 챔버 (9), 연통 경로 (11) 및 제 2 운반 챔버 (10) 로 순서대로 안내된 후, 기름 급냉 챔버 (8) 로 공급되므로 (도 4 에서 화살표 (Z) 로 나타냄), 기름 급냉 챔버 (8) 는 침탄 가스 (CO 가스) 로 채워진다. 따라서, 개폐 도어 (82) 가 개폐됨에 따라 기름 급냉 챔버 (8) 로 유입되는 외기 (산소) 의 양이 침탄 가스 (CO 가스) 에 의한 막힘 (blockage) 으로 인해 감소되어서, 기름 급냉 프로세스 중 산화로 인한 피처리물 (50) 의 품질 불량이 감소된다.
덧붙여, 이 실시형태에서, 제 1 운반 챔버 (9) 및 제 2 운반 챔버 (10) 가 하나의 연통 경로 (11) 에 의해 상호 연결되었을지라도, 이 구성은 제한적이지 않고 복수의 연통 경로가 또한 구비될 수도 있다.
게다가, 기름 급냉 챔버 (8) 의 업-다운 도어 (81) 가 개방될 때, 기름 급냉 챔버 (8) 로부터 고온 침탄 가스 (CO 가스) 가 기름 급냉 챔버 (8) 로 유입될 수 있어서, 기름 급냉 챔버 (8) 내부의 온도는 급격히 상승하는 경향이 있고 기름 급냉 챔버 (8) 내부의 압력은 급격히 변하는 경항이 있다. 하지만, 기름 급냉 챔버 (8) 는 배출 기기 (83) 를 구비하고, 배출 기기 (83) 의 연소 기기 (83a) 는 기름 급냉 챔버 (8) 로 소량 유입되는 외기를 이용해 기름 급냉 챔버 (8) 로 유입되는 침탄 가스 (CO 가스) 의 일부를 연소시켜서, 노 안으로 외기의 유입이 실질적으로 방지된다.
대안적으로, 다른 실시형태로서, 기름 급냉 챔버 (8) 는 기름 급냉 챔버 (8) 로 유입되는 외기 (산소) 의 양을 감소시키도록 가스 공급 기기 (85) 를 갖출 수도 있다. 즉, 도 5 에 나타난 것처럼, 다른 실시형태에서 기름 급냉 챔버 (8) 는 기름 급냉 챔버 (8) 로 직접 침탄 가스 (CO 가스) 또는 불활성 가스 (예컨대, 질소 가스) 를 직접 공급하기 위해 구비되고 압축 가스 실린더, 전자기 밸브, 배관 부재 등으로 구성된 가스 공급 기기 (85) 를 갖춘다.
가스 공급 기기 (85) 때문에, 기름 급냉 챔버 (8) 는 침탄 가스 (CO 가스) 또는 불활성 가스 (질소 가스) 로 채워져서, 기름 급냉 챔버 (8) 로 유입되는 외기 (산소) 의 양은 침탄 가스 (CO 가스) 또는 불활성 가스 (질소 가스) 에 의한 막힘 때문에 감소된다. 따라서, 기름 급냉 프로세스 중 산화로 인한 피처리물 (50) 의 품질 불량이 감소된다.
[가스 급냉 프로세스를 포함하는 피처리물 (50) 용 가스 침탄 프로세스 방법]
다음에, 연속식 가스 침탄로 (1) 에 따른 가스 급냉 프로세스를 포함하는 피처리물 (50) 용 가스 침탄 프로세스 방법은 도 1 을 참조로 설명될 것이다. 가스 급냉 프로세스가 탄소의 침탄 및 확산 완료된 피처리물 (50) 에 수행되는 급냉 프로세스로서 선택된 경우, 이용된 가스 침탄 프로세스 방법은, 감온 챔버 (6) 다음에 피처리물 (50) 에 수행되는 프로세스에서, 기름 급냉 프로세스가 선택된 경우 이용되는 전술한 프로세스 방법과 상이하다.
즉, 기름 급냉 프로세스가 선택된 경우에서처럼, 피처리물 (50) 이 예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5) 및 감온 챔버 (6) 를 순서대로 통과함에 따라 예열 챔버 (2) 에 넣은 피처리물 (50) 은 탄소의 침탄 및 확산을 거친다.
피처리물 (50) 이 감온 챔버 (6) 밖으로 그리고 가스 급냉 챔버 (7) 안으로 운반된 후, 업-다운 도어 (62) 및 업-다운 도어 (71) 는 함께 하강하여 폐쇄된다. 이때, 가스 급냉 프로세스가 피처리물 (50) 의 급냉 프로세스로서 선택된 경우, 불활성 가스 공급 기기 (73) 는 불활성 가스 (질소 가스) 를 가스 급냉 챔버 (7) 로 공급한다. 그 다음에, 피처리물 (50) 은, 하류측 (제 2 운반 챔버 (10) 측) 을 향하여 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 운반되는 동안, 불활성 가스 (질소 가스) 에 의해 약 200 ℃ 이하로 급속히 냉각되어서 가스 급냉 프로세스를 거친다.
그 다음에, 미리 정해진 일정 시간이 경과한 후, 불활성 가스 공급 기기 (73) 는 정지되고, 가스 급냉 챔버 (7) 는 가스 급냉 챔버 (7) 에 구비된 진공 퍼지 기기 (미도시) 에 의해 진공화된다. 덧붙여, 가스 급냉 챔버 (7) 내부의 진공화는 다음 목적을 위해 수행된다. 즉, 불활성 가스 (질소 가스) 의 공급으로 인해, 가스 급냉 챔버 (7) 내 압력이 상승하므로, 가스 급냉 챔버 (7) 의 내부와 제 2 운반 챔버 (10) 의 내부 사이에 압력 차이가 발생하여서, 업-다운 도어 (72) 를 개방하는 것을 불가능하게 할 수도 있다. 이것은 진공화에 의해 방지된다.
가스 급냉 챔버 (7) 내부에서, 진공 퍼지 기기에 의한 진공화가 완료되고 피처리물 (50) 이 제 2 운반 챔버 (50) 의 상류측 부근으로 접근할 때, 제 2 운반 챔버 (10) 내부에 배치된 업-다운 도어 (72) 및 업-다운 도어 (81) 는 함께 상승하여 개방된다. 그 후, 피처리물 (50) 은 정지 없이 제 1 운반 기기 (12) 에 의해 제 2 운반 챔버 (10) 를 통하여 이동된다. 그 다음에, 피처리물 (50) 은 제 2 운반 기기 (13) 로 이송되고, 기름 급냉 챔버 (8) 안으로 운반된다.
피처리물 (50) 이 기름 급냉 챔버 (8) 안으로 운반된 후, 업-다운 도어 (72) 및 업-다운 도어 (81) 는 함께 하강하여 폐쇄된다. 이 단계에서, 가스 급냉 프로세스가 피처리물 (50) 용 급냉 프로세스로서 선택되었으므로, 임의의 특정 프로세스가 기름 급냉 챔버 (8) 에서 수행되지 않으면서, 피처리물 (50) 은 기름 급냉 챔버 (8) 를 통하여 하류측 (반출구 (8b) 측) 으로 제 2 운반 기기 (13) 에 의해 즉시 운반된다.
그 다음에, 피처리물 (50) 이 기름 급냉 챔버 (8) 의 반출구 (8b) 부근에 접근할 때, 개폐 도어 (82) 는 개방되고, 피처리물 (50) 은 반출구 (8b) 를 통하여 노 밖으로 운반된다.
따라서, 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 에서, 피처리물 (50) 이 예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5) 및 감온 챔버 (6) 를 순서대로 통과함에 따라 피처리물 (50) 은 탄소의 침탄 및 확산을 거친다. 피처리물 (50) 이 제 1 운반 기기 (9), 가스 급냉 챔버 (7), 제 2 운반 챔버 (10) 및 기름 급냉 챔버 (8) 를 통과할 때 피처리물 (50) 이 급냉 프로세스를 받게 될 가스 급냉 챔버 (7) 및 기름 급냉 챔버 (8) 중 어느 하나를 결정함으로써 가스 급냉 프로세스와 기름 급냉 프로세스 사이에서 임의로 선택된다.
[가스 침탄 프로세스의 1 사이클 중의 피처리물의 온도 및 각 챔버에서의 압력 변화]
다음에, 가스 침탄 프로세스의 사이클 중 피처리물 (50) 의 온도 변화 및 각 챔버에서의 압력 변화는, 도 6a 및 도 6b 와 도 7a 및 도 7b 를 참조로, 급냉 프로세스의 상이한 방법들에 대해 분리하여 설명될 것이다.
우선, 기름 급냉 프로세스가 급냉 프로세스로서 선택된 경우와 관련해 도 6a 및 도 6b 를 참조하여 설명될 것이다. 이 경우에, 피처리물 (50) 은 예열 챔버 (2) 내 공기에 의해 약 800 ℃ 로 가열된 후, 가열 챔버 (3) 내 공기에 의해 약 930 ℃ 로 가열된다. 그 다음에, 피처리물 (50) 의 온도는 침탄 챔버 (4) 내 공기에 의해 약 950 ℃ 로 추가 상승되고, 피처리물 (50) 의 침탄은 챔버 (4) 에서 수행된다.
그 후, 도 6a 에 나타낸 것처럼, 피처리물 (50) 의 온도는, 피처리물 (50) 이 이전 단계, 즉 침탄 챔버 (4) 에서 가열되는 약 950 ℃ 로 지속적으로 유지된다. 그 다음에, 피처리물 (50) 이 감온 챔버 (6) 안으로 운반된 직후 (보다 구체적으로, 업-다운 도어 (61) 가 개방된 직후), 피처리물 (50) 의 온도는 약 850 ℃ 로 급속히 내려간다.
피처리물 (50) 이 감온 챔버 (6) 밖으로 운반된 후, 피처리물 (50) 이 제 1 운반 챔버 (9), 가스 급냉 챔버 (7) 및 제 2 운반 챔버 (10) 를 순차적으로 통과하는 동안 피처리물 (50) 의 온도는 약 850 ℃ 로 유지된다. 그 다음에, 최종 단계인 기름 급냉 챔버 (8) 에서, 피처리물을 기름 탱크 (84) 로 침수시킴으로써 피처리물 (50) 은 약 200 ℃ 로 급속히 냉각된다. 덧붙여, 도 6a 에 나타난 것처럼 피처리물 (50) 이 기름 급냉 챔버 (8) 안으로 운반된 직후에 피처리물 (50) 의 온도가 약 850 ℃ 로 지속되는 이유는, 피처리물 (50) 이 기름 탱크 (84) 안으로 침수되기 전 승강 기기의 작동 시간 등 일정 시간이 필요하기 때문이다.
한편, 각 챔버에서의 압력에 대해, 피처리물 (50) 을 예열 챔버 (2) 에 넣었을 때, 저온 외기 (산소) 는 예열 챔버 (2) 로 유입될 수 있어서, 예열 챔버 (2) 내부의 압력은 전술한 대로 변하는 경향이 있다. 배출 기기 (28) 로 인해, 예열 챔버 (2) 내 압력은 약 0.1 MPa 로 유지된다.
게다가, 예열 챔버 (2) 밖으로 운반된 후에 피처리물 (50) 이 가열 챔버 (3) 와 침탄 챔버 (4) 를 순차적으로 통과할 때, 업-다운 도어 (31, 41) 의 개폐 운동은 각 챔버에서 임의의 양의 공기 유동을 유발할 수 있고, 따라서 그 안의 압력이 변동하는 경향이 있다. 하지만, 전술한 대로, 침탄 가스 공급 기기 (32, 42) 는 침탄 가스 (CO 가스) 를 공급하기 위해 제공된다. 따라서, 가열 챔버 (3) 및 침탄 챔버 (4) 내부의 압력은 대기압과 실질적으로 같은 약 0.1 MPa 로 지속적으로 유지된다.
그 후, 피처리물 (50) 이 확산 챔버 (5), 감온 챔버 (6), 제 1 운반 챔버 (9), 가스 급냉 챔버 (7), 제 2 운반 챔버 (10) 및 기름 급냉 챔버 (8) 를 순차적으로 통과할 때, 침탄 가스 공급 기기 (52, 63) 는 전술한 대로 침탄 가스 (CO 가스) 를 공급한다. 따라서, 확산 챔버 (5), 감온 챔버 (6), 제 1 운반 챔버 (9), 가스 급냉 챔버 (7), 제 2 운반 챔버 (10) 및 기름 급냉 챔버 (8) 내부의 압력은, 대기압과 실질적으로 동일한, 약 0.1 MPa 로 지속적으로 유지된다.
덧붙여, 전술한 대로, 피처리물 (50) 을 기름 급냉 챔버 (8) 에 넣었을 때, 고온 침탄 가스 (CO 가스) 는 기름 급냉 챔버 (8) 로 유입될 수 있고, 기름 급냉 챔버 (8) 내 압력은 변하는 경향이 있다. 하지만, 배출 기기 (83) 때문에, 기름 급냉 챔버 (8) 내 압력은, 대기압과 실질적으로 동일한 약 0.1 MPa 로 유지된다.
다음에, 가스 급냉 프로세스가 급냉 프로세스로서 선택된 경우에 관하여 도 7a 및 도 7b 를 참조하여 설명될 것이다. 이 경우에, 피처리물이 제 1 운반 챔버 (9) 에 도달할 때까지, 기름 급냉 프로세스가 선택된 전술한 경우와 동일한 방식으로 피처리물 (50) 의 온도는 변한다.
도 7a 에 나타낸 것처럼, 피처리물 (50) 이 가스 급냉 챔버 (7) 로 운반된 직후에 피처리물 (50) 은 약 200 ℃ 이하로 급속히 냉각된다. 그 후, 낮추어진 온도를 유지하면서, 피처리물 (50) 은 제 2 운반 챔버 (10) 와 기름 급냉 챔버 (8) 를 순차적으로 통과한다.
각 챔버 내의 압력에 대해 말하면, 한편으로는, 피처리물 (50) 이 제 1 운반 챔버 (9) 에 도달할 때까지, 기름 급냉 프로세스가 선택된 전술한 경우에서처럼, 각 챔버 내부의 압력은 대기압과 실질적으로 동일한 약 0.1 MPa 로 유지된다.
그 다음에, 피처리물 (50) 이 가스 급냉 챔버 (7) 안으로 운반된 직후, 불활성 가스 공급 기기 (73) 로부터 불활성 가스 (질소 가스) 를 가스 급냉 챔버로 공급함으로써, 도 7b 에 나타낸 것처럼, 가스 급냉 챔버 (7) 내부의 압력은 약 0.98 MPa 로 급속히 상승된다.
그 후, 미리 정해진 일정 시간이 경과한 후, 불활성 가스 공급 기기 (73) 는 정지하고, 가스 급냉 챔버 (7) 내 압력은 진공 퍼지 기기에 의해 약 0 MPa 에 가깝게 일시적으로 감소된다. 그 다음에, 진공 퍼지 기기가 정지하고 가스 급냉 챔버 (7) 내 압력이 대기압과 실질적으로 동일한 약 0.1 MPa 로 다시 돌아간 후, 피처리물 (50) 은 순차적으로 제 2 운반 챔버 (10) 와 기름 급냉 챔버 (8) 를 통하여 운반된다. 제 2 운반 챔버 (10) 내부의 압력과 기름 급냉 챔버 (8) 내부의 압력은 대기압과 실질적으로 동일한 약 0.1 MPa 로 유지된다.
전술한 대로, 실시형태에 따른 연속식 가스 침탄로는 프로세싱 단계들이 피처리물 (50) 의 운반 방향을 따라 일렬로 순차적으로 배치된 연속식 가스 침탄로 (1) 이고, 이것은 가스 침탄 프로세스가 피처리물 (50) 에 수행되는 가스 침탄 프로세싱 챔버 (예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5) 및 감온 챔버 (6)); 기름 급냉이 피처리물 (50) 에 수행되는 기름 급냉 챔버 (8); 및 가스 급냉이 피처리물 (50) 에 수행되는 가스 급냉 챔버 (7) 를 포함한다. 가스 침탄 프로세싱 챔버는 가스 침탄 프로세스에 의해 가열된 피처리물 (50) 의 온도가 낮추어지는 감온 챔버 (6) 를 더 포함한다. 감온 챔버 (6), 가스 급냉 챔버 (7) 및 기름 급냉 챔버 (8) 는 그 순서로 피처리물 (50) 의 운반 방향으로 상류측에서 하류측으로 배치되고, 서로 인접하여 배치된다.
전술한 구성을 가지는 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 에 따르면, 가스 급냉과 기름 급냉 사이에서 임의로 선택할 수 있고 단지 작은 설치 공간을 요구하고, 큰 설비 비용을 요구하지 않으며, 높은 생산성을 달성하고, 간단한 구성을 가지고, 전체 설비로서 높은 신뢰성을 가지는 연속식 가스 침탄로를 제공할 수 있다.
즉, 연속식 가스 침탄로 (1) 는 예열 챔버 (2), 가열 챔버 (3), 침탄 챔버 (4), 확산 챔버 (5), 감온 챔버 (6), 가스 급냉 챔버 (7) 및 기름 급냉 챔버 (8) 의 프로세스 단계들이 순차적으로 일렬로 배치되는 구성을 가지므로, 피처리물이 운반되는 동안 급냉 프로세스가 피처리물 (50) 에 실제로 수행되는 가스 급냉 챔버 (7) 및 기름 급냉 챔버 (8) 중 어느 하나를 결정함으로써 가스 급냉 프로세스와 기름 급냉 프로세스 사이에서 임의로 선택될 수 있다.
게다가, 전술한 대로 구성된 연속식 가스 침탄로 (1) 에 따르면, 다량의 피처리물 (50) 이 한 번에 계속해서 침탄 프로세스를 받을 수 있어서, 높은 생산성이 달성될 수 있다. 도 9b 에 나타난 것처럼 비교예들은, 생산성이 낮은 셀 타입 감압 침탄로 (201, 301) 를 사용함으로써 탄소의 침탄 및 확산을 거친 피처리물 (50) 이 가스 급냉을 받게 되는 방법 및 고생산성 연속식 가스 침탄로 (101) 가 이용되고 가스 급냉 프로세스가 아닌 기름 급냉 프로세스만 수행될 수 있는 방법을 포함한다. 하지만, 도 9a 에 나타난 것처럼, 연속식 가스 침탄로 (1) 는 가스 급냉 프로세스와 기름 급냉 프로세스 사이에서 임의로 선택할 수 있으므로, 연속식 가스 침탄로 (1) 는, 피처리물 (50) 을 위한 생산 조건에 관한 모든 요구들에 대해, 높은 생산성을 유지하면서 탄소의 침탄 및 확산을 거친 피처리물에 가스 급냉을 수행할 수 있다.
도 8 에 나타난 것처럼, 확산 챔버 (405), 감온 챔버 (406) 및 기름 급냉 챔버 (408) 가 가스 침탄로 (401) 의 하류측 부분에서 피처리물 (50) 의 운반 방향을 따라 일렬로 배치되고, 가스 급냉 챔버 (407) 가 기름 급냉 챔버 (408) 와 평행하게 배치되는 경우, 감온 챔버 (406) 로부터 기름 급냉 챔버 (408) 까지 피처리물 (50) 의 운반 방향과 직교하는 방향으로 피처리물을 운반한 후, 가스 급냉 챔버 (407) 를 향하여 운반 방향과 평행한 방향으로 (도 8 에서 화살표 (W) 의 방향으로) 피처리물을 운반할 수 있는 운반 기기에 대한 요구가 발생한다.
복잡한 기구로 구성된 이러한 운반 기기가 고온 침탄 가스 (CO 가스) 로 채워진 운반 챔버 (409) 내부에 구비된다면, 낮은 유지보수 특성이 유발되고, 전체 설비로서 신뢰성을 확보하기 어려워진다. 게다가, 이러한 운반 기기에서, 기구는 복잡해지고, 구성 부품들의 수는 증가하고, 설비 비용은 전체적으로 더 높아진다. 또한, 노 외부에 설치될 필요가 있는 구동 기구의 수가 많아지므로, 운반 챔버 (409) 는 구동 기구와 운반 기구를 상호 연결하기 위한 복수의 관통공을 가질 필요가 있어서, 노 내부의 기밀성을 감소시킨다. 결과적으로, 외기는 확산 챔버 (405) 와 감온 챔버 (406) 뿐만 아니라 침탄 챔버 (도 8 에 미도시) 로 유입되고, 이 챔버들에서 CO 농도를 감소시키고 챔버들에서 온도를 감소시켜서, 피처리물들 (50) 의 침탄 경화 깊이 및 제품 정밀도 변화를 증가시키고, 자연 발화 온도에 도달하여 폭발이 발생할 수 있는 위험을 증가시킨다.
전술한 대로 구성된 가스 침탄로 (401) 와 대조적으로, 프로세스 단계들이 피처리물 (50) 의 운반 방향을 따라 일렬로 배치되는 구성을 가지는 연속식 가스 침탄로 (1) 는 롤러 컨베이어, 체인 컨베이어 등으로 각각 구성된 제 1 운반 기기 (12) 및 제 2 운반 기기 (13) 로부터 단지 피처리물 (50) 을 위한 운반 기구를 구성할 수 있다. 따라서, 기구는 단순화되고 유지보수 특성은 개선되어서, 전체 설비로서 높은 신뢰성이 확보된다. 또한, 전체 설비의 레이아웃은 단순해지고, 요구되는 설치 공간이 감소될 수 있고, 설비 비용이 감소될 수 있다.
게다가, 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 는, 제 1 운반 챔버 (9) 를 가로질러 서로 마주보는 두 챔버의 측면부에 구비된 감온 챔버 (6) 의 출구부 (6b) 와 가스 급냉 챔버 (7) 의 입구부 (7a) 를 덮는 제 1 운반 챔버 (9) 가 감온 챔버 (6) 와 가스 급냉 챔버 (7) 사이에 구비되고; 제 2 운반 챔버 (10) 를 가로질러 서로 마주보는 두 챔버의 측면부에 구비된 가스 급냉 챔버 (7) 의 출구부 (7b) 와 기름 급냉 챔버 (8) 의 입구부 (8a) 를 덮는 제 2 운반 챔버 (10) 는 가스 급냉 챔버 (7) 와 기름 급냉 챔버 (8) 사이에 구비되고; 제 1 운반 챔버 (9) 내부에서, 단열 업-다운 도어 (개폐 도어) (62) 는 가스 급냉 챔버 (7) 와 마주보거나 가까운 측면부에 구비된 감온 챔버 (6) 의 출구부 (6b) 에 구비되고; 제 1 운반 챔버 (9) 내부에서, 내압 업-다운 도어 (개폐 도어) (71) 는 감온 챔버 (6) 와 마주보거나 가까운 측면에 가스 급냉 챔버 (7) 의 입구부 (7a) 에 구비되고; 제 2 운반 챔버 (10) 내부에서, 내압 업-다운 도어 (개폐 도어) (72) 는 기름 급냉 챔버 (8) 와 마주보거나 가까운 측면부에 구비된 가스 급냉 챔버 (7) 의 출구부 (7b) 에 구비되고; 제 2 운반 챔버 (10) 내부에서, 유증-차단 업-다운 도어 (개폐 도어) (81) 가 가스 급냉 챔버 (7) 와 마주보거나 가까운 측면에 구비된 기름 급냉 챔버 (8) 의 입구부 (8a) 에 구비되는 구성을 가진다.
전술한 구성을 가진다면, 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 는 챔버들, 즉 내부 조건이 서로 상이한 감온 챔버 (6), 가스 급냉 챔버 (7) 및 기름 급냉 챔버 (8) 의 내부의 기밀성을 충분히 확보할 수 있도록 한다.
이것은 보다 구체적으로 설명될 것이다. 즉, 서로 인접하여 배치된 감온 챔버 (6) 와 가스 급냉 챔버 (7) 는 각각 단열 기능 및 내압 기능을 가질 필요가 있다. 전술한 구성에서, 감온 챔버 (6) 용 단열 업-다운 도어 (62) 및 가스 급냉 챔버 (7) 용 내압 업-다운 도어 (71) 가 두 챔버 사이의 공간에 구비되므로, 단열 기능과 내압성 둘 다 달성될 수 있고 감온 챔버 (6) 및 가스 급냉 챔버 (7) 의 기밀성이 확보될 수 있다. 유사하게, 서로 인접하여 배치된 가스 급냉 챔버 (7) 와 기름 급냉 챔버 (8) 는 각각 내압 기능 및 내유증 (oil vapor tightness) 기능을 가질 필요가 있다. 전술한 구성에서, 가스 급냉 챔버 (7) 용 내압 업-다운 도어 (72) 와 기름 급냉 챔버 (8) 용 유증-차단 업-다운 도어 (81) 가 두 챔버 사이의 공간에 구비되므로, 내압 기능 및 내유증 기능 둘 다 달성될 수 있고 가스 급냉 챔버 (7) 및 기름 급냉 챔버 (8) 의 기밀성이 확보될 수 있다.
게다가, 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 에서, 제 1 운반 챔버 (9) 와 제 2 운반 챔버 (10) 사이에는 제 1 운반 챔버 (9) 의 내부와 제 2 운반 챔버 (10) 의 내부 사이에 연통을 제공하는 연통 경로 (11) 가 구비된다.
단지 연통 경로 (11) 를 통하여 제 1 운반 챔버 (9) 와 제 2 운반 챔버 (10) 를 상호 연결함으로써, 제 1 운반 챔버 (9) 를 채우는 침탄 가스 (CO 가스) 는 연통 경로 (11) 를 통하여 제 2 운반 챔버 (10) 로 안내되고, 차례로 업-다운 도어 (81) 가 개방될 때마다 기름 급냉 챔버 (8) 로 공급된다. 따라서, 개폐 도어 (82) 가 개방 및 폐쇄될 때 기름 급냉 챔버 (8) 로 유입되는 외기 (산소) 의 양은 침탄 가스 (CO 가스) 에 의한 막힘으로 인해 감소되어서, 기름 급냉 프로세스 중 산화로 유발되는 피처리물 (50) 의 품질 불량을 저렴한 구성으로 감소시킬 수 있다.
게다가, 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 에서, 기름 급냉 챔버 (8) 는 침탄 가스 또는 질소 가스를 기름 급냉 챔버 (8) 로 도입하는 가스 공급 기기 (85) 를 구비한다.
이 구성을 가지면, 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 는 침탄 가스 (CO 가스) 또는 불활성 가스 (질소 가스) 로 기름 급냉 챔버 (8) 를 확실히 채울 수 있도록 한다. 따라서, 개폐 도어 (82) 가 개방 및 폐쇄됨에 따라 기름 급냉 챔버 (8) 로 유입되는 외기 (산소) 의 양은 침탄 가스 (CO 가스) 에 의한 막힘으로 인해 감소되어서, 기름 급냉 프로세스 중 산화로 유발되는 피처리물 (50) 의 품질 불량은 보다 확실하게 감소될 수 있다.
게다가, 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 에서, 감온 챔버 (6) 는 감온 챔버 (6) 내 CO 농도 감소를 억제하기 위한 침탄 가스 공급 기기 (침탄 가스 퍼지 기구) (63) 를 구비하고, 감온 챔버 (6) 와 마주보거나 가까운 측면부에 구비된 가스 급냉 챔버 (7) 의 입구부 (7a) 에 구비된 내압 업-다운 도어 (개폐 도어) (71) 가 개방된 후에 침탄 가스 공급 기기 (침탄 가스 퍼지 기구) (63) 는 침탄 가스를 감온 챔버 (6) 로 공급한다.
전술한 대로 구성된 이 실시형태의 연속식 가스 침탄로 (1) 에서, 감온 챔버 (6) 내 공기에서 CO 농도는 업-다운 도어 (62) 의 개폐 운동으로 인한 감소된 레벨로부터 다시 정상 레벨의 CO 농도까지 빠르게 증가될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태들이 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 실시형태들의 세부에 제한되지 않고, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 본 기술분야의 당업자들이 생각할 수도 있는 다양한 변화, 수정 또는 개선되어 실시될 수도 있다.

Claims (7)

  1. 복수의 단계들이 피처리물의 운반 방향을 따라 순차적으로 일렬로 배치된 연속식 가스 침탄로 (1) 로서:
    상기 피처리물에 가스 침탄 프로세스가 수행되는 가스 침탄 프로세싱 챔버;
    상기 피처리물에 기름 급냉 (quenching) 이 수행되는 기름 급냉 챔버 (8); 및
    상기 피처리물에 가스 급냉이 수행되는 가스 급냉 챔버 (7) 를 포함하고,
    상기 가스 침탄 프로세싱 챔버는 가스 침탄 프로세스에 의해 가열된 상기 피처리물의 온도를 낮추는 감온 챔버 (6) 를 포함하고, 상기 감온 챔버 (6) 에는 침탄 가스가 공급되며;
    상기 감온 챔버, 상기 가스 급냉 챔버 및 상기 기름 급냉 챔버는 상기 피처리물의 운반 방향으로 상류측에서 하류측으로 상기 언급한 순서로 순차적으로 배치되고, 서로 인접해 있으며;
    상기 감온 챔버와 상기 가스 급냉 챔버 사이에는, 서로 마주보는 상기 감온 챔버의 측면부와 상기 가스 급냉 챔버의 측면부를 덮는 제 1 운반 챔버 (9) 가 구비되고;
    상기 가스 급냉 챔버와 상기 기름 급냉 챔버 사이에는, 서로 마주보는 상기 가스 급냉 챔버의 측면부와 상기 기름 급냉 챔버의 측면부를 덮는 제 2 운반 챔버 (10) 가 구비되고;
    상기 제 1 운반 챔버 내부에서, 상기 가스 급냉 챔버를 마주보는 상기 감온 챔버의 측면부에, 구멍부를 구비하는 단열용 제 1 개폐 도어가 구비되고;
    상기 제 1 운반 챔버 내부에서, 상기 감온 챔버를 마주보는 상기 가스 급냉 챔버의 측면부에 내압용 제 2 개폐 도어가 구비되고;
    상기 제 2 운반 챔버 내부에서, 상기 기름 급냉 챔버를 마주보는 상기 가스 급냉 챔버의 측면부에 내압용 제 3 개폐 도어가 구비되고;
    상기 제 2 운반 챔버 내부에서, 상기 가스 급냉 챔버를 마주보는 상기 기름 급냉 챔버의 측면부에, 구멍부를 구비하는 유증 차단용 제 4 개폐 도어가 구비되고; 그리고
    상기 제 1 운반 챔버와 상기 제 2 운반 챔버 사이에는, 상기 제 1 운반 챔버와 상기 제 2 운반 챔버 사이에 연통을 제공하는 연통 경로 (11) 가 구비되고;
    상기 감온 챔버에 공급된 상기 침탄 가스가, 상기 가스 급냉 챔버를 마주보는 상기 감온 챔버의 측면부에서 상기 제 1 개폐 도어에 제공된 구멍부를 통해 상기 제 1 운반 챔버 내로 유동하고;
    상기 제 1 운반 챔버를 채우는 상기 침탄 가스가 상기 연통 경로를 통해 상기 제 2 운반 챔버 내로 안내되고; 그리고
    상기 제 2 운반 챔버 내로 안내된 상기 침탄 가스가, 상기 가스 급냉 챔버를 마주보는 상기 기름 급냉 챔버의 측면부에서 상기 제 4 개폐 도어에 제공된 구멍부를 통해 상기 기름 급냉 챔버 내로 공급되는 것을 특징으로 하는 연속식 가스 침탄로.
  2. 복수의 단계들이 피처리물의 운반 방향을 따라 순차적으로 일렬로 배치된 연속식 가스 침탄로 (1) 로서:
    상기 피처리물에 가스 침탄 프로세스가 수행되는 가스 침탄 프로세싱 챔버;
    상기 피처리물에 기름 급냉이 수행되는 기름 급냉 챔버 (8); 및
    상기 피처리물에 가스 급냉이 수행되는 가스 급냉 챔버 (7) 를 포함하고,
    상기 가스 침탄 프로세싱 챔버는 가스 침탄 프로세스에 의해 가열된 상기 피처리물의 온도를 낮추는 감온 챔버 (6) 를 포함하고, 상기 감온 챔버 (6) 에는 침탄 가스가 공급되며;
    상기 감온 챔버, 상기 가스 급냉 챔버 및 상기 기름 급냉 챔버는 상기 피처리물의 운반 방향으로 상류측에서 하류측으로 상기 언급한 순서로 순차적으로 배치되고, 서로 인접해 있으며;
    상기 감온 챔버와 상기 가스 급냉 챔버 사이에는, 서로 마주보는 상기 감온 챔버의 측면부와 상기 가스 급냉 챔버의 측면부를 덮는 제 1 운반 챔버 (9) 가 구비되고;
    상기 가스 급냉 챔버와 상기 기름 급냉 챔버 사이에는, 서로 마주보는 상기 가스 급냉 챔버의 측면부와 상기 기름 급냉 챔버의 측면부를 덮는 제 2 운반 챔버 (10) 가 구비되고;
    상기 제 1 운반 챔버 내부에서, 상기 가스 급냉 챔버를 마주보는 상기 감온 챔버의 측면부에 단열용 제 1 개폐 도어가 구비되고;
    상기 제 1 운반 챔버 내부에서, 상기 감온 챔버를 마주보는 상기 가스 급냉 챔버의 측면부에 내압용 제 2 개폐 도어가 구비되고;
    상기 제 2 운반 챔버 내부에서, 상기 기름 급냉 챔버를 마주보는 상기 가스 급냉 챔버의 측면부에 내압용 제 3 개폐 도어가 구비되고;
    상기 제 2 운반 챔버 내부에서, 상기 가스 급냉 챔버를 마주보는 상기 기름 급냉 챔버의 측면부에 유증 차단용 제 4 개폐 도어가 구비되고; 그리고
    상기 제 1 운반 챔버와 상기 제 2 운반 챔버 사이에는, 상기 제 1 운반 챔버와 상기 제 2 운반 챔버 사이에 연통을 제공하는 연통 경로 (11) 가 구비되고;
    상기 감온 챔버에 공급된 상기 침탄 가스는, 상기 가스 급냉 챔버를 마주보는 상기 감온 챔버의 측면부에서 상기 제 1 개폐 도어의 개폐 운동으로 인해 상기 제 1 운반 챔버 내로 유동하고;
    상기 제 1 운반 챔버를 채우는 상기 침탄 가스가 상기 연통 경로를 통해 상기 제 2 운반 챔버 내로 안내되고; 그리고
    상기 제 2 운반 챔버 내로 안내된 상기 침탄 가스가, 상기 가스 급냉 챔버를 마주보는 상기 기름 급냉 챔버의 측면부에서 상기 제 4 개폐 도어의 개폐 운동으로 인해 상기 기름 급냉 챔버 내로 공급되는 것을 특징으로 하는 연속식 가스 침탄로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기름 급냉 챔버는 침탄 가스 또는 질소 가스를 상기 기름 급냉 챔버에 도입하도록 배치되는 가스 공급 기기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연속식 가스 침탄로.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감온 챔버는 상기 감온 챔버 내의 일산화탄소 농도 감소를 억제하도록 배치된 침탄 가스 퍼지 기구를 구비하고;
    상기 침탄 가스 퍼지 기구는, 상기 감온 챔버를 마주보는 상기 가스 급냉 챔버의 측면부에 구비된 상기 내압용 제 2 개폐 도어가 개방된 후에 침탄 가스를 상기 감온 챔버에 공급하도록 배치된 것을 특징으로 하는 연속식 가스 침탄로.
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