JPS6352085B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属の連続熱処理方法および装置に
関する。

金属の熱処理たとえば、金属粉末の成型品を焼
結したり、それらや溶製材をろう付けする手段と
して、予熱部乃至脱ろう部（以下予熱部と称す）
と本加熱部ないし焼結部（以下本加熱部と称す）
とを連結し、それらに所定の雰囲気を供給すると
共にコンベアベルトあるいはプツシヤーで被処理
物を連続的に移送しつつ熱処理する構造のトンネ
ル型加熱炉が汎用されている。

しかして、このようなトンネル型連続炉におい
ては、省エネルギーおよび省資源化の要求が高ま
りつつあり、そのひとつの方策として、予熱部に
燃焼バーナを設け、この燃焼バーナにより理論空
気量以下の空気を用いて重炭化水素ガスを燃焼さ
せ、発生した燃焼ガスを被処理物に吹付けてこれ
を加熱し、次いで本加熱部において所定の雰囲気
で電気ヒータなどにより加熱する方法が従来行わ
れている。

このガス燃焼予熱方式は予熱と本加熱の双方を
電熱で行う方法に較べ、電力の節減および潤滑剤
のバーンオフ促進に効果がある。しかしながら、
上記の方法では、予熱の雰囲気が炭化水素の燃焼
ガスそのもので多量のH₂OやCO₂分を含んでいる
ため、脱ろう効果が良い反面前記成分により被処
理物が酸化しやすく、そのため次の本加熱部にお
いて脱炭が助長され、所期の良品が得られなくな
るという問題があり、これは脱ろう効果を上げる
ために予熱部の加熱温度を高くするとさらに顕著
になる。

また、上記方法では、燃焼バーナによりいわば
直火式に加熱し、燃焼ガスを予熱部の入口から大
気に放散させているので、別途雰囲気ガス発生機
を用いて重炭化水素ガスなどの変成ガスを作りこ
れを本加熱部に導入しなければならず、そのため
装置コストが高くなると共に、ガスの無駄が多い
という欠点があり、さらに、さきのように予熱部
に多量のH₂OやCO₂分を含む燃焼ガスが連続的に
発生し、それら成分が熱による吸引作用で本加熱
ゾーンに混入拡散しやすいため雰囲気の汚損度が
高くなり、これを防止するには本加熱ゾーンへ多
量の吸熱型ガスを導入しなければならないため消
費用ガス量と熱量のロスが多いという欠点があつ
たものである。

本発明は、前記した従来のガス燃焼加熱併用型
熱処理方法の不具合を解消しようとするもので、
その目的とするところは、雰囲気原料ガスの消費
量と、必要熱量を大きく節減でき、しかも雰囲気
組成を被処理物の材質物性に適合するように自在
にコントロールできその雰囲気管理も容易な省エ
ネルギー省資源型の熱処理方法を提供することに
ある。

この目的を達成するため本発明は、予熱部と本
加熱部を連結したトンネル状炉中で熱処理を行う
方法において、予熱部のマツフル外側で炭化水素
ガスと空気の混合ガスを燃焼して被処理物を予熱
する一方、被処理物を予熱した燃焼ガスを炉外に
導いて冷却脱水後予熱し、このガスに炭化水素ガ
スを添加変成し所定成分の吸熱型ガスに調整して
本加熱部に供給し、かつ予熱部マツフル内には、
脱水後の燃焼ガス、これと吸熱型ガスとの混合ガ
スまたはこの混合ガスに冷却前の燃焼ガスを添加
した混合ガスのいずれかを供給する構成としたも
のである。

また、本発明の他の目的は、上記熱処理方法の
実施に好適な装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は、燃焼バー
ナーの内側にマツフルを挿通した予熱部と、該予
熱部と通じ内部にヒータを配した炉本体とを備
え、前記予熱部にはマツフル外側に通じる排気系
を設け、この排気系に熱交換器と冷却器を設け、
冷却器の出口側を前記熱交換器に挿通後分岐して
一方を前記炉本体中と通じる第１の炉気導入系と
なすとともに、他方を前記マツフル内に導通する
第２の炉気導入系となし、前記第１の炉気導入系
には変成用加熱器を介在させるとともに該変成用
加熱器の入口側にエンリツチ用ガス供給系を流量
調整弁を介して接続し、さらに第１の炉気導入系
の変成用加熱器の出口側を分岐し前記第２の導入
系と接続した構成としたものである。

以下、本発明の実施例を添付図面に基いて説明
する。

第１図は本発明に係る金属の連続熱処理方法を
示すもので、１は予熱部、２は予熱部１と直接又
は連結筒を介して連設された本加熱部、３は本加
熱部２に連結された冷却部、４は必要に応じて設
けられる置換室であり、前記予熱部１から冷却部
３又は置換室４まで一連のトンネル状に構成さ
れ、エンドレスコンベアもしくはプツシヤーなど
の送り手段５により被処理物を順次させるように
なつている。そして、本加熱部２に加熱ヒータ６
が設けられると共に、予熱部１には数個の燃焼バ
ーナ７が挿設されている。

このようなトンネル状の連続加熱炉により被処
理物Ａを熱処理するに当り、本発明は、前記予熱
部１の燃焼バーナ７より内側にマツフル８を挿通
しておくもので、このマツフル８の先端を装入口
とする。マツフル８は、本加熱部２の前壁で止ま
つていてもよいが、熱処理温度が高温でない場合
は、本加熱部２の内部に通してもよい。そして、
操業にあたつては、燃焼バーナ７に炭化水素ガス
（CmHn）G₁と空気G₂の混合気を供給し、予熱部
１のマツフル外側空間９で燃焼させる。このとき
従前の加熱方法では、空気を理論量以下用いて不
完全燃焼させていたが、本発明では、空気／原料
比をほぼ理論燃焼に相当する状態に制御して完全
燃焼させるもので、これにより、被処理物Ａはマ
ツフル８を介して加熱昇温され、燃結においては
脱ろうが進行し、ろう付けにおいては予熱が進行
する。

しかして、従来の加熱方式では、燃焼ガスをそ
のまま予熱部１から大気へ放出させ、本加熱部２
に別途ガス発生機で製造した雰囲気を供給してい
たものであるが、本発明はまず前記のように燃焼
バーナ７で燃焼されたガスG₃を大気に放出させ
ることなくマツフル外側空間９から外部へ引き出
し、この燃焼ガスG₃を冷却器１１により冷却し
てガス中の水分を一定量オートドレンにて除去す
る。

次いで脱水した燃焼ガスG₄を計量して再度後
続する燃焼ガスG₃との熱交換により適温に予熱
し、この予熱した脱水燃焼ガスG₄に所定量炭化
水素G₁′を添加してエンリツチし、この混合物を
変成用加熱器１２に供給して加熱することにより
変成する。前記変成工程では、前記脱水燃焼ガス
G₄に対する炭化水素ガスG₁′の添加量を加減する
ことで本加熱部２に求められる雰囲気に適合した
規定成分に調整されるものであり、このようにし
て得られた吸熱型ガス（ENガス）G₅を本加熱部
２に導入し、これを炉気としてさきの予熱を終え
た被処理物Ａを加熱し、本焼結あるいはろう付け
を行うものである。

以上のようにして、本加熱部２の炉気が構成さ
れるが、本発明はこれと併行して予熱部１から抜
き出して冷却脱水した燃焼ガスG₄の一部を予熱
部１のマツフル８内に供給するもので、このとき
に脱水燃焼ガスに対しさきのエンリツチ一変成過
程で得られた吸熱型ガスG₅の適量を添加混合す
ることにより、予熱部の雰囲気も被処理物の性
状、物性等の条件に適合した規定成分に調整され
る。なお、必要に応じ予熱部７のマツフル外側か
ら引き出したままの燃焼ガスG₃をも上記ガスに
添加してマツフル中に導入する態様もとり得る。
従つて本発明によれば、予熱部の導入雰囲気を発
熱型ガス（EX）から吸熱型ガスENまで幅広く
自由かつ簡単にコントロールすることが可能であ
る。これは、実施する熱処理が焼結であるような
場合に有利であり、粉末の材質などに即応したも
つとも効果的な脱ろうを行うことができる。

次に上記発明を従来法と比較して作用効果を検
討する。

いま炭化水素ガスとしてC₄H₁₀を例にとつてみ
ると、本発明の場合予熱部１では燃焼バーナ７に
より次の化学反応が生じる。

2C₄H₁₀＋13O₂＋49N₂→8CO₂＋10H₂O＋49N₂ これによりC₄H₁₀について＋636kcal／molの発
熱量が得られ、この熱量で被処理物が予熱ないし
脱ろうされる。そして、予熱部１から抜き取つた
燃焼ガスを冷却することによりH₂Oが近似的に
除去されるから、8CO₂＋49N₂の成分のガスとな
る。本発明はこのものを予熱後C₄H₁₀ガスをエン
リツチし変成するもので、このとき変成炉では次
式の反応となる。

2C₄H₁₀＋8CO₂＋49N₂→16CO＋10H₂＋49N₂ この反応によるガスを本発明は本加熱部２の炉
気として導入し、また前記ガス単体もしくはこれ
に予熱部からの燃焼ガスを脱水して得られた
8CO₂＋49N₂のガスを混合したものを予熱部１の
雰囲気として導入するものである。

しかして、前記のような本発明方法と従来法を
消費ガス量について比較してみると、本発明法と
従来法における変成反応は下記の通りである。

(1)式が本発明であり、(2)式が従来法であり、(1)
式と(2)式に対比させると下記の如くとなる。

従つて、本発明によれば、変成ガス原料の炭化
水素ガス消費量は、従来法にくらべ44％で済むこ
とになり、きわめて経済的となる。

次に、本発明法と従来法を熱収支について検討
すると、(1)式の場合C₄H₁₀について−195kcal／
molであり、(2)式の場合C₄H₁₀について＋
76kcal／molである。そこでいま16.5m³／Ｈの変
成ガスを発生させるとすると、従来法では(2)式か
らC₄H₁₀の消費量が１m³／Ｈとなり、発生熱量
は、44.6mol×76kcal／mol＝3390kcal／Ｈであ
る。一方、原料ガスを暖めるのに必要な熱量は、
比熱を0.33kcal／m³として−5445kcal／Ｈであ
り、合計すると−2055kcal／Ｈとなり、この熱量
を与えなければならないわけである。

これに対し、本発明方法は、(1)式からC₄H₁₀の
消費量は0.44m³／Ｈであることから、必要熱量は
19.6mol×−195kcal／mol＝−3822kcal／Ｈとな
り、原料ガスを暖めるのに必要な熱量は、−
5445kcal／Ｈである。だが、本発明は変成用の原
料ガスの大部分を予熱部で生じた燃焼ガスを利用
しており、0.44m³／ＨのC₄H₁₀の完全燃焼による
発熱量は、C₄H₁₀について636kcal／molであるこ
とから12466kcal／Ｈとなり、従つて合計すると
3199kcal／Ｈとなる。これは、従来法と較べ熱量
的に大きな利得がある。

次に、本発明による熱処理装置の一実施例を説
明すると、第２図ないし第４図の如くであり、１
は耐火物の側壁部あるいは必要に応じ上壁部に燃
焼バーナ７を挿設した予熱部、２は耐火物内側に
加熱ヒータ６を設けた本加熱部（炉本体）で、予
熱部１には燃焼バーナ７より内側にマツフル８が
挿通されている。本実施例では、前記マツフル８
を本加熱部２にも挿通しているが、加熱条件に応
じ、本加熱部２はマツフルを用いない外殻気密型
の炉体としてもよい。

１３は予熱部１の底壁部に設けられた排気導口
で、この排気導口１３に排気系１４が接続される
と共に、該排気系１４には熱交換器１０と冷却器
１１が順次直列に介在され、それら熱交換器１０
と冷却器１１にそれぞれドレン管１５，１６が設
けられている。そして、前記排気系１４には冷却
器１１の出口側に流量計１７が介在されていると
共に、熱交換器１０に挿通される屈曲流路１８が
形成され、この屈曲流路１８の前方位置で２つの
系に分岐され、その一方は本加熱部２に通じる第
１の炉気導入系１９として構成され、他方は予熱
部１のマツフル内に導通する第２の炉気導入系２
０となつている。２１は第１の炉気導入系１９と
接続したガス導入管で、マツフル中に挿入され先
端の小孔群から炉気を吹き出すようになつてい
る。２２は第２の炉気導入系２０と接続したガス
導入管で、予熱部１と本加熱部２の中間位置あた
りに設けられている。

しかして、前記第１の炉気導入系１９には、ゼ
ネライト等の触媒を充てんした内筒２３１とその
まわりの加熱ヒータ２３２とを備えた変成用加熱
器２３が介在され、この変成用加熱器２３の手前
に、エンリツチ用ガスの供給系２４が、流量計２
５遮断弁２６および自動流量調節弁２７を介して
接続され、第１の炉気導入系１９に流れる脱水燃
焼ガスの流量すなわち、予熱部への挿入ガス量に
応じて任意量のエンリツチ用ガスを添加し、変成
用加熱器２３に供給させるにしている。そして、
前記変成用加熱器２３の出口側には流量計２８お
よび調整弁２９を介して前記第２の炉気導入系２
０に接続する混合系３０が分岐されている。ま
た、第２の炉気導入系２０には、熱交換器１０の
入口側より手前から分岐した別の混合系３１が調
整弁３２を介して接続されている。

なお、図示する構成は予熱部１での燃焼ガスを
系に押し込むかたちをとつているが、これに代え
系の適当な個所にポンプを設け、これで吸引、押
し込みを行つてもよい。また、第１の炉気導入系
１９とエンリツチ用ガス供給系２４の接続部付近
に比例混合器を介在せしめてもよい。

前記装置を用いて本発明を実施した状況を説明
すると予熱部１で燃焼バーナ７により炭化水素ガ
スと空気の混合物が完全燃焼され、これにより被
処理物Ａはマツフル７を通して間接加熱される。
一方、燃焼ガスはマツフル７の外周から排気導口
１３を経て排気系１４に取り出され、この系にお
いて熱交換器１０および冷却器１１により冷却さ
れる。このとき燃焼ガス中の水分はドレン管１
５，１６により一定量除去される。次いで、冷却
器１１を通つた燃焼ガスは、流量計１７により計
測され、熱交換器１０に挿通された屈曲流路１８
に流れることにより後続する燃焼ガスとの熱交換
で予熱される。

このようにして、予熱された脱水燃焼ガスは、
その一部が第２の炉気導入系２０を通してガス導
入管２２から予熱部１のマツフル中に供給され、
残る脱水燃焼ガスはエンリツチ用ガス供給系２４
から供給された炭化水素ガスと混合され変成用加
熱器２３にて変成される。このときの変成ガスの
成分組成は、流量計２５と自動流量調整弁２７の
開度コントロールにより自在に調整することが可
能であり、処理条件に適合した所定成分の吸熱型
ガスとして第１の炉気導入系１９から本加熱部２
に連続供給される。

そして、その際前記ガスの一部は第１の炉気導
入系１９から混合系３０により第２の炉気導入系
２０に送られ、さきの脱水燃焼ガスと混合した状
態でマツフル中に供給される。前記吸熱型ガスの
添加量は流量計２８と流量調整弁２９で自由にコ
ントロールが可能であり、また、同時に他の混合
系３１の調整弁３２を操作することにより、
H₂OやCO₂を多量に含むガスを添加することも可
能である。もちろん各調整弁２９，３２，３３を
閉じることにより予熱部１のマツフル８に炉気を
供給しないようにすることも可能であり、さらに
は、混合系の調整弁２９，３２を開いてそれらの
混合ガスをマツフルに供給することも可能であ
る。従つて、本発明装置によれば、予熱部１の雰
囲気を被処理物の物性や熱処理の目的等に応じた
最適な成分に自在に調整することが可能である。

以上説明した本発明によるときには、予熱部ガ
ス燃焼方式のトンネル状加熱炉により金属の連続
熱処理を行う方法において、予熱部では炭化水素
ガスの燃焼熱だけを利用し、被処理物と燃焼ガス
とをマツフルによつて隔離させ、マツフル内には
燃焼ガスを脱水したガスあるいは、これに炭化水
素をエンリツチして変成した吸熱型のガスとの混
合ガス、あるいはこの混合ガスに冷却前の燃焼ガ
スを添加した混合ガスを導入させるので、被処理
物に適した雰囲気を自在に構成させることがで
き、従つて焼結などにおいては被処理物の酸化や
焼結時の脱炭を容易に防止でき、予熱の高温化に
も十分対処することが可能となる。しかも、予熱
部の完全燃焼ガスを利用し、これを脱水予熱した
後炭化水素ガスをエンリツチして変成し吸熱型ガ
スとして本加熱部に導入するので、雰囲気原料ガ
スの消費量と熱量を大きく節減することが可能に
なり、適切な省資源、資エネルギーを図ることが
できる。また、予熱部に脱水されたガスあるいは
これと吸熱型ガスとの混合ガスを導入するので、
従来のこの種方式のように多量のH₂O、CO₂分を
含むガスが本加熱部に混入することがなくなり、
本加熱部の雰囲気を良好に保持することができ、
露点の低い条件での熱処理が可能になるなどのす
ぐれた効果が得られる。

また、本発明の第２発明によるときには、本発
明方法の実施に好適な装置を提供でき、ことに冷
却器の出口側の排気系を熱交換器に挿通すること
で簡便に燃焼ガスの冷却と脱水燃焼ガスの予熱を
図ることができ、また冷却器の出口側で第１の炉
気導入系と第２の炉気導入系を分岐し、第２の炉
気導入系と変成用加熱器以降の第１の炉気導入系
を結んでいることから、予熱部への導入雰囲気を
発熱型ガスから吸熱型ガスまで簡単かつ自由に調
整できるなどのすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属の連続熱処理方法の
原理を示す系統図、第２図は本発明に係る金属の
連続熱処理装置の一実施例を示す断面図、第３図
は第２図−線にそう断面図、第４図は第２図
−線にそう断面図である。 １……予熱部、２……本加熱部、７……燃焼バ
ーナ、８……マツフル、１０……熱交換器、１１
……冷却器、１４……排気系、１９……第１の炉
気導入系、２０……第２の炉気導入系、２３……
変成用加熱器、２４……エンリツチ用ガス供給
系、３０，３１……混合系、G₁，G₁′……炭化水
素ガス、G₂……空気、G₃……燃焼ガス、G₄……
脱水燃焼ガス、G₅……変成ガス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予熱部と本加熱部を連結したトンネル状炉中
   で熱処理を行う方法において、予熱部のマツフル
   外側で炭化水素ガスと空気の混合ガスを燃焼して
   被処理物を予熱する一方、被処理物を予熱した燃
   焼ガスを炉外に導いて冷却脱水後予熱し、このガ
   スに炭化水素ガスを添加変成し所定成分の吸熱型
   ガスに調整して本加熱部に供給し、かつ予熱部マ
   ツフル内には、脱水後の燃焼ガス、これと吸熱型
   ガスとの混合ガスまたはこの混合ガスに冷却前の
   燃焼ガスを添加した混合ガスのいずれかを供給す
   ることを特徴とする金属の連続熱処理方法。 ２ 燃焼バーナーの内側にマツフルを挿通した予
   熱部と、該予熱部と通じ内部にヒータを配した炉
   本体とを備え、前記予熱部にはマツフル外側に通
   じる排気系を設け、この排気系に熱交換器と冷却
   器を設け、冷却器の出口側を前記熱交換器に挿通
   後分岐して一方を前記炉本体中と通じる第１の炉
   気導入系となすとともに、他方を前記マツフル内
   に導通する第２の炉気導入系となし、前記第１の
   炉気導入系には変成用加熱器を介在させるととも
   に該変成用加熱器の入口側にエンリツチ用ガス供
   給系を流量調整弁を介して接続し、さらに第１の
   炉気導入系の変成用加熱器の出口側を分岐し前記
   第２の導入系と接続してなる金属の連続熱処理装
   置。