JP3795791B2

JP3795791B2 - Natural drop heat treatment method and heat treatment furnace

Info

Publication number: JP3795791B2
Application number: JP2001337302A
Authority: JP
Inventors: 文夫渡辺; 重崇芳賀; 相澤　　聡
Original assignee: Bridgestone Corp; Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Corp; Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2021-11-02
Also published as: JP2003139469A

Description

【０００１】
本発明は、処理物を所定の温度まで加熱し、所要の時間だけその温度に処理物の温度を保持した後、処理物を冷却する熱処理方法とそれを実施するための熱処理炉に関し、特に粉粒体や鱗片状のものを熱処理するのに好適な自然落下式熱処理方法とそれを実施するための熱処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱処理は、その目的によって熱の加え方が異なるが、一般的には図６に示すような処理プロセスがとられる。まず、処理物を時間ｔ１で所定の温度Ｔmax まで加熱し、その後この温度Ｔmax の温度を時間ｔ２だけ保持した後、処理物を時間ｔ３の時間で冷却し、常温に戻す。処理物の種類は熱処理の目的によっては、前記のような熱処理時の時間ｔ１〜ｔ３や温度Ｔmax について厳格な条件が求められる場合がある。
【０００３】
粉粒体や鱗片状のものを熱処理する場合、従来では一般に、トンネル炉や縦型炉が使用され、コンベアや昇降機構等を使用して処理物を搬送しながら、前述のような熱処理プロセスを行うことが多い。すなわち、処理物が通過する経路の温度に前述のような温度条件を設定しておき、処理物がそこを通過する過程で、加熱、温度保持及び冷却が順次行われるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
熱処理の目的によっては、加熱物を急速に数百度の温度まで加熱する必要があり、その場合も温度勾配や加熱温度Ｔmax は一定でなければならない。
しかしながら、前述したような従来のトンネル炉や縦型炉では、処理物を搬送するコンベアや昇降台等の熱容量が大きいため、急峻な温度勾配をとることができず、加熱物を急速に数百度の温度まで加熱するような熱処理には適さないという課題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の熱処理炉における課題に鑑み、特に粉流体や鱗片状の処理物を急速に、且つ一定の時間で所要の温度にまでむらなく均一に加熱し、熱処理することが可能な自然落下式熱処理方法と熱処理炉を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、処理物に空気抵抗を与えずに自由落下させながら、その落下中の処理物をその周囲から加熱することより、処理物を落下中に所定温度まで加熱するようにした。そのために、処理物を真空中で自由落下させると同時に、落下中の処理物の周囲に配置した円筒状のヒータによって処理物を輻射加熱し、急速加熱するようにしたものである。
【０００７】
すなわち、本発明による自然落下式熱処理方法は、処理物を所定の温度まで加熱し、所要の時間だけその温度に処理物の温度を保持した後、処理物を冷却するものであって、処理物を所定の温度まで加熱するプロセスが、処理物を真空中で自然落下させながら、その落下途中で処理物を周囲から加熱するものである。
【０００８】
さらに、このような自然落下式熱処理方法を実施するための熱処理炉は、処理物を真空中で自然落下させながら、処理物をその周囲から加熱することにより、処理物を所定の温度まで加熱する昇温部９を有する。
より具体的には、処理物を収納し、送り出す処理物投入部４と、この処理物投入部４から毎時一定量の処理物を真空中で落下させる処理物排出部８と、この処理物排出部８から落下した処理物を真空中で落下させながらこの落下する処理物をその周囲から加熱する昇温部９と、この昇温部９で昇温した処理物を搬送しながら、所要の時間加熱してその温度を維持する温度保持部１７と、この温度保持部１７から送られてきた処理物を冷却する冷却部２０とを有する。
【０００９】
ここで、処理物を所定の温度まで加熱する昇温部９が処理物を真空中で落下させる真空塔１６を有し、その真空塔１６内を落下する処理物をその周囲から加熱するヒータ１２を有する。また、処理物を冷却する冷却部２０が処理物を搬送し、回収する樋状のシュート２１からなり、そのシュート２１がそれに沿って処理物を回収する過程で処理物を冷却するよう温度勾配を有するものである。
【００１０】
このような自然落下式熱処理方法と熱処理炉では、処理物が昇温部９において真空中で自然落下するため、処理物は空気の抵抗を受けずに落下する。そのため、処理物の形状、大きさ、密度、重量等に係わらず、処理物は重力の加速度ｇ（ｍ／sec²）の速度で落下する。従って、処理物が必要な温度に加熱されるための発熱量と加熱時間をシュミレーションや実験により求めておき、その加熱時間に相当する高さ分だけ加熱するようにヒータ１２を配置しておけば、処理物が落下する間にそれを所要の温度に加熱することができる。そして、処理物は何にも接していない状態で真空中を落下する間にその周囲から輻射熱により加熱されるため、短時間にしかも均一に所定の温度まで加熱することが可能となる。
【００１１】
このようにして昇温部９で昇温した処理物は、温度保持部１７において搬送されながら、その温度が維持される。その後、処理物が温度保持部１７から冷却部２０に送られ、処理物が冷却されて熱処理を完了する。
このようにして、処理物を短時間に、且つ一定の時間加熱した状態で昇温することができるので、急峻な温度勾配を必要とする熱処理に最適となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１に本発明の一実施形態による自然落下式熱処理炉の全体が示され、図２〜図４にそれらの各部分が拡大して示されている。
【００１３】
この自然落下式熱処理炉は、最上段が処理物投入部４となっており、以下、その下に処理物排出部８、昇温部９、温度保持部１７、冷却部２０及び回収部２４とを有する。処理物投入部４の下段部から、装置の下段にある回収部２４の上段部分までの間は、全体が一連の真空チャンバとなっている。
【００１４】
図１と図２に示すように、処理物投入部４の最上段にはホッパ状の処理物投入容器１となっており、この処理物投入容器１の上端開口部は蓋２により気密に閉じられるようになっている。この蓋２を開いて処理物投入容器４に粉粒体或いは鱗片状の処理物が投入される。
【００１５】
この処理物投入容器１の下端側は細くなっていると共に、下端は処理物を排出する排出口となっている。この処理物投入容器１の排出口はシャッタ３により開閉される。
このシャッタ３により開閉される処理物投入容器１の排出口の下には、もう一つの排出ホッパ６が配置され、その下はゲートバルブ５で閉じられた真空チャンバの最上段にある処理物排出部８となっている。この処理物排出部８の最上段には、やはりホッパ状の処理物リザーバ７が配置されている。
【００１６】
処理物投入部４のこのような構成から、処理物投入容器１の蓋２を取り、処理物投入容器１の上端を開いた状態でそこに所定の量の処理物を投入する。蓋２を閉じた状態で、処理物投入部４を別経路の真空ポンプで排気した後、シャッタ３により処理物投入容器１の排出口を開くと共に、ゲートバルブ５を開くことにより、処理物投入容器４内の処理物が真空状態の処理物排出部８の上段にある処理物リザーバ７内に供給される。
【００１７】
処理物リザーバ７の下端側は、細くなっており、その下端が処理物の排出口となっている。
この処理物リザーバ７の下端の排出口の直下には、その排出口の中心から僅かにずれて処理物排出ドラム１５が設けられている。この処理物排出ドラム１５は、図１と図２に矢印で示す方向に一定の速度で回転する。この、処理物排出ドラム１５の周面は処理物リザーバ７の下端の排出口にほぼ接しており、処理物排出ドラム１５の回転によって毎時定量の処理物が処理物リザーバ７の下端の排出口から送り出され、その下の昇温部９へ送られる。図示はしていないが、処理物排出ドラム１５の周面には円周方向に規則正しい凹凸を有した歯状となっており。この歯状の凹凸により処理物が排出される。
【００１８】
図１と図２に示すように、昇温部９の上端は、前記の処理物排出ドラム１５から排出され、落下する処理物を受けて一定の個所から落下させるためのホッパ状の落下軌道規制筒１０となっている。この落下軌道規制筒１０はその全体が漏斗状であるが、その下端は径の細い円筒形の排出筒部となっており、処理物はこれにそって昇温部９内の落下を開始する。
【００１９】
図１と図３に示すように、落下軌道規制筒１０から昇温部９を落下する経路を囲むように円筒形の落下筒１３が垂直に立設されている。この落下筒１３は、熱的、化学的に安定した材料のものを使用し、例えば黒鉛製のものを使用する。
さらに、この落下筒１３の周囲には、円筒形に連ねたヒータ１２を配置している。このヒータ１２もまた、熱的、化学的に安定した材料のものを使用し、例えば黒鉛製のものやタングステンメッシュ状のものを使用する。
【００２０】
このヒータ１２と真空チャンバの昇温部９の部分の外筒１６との間には、断熱材１１が充填されている。この断熱材１１もまた、熱的、化学的に安定した材料のものを使用し、例えば黒鉛ファイバ製のもの、または、モリブンやタンタル箔を積層したリフレクターなるものを使用する。
ヒータ１２で囲まれた落下筒１３の内部はそのヒータ１２で高温に加熱されており、この部分を処理物が落下する時、処理物が加熱され、昇温される。この落下筒１３を含む昇温部９は後述する真空ポンプ２９によって排気され、真空となっているため、処理物は空気抵抗を受けず、落下筒１３の中を自然落下する。そのため、処理物は正確に重力の加速度ｇで落下する。図６に示すように、このヒータ１２が有る間の部分を処理する時間ｔ１の間に処理物が必要な温度Ｔmax に昇温されるように、ヒータ１２の図１に示す高さｈと発熱量を決定すればよいことになる。
【００２１】
仮に、シュミレーションや実験等により、ヒータ１２で１２００℃に加熱された雰囲気中で或る処理物をＴmax ＝７００℃まで加熱するのにｔ１＝０．４０４秒かかることが分かった。この場合、処理物をこの温度に加熱するのにヒータ１２の高さはｈ＝１／２・ｇ（ｔ１）²＝８００ｍｍあれば良いことになる。
【００２２】
図１、図３、図４に示すように、処理物が落下筒１３を落下し、その下端から出た先は温度保持部となっている。すなわち、落下筒１３の下端の真下に、円筒形の回転ドラム１８が設けられている。この回転ドラム１８は、熱的、化学的に安定しており、熱処理温度条件下で処理物と反応しないもので作る必要があり、例えば黒鉛製のものが使用される。この回転ドラム１８の周面は幅方向に長い凹状の溝が一定の間隔で設けられ、落下筒１３から落下してくる処理物をこの溝で受ける。また、この回転ドラム１８は図示していない回転機構により、矢印で示す方向に一定の速度で回転する。
【００２３】
この回転ドラム１８の内側には、回転ドラム１８を加熱する円筒形のヒータ２３が回転ドラム１８と同心状に配置されている。このヒータ２３もまた、熱的、化学的に安定した材料で作られており、例えば黒鉛製のものが使用される。さらに、回転ドラム１８の周りは、リフレクタ１９によって囲まれ、ヒータ２３からの輻射熱が外に逃げないようになっている。
【００２４】
前記のヒータ２３によって回転ドラム１８が加熱され、その周面に乗った処理物が図６に示すTmax の温度に保持される。そして、この回転ドラム１８に乗った処理物が回転ドラム１８の回転により徐々に移動し、処理物が回転ドラム１８の最上部から図４において右９０゜の位置まで回転して来たとき、処理物が回転ドラム１８から落とされ、次の冷却部２０に送られる。この間の時間は、図６の時間ｔ２となるように回転ドラム１８の回転速度が設計或いは調整される。
【００２５】
冷却部２０は、樋状のシュート２１を有している。この樋状のシュート２１の図４において右端側は、真空チャンバの底面に取り付けられた支持部材３２の上辺側に水平に設けられたガイド溝にスライド自在に支持されている。また、このシュート２１の中央部は、真空チャンバの底壁の外側からベローズまたはゴム筒等のフレッキシブル管３１を介して連結された直線導入機３０のプランジャが回転自在に連結されている。この直線導入機３０により、図４に二点鎖線で示すように水平な姿勢から、図４に実線で示すように、同図において左端から右端側にかけて次第に低くなるような勾配を形成するような姿勢に変えられる。また、直線導入機３０の先端に図示しない振動発生器（バイブレータ）を取り付けると、処理物をシュート２１上に沿って速やかに滑らすこともできる。
【００２６】
この樋状のシュート２１の底面であって、右端側にシュート２１を冷却する冷却パイプ２２が設けられている。これにより、シュート２１の図４において右端部側が冷却される一方で、シュート２１の図４において左端部側は、ヒータ２３の輻射熱で加熱されるため、シュート２１には、図４において左端部側から右端部側にいくに従って次第に温度が低くなるような温度勾配が形成される。図４に温度Ｔとシュート２１の図４において左端部側から右端部側に向かった位置ｘとのＴ−ｘ座標系を模式的に示すと、図５の通りである。
【００２７】
前述した回転ドラム１８の回転により、その周面の溝から落ちた処理物は、シュート２１の左端側で受けられ、直線導入機３０により設定された勾配に従ってシュート２１の右端側へと送られる。この間、シュート２１の図５に示した温度勾配より処理物が冷却され、次の回収部２４へと送られる。この間の冷却時間は、図６に示す冷却時間ｔ３となるようシュート２１の勾配が決定される。
【００２８】
直線導入機３０によりシュート２１に与えられた勾配に沿って最も低い図４において右端の下に、回収部２４のホッパ２５が設けられている。このホッパ２５の下には、真空チャンバを開閉するゲートバルブ２６が設けられ、このゲートバルブ２６に処理物回収容器を装着する回収チャンバ２７が設けられている。前述のようにしてシュート２１の勾配に沿って冷却されながら落下してきた処理物は、そのシュート２１の終端である図４において右端からホッパ２５に落ちる。このホッパ２５で受けられた処理物は、ゲートバルブ２６を開くことにより、回収チャンバ２７内の処理物回収容器に収納され、処理物が同容器に回収される。
【００２９】
図１に示すように、前記の回転ドラム１８を有する温度保持部１７とシュート２１を有する冷却部２０が収納された真空チャンバの下部の部分に、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプ２９が接続され、真空チャンバ全体が排気され、高真空雰囲気に維持される。
【００３０】
このような構成からなる自然落下式熱処理炉では、処理物投入部４の処理物投入容器１に投入された粉粒体或いは鱗片状の処理物がゲートバルブ５を通って真空チャンバ内に落ちる。そして、処理物排出部８の処理物排出ドラム１５の回転により毎時定量の処理物が昇温部９へ送られる。この処理物は、昇温部９においてヒータ１２の中を真空中で自然落下しながら加熱され、時間ｔ１の間に処理物が必要な温度Ｔmax に昇温される。その後、この処理物は回転ドラム１８の周面に乗り、Tmax の温度に時間ｔ２だけ保持され、その後、冷却部２０の樋状のシュート２１に沿って落下する。処理物がこの樋状のシュート２１を滑り落ちる過程で、シュート２１の温度勾配により、処理物が時間ｔ３でＴmax の温度から常温まで冷却され、回収部２４のホッパ２５を介して処理物が回収チャンバ２７内の処理物回収容器に収納され、回収される。
【００３１】
次に、本発明の具体的な実施例について、数値をあげて以下に説明する。
処理物投入容器１の収納容積は２００ｍｌとした。落下筒１３の内径はφ６０ｍｍ、高さは８２０ｍｍとし、その外側のヒータ１２には、三相２００Ｖ電源に三相結線したグラファイトヒータを使用し、その外側の断熱材は厚さ８０ｍｍのものを使用した。処理物排出ドラム１５には、φ６０ｍｍ、歯数３０の歯車を使用し、その下の回転ドラム１８には、φ２００ｍｍ、歯数３０、歯の深さ２０ｍｍの歯車を使用した。
【００３２】
ヒータ１２に３．２ＫＷの電力を供給し、発熱させて、落下筒１３を１１８０℃の温度に加熱した。また、ドラム１８のヒータ２３には、２．３ＫＷの電力を供給し、そのドラム１８の温度を７００℃に加熱した。
この状態で、試験用サンプルとして、幅１ｍｍ、長さ３ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのアルミ箔片の表面に黒鉛をコーティングし、約５０％の輻射率としたものを処理物投入容器１に入れ、処理物排出部８を通して落下筒１３の中を自然落下させた。
【００３３】
このとき、処理物排出ドラム１５の回転数を１〜１０ｒｐｍの範囲で調整した。また、回転ドラム１８の回転数は、１〜１０ｒｐｍの範囲で調整した。
試験用サンプルであるアルミ箔片は、落下筒１３を落下する途中で溶解し、粒となって落下し、回転ドラム１８の上で線香花火のように飛び散るのが冷却部２０真空チャンバのビューポートを通して確認された。アルミニウムの融点は約６６０℃であり、アルミ箔片が高さ８２０ｍｍの落下筒１３を落下する過程で、少なくとも７００℃以上の温度に加熱されたことが確認される。従って、融点が１２００℃以上である鉄片等の熱処理はこの自然落下式熱処理方法と熱処理炉で行えることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明による自然落下式熱処理方法と熱処理炉では、粉粒体或いは鱗片状の処理物が真空中を自然落下しなからその周囲から加熱されるため、処理物を短時間に所定の温度に容易に加熱することができると共に、処理物の加熱むらがなく、均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による自然落下式熱処理炉を示す概略縦断側面図である。
【図２】同実施形態による自然落下式熱処理炉の処理物投入部から処理物排出部と昇温部の上部を示す要部拡大縦断側面図である。
【図３】同実施形態による自然落下式熱処理炉の昇温部と温度保持部の一部を示す要部拡大縦断側面図である。
【図４】同実施形態による自然落下式熱処理炉の昇温部と温度保持部のから冷却部を経て回収部に至る部分を示す要部拡大縦断側面図である。
【図５】同実施形態による自然落下式熱処理炉の冷却部のシュートの温度勾配の例を示すグラフである。
【図６】同実施形態による自然落下式熱処理炉で実施される処理物の熱処理における温度プロセスを示すグラフである。
【符号の説明】
４処理物投入部
８処理物排出部
９昇温部
１２ヒータ
１６真空塔
１７温度保持部
２０冷却部
２１シュート
２４回収部[0001]
The present invention relates to a heat treatment method for heating a processed material to a predetermined temperature, holding the temperature of the processed material at that temperature for a required time, and then cooling the processed material, and a heat treatment furnace for carrying out the method. The present invention relates to a natural drop heat treatment method suitable for heat treating particles and scales and a heat treatment furnace for carrying out the method.
[0002]
[Prior art]
In the heat treatment, the method of applying heat differs depending on the purpose, but generally a treatment process as shown in FIG. 6 is taken. First, the processed product is heated to a predetermined temperature Tmax at time t1, and then the temperature Tmax is maintained for the time t2, and then the processed product is cooled to time t3 and returned to room temperature. Depending on the purpose of the heat treatment, there are cases where strict conditions are required for the time t1 to t3 and the temperature Tmax during the heat treatment as described above.
[0003]
When heat-treating powder particles and scales, conventionally, a tunnel furnace or vertical furnace is generally used, and the heat treatment process as described above is carried out while conveying the processed material using a conveyor or a lifting mechanism. Often done. That is, the temperature condition as described above is set for the temperature of the path through which the processed material passes, and heating, temperature holding, and cooling are sequentially performed in the process of passing the processed material.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Depending on the purpose of the heat treatment, it is necessary to rapidly heat the heated object to a temperature of several hundred degrees, and in this case, the temperature gradient and the heating temperature Tmax must be constant.
However, in the conventional tunnel furnace and vertical furnace as described above, since the heat capacity of a conveyor or a lifting platform for conveying the processed material is large, a steep temperature gradient cannot be taken, and the heated object is rapidly several hundred degrees. There is a problem that it is not suitable for a heat treatment that heats to a temperature of 1 mm.
[0005]
In view of the problems in the conventional heat treatment furnace, the present invention can heat and heat a powdered fluid or scale-like processed material rapidly and uniformly to a required temperature in a certain time. An object is to provide a natural drop heat treatment method and a heat treatment furnace.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, the processed material is heated from its surroundings while freely dropping without giving air resistance to the processed material, so that the processed material is dropped to a predetermined temperature during dropping. It was made to heat. For this purpose, the processed object is freely dropped in a vacuum, and at the same time, the processed object is radiantly heated by a cylindrical heater arranged around the falling processed object to be rapidly heated.
[0007]
That is, the natural drop type heat treatment method according to the present invention heats a processed object to a predetermined temperature, holds the temperature of the processed object at that temperature for a required time, and then cools the processed object. The process of heating to a predetermined temperature is to heat the processed material from the surroundings while dropping the processed material naturally in a vacuum.
[0008]
Furthermore, the heat treatment furnace for carrying out such a natural drop heat treatment method heats the processed material to a predetermined temperature by heating the processed material from its surroundings while naturally dropping the processed material in a vacuum. It has a temperature raising part 9.
More specifically, the processed material input unit 4 that stores and delivers the processed material, the processed material discharge unit 8 that drops a constant amount of processed material per hour from the processed material input unit 4 in vacuum, and the processed material discharge A temperature rising unit 9 that heats the dropped processed product from its surroundings while dropping the processed product dropped from the unit 8 in a vacuum, and a required time while conveying the processed product heated by the temperature rising unit 9 It has the temperature holding part 17 which heats and maintains the temperature, and the cooling part 20 which cools the processed material sent from this temperature holding part 17.
[0009]
Here, the temperature raising unit 9 for heating the processed material to a predetermined temperature has a vacuum tower 16 for dropping the processed material in a vacuum, and a heater 12 for heating the processed material falling in the vacuum tower 16 from its surroundings. Have In addition, the cooling unit 20 for cooling the processed material includes a bowl-like chute 21 that conveys and collects the processed material, and the chute 21 cools the processed material in the process of collecting the processed material along the chute 21. It is what you have.
[0010]
In such a natural drop heat treatment method and a heat treatment furnace, the processed material spontaneously falls in a vacuum in the temperature raising unit 9, and therefore the processed material falls without receiving air resistance. Therefore, regardless of the shape, size, density, weight, etc. of the processed object, the processed object falls at a speed of gravity acceleration g (m / sec ² ). Therefore, if the calorific value and heating time for heating the processed material to the required temperature are obtained by simulation or experiment, and the heater 12 is arranged so as to heat only the height corresponding to the heating time. It can be heated to the required temperature while the workpiece falls. And since a processed material is heated by radiant heat from the circumference | surroundings while falling in a vacuum in the state which is not touching anything, it becomes possible to heat to predetermined temperature uniformly for a short time.
[0011]
In this way, the temperature of the processed material heated by the temperature raising unit 9 is maintained while being conveyed by the temperature holding unit 17. Thereafter, the processed product is sent from the temperature holding unit 17 to the cooling unit 20, and the processed product is cooled to complete the heat treatment.
In this way, the temperature of the processed product can be increased in a short time and in a state where it is heated for a certain period of time, which is optimal for heat treatment that requires a steep temperature gradient.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the whole of a natural fall type heat treatment furnace according to an embodiment of the present invention, and FIGS.
[0013]
In the natural drop type heat treatment furnace, the uppermost stage is a processed material input unit 4. Below, a processed material discharge unit 8, a temperature raising unit 9, a temperature holding unit 17, a cooling unit 20, and a recovery unit 24 are provided below. Have The entire space from the lower part of the workpiece input part 4 to the upper part of the recovery part 24 at the lower part of the apparatus is a series of vacuum chambers.
[0014]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a hopper-shaped treatment product introduction container 1 is provided at the uppermost stage of the treatment product introduction unit 4, and the upper end opening of the treatment product introduction container 1 is hermetically closed by a lid 2. It is supposed to be. The lid 2 is opened, and a granular or scale-like processed material is charged into the processed material charging container 4.
[0015]
While the lower end side of this processed material input container 1 is thin, the lower end becomes the discharge port which discharges | emits a processed material. The discharge port of the processed material input container 1 is opened and closed by a shutter 3.
Another discharge hopper 6 is disposed under the discharge port of the processed product input container 1 that is opened and closed by the shutter 3, and the processed product discharge at the uppermost stage of the vacuum chamber closed by the gate valve 5 is disposed below the discharge hopper 6. It is part 8. A hopper-like processed product reservoir 7 is also arranged at the uppermost stage of the processed product discharge section 8.
[0016]
From such a configuration of the processed material input unit 4, the lid 2 of the processed material input container 1 is removed, and a predetermined amount of processed material is input thereto with the upper end of the processed material input container 1 opened. With the lid 2 closed, the processed material input part 4 is evacuated by a vacuum pump in another path, and then the discharge port of the processed material input container 1 is opened by the shutter 3 and the gate valve 5 is opened to input the processed material. The processed material in the container 4 is supplied into a processed material reservoir 7 in the upper stage of the processed material discharge unit 8 in a vacuum state.
[0017]
The lower end side of the processed material reservoir 7 is thin, and the lower end serves as an outlet for the processed material.
A processed material discharge drum 15 is provided just below the discharge port at the lower end of the processed material reservoir 7 and slightly shifted from the center of the discharged port. The processed product discharge drum 15 rotates at a constant speed in the direction indicated by the arrow in FIGS. The peripheral surface of the processed product discharge drum 15 is substantially in contact with the discharge port at the lower end of the processed product reservoir 7, and a fixed amount of processed material is discharged from the lower discharge port of the processed product reservoir 7 by the rotation of the processed product discharge drum 15. It is sent out and sent to the temperature raising unit 9 below it. Although not shown, the peripheral surface of the processed product discharge drum 15 has a tooth shape having regular irregularities in the circumferential direction. The processed product is discharged by the tooth-like irregularities.
[0018]
As shown in FIGS. 1 and 2, the upper end of the temperature raising unit 9 is a hopper-shaped drop trajectory regulation for receiving a fallen processed product discharged from the processed product discharge drum 15 and dropping it from a certain location. The cylinder 10 is formed. The entire fall trajectory regulating cylinder 10 has a funnel shape, but the lower end thereof is a cylindrical discharge cylinder part with a small diameter, and the processed material starts dropping in the temperature raising part 9 along with this. .
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 3, a cylindrical dropping cylinder 13 is erected vertically so as to surround a path for dropping the temperature raising portion 9 from the dropping trajectory regulating cylinder 10. The dropping cylinder 13 is made of a thermally and chemically stable material, for example, made of graphite.
Further, a cylindrical heater 12 is disposed around the dropping cylinder 13. The heater 12 is also made of a thermally and chemically stable material, such as graphite or tungsten mesh.
[0020]
A heat insulating material 11 is filled between the heater 12 and the outer cylinder 16 of the temperature raising portion 9 of the vacuum chamber. The heat insulating material 11 is also made of a thermally and chemically stable material, for example, a graphite fiber or a reflector made of laminated molybdenum or tantalum foil.
The inside of the dropping cylinder 13 surrounded by the heater 12 is heated to a high temperature by the heater 12, and when the processing object falls on this portion, the processing object is heated and heated. Since the temperature raising unit 9 including the dropping cylinder 13 is evacuated by a vacuum pump 29 described later and is in a vacuum, the processed material does not receive air resistance and naturally falls in the dropping cylinder 13. For this reason, the processing object accurately falls at the acceleration g of gravity. As shown in FIG. 6, the height h and the heat generation of the heater 12 shown in FIG. 1 are generated so that the processed material is heated to the required temperature Tmax during the time t1 during which the portion while the heater 12 is present. You only have to determine the amount.
[0021]
Temporarily, it was found from simulations and experiments that it takes t1 = 0.404 seconds to heat a treatment to Tmax = 700 ° C. in an atmosphere heated to 1200 ° C. by the heater 12. In this case, the height of the heater 12 is only required to be h = 1/2 · g (t1) ² = 800 mm in order to heat the processed material to this temperature.
[0022]
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the processed material falls on the dropping cylinder 13, and the tip from the lower end is a temperature holding unit. That is, a cylindrical rotating drum 18 is provided directly below the lower end of the dropping cylinder 13. The rotating drum 18 must be made of a material that is thermally and chemically stable and does not react with a processed material under heat treatment temperature conditions. For example, a material made of graphite is used. Concave grooves that are long in the width direction are provided at regular intervals on the peripheral surface of the rotary drum 18, and the processed material falling from the dropping cylinder 13 is received by the grooves. The rotating drum 18 rotates at a constant speed in the direction indicated by the arrow by a rotating mechanism (not shown).
[0023]
A cylindrical heater 23 for heating the rotary drum 18 is disposed inside the rotary drum 18 concentrically with the rotary drum 18. The heater 23 is also made of a thermally and chemically stable material, for example, made of graphite. Further, the rotating drum 18 is surrounded by a reflector 19 so that radiant heat from the heater 23 does not escape to the outside.
[0024]
The rotary drum 18 is heated by the heater 23, and the processed material on the peripheral surface is maintained at a temperature Tmax shown in FIG. Then, when the processed material on the rotating drum 18 is gradually moved by the rotation of the rotating drum 18 and the processed material is rotated from the uppermost part of the rotating drum 18 to the position of 90 ° to the right in FIG. An object is dropped from the rotating drum 18 and sent to the next cooling unit 20. During this time, the rotational speed of the rotary drum 18 is designed or adjusted so as to be a time t2 in FIG.
[0025]
The cooling unit 20 has a bowl-shaped chute 21. The right end side of the bowl-shaped chute 21 in FIG. 4 is slidably supported by a guide groove provided horizontally on the upper side of the support member 32 attached to the bottom surface of the vacuum chamber. In addition, the central portion of the chute 21 is rotatably connected to a plunger of a linear introduction machine 30 connected from the outside of the bottom wall of the vacuum chamber via a flexible tube 31 such as a bellows or a rubber tube. The straight line introduction machine 30 forms a gradient that gradually decreases from a horizontal posture as shown by a two-dot chain line in FIG. 4 to a right end side from the left end in the same figure as shown by a solid line in FIG. Change to posture. Further, when a vibration generator (vibrator) (not shown) is attached to the tip of the straight line introduction machine 30, the processed material can be quickly slid along the chute 21.
[0026]
A cooling pipe 22 for cooling the chute 21 is provided on the right end side of the bottom surface of the bowl-shaped chute 21. Accordingly, the right end side of the chute 21 in FIG. 4 is cooled, while the left end side of the chute 21 in FIG. 4 is heated by the radiant heat of the heater 23, so the chute 21 has a left end side in FIG. 4. A temperature gradient is formed such that the temperature gradually decreases from the right side toward the right end side. FIG. 4 schematically shows a Tx coordinate system of the temperature T and the position x of the chute 21 from the left end side to the right end side in FIG. 4 as shown in FIG.
[0027]
The processed material dropped from the groove on the peripheral surface by the rotation of the rotating drum 18 is received on the left end side of the chute 21 and sent to the right end side of the chute 21 according to the gradient set by the linear introduction machine 30. During this time, the processed material is cooled by the temperature gradient shown in FIG. 5 of the chute 21 and sent to the next recovery unit 24. The gradient of the chute 21 is determined so that the cooling time during this time becomes the cooling time t3 shown in FIG.
[0028]
A hopper 25 of the collection unit 24 is provided below the right end in FIG. 4 which is the lowest along the gradient given to the chute 21 by the straight line introduction machine 30. Under this hopper 25, a gate valve 26 for opening and closing the vacuum chamber is provided, and a recovery chamber 27 for mounting a processing product recovery container is provided on the gate valve 26. As described above, the processed material that has fallen while being cooled along the gradient of the chute 21 falls into the hopper 25 from the right end in FIG. The processed material received by the hopper 25 is stored in a processed material recovery container in the recovery chamber 27 by opening the gate valve 26, and the processed material is recovered in the same container.
[0029]
As shown in FIG. 1, a vacuum pump 29 such as a turbo molecular pump is connected to the lower part of the vacuum chamber in which the temperature holding unit 17 having the rotating drum 18 and the cooling unit 20 having the chute 21 are housed. The entire vacuum chamber is evacuated and maintained in a high vacuum atmosphere.
[0030]
In the natural drop type heat treatment furnace having such a configuration, the granular material or scale-like processed material charged into the processed material input container 1 of the processed material input unit 4 falls into the vacuum chamber through the gate valve 5. Then, a constant amount of processed material is sent to the temperature raising unit 9 by rotation of the processed material discharge drum 15 of the processed material discharge unit 8. This processed product is heated while naturally falling in the heater 12 in a vacuum in the temperature raising unit 9, and the temperature of the processed product is raised to a necessary temperature Tmax during a time t1. Thereafter, this processed material rides on the peripheral surface of the rotary drum 18, is held at the temperature of Tmax for a time t <b> 2, and then falls along the bowl-shaped chute 21 of the cooling unit 20. In the process where the processed material slides down the bowl-shaped chute 21, the processed material is cooled from the temperature of Tmax to room temperature at time t 3 due to the temperature gradient of the chute 21, and the processed material is collected via the hopper 25 of the recovery unit 24. 27 is stored in a processed material collection container in 27 and collected.
[0031]
Next, specific examples of the present invention will be described below with numerical values.
The storage volume of the processed material input container 1 was 200 ml. The falling cylinder 13 has an inner diameter of 60 mm and a height of 820 mm. The outer heater 12 uses a three-phase 200V power source and a three-phase connected graphite heater, and the outer heat insulating material has a thickness of 80 mm. did. A gear having a diameter of 60 mm and a number of teeth of 30 was used for the processed material discharge drum 15, and a gear having a diameter of 200 mm, a number of teeth of 30 and a tooth depth of 20 mm was used for the rotating drum 18 below.
[0032]
Electric power of 3.2 KW was supplied to the heater 12 to generate heat, and the dropping cylinder 13 was heated to a temperature of 1180 ° C. Further, 2.3 KW of electric power was supplied to the heater 23 of the drum 18, and the temperature of the drum 18 was heated to 700 ° C.
In this state, as a test sample, a surface of an aluminum foil piece having a width of 1 mm, a length of 3 mm, and a thickness of 0.05 mm is coated with graphite, and a radiation rate of about 50% is placed in the processed material charging container 1. Then, the inside of the dropping cylinder 13 was naturally dropped through the processed material discharge unit 8.
[0033]
At this time, the rotation speed of the processed material discharge drum 15 was adjusted within a range of 1 to 10 rpm. Moreover, the rotation speed of the rotating drum 18 was adjusted in the range of 1-10 rpm.
An aluminum foil piece as a test sample melts in the middle of dropping the dropping cylinder 13, falls as a grain, and scatters on the rotating drum 18 like a sparkler. The viewport of the cooling unit 20 vacuum chamber Confirmed through. The melting point of aluminum is about 660 ° C., and it is confirmed that the aluminum foil piece was heated to a temperature of at least 700 ° C. or more in the process of dropping the dropping cylinder 13 having a height of 820 mm. Therefore, it can be seen that heat treatment of iron pieces and the like having a melting point of 1200 ° C. or higher can be performed by this natural drop heat treatment method and heat treatment furnace.
[0034]
【The invention's effect】
As explained above, in the natural drop type heat treatment method and heat treatment furnace according to the present invention, since the granular material or scale-like processed material does not fall naturally in the vacuum, it is heated from its surroundings. While being able to heat easily to predetermined temperature, there is no uneven heating of a processed material and it can heat uniformly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional side view showing a natural drop heat treatment furnace according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional side view of a main part showing an upper part of a processed material discharge part and a temperature raising part from the processed material input part of the natural fall type heat treatment furnace according to the same embodiment;
FIG. 3 is an enlarged vertical side view of a main part showing a part of a temperature raising part and a temperature holding part of the natural drop heat treatment furnace according to the same embodiment.
FIG. 4 is an enlarged vertical sectional side view of a main part showing a part from a temperature raising part and a temperature holding part to a recovery part through a cooling part of the natural drop heat treatment furnace according to the same embodiment.
FIG. 5 is a graph showing an example of the temperature gradient of the chute of the cooling part of the natural drop heat treatment furnace according to the embodiment.
FIG. 6 is a graph showing a temperature process in the heat treatment of the processed object performed in the natural drop heat treatment furnace according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
4 Process Input Unit 8 Process Discharge Unit 9 Heating Unit 12 Heater 16 Vacuum Tower 17 Temperature Holding Unit 20 Cooling Unit 21 Chute 24 Recovery Unit

Claims

In a heat treatment method in which a processed object is heated to a predetermined temperature, the temperature of the processed object is maintained at that temperature for a predetermined time, and then the processed object is cooled. A natural drop type heat treatment method characterized by heating a processed material from the surroundings while dropping naturally in a vacuum.

After heating the processed material to a predetermined temperature and maintaining the temperature of the processed material at that temperature for a required time, in the heat treatment furnace that cools the processed material, A natural drop type heat treatment furnace having a temperature raising section (9) for heating a processed material to a predetermined temperature by heating from the surroundings.

A treated product input section (4) for storing and delivering the treated product in a heat treatment furnace for heating the treated product to a predetermined temperature and maintaining the treated product temperature at the temperature for a predetermined time, and then cooling the treated product. A treated product discharge unit (8) for dropping a certain amount of treated product per hour from the treated product input unit (4) in vacuum, and a treated product dropped from the treated chamber discharge unit (8) in vacuum. The temperature riser (9) for heating the fallen treated product from its surroundings, and the temperature at which the heated product is heated by the temperature riser (9) and heated for a required time to maintain the temperature. A natural drop type heat treatment furnace having a holding part (17) and a cooling part (20) for cooling the processed product sent from the temperature holding part (17).

The temperature raising part (9) for heating the processed product to a predetermined temperature has a vacuum tower (16) for dropping the processed product in a vacuum, and the processed product falling in the vacuum tower (16) is heated from its surroundings. The natural fall type heat treatment furnace according to claim 2 or 3, further comprising a heater (12) for performing the process.

The cooling unit (20) for cooling the processed material includes a bowl-shaped chute (21) that conveys and recovers the processed material, and the chute (21) cools the processed material in the process of recovering the processed material along the chute (21). The natural drop type heat treatment furnace according to claim 2, which has a temperature gradient.