JPH11237184A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い温度域からの急冷が可能となる熱処理炉を
提供する。 【解決手段】炉１内に断熱材２を配置して炉内空間Ｓ１
の内側に加熱空間Ｓ２を閉成し、加熱空間Ｓ２に装入し
た処理物Ｗを熱処理に供し得るように構成するととも
に、熱処理後に加熱空間Ｓ２と炉内空間Ｓ１の間にガス
を循環させるガス循環機構３を内設する。そして、炉内
空間Ｓ１の温度Ｔ１を検出する熱電対７と、この熱電対
７により検出される炉内温度Ｔ１が予め定めた設定温度
Ｔ０を越えないようにモータ５の回転数制御を通じてガ
ス循環機構３におけるガスの熱伝達率を制御する制御手
段８とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脱脂・焼結炉、急
速冷却炉、加圧ガス焼入炉等として好適に利用可能な金
属、サーメット、セラミックスの熱処理炉に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】熱処理炉には、通常、加熱機能に加え
て、熱処理後の処理物を炉と共に急速冷却する機能も要
求される。そのため、この種の一般的な炉は、炉内に断
熱材を配置して炉内空間の内側に加熱空間を閉成し、該
加熱空間に装入した処理物を熱処理に供し得るように構
成するとともに、熱処理後に加熱空間と炉内空間の間に
ガスを循環させるガス循環機構を内設し、そのガス循環
により、加熱空間内の熱の炉内空間への汲み出し、さら
には炉外への排出を行うようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近時になっ
て、かかる急速冷却により高機能のものが要求されるよ
うになり、それに伴って、従来の急冷機構には次第に機
能不足が目立つようになってきた。例えば、サーメット
の焼結を行う場合を例に挙げると、この素材は靱性を高
めるために従来の焼結処理等における温度よりも高い温
度からの急速冷却を要求される。しかして、この種のガ
ス循環機構は、ランナをモータにより一定速度で回転さ
せ、これにより炉内に導入した冷却ガスを循環させるよ
うに構成されるのが通例である。ところが、熱の汲み出
しが急過ぎると、通常はステンレス等で作られているラ
ンナに歪みや溶融が生じ、また、炉体の本体と扉の間に
配置されるシールの劣化等が発生して、炉全体に大きな
ダメージとなる。したがって、従来においては、熱処理
後、加熱空間が１４５０°Ｃ以下に下がるまではランナ
を作動させることができないといった不都合があり、急
冷の実効が図れない問題があった。

【０００４】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであって、炉にダメージを与えることなく、高
温域からの急冷を効果的に行い得るようにした熱処理炉
を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、炉内に断熱材を配置して炉内空間の
内側に加熱空間を閉成し、該加熱空間に装入した処理物
を熱処理に供し得るように構成するとともに、熱処理後
に加熱空間と炉内空間の間にガスを循環させるガス循環
機構を内設してなるものにおいて、炉内空間の温度を検
出する検出手段と、この検出手段により検出される炉内
温度が予め定めた設定温度を越えないようにガス循環機
構におけるガスの熱伝達率を制御する制御手段とを設け
たことを特徴とする。

【０００６】その制御の具体的な態様の一例としては、
検出手段により検出される炉内温度を設定温度と比較
し、設定温度を上回った場合にはガス循環機構における
ガスの熱伝達率を下げ、設定温度を下回った場合にはガ
ス循環機構におけるガスの熱伝達率を上げるように構成
したものが挙げられる。このような構成により、前記設
定温度をランナ等に支障が生じる温度よりも若干低い温
度に設定しておけば、例えば熱の汲み出しが急峻に行わ
れ、炉内温度が不当に上昇した場合には、制御手段によ
ってガス循環機構におけるガスの熱伝達率が下げられ、
これにより熱の汲み出し速度が抑えられて、炉内空間に
おけるそれ以上の温度上昇が防がれる。逆に、炉内温度
が下がった場合には、制御手段によってガス循環機構に
おけるガスの熱伝達率が上げられ、これにより熱の汲み
出し速度が速められて、有効な冷却効果が得られる。こ
のようにして、本発明は、ランナ等に支障が生じない状
況を維持しながら、常に高い効率で冷却を進行させるこ
とができ、高温域からでも急速冷却の開始が可能になる
とともに、冷却工程全般に亘り冷却効率の向上も果たす
ことが可能となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。この熱処理炉は、図１に示すように、炉体１
内に断熱材２を配置して炉内空間Ｓ１の内側に加熱空間
Ｓ２を閉成し、該加熱空間Ｓ２に装入した処理物Ｗを熱
処理に供し得るように構成するとともに、熱処理後に加
熱空間Ｓ２と炉内空間Ｓ１の間にガスを循環させるガス
循環機構３を内設している。

【０００８】具体的に説明すると、炉体１は、円筒状の
本体１１と前後の扉１２、１３からなり、壁を２重にし
て間に冷却水を流す水冷ジャケット構造になっている。
断熱材２は、円筒体状をなす断熱本体２１と、この断熱
本体２１の両開口端を蓋封する断熱蓋２２、２３とを内
有している。断熱本体２１及び断熱蓋２２、２３は、例
えばグラファイトフェルト等によって作られたもので、
内部に加熱空間Ｓ２を閉成しており、冷却のために断熱
本体２１の開口部に対して開閉可能とされている。な
お、前記加熱空間Ｓ２には、加熱手段４が配設されてい
る。この加熱手段４は、処理物Ｗを熱処理に応じた温
度、例えば１７００度程度にまで加熱できる能力を備え
たグラファイトヒータなどから構成されるもので、前記
加熱空間Ｓ２の内部であって処理物Ｗを取り巻く位置に
位置づけられている。

【０００９】ガス循環機構３は、炉体１内に冷却用のガ
スを導入するガス導入系３１と、導入されたガスを循環
させるランナ３２と、ガスの流れを案内するガイド３３
とを具備してなる。ガス導入系３１は、一端を図示しな
いガス供給源に接続され、他端をバルブ３１ａを介して
炉内空間Ｓ１に連通させてなるもので、ガス供給源には
例えば窒素ガスのような不活性なガスが充填されてい
る。ランナ３２は、ステンレス等により作られ他方の断
熱蓋２３に臨む位置に配設されているもので、そのシャ
フト３２ａがモータ５の出力軸に連結されていて、モー
タ５の駆動により、炉心方向からガスを吸い込んでラジ
アル方向に吐出する作用を営むものである。ガイド３３
は、ステンレス製のもので、前記ランナ３２の吸込口か
ら断熱蓋２３までの空間をほぼ包囲する位置に配置され
ている。なお、図中符号６で示すものは排気系である。

【００１０】そして、炉体１内にガス導入系３１を介し
てガスを導入するとともに、モータ５を通じてランナ３
２を駆動し、このとき断熱蓋２２、２３を開成させてお
くことにより、一方の断熱蓋２２と断熱本体２１との隙
間を通って図中矢印で示すように加熱空間Ｓ２に流入し
たガスは、内部を流通した後に他方の断熱蓋２３と断熱
本体２１との隙間を通ってランナ３２に吸い込まれ、径
方向に吐き出された後、炉内空間Ｓ１を軸方向に流れて
再度一方の断熱蓋２２と断熱本体２１との隙間より加熱
空間に流入する。このようなガスの循環が繰り返される
過程で、加熱空間Ｓ２の熱を、断熱材２の外側の炉内空
間Ｓ１に汲み出し、更に炉体１の冷却水を介して炉外に
排出できるようになっている。

【００１１】この場合、熱処理完了直後からモータ５を
フル回転させると、熱の汲み出しが急峻となり、ステン
レス等で作られているランナ３２やガイド３３の歪みや
溶融を生じ、また、炉体１の本体１１と扉１２、１３の
間に配置される図示しないシール等の劣化が発生するな
ど、炉全体に大きなダメージを被ることとなる。そこ
で、本実施例は、炉内空間Ｓ１の温度を検出する検出手
段たる熱電対７と、この熱電対７により検出される炉内
温度に応じて前記モータ５を制御する制御手段８とを設
けている。

【００１２】熱電対７は、断熱材２と炉体１の外壁との
間の炉内空間Ｓ１を軸方向に沿って流れるガスに接触す
る位置に先端を配置し、基端を炉体１の外壁を貫通して
炉外に延出させているものである。一方、制御手段８
は、調節器８１とインバータ部８２とから構成される。
調節器８１は、前記熱電対７から取り出される炉内空間
Ｓ１の温度Ｔ１を入力し、予め定めた設定温度Ｔ０と比
較して、偏差εをＰＩＤ回路等を介して出力する。その
際の設定温度Ｔ０は、ランナ３２やガイド３３などに歪
みや溶融を惹起しない値、例えば６００°Ｃ程度に設定
される。インバータ部８２は、前記調節器８１からの出
力εを入力し、その値に基づき炉内温度Ｔ１を設定温度
Ｔ０に向かわせるような駆動電流を生成して、モータ５
に対して出力する。

【００１３】このように構成した上で、熱処理後にモー
タ５を作動させると、熱の汲み出しが急峻に行われて炉
内温度Ｔ１が例えば設定温度Ｔ０である６００°Ｃ以上
に上昇しようとするときは、制御手段８によりモータ５
に対する駆動の減速又は停止が実行されて、ガス循環機
構３におけるガスの熱伝達率が下げられ、これにより熱
の汲み出し速度が抑えられて、炉内空間Ｓ１におけるそ
れ以上の温度上昇が防がれる。逆に、炉内温度Ｔ１が６
００°Ｃを下回ったときは、制御手段８によりモータ５
に対して増速又は最高速度の駆動が実現されて、ガス循
環機構３におけるガスの熱伝達率が上げられ、これによ
り熱の汲み出し速度が速められて、有効な冷却効果が得
られる。このようにして、本実施例は、ランナ３２等に
支障が生じない状況を維持しながら、常に高い効率で冷
却を進行させることができる。このため、加熱空間Ｓ２
の温度Ｔ２がランナ５等に歪みや溶融を生じる恐れのあ
る１５００°Ｃ以上、例えば１７００°Ｃの高温域にあ
るときにも急速冷却の開始が可能になるとともに、その
後の冷却工程全般に亘って冷却効率の実効を高めること
も可能になる。したがって、サーメット等の焼結を行っ
た場合に、従来に比べて高い靱性を備えた焼結体を生成
することが可能となる。特に、この実施例で用いている
熱電対７は、放射の影響をも測温するため、耐熱的に適
切な設定を行う上で効果的なものとなる。また、以上の
ような構成は、一般的構造の炉に熱電対７と制御手段８
を加えるだけで構成することができる。さらに、熱電対
７を図１の２点鎖線で示すように加熱空間へ出し入れで
きるようにして加熱制御用の熱電対と兼用したり、調節
器８１についても加熱制御用の調節器と兼用したりする
ことが可能となる。

【００１４】なお、各部の具体的な構成や手順は、上述
した各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば、上
記実施例では、熱伝達率を変える方法として、ランナの
回転数を制御する手法をとったが、これに代えて、ガス
導入系から導入されるガスの流量を変化させ、或いは排
気系から排気するガスの流量を変化させることで、炉内
のガス圧を変化させてもよい。この場合には、ガス圧が
高いほど熱伝達率が上がり、低いほど熱伝達率が下がる
ことになる。また、上記実施例では、炉内温度を熱電対
を用いて直接検出したが、例えば炉体１の冷却水の出口
温度を検出することで炉内温度を間接的に測定するよう
にしてもよい。さらに、上記実施例におけるランナの吸
込口の近傍に熱交換器を配置してもよく、この場合には
炉内温度をこの熱交換器における冷却水の出口温度から
検出してもよい。しかしながら、上記実施例では冷却効
率の向上が見込めるとの理由でこのような熱交換器を省
略しているものであり、これによりコストダウンを始め
水漏れなどの保守管理も簡略化できる効果も得られるも
のとなる。

【００１５】

【発明の効果】本発明の熱処理炉は、以上説明した構成
であるから、既設の従来炉に僅かな変更を加えるだけ
で、高い温度領域からの急速冷却が可能になり、焼結品
等の品質改善や、冷却工程全般に亘る冷却効率の向上、
処理時間の短縮などに極めて有用となる熱処理炉を提供
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略的な縦断面図。

【符号の説明】

１…炉体 ２…断熱材 ３…ガス循環機構 ７…検出手段（熱電対） ８…制御手段 Ｓ１…炉内空間 Ｓ２…加熱空間 Ｔ０…設定温度 Ｔ１…炉内温度 Ｗ…処理物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉内に断熱材を配置して炉内空間の内側に
   加熱空間を閉成し、該加熱空間に装入した処理物を熱処
   理に供し得るように構成するとともに、熱処理後に加熱
   空間と炉内空間の間にガスを循環させるガス循環機構を
   内設してなるものにおいて、 炉内空間の温度を検出する検出手段と、この検出手段に
   より検出される炉内温度が予め定めた設定温度を越えな
   いようにガス循環機構におけるガスの熱伝達率を制御す
   る制御手段とを設けたことを特徴とする熱処理炉。