JPH01259154A - 黒化処理方法および黒化処理炉 - 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］ この発明は鉄鋼材料製の被処理物に黒化処理をａ３こな
う処理方法およびこの方法に適した黒化処理炉に関する
。

〔従来の技術〕

鉄鋼材料製の被処理物表面に黒色のＦｅ３Ｏ４の酸化被
膜を形成する黒化処理は、その緻密な膜で内部を保護し
て耐食性、耐摩耗性および外観の向上をはかるため、ボ
ルトやナツトその他の各種小物部品に多く採用されてい
る。この黒化処理は、従来苛性アルカリ溶液中に被処理
物を浸漬したり、硝酸ソーダ、または硝酸ソーダと硝酸
カリの混合物から成る黒染液と防錆液の混合液中に高温
の被処理物を浸漬する等の化学処理による方法と、水蒸
気とＮ２または発熱形リーンガスを導入した気密電気炉
内でおこなうホモ処理が、−船釣におこなわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上記従来の方法のうち、前者の化学処理による
方法は、処理液が高価でありまた被処理物表面に肌荒れ
が生じやすく、さらに処理液の排液処理が必要であるた
め手間と費用がかかるという問題がある。また後者のホ
モ処理は、雰囲気ガスを必要とするため費用がかさみ、
また前者と同様に黒化処理のためにわざわざ被処理物を
加熱しなければならないので処理費がかさむという問題
があった。

この発明は上記従来の問題点を解決するもので、黒化処
理を焼戻しと同時におこなうことにより、処理費および
処理時間が少なくてすむ黒化処理方法および黒化処理炉
を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

しかしてこの発明の黒化処理方法は、直火バーナをそな
えた焼戻炉において、前記直火バーナの空燃比の調節に
より炉内雰囲気の０２１度を０．１％未満にかつＣ０１
ｌｉ！度を１〜６％に維持するとともに、前記直火バー
ナの燃焼量の調節と、炉内雰囲気、循環系に設けたガス
冷却器から炉内に供給される冷却風量の調節とを、択一
的におこなうことにより炉内温度を４００〜６５０℃に
維持しつつ被処理物の焼戻処理をおこない、前記焼戻処
理中に被処理物の表面に黒色の酸化被膜を形成させるこ
とを特徴とする黒化処理方法である。

この発明方法において、炉内雰囲気の０２＋１１度を０
．１％以上にすると、被処理物の酸化がすすみすぎてＦ
ｅ２Ｏ３の赤錆層が形成され、またＣＯ濃度が１％未満
だと残留０２分が増えて前記と同州に赤錆層を生じ、Ｃ
Ｏｓ度が６％を越えると炉内雰囲気の酸化力が弱くなり
被処理物の酸化被膜形成が不゛充分であり、いずれも好
ましくない。

またこの発明方法においては、被処理物の焼戻しと黒化
処理を同時におこなうのであるが、被処理物の鋼種や必
要硬度によって焼戻時間が決っており、この焼戻時間内
において良好な黒化処理被膜が得られるのは４００〜６
５０℃である。すなわち、炉内温度が４００℃未満だと
被処理物の酸化速麿が遅く、薄い酸化被膜しか得られず
、６５０℃を越えると酸化が進みすぎて酸化被膜が過大
厚となり剥離をおこすおそれがあるので、好ましくない
。

またこの発明の黒化処理炉は、直火バーナをそなえた焼
戻炉において、炉内雰囲気ガスを吸引して炉内へ還流さ
せる雰囲気循環系を設け、この雰囲気循環系にガス冷却
器と、冷却風量調節用の冷風ダンパを設けるとともに、
前記直火バーナの燃焼量制御装置部に空燃比調節装置を
設け、炉温検出器に接続された炉温調節器の出力を、該
出力が所定値より大のとき前記直火バーナの燃焼量制御
装置に与え、上記出力が所定値より小のとき前記冷風ダ
ンパの風量制御装置に与える信号変換器を設けたことを
特徴とする黒化処理炉である。

この発明の黒化処理炉においては、焼戻炉としてバッチ
炉と連続炉のいずれを用いてもよい。

またこの発明の黒化処理炉においては、直火バーナの燃
焼量制御装置に、最低燃焼量保持用のリミッターを設け
るとよい。。

〔作用〕

この発明の黒化処理方法においては、直火バーナの空燃
比の調節により、炉内雰囲気は０２１１度０．１％未満
に、ＣＯ濃度は１〜６％に維持されるとともに、炉内温
度は４００〜６５０℃に維持されるので、鉄鋼材料製の
被熱物の表面にはＦｅ：＋０４を主成分どする黒色の酸
化被膜が効果的に形成される。この醇化被膜の形成は被
処理物の焼戻処理と同時におこなわれるので、処理時間
および消費燃料の点で′ｔｆ１２Ｎ的である。

またこの発明の黒化処理炉においては、空燃比調節装置
により直火バーナの燃焼ガス成分が調節され、炉内が黒
化処理に適しｌこ雰囲気に維持される。雰囲気循環系に
設けたガス冷却器は、該循環系を流通する炉内雰囲気ガ
スを冷却し冷却ダンパを経て炉内に供給覆る。炉内が過
熱傾向となつｌζどぎは、炉温調節器の出力は信号変換
器を粁て冷却ダンパの風量制御装置に与えられ、冷風ダ
ンパを聞くことにより冷却が炉内に供給されるので、過
熱が防止され炉温を確実に６５０″Ｃ以下に維持するこ
とができる。炉内が過冷却傾向におる場合は、通常の炉
温制御と同様に炉温調節器の出力は信号変換器を経て燃
焼量制御装置に与えられ、直火バーナの燃焼量を調節し
て′Ｆ５濡を／１００℃反上に維持する。

燃焼量制御装置に最低燃焼量保持用のリミッタ−を設り
るど、燃焼量減少制御時に直火バーナの燃焼量が絞られ
て最低燃焼量に達すると、リミッタ−により該燃焼量に
保持され、逆火をおこさず安定した燃焼が維持される。

このため直火バーナを潤火する場合に化べて炉圧は低下
ｔ！づ゛、炉の入口部分等より空気が侵入するのを防止
できるので、炉内雰囲気を「ｅ３０４形成に適した０２
ｉ１ｉ１度およびＣＯ濶度に維持リ−るのが容易であり
、確実に黒化処理をａ３こなうことができる。なａ３直
火バーすが燃焼を続けても、前述のように炉温の上背に
応じて前記冷風により炉内が冷却され、過熱が防止され
る。

（実施例） 以下第１図乃至第５図によりこの発明の一実施例を説明
りる。

図中、１は連続式の焼戻炉で、２は炉体、３はこの炉体
２内を貫通する被処理物搬送用のコンベア、４は炉の入
口、５は同じく出口である。炉体２内は、６ａ、６ｂ、
６ｃ、６ｄの４帯の加熱ゾーンに区画され、各加熱ゾー
ン６（加熱ゾーン６ａ〜６ｄの総称）には、それぞれ直
火バーナ７が設りられている。１０は出１］５側のコン
ベア３のシール用の水槽、１１（ま鉱物油から成る防錆
油と水の混合液である防錆液１２を貯留した防錆液槽、
１３は処理済品搬出用のコンベアである。

一方２１は、炉体２の底部（この実施例では加熱ゾーン
６Ｃ部）に一端部が接続され、他端部が送風機２５の吸
込口に接続された吸気管、２２はこの送」機２５の吐出
口に接続された吐出管、２３はこの吐出管２２に中間部
を接続されたヘッダ管、２４はこのヘッダ管２３に接続
され先端部が各加熱ゾーン６の炉頂内部に開１」する給
気管で、これらの各管２１〜２４および送風機２５によ
り雰囲気循環系２０が形成されている。２６は水冷式の
ガスクーラで、吸気管２１の途中に設りられている。ま
た２７は各給気管２４の途中に設りだ冷風ダンパである
。

次に第３図は焼戻炉１全体の炉温制御系統を示し、各加
熱ゾーンにどに設けた炉温検出器３１の検出炉温は、各
加熱ゾーン６ごとに各炉温調節器３２において炉温設定
値と比較され、それぞれの偏差値に応じた出力信号が信
号変換器３３によリコンｊ〜ロールモータ制御信号に変
換され冷風タンパ２７の開度調節用の風量制御装置３４
または直火バーナ７の燃焼量制御装置３５に与えられる
ようになっている。第２図には１つの加熱ゾーン６Ｇに
関する炉温制御系統の詳細を示しであるが、他の各加熱
ゾーンも同一構成の炉温制御系統を右する。第２図にお
いて、３６は風量制御装置３４を構成するコントロール
モータで、冷」ダンパ２７のダンパ軸を駆動Ｊるための
ものである。また燃焼量制御装置３５において、３７は
燃焼用空気供給源に接続した空気配管、３８は燃料ガス
供給源に接続した燃料配管、３９は空気調節弁でコン１
へ［］−ルモータ４０により駆動される。４１はレギュ
レータで空気配管３７と燃料配管３８の圧力比を一定に
維持するだめのものである。４２〜７１４は開度調節可
能な絞り弁てパあり、異なる絞り抵抗飴をセラ１〜して
おぎ、電磁開閉弁４５〜４７の切換えにＪ、す、異なる
空燃比の燃料が直火バーナー　１〇　− ７に供給されるようになっている。すなわち、４２は炉
温低温時（たとえば４００〜５００℃）の黒化処理用の
絞り弁、４３は炉温高温時（たとえば５００〜６５０℃
）の黒化処理用の絞り弁であり、予めテスト操業等によ
り直火バーナ７の燃焼量および上記両絞り弁の開度すな
わち空燃比を変えて実験をおこない、操業時の炉内雰囲
気が０２濃度０．１％以下、ｃｏｓｔ度１〜６％の範囲
に維持される絞り抵抗値にセットしである。これらの絞
り弁４２．４３とこの切換用の電磁開閉弁４５゜４６お
よびレギュレータ４１により、空燃比調節装置４８が形
成されている。なお４４は黒化処理をおこなわず酸化雰
囲気で焼戻しのみをおこなう場合に用いる絞り弁で、高
い絞り抵抗値にセットされており、装置に汎用性をもた
せるため電磁開閉弁４７と共に必要に応じて設けるもの
である。

一方信号変換器３３は、リバース変換器５１と変換器５
２とから成り、リバース変換器５１は第５図に示すよう
に炉温調節器３２の出力信号が５０％以下のとき、その
Ｏ〜５０％出力信号を逆変換して冷風ダンパ２７が全閉
から全開まで動作するように０〜１００％の入力信号と
して風量制御装置３４に与え、また変換器５２は第４図
に示すように炉温調節器３２の出力信号が５０％を越え
たとぎ、その５０〜ｂ 節弁３９が全開から全開まで動作するようにＯ〜１００
％入力信号として燃焼量制御装置３５に与える特性を有
するものである。また５３はリミッタ−で、変換器５２
の出力信号が減少して直火バーナ７の最低燃焼保持量に
相当する空気調節弁３９の最低開度（本実施例では全開
に対する３０％開度）となったとき、接点５４を開いて
コントロールモータ４０を停止させるもので、変換器５
２の出力値を直接検出する図示の形式のもののほか、空
気調節弁３９の回転軸部に設けたリミットスイッチを用
いることもできる。なお炉温が下って、空気調節弁３９
の最低開度以上に相当する出力信号が変換器５２から出
力されるようになった時点で、接点５４は復帰（開成）
側に切換ねるようになっている。

上記構成の黒化処理炉５５において鉄鋼材料製の被処理
物の黒化処理をおこなうには、被処理物をコンベア３に
より炉内搬送し、各加熱ゾーン６においては被処理物の
鋼種に応じた焼戻処理の温度曲線が得られるように、炉
温調節器３２により４００〜６５０℃の炉温範囲内で炉
温制御をおこなうとともに、燃焼量制御装置３５におい
ては、空燃比調節装置４８の電磁開閉弁４５または４６
を炉温に応じて開いて燃料ガスを絞り弁４２または４３
に流通させ、直火バーナ７を所定の空燃比で燃焼させる
ことにより、炉内雰囲気を０２８ＫＯ９１゛％未満でか
つＣＯＷ度１〜６％に維持する。

なおこの電磁開閉弁４５と４６の切換えは、炉温に応じ
て手動操作または炉温検出器３１の出力を利用した自動
操作等によりおこなう。炉温制御中に炉温調節器３２の
出力信号が６５％に減少する゛　　とリミッタ−５３が
動作して空気調節弁３９の弁体を最低開度に停止させ、
直火バーナ７は最低燃焼量状態に保持される。さらに炉
温調節器３２の出力信号が減少し５０％出力以下となる
と、炉温調節器３２の出力信号はリバース変換器４８を
介して風量制御装置３４に与えられ。冷風ダンパ２７が
開いて冷風が加熱ゾーン６内に供給され、炉温が設定温
度に維持される。全加熱ゾーン６を通過した被処理物は
、表面に黒色の酸化被膜が形成され、防錆液１２内への
落下により冷却され、焼戻しおよび黒化処理の完了品と
してコンベア１３により炉外へ搬出されるのである。

上記構成の黒化処理炉５５（ただし炉長−９ＴｒＬ）を
用いて、８３５Ｃ材製のボルトを、４５０±５℃で所定
の焼戻温度曲線に従って加熱しつつ炉通過時間９０分の
速度で炉内搬送したところ、所定の機械的特性を有する
焼戻量であって表面が黒色のＦｅ３Ｏ４被膜で覆われた
黒化処理品を得ることができた。

この発明は上記実施例に限定されるものではなく、たと
えば空燃比調節装置４８としては、上記実施例の圧力制
御式のものの他、空気流量と燃料流量の両方を流量調節
弁により制御して所定の空燃比を得る流量制御式のもの
や、さらに炉内ガス中の０２あるいはＣＯ等の濃度を検
出して上記流量制御系の化率設定器にフィードバックし
−Ｃ空燃比の補正をおこなうものなど、各種形式のもの
を用いることができる。また信号変換器３３におけるバ
ーナ燃焼量制御と冷川風量制御の切換をおこなう炉温調
節器３２の出力信号限界値は、上記の５０％以外の値と
してもよく、まｌζ信号変換器３３は上記構成以外の６
のどじてもよい。また連続式焼戻幅であって、１〜２ゾ
一ン程度のバーす消火によっても炉圧の維持が可能な場
合には、リミッタ−５３は省略することもできる。さら
に上記実施例においては、酸化被膜形成後の被処理物は
、防錆液１２中で冷却され、空中徐冷などにより生じる
赤色のＦｅ２Ｏ３層の形成を阻止し、防錆成分がＦｅ５
０／、を主成分とする酸化被膜に付着して防食性を向上
させるという長所を右づるが、上記１メ外の冷却方法で
被処理物を冷却してもよい。

また以上は連続式焼戻幅について説明したが、この発明
は焼戻炉としてバッチ式焼戻炉を用いることもでき、こ
の場合は処理中に炉入口部を閉鎖できるので、炉内雰囲
気の調節が容易である。

（発明の効果） 以上説明したようにこの発明によれば、黒化処理を焼戻
しと同時におこなうことができるので、処理旧聞および
消費燃料が少’ｃｒ　＜てすみ、さらに炉内雰囲気の調
節は直火バーナの空燃比の調節にＪ−りおこない別個の
雰囲気ガス発生装置を必要と［）ないので、経済的に黒
化処理をおこなうことかできる。

また直火バーナの燃焼量制御装置に最低燃焼量保持用の
リミッターを設けることによって、炉圧の低下による炉
内への空気の侵入を防止でき、炉内雰囲気の維持により
確実に黒化処理をおこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す黒化処理炉の縦断面
図、第２図は第１図の八−Ａ線断面図、第３図は第１図
の黒化処理炉の制御Ｉ機器系統図、第４図Ｊ３よび第５
図は信号変換器の出力特性線図である。 ＝　１６− １・・・焼戻炉、６ａ〜６ｄ・・・加熱ゾーン、７・・
・直火バーナ、１２・・・防錆液、２０・・・雰囲気循
環系、２５・・・送風機、２６・・・ガスクーラ、２７
・・・冷Ｋ（ダンパ、３１・・・炉温検出器、３２・・
・炉温調節器、３３・・・信号変換器、３４・・・ＩＩ
Ｉ量制御装置、３５・・・燃焼量制御装置、３つ・・・
空気調節弁、４１・・・レギュレータ、４２．４３・・
・絞り弁、４．５．４６・・・電磁開閉弁、４８・・・
空燃比調節ｇ置、５１・・・リバース変換器、５２・・
・変換器、５３・・・リミッタ−１５５・・・黒化処理
炉。 出願人　人同プラント工業株式会礼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直火バーナをそなえた焼戻炉において、前記直火バ
   ーナの空燃比の調節により炉内雰囲気のＯ＿２濃度を０
   ．１％未満にかつＣＯ濃度を１〜６％に維持するととも
   に、前記直火バーナの燃焼量の調節と、炉内雰囲気循環
   系に設けたガス冷却器から炉内に供給される冷却風量の
   調節とを、択一的におこなうことにより炉内温度を４０
   ０〜６５０℃に維持しつつ被処理物の焼戻処理をおこな
   い、前記焼戻処理中に被処理物の表面に黒色の酸化被膜
   を形成させることを特徴とする黒化処理方法。 ２、直火バーナをそなえた焼戻炉において、炉内雰囲気
   ガスを吸引して炉内へ還流させる雰囲気循環系を設け、
   この雰囲気循環系にガス冷却器と、冷却風量調節用の冷
   風ダンパを設けるとともに、前記直火バーナの燃焼量制
   御装置部に空燃比調節装置を設け、炉温検出器に接続さ
   れた炉温調節器の出力を、該出力が所定値より大のとき
   前記直火バーナの燃焼量制御装置に与え、上記出力が所
   定値より小のとき前記冷風ダンパの風量制御装置に与え
   る信号変換器を設けたことを特徴とする黒化処理炉。 ３、焼戻炉がバッチ炉である請求項２記載の黒化処理炉
   。 ４、焼戻炉が複数帯の加熱ゾーンにそれぞれ直火バーナ
   をそなえた連続炉であつて、雰囲気循環系の冷風供給側
   がそれぞれ冷風ダンパを介して各加熱ゾーンに接続され
   ている請求項２記載の黒化処理炉。 ５、燃焼量制御装置に最低燃焼量保持用のリミッターを
   設けた請求項２または３または４記載の黒化処理炉。