JPS61231121A - 金属加工物の熱処理方法及びその装置 - 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、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、ロフ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、はとんど連続
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
る炉室自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って処理されている最後１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フト毎に処
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った。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っ
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容貌
・入物の処理時間にわたっ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成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っては特に
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っ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った場所に新
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
沿っ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
沿って動かすという可能性がこれによって得られる。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っ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１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
位置又は空になっ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
を図面を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に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
受は取る。

予熱域２は熱絶縁性材料により内張すされた長方形の予
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が設置すら９内には火床が延びており
、かごの中又はパレッ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へゆっくりと移動す
る。装入口１１の前にはエアロ−２り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に向かって、又はエアロツク
扉１６により外気に向かって選択的に閉鎖可能である０
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に向かい合った側壁上には
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
に向かい合っ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すされた炉室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、この扉によって予熱室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は場合によっ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２３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木の柱２６を介して熱絶縁
性材料２８により内張すされたフード２９が置かれてお
り、このフード２９は下に向かって開放されている。内
張り２８により画成された空間はアーチ形の天井３１を
備えた円筒形の輪郭形状となっている。

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０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
０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ィン３５が配置されて
おり、このフィン３５は油で満たされ、かつ、上に向か
って開口したリング状溝３６の中につかっており、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
に示すようにフィンを越えて横に張り出している０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と噛み合っており、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４
２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ｌ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１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、この空になった置き場所が装入口２２に向か
い合っ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。従って、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３２上の空に
なっ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１７が計算機４によって運転開始された
後に、エアロツク１４の室内に待機している装入物１３
ｂ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Ｉａ４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３ｚ上に“移送された新しい装入物１３ａ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番の記憶装置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っているので、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３７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３
２から搬出口２３を通っ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上の空になった置き場所には、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１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って炉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３７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…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２２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って位置することが
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、又はこれら再出入口を直接隣合って配
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
出によって空になった置き場所は、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炉設備
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、例えば装入物にとって最も有利
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、一方言囲気
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
たって滞留される。

【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
、　　　１３・・・装入物、　　１９・・・押し込み装
置、　２１・・・炉室、　　２２・・・装入口、　　２
３・・・搬出口、　　３２・・・火床（はど）、　　３
２．３７・・拳搬送装置、４１・・・位置発信器、　４
４・拳拳引き出し装置。

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
   処理方法であって、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ィードバック制御又はオ
   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っ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（１３ｃ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った場所
   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、この軌道に沿って装入物（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（１
   ３ｃないし１３ｉ）のための軌道に関して直径上に向か
   い合って位置し、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
   ）の中で隣合っ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（３２）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１３
   ｉ）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１３
   ｉ）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。