JPH0465889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、金属加工物に熱処理を施すための
熱処理方法、並びに、この熱処理方法を実施する
ための熱処理装置に関する。

［従来の技術］ 周知のように金属加工物を熱処理するの際に
は、これら加工物をそれぞれ同一のプロセスパラ
メータにおいて処理するため、ロツト毎に集める
という方法が採られる。そして、同一のプロセス
パラメータ、特に炉内雰囲気中で同一の滞留時間
を必要とする装入物は、ほとんど連続的運転の炉
室に相前後して供給される。装入物は、搬送流れ
として、すなわち相前後して連続的に又は間欠的
に移動され、装入口から搬出口まで炉室を通り抜
ける。装入物における炉室内での通過移動距離、
その移動速さ又は間欠移動速さとの組み合わせに
より、装入物の炉内囲気中の滞留時間が決定され
る。

炉室の中にある全装入物を連続的な搬送流れと
して運動させる既知の方法においては、必然的に
全装入物における炉室内処理時間が同一となり、
それ故、実際上同一のプロセス条件を必要とする
装入物だけが同時に処理可能である。

既知の炉設備においては、それぞれ相互に異な
る炉室内滞留時間を必要とする装入物を同時に処
理するという意味での混合運転は不可能である。

既知の炉設備において、異なる炉室内滞留時間
を必要とする装入物を処理しようとするときに
は、先行して所定のプロセス時間でもつて処理さ
れている最後の装入物が炉室から搬出されるまで
り待たなければならない。そして、そのとき初め
て、炉室内滞留時間がその前に処理した装入物に
比べて更に短い又は更に長いような、新しい装入
物の処理を開始することが可能である。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、一種類の装入物から他種類の装入
物への移行の際に炉室をあらかじめ完全に空にす
る必要がなく、すなわち異なる種類の装入物を同
時にかつ連続的に処理することのできる金属加工
物の熱処理方法を提供することを目的とする。

更に、この発明はかかる方法を実施するために
適した熱処理装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上述の目的はこの発明に基づき、特許請求の範
囲第１項に記載の特徴を有する熱処理方法と特許
請求の範囲第５項に記載の特徴を有する熱処理装
置とにより達成される。

各装入物は、その固有の炉室内滞留時間を経過
した後、他の装入物とは無関係に炉室から搬出さ
れる。これにより、装入物を同一のプロセスパラ
メータのロツト毎に処理する必要がなく、この結
果、この発明によれば、一種類の装入物から他種
類の装入物への移行の際の無駄時間を最小限にと
どめることが可能となる。しかも、炉室内の装入
物が載置されるべき場所が空になるや否や、実際
上、任意の種類の装入物を相前後して装入でき
る。それにより小さい炉を使用する場合にも、熱
処理作業上の大きな自由度が得られる。

更に、この新しい方法は、装入物ごとの加工物
の実情を考慮し、それに応じて装入物を炉内雰囲
気中に個々の方法でさらすことができるという長
所を有する。これに比べて既知の炉設備では予期
される最悪の場合に基づいて滞留時間を決めなけ
ればならなかつた。そして、このことは例えば別
の装入物では過度の熱処理を結果的に招くことに
なる。

炉室内での装入物の相互の影響をできる限りな
くすために、各装入物はそれを炉室内に装入する
前に予熱域で炉室内でのその時々のプロセス温度
に予熱されるのが好ましい。これにより、既に炉
室の中に存在する装入物がそのプロセス経過中に
隣に配置された冷たい装入物によつて悪影響を及
ぼされることがない。

炉内雰囲気の状態量と組成とがなだらかに又は
段階的に変化するときにも、この新しい方法を適
用することは完全に可能ではあるが、炉内雰囲気
の状態量と組成が各装入物の処理時間にわたつて
一定に保たれるときには、例えば滞留時間の計算
が簡単になる。

装入物の滞留時間中の変化が或る量を超えない
とき、すなわちこの場合には炉内雰囲気がその状
態量と組成とに関してほとんど一定であるときに
は、プロセスパラメータが滑らかに又は段階的に
変化するときにもこの想定は成り立つ。

極端に異なる加工物形状にも適した特に自由度
の高い熱処理方法では、各装入物に対してその炉
内滞留時間中に、炉内雰囲気の状態量と組成並び
に装入物ごとの加工物形状から必要な滞留時間が
計算される。そのときにもまた、炉内雰囲気の化
学的及び物理的パラメータを絶えず狭い制限範囲
内に一定に保つことが場合によつては特に重要で
ある。更に、個々の装入物の実情を合わせて考慮
することが正にかかる手段によつて容易に可能と
なる。

搬送装置に記憶装置を有する制御装置が組合わ
されていることにより、搬送装置の特に良好な利
用が可能である。なぜならば、装入物の搬出直後
に空になつた場所に新しい装入物を装入できるか
らである。更に、この方法は人手の介入無しで済
む全自動運転を実現できる。

搬送装置が炉室内部に閉鎖した軌道を有し、こ
の軌道に沿つて装入物の移動が可能であるときに
は、炉室内部の良好な空間利用が得られる。搬出
又は新たな装入のためにその時々の最短の道だけ
を通るように装入物を軌道に沿つて動かすという
可能性がこれによつて得られる。なぜならば、装
入物又は空の場所が両方向から装入口又は搬出口
に移動できるからである。

炉室の周囲の場所の状況次第で、搬出口及び装
入口を直接隣接させることもでき、又は軌道と炉
室の中心に関して直径上に向かい合つて位置付け
ることもできる。

炉室内に閉鎖した軌道を形成するために鉛直線
の回りに回転可能に支持された火床が設けられ、
この火床が制御装置により制御される駆動装置を
用いて選択的に一方向又は他方向に、しかしなが
ら少なくとも一つの方向に回転可能であり、その
際、位置発信器が火床に結合され、この位置発信
器を用いて制御装置が火床上の装入物の各位置又
は空になつた場所の位置を検出可能であるときに
は、特に簡単な搬送装置が得られる。火床に装入
物を出し入れするために搬送装置は、押し込み装
置又は引き出し装置を備え、これら装置は装入物
を搬出口又は装入口を経て火床上に又は火床上か
ら搬送する。

制御装置は計算機とも組合わすことができ、こ
の計算機は、炉室内に存在する各装入物に対しそ
の滞留時間中に、炉内雰囲気の状態量と組成すな
わちその物理的及び化学的パラメータ、並びに、
各装入物の加工物形状とから、装入物の滞留時間
を算出する。

［実施例］ 次にこの発明に係わる熱処理方法に実施するた
めの装置を図面に参照して詳細に説明する。

第１図には予熱域２とこの予熱域２の出口に接
続され、金属加工物の熱処理のための工業炉３と
を備えた炉設備１が示されており、工業炉３の中
では加工物が例えば所定の雰囲気の中で浸炭され
る。予熱域２と炉３との駆動部及び諸装置の制御
は計算機４により行われ、この計算機４は図示の
制御配線５と６を介して各駆動手段に接続されて
いる。計算機４は配線７より接続された記憶装置
８と適当なセンサとを介してその情報とプログラ
ムを受け取る。

予熱域２は熱絶縁性材料により内張りされた長
方形の予熱室９を有し、この予熱室９の一端面上
には装入口１１が設けられ、一方、装入口１１か
ら遠く離れた側壁の端部には搬出口１２が設けら
れている。装入口１１と搬出口１２の間の予熱室
９内には火床が延びており、かごの中又はパレツ
ト上に置かれた装入物１３はこの火床上を装入口
１１から搬出口１２へゆつくりと移動する。装入
口１１の前にはエアロツク１４が設けられ、この
エアロツク１４は二つの扉１５と１６を用いて一
方では予熱室９の装入口１１に向かつて、又はエ
アロツク扉１６により外気に向かつて選択的に閉
鎖可能である。両エアロツク扉１５と１６には図
示されていない電気的又は液圧的な駆動手段が閉
鎖のために付設されている。

エアロツク１４の装入口１１に向かい合つた側
壁上には例えば液圧により作動可能な押し込み装
置１７が設けられ、エアロツク１４の室内に入れ
られた装入物１８をエアロツク扉１５が開いた際
に、この押し込み装置１７を用いて装入口１１を
通り越して本来の予熱室９の火床上に押し進める
ことができ、その際火床上に存在する全ての装入
物１３が対応する量だけ搬出口１２の方向へ同時
に前進する。

装入物１３を予熱室９から搬出するために、搬
出口１２に向かい合つた場所の側壁上に同様に例
えば液圧により操作可能な別の押し込み装置１９
が設けられ、この押し込み装置１９はその作動時
に押し込み装置１９の前に存在する装入物１３を
予熱室９の中の火床から搬出口１２を通り越して
搬送する。

炉３は同様に熱絶縁性材料により内張りされた
炉室２１を備え、この炉室内部には装入口２２と
搬出口２３とを経てアクセス可能である。炉３の
装入口２２は予熱室９の搬出口１２に接続されて
おり、その際、両開口の間には、図示されていな
い駆動手段により操作可能な扉２４が配置され、
そして、この扉によつて予熱室９の内部空間は炉
室２１の内部空間に対し選択的に遮断可能であ
る。装入物１３を予熱室９から炉室２１の中へ移
送するためにはただ扉２４が開かれるだけであ
る。

搬出口２３は場合によつては加工物のための別
の処理装置に接続しており、そのために搬出口２
３から出て行く案内溝が破断して示されている。
搬出口２３も適当な扉２５により選択的に遮断可
能である。

第１図において略示した炉３の構造は次に第２
図及び第３図により説明する。

正方形の台座２７上には、４本の柱２６を介し
て熱絶縁性材料２８により内張りされたフード２
９が置かれており、このフード２９は下に向かつ
て開放されている。内張り２８により画成された
空間はアーチ形の天井３１備えた円筒形の輪郭形
状となつている。

内張り２８により画成された円筒形の空間内に
は、円形の回転火床３２が下方から突出されてお
り、この回転火床３２は熱絶縁性の支え台３３上
に支持されている。回転火床３２は適切な推力軸
受３４を用いて、台座２３の鉛直軸線の回りに回
転可能に支持されており、この軸線は内張り２８
により画成された空間と同軸に延びている。回転
火床３２とフード２９との間の封止のため、フー
ド２９の下面上には円筒形状のフイン３５が配置
されており、このフイン３５は軸で満たされ、か
つ、上に向かつて開口したリング状溝３６の中に
つかつており、このリング溝３６は回転火床３２
の下面上に設けられかつ図に示すようにフインを
越えて横に張り出している。回転火床３２とフー
ド２９との組合わせにより、炉室２１が形成され
ている。

回転火床３２の駆動のために台座２７の中には
減速歯車付き電動機３７が固定されており、その
出力歯車３８は火床３２に固定された歯車３９と
噛み合つており、この歯車３９は回転火床３２の
回転軸線と同軸に配置されている。更に回転角発
信器４１が歯車３９に噛み合わされており、この
発信器４１の電気的出力端は結合配線４２を介し
て計算機４に接続され、これにより、計算機は回
転角発信器４１を介し、回転火床３２におけるそ
の時々の回転角を算出することができる。

下方にフード２９内には、天井３１よりも下方
に位置して、端部が閉鎖された管４３が挿入され
ており、この管４３の中に炉内雰囲気を加熱する
ためにバーナが押し込まれている。プロセスの経
過中に炉内雰囲気の物理的及び化学的パラメータ
を測定かつ制御するために、既知の諸装置が設け
られて計算機４と電気的に接続されており、それ
故、これら装置を個々に図示することはしない。

ここまでに述べた炉設備１は次のように作動す
る。装入物１３の一つが搬出されたために回転火
床３２上で一つの置き場所が空になるや否や、回
転角発信器４１から計算機４に出力された回転火
床３２の回転角度の位置信号に基づき、この空に
なつた置き場所が装入口２２に向かい合つて位置
されるときまで、計算機４は減速歯車付き電動機
３７を運転状態に保つ。そして、空の置き場所が
装入口２２と対向する位置に到達するや否や減速
歯車付き電動機３７が停止され、計算機４により
扉２４のための駆動装置が作動されて、扉２４が
開放される。ここで、予熱室９の搬出口１２と炉
３の装入口２２との間が連通されたことにより、
押し込み装置１９の駆動部は同様にして計算機４
により作動される。従つて、押し込み装置１９に
隣接する装入物１３ａは押し込み装置１９により
予熱域９の中の火床から搬出口１２及装入口２２
とを通過して押し込まれ、装入物１３ａは火床３
２上の空になつた置き場所に位置付けされる。押
し込み装置１９が第１図に示す初期位置に引き戻
された後、計算機４は扉２４の閉鎖とエアロツク
扉１５の開放とを指令するので、押し込み装置１
７が計算機４によつて運転開始された後に、エア
ロツク１４の室内に待機している装入物１３ｂを
予熱室９の中の火床上に押し込むことができる。
これにより、押し込み装置１７は予熱室９の中に
待機する全ての装入物１３を同時に一つの位置だ
け前進させ、そして、再び第１図に示す配置が得
られ、この配置では一つの装入物１３ａが搬出口
１２の前に位置している。

この後、押し込み装置１７は引き戻され、計算
機４はエアロツク扉１５の閉鎖を指令する。ここ
で、エアロツク扉１６を開放した後、新しい装入
物１３ｂを空のエアロツク１４の中に装入でき
る。

回転火床３２上に移送された新しい装入物１３
ａについては、炉３への装入時点と回転火床３２
上のこの装入物１３ａの角度位置とが計算機４の
記憶装置８内に記憶される。

計算機４は前記の過程に基づいて炉３の中に存
在する各装入物における炉３へのその装入時点と
回転火床３２上のその回転位置とを知つているの
で、これらの情報と、炉３の炉内雰囲気中の既知
のセンサを用い、計算機４により算出された物理
的及び化学的パラメータと、各装入物のための達
成すべき条件とに基づいて、計算機４は必要な滞
留時間を計算することができる。予熱室９の中に
存在する装入物１３が既にプロセス温度にまで加
熱されている（このために予熱室９は図示されて
いない所定の加熱要素により加熱される）ので、
炉室２１の中に新たに移送された装入物１３は、
既に炉３の中に長く置かれているすぐ隣の装入物
１３のためのプロセス温度に影響を与えない。

計算機４が記憶装置８の中に保存された情報に
基づき、炉３の中に存在する装入物１３ｃないし
１３ｉの一つについて滞留時間が経過したことを
確認するや否や、計算機４は、炉内滞留時間が経
過した装入物が搬出口２３の前に来るまで、回転
火床３２の回転駆動をなす減速歯車付き電動機３
７を新たに運転状態におく。計算機４が回転角発
信器４１により、装入物のこの位置への到着を確
かめると、減速歯車付き電動機３７は停止され、
それ故、回転火床３２は静止する。扉２５の開放
後、次の処理段階を準備するために、破断して部
分的に図示した引き出し装置４４により、処理後
の装入物１３を回転火床３２から搬出口２３を通
つて引き出すことができる。その後、扉２５が再
び閉鎖される。自明のように搬出口２３に接続さ
れる扉２５は、炉内雰囲気の大きな損失を防止す
るてめ、エアロツク扉とすることもできる。

回転火床３２上の空になつた置き場所には、上
記の方法で予熱室９から前詰めに送られてきた装
入物１３ａを配置することができ、そのため、回
転火床３２上のこの置き場所が装入口２２の前に
来るまで、計算機４は減速歯車付き電動機３７を
適宜運転状態におく。

回転火床３２はこの配置においては、回転火床
３２を用いて閉鎖された軌道に沿つて炉３の室内
で移動可能な装入物１３ｃないし１３ｉのための
搬送装置を形成する。

自明のように計算機４により行われる火床３２
の制御は、回転火床３２が減速歯車付き電動機３
７の作動に基づき、熱処理プロセスの時間中絶え
ず回転され、ただ本来の装入過程及び搬出過程の
間だけ計算機４により所望の正しい位置に保持さ
れ、その後、再び絶えず運転されているように設
定することができる。更に、火床３２から搬出さ
れるべき装入物１３ｃないし１３ｉの位置に応じ
て、搬出口２３に対して相対的に回転火床３２を
左又は右に回して運転するような制御をも設定す
ることができるので、その時々の最短の径路を通
じて装入物の搬出をなすことができる。

炉３を略示した第４図に示すように、装入口２
２と搬出口２３は回転火床３２により与えられた
軌道又は炉３の室の中心に関して直径上に向かい
合つて位置することができる。そのほかに前記の
実施例もまたこの状態を示す。その際、矢印４５
と４６は装入又は搬出の際の装入物の運動方向を
示す。これに対して二重矢印４７は炉３の室内の
装入物１３の選択的な移動方向を示す。しかしな
がら、第４図に示す配置と異なり、第５図に示さ
れるように、装入口と搬出口とを共通の開口４７
で兼用することもできるし、又はこれら両出入口
を直接隣合つて配置することもまた可能である。
第５図に略示したかかる配置は、回転火床３２が
搬出と新たな装入の間に実質的に動く必要がない
か、又は僅かな量だけ動けばよいという長所を有
する。なぜならば搬出によつて空になつた置き場
所は、こうすることにより。装入口の直前又はす
ぐ隣に位置されることになるからである。

炉３の室内において、異なる滞留時間を必要と
する装入物１３をも炉３の中で同時に処理するこ
とが前記設備１により可能となる。なぜならば、
装入物１３を相互に無関係に搬出できるからであ
り、その際計算機４により構成された制御装置は
炉３の中に存在する各装入物の位置と滞留時間に
関する必要な情報を記憶装置８の中に保存してい
る。前記の説明から容易に分かるように、装入物
１３の搬出の間に火床３２上に存在する残りの装
入物１３ｃないし１３ｉのための熱処理プロセス
が進行する。計画が適切な際には、例えば装入物
にとつて最も有利な雰囲気組成が得られたときに
各装入物を装入することにより、炉内雰囲気の異
なる組成を必要とする装入物を相前後して処理す
ることさえも可能であり、一方雰囲気条件の変更
を炉３の中に存在する別の装入物のために完全に
利用するために、これら装入物はより長い時間に
わたつて滞留される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づく方法を実施するため
の炉設備の一実施例の水平断面図、第２図は第１
図に示す炉設備の本来の処理炉の縦断面図、第３
図は第２図に示す炉の切断線−による断面
図、第４図は炉の別の実施例の水平断面図、第５
図は炉の更に別の実施例の水平断面図である。 ２……予熱域、４……制御装置、８……記憶装
置、９……予熱室、１１……予熱室の装入口、１
３……装入物、１９……押し込み装置、２１……
炉室、２２……装入口、２３……搬出口、３２…
…火床（ほど）、３２，３７……搬送装置、４１
……位置発信器、４４……引き出し装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所望の雰囲気を有する炉室の中での金属加工
   物の熱処理方法であつて、炉内雰囲気がその時々
   のプロセス温度にまで加熱され、加工物が炉室の
   中に装入されてあらかじめ定められた時間中そこ
   に滞留し、一方、炉内雰囲気の状態量と組成とが
   同時にフイードバツク制御又はオープンループ制
   御されるものにおいて、各装入物がそれに固有の
   炉室内滞留時間の経過後に、他の装入物とは無関
   係に炉室から搬出されることを特徴とする金属加
   工物の熱処理方法。 ２ 各装入物が炉室に装入する前に予熱域におい
   て炉室内のプロセス温度にまで予熱されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属加工
   物の熱処理方法。 ３ 炉内雰囲気の物理的及び化学的パラメータが
   一つの装入物の加工時間にわたつて一定に保たれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   金属加工物の熱処理方法。 ４ 各装入物に対してその炉室内滞留時間中に、
   炉内雰囲気の状態量と組成並びに装入物ごとの加
   工物形状とから、滞留時間が算出されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属加工物
   の熱処理方法。 ５ 炉室内に装入物を装入するための装入口及び
   装入物を搬出するための搬出口を有する炉室と、
   炉室内に配置され、熱処理中に装入物が置かれる
   火床と、装入物を装入口を通過して炉室の中に搬
   入し、そして炉室を通り抜けて更に炉室から搬送
   する搬送装置と、炉内雰囲気の状態量と組成を制
   御するための制御装置とを備えてなる金属物の熱
   処理装置において、搬送装置３２，３７に記憶装
   置８を備えた制御装置４が組み合されており、こ
   の制御装置は炉室２１の中に置かれた各装入物１
   ３ｃないし１３ｉに対して、その炉室２１の中の
   位置と装入物１３ｃないし１３ｉに必要な滞留時
   間とをその記憶装置の中に記憶し、かつこの制御
   装置は各滞留時間の経過後に、滞留時間が経過し
   た装入物１３ｃないし１３ｉを他の装入物とは無
   関係に搬送装置により、炉室２１から搬出できる
   ように、搬送装置３２，３７を自動制御すること
   を特徴とする金属加工物の熱処理装置。 ６ 搬送装置３２，３７は、位置発信器４１と組
   み合わされているとともに、この位置発信器が制
   御装置４に接続されており、位置発信器を用い、
   制御装置４により各装入物１３ｃないし１３ｉの
   位置、又は炉室２１の中の装入物に対し空になつ
   た場所を検出可能であることを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の金属加工物の熱処理装置。 ７ 炉室２１の中の搬送装置３２，３７は閉鎖し
   た軌道を有し、この軌道に沿つて装入物１３ｃな
   いし１３ｉが移動可能であることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項記載の金属加工物の熱処理装
   置。 ８ 装入口２２と搬出口２３とは、装入物１３ｃ
   ないし１３ｉのための軌道に関して直径上に向か
   い合つて位置し、軌道が装入口２２から搬出口２
   ３にまで延びていることを特徴とする特許請求の
   範囲第７項記載の金属加工物の熱処理装置。 ９ 装入口２２と搬出口２３とは、炉室２１の中
   で隣合つて配置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の金属加工物の熱処理装
   置。 １０ 搬送装置はが閉鎖した軌道を形成するため
   に、炉室２１の中で回転可能に支持された火床３
   ２を備え、この火床が制御装置４により制御され
   る駆動装置３７を用いて選択的に一方向又は他方
   向に、或いは、少なくとも一つの方向に回転可能
   であり、かつ位置発信器４１が火床３２と結合さ
   れており、この位置発信器を用いて制御装置４に
   より火床３２上の装入物１３ｃないし１３ｉの各
   位置又は空いた場所の位置が検出可能であること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項記載の金属加
   工物の熱処理装置。 １１ 搬送装置は、閉鎖した軌道への装入又はそ
   れからの搬出のため、押し込み装置１９又は引き
   出し装置４４を備えてなることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の金属加工物の熱処理装
   置。 １２ それ自身の装入口１１を有する予熱室９
   は、炉室２１の装入口２２に接続されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の金属加
   工物の熱処理装置。 １３ 制御装置は計算機４を備え、この計算機は
   炉室２１の中に存在する各装入物１３ｃないし１
   ３ｉのため、その炉室２１内滞留時間中に、炉内
   室雰囲気の状態量と組成及び各装入物１３ｃない
   し１３ｉの加工物形状からその滞留時間を算出す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   金属加工物の熱処理装置。