加热器单元和渗碳炉的制作方法

本发明涉及一种对工件进行渗碳处理的渗碳炉用的加热器单元。

背景技术：

在对被处理体进行热处理的热处理炉内设有用于加热炉内气氛的加热器。作为热处理炉所采用的加热器，例如在专利文献1记载有一种连续热处理炉所采用的平板金属加热器(日文：面状金属ヒーター)。此外，在专利文献2中记载有一种沿加热炉的内壁配置的康泰尔(注册商标)加热器。在专利文献3中记载有一种发热体的形状为字母u形的加热器或者将字母u形的发热体连接而成的波纹状的加热器。在专利文献4中记载有一种以从加热炉的侧壁水平地插入的方式设置的波纹状的加热器。如上所述，热处理炉用的加热器存在多种多样的种类。

像上述那样的加热器也被应用于对低碳钢的工件实施渗碳处理的渗碳炉。渗碳炉的炉壁通常由外壁(铁皮)和多个绝热件构成。渗碳炉用的加热器面向位于炉壁的最内侧位置的绝热件(以下称作“第1绝热件”)地配置。

但是，由于加热器是从发热体以放射状释放热量的结构，因此，不仅对炉内侧释放热量，也对外壁侧释放热量。即，热量也被供给到上述第1绝热件，第1绝热件的炉内侧表面的温度达到将近900℃。

另一方面，在渗碳炉内，因在渗碳处理过程中导入的渗碳气体、在渗碳处理之后残留的渗碳气体而在炉内发生熏黑(碳颗粒(日文：煤)附着的现象)。在温度达到700℃～800℃时尤其容易发生熏黑，在该温度范围内碳颗粒的附着量增多。

像前述那样，由于第1绝热件的炉内侧表面的温度是900℃，因此，第1绝热件的外壁侧表面的温度成为800℃以下的温度。即，第1绝热件的外壁侧表面的温度成为开始发生熏黑的温度。因此，在以往的渗碳炉中，在第1绝热件和位于比第1绝热件更靠外侧的位置的绝热件(以下称作“第2绝热件”)之间发生了熏黑。

若在第1绝热件和第2绝热件之间持续发生熏黑，则在绝热件之间碳颗粒的厚度逐渐增加。由此，第1绝热件被逐渐挤向炉内侧。若该状态持续，则有可能引起第1绝热件翘起、向炉内侧脱落。因此，以往实施了使附着在绝热件之间的碳颗粒燃烧将其除去的“烧尽”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012—233649号公报

专利文献2：日本特开平10—273396号公报

专利文献3：日本特开2000—252047号公报

专利文献4：日本特开2001—74226号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，在实施烧尽的期间里不能对工件进行渗碳处理。即，定期实施烧尽成为生产率下降的主要原因。

本发明即是鉴于上述情况而完成的，其目的在于抑制在绝热件的外壁侧表面发生熏黑，提高生产率。

用于解决问题的方案

解决上述课题的本发明是一种渗碳炉用的加热器单元，其特征在于，该渗碳炉用的加热器单元包括用于加热炉内气氛的加热器和能够反射加热器的辐射热的加热器支承构件，在所述加热器支承构件上安装有所述加热器的发热部，构成所述发热部的发热体形成为波纹状。

若将本发明的加热器单元安装于渗碳炉，则通过将加热器的发热部安装在能够反射辐射热的加热器支承构件上，能够利用加热器支承构件反射从发热部向外壁侧释放的辐射热。由此，能够降低位于炉壁的最内侧位置的绝热件的炉内侧表面的温度。因此，能够在该绝热件的炉内侧表面发生熏黑。即，能够防止在位于炉壁的最内侧位置的绝热件的外壁侧表面发生熏黑。

发明的效果

采用本发明，能够防止因发生熏黑而导致绝热件翘起、脱落。其结果是，能够延长烧尽的实施周期，能够提高生产率。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的渗碳炉的概略结构的俯视图。

图2是表示图1中的a—a截面的示意图。

图3是表示本发明的实施方式的加热器单元的概略结构的主视图。

图4是表示本发明的实施方式的加热器单元的概略结构的俯视图。

图5是表示本发明的实施方式的加热器的概略结构的主视图。

图6是表示图3中的b—b截面的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式的加热器单元。在以下的说明中，示出了将本实施方式的加热器单元应用于实施与渗碳处理相关的一系列的热处理的连续式渗碳炉的例子。另外，在本说明书和附图中，通过对于实质上具有相同的功能结构的要素标注相同的附图标记而省略对其重复的说明。

如图1所示，本实施方式的渗碳炉1在俯视时具有方形的外形。在该渗碳炉1的四个角中的一个角的炉底上形成有用于搬入工件w的搬入口2。如图1、图2所示，在渗碳炉内的中央部以从一侧的侧壁朝向另一侧的侧壁延伸的方式配置有耐热砖3。耐热砖3与炉底和顶部相接触地设置。从搬入口2搬入的工件w沿该耐热砖3的周围被输送。在渗碳炉1的位于工件输送方向t的下游的侧壁部形成有用于搬出工件w的搬出口4。

渗碳炉1的炉壁5包括由铁皮等构成的外壁6和设置于外壁6的内侧的绝热件7。绝热件7是由位于炉壁5的最内侧位置的第1绝热件7a和设置于第1绝热件7a的外侧的第2绝热件7b构成的多层结构。另外，构成炉壁5的绝热件7优选采用例如ロスリム(注册商标)板等高性能绝热件。

此外，在炉内设有多个升降式的分隔门8(在图2中未图示)。在这些各分隔门8关闭的情况下，由分隔门8、炉壁5、耐热砖3形成多个密闭空间。各密闭空间作为对工件w实施期望的热处理的热处理室9发挥功能。

在本实施方式的渗碳炉1中，炉内被分隔门8划分为8个区域。各热处理室9将形成有搬入口2的热处理室作为第1升温室9a地沿输送方向t按顺序作为第2升温室9b、第1渗碳室9c、第2渗碳室9d、第3渗碳室9e、扩散室9f、降温室9g、淬火室9h发挥功能。

此外，在渗碳炉1的侧壁部和耐热砖3上设有用于加热炉内气氛的加热器单元10。加热器单元10为了将以温度较低的状态被搬入的工件w加热而配置在输送流水线的前半部分的热处理室9中。在本实施方式中，该加热器单元10设置在从第1升温室9a到第2渗碳室9d的各热处理室9中。

如图3、图4所示，本实施方式的加热器单元10由加热器支承构件30和作为发热源的加热器20构成。如图5所示，本实施方式的加热器20包括由发热体21(例如康泰尔丝)构成的发热部g和与发热体21的两端部连接的引线22。发热体21是1根管状构件，其在从其与一根引线22的连接部位到其与另一根引线22的连接部位之间反复弯折地形成为波纹状。

在像图5所示那样加热器的主视状态下，发热体21的直线部21a与发热部g的长边方向垂直地形成。在此，本说明书中的“发热部”指的是在像图5所示那样加热器的主视状态下与发热体21相接触的水平面和铅垂面所包围的部分。本实施方式的发热部g是图5所示的用虚线包围的部分。另外，在本实施方式中，就加热器的主视状态下的发热部g的长度而言，由于其垂直方向v的长度大于其水平方向h的长度，因此垂直方向v成为发热部g的长边方向。

发热体21在发热过程中因热膨胀而伸长，在该伸长在同一个方向上累积时，加热器20有可能自加热器支承构件30脱离。例如，在发热体21的直线部21a朝向发热部g的长边方向的情况下，同一个方向的伸长容易累积。因此，加热器20有可能自加热器支承构件30脱落。此外，在同一方向的伸长容易累积的状态下，直线部21a因热膨胀而变长，从而在像图4所示那样的俯视状态下，有可能产生发热体21的曲线部21b位于直线部21a的前方或者后方这样的翘曲。由此，作为加热器20的平面性受损，热分布有可能变得不均匀。

相对于此，本实施方式的发热体21的直线部21a像前述那样与发热部g的长边方向垂直地形成。因此，能够减少由热膨胀引起的伸长的累积。由此，能够抑制加热器20自加热器支承构件30脱离等不良情况的发生。此外，与直线部21a朝向发热部g的长边方向的情况相比，能够抑制发热体21因热膨胀而产生的翘曲。由此，能够维持作为加热器20的平面性，因此，能够防止热分布变得不均匀。

此外，如图6的纵剖视图所示，本实施方式的发热体21具有直线部21a排列在一条直线上这样的形状。即，加热器20的发热体21在侧视状态下以所有的直线部21a与任意的1个平面相接触的方式形成为平面状。通过这样发热体21在侧视状态下形成为平面状，能够使发热体21对于炉内气氛的排热量均匀，易于使炉内温度均匀。由此，能够提高渗碳处理质量。

如图3、图4所示，加热器支承构件30由后板31、用于反射加热器20的辐射热的反射板32以及用于限制发热体21向炉内侧移动的支承构件33构成。另外，后板31例如由sic形成，反射板32和支承构件33例如由多铝红柱石形成。

如图3、图4所示，后板31和支承构件33利用螺栓固定。支承构件33分别设置于后板31的两侧端部和中央部。如图4的俯视状态所示，在各支承构件33上形成有向发热体21的直线部21a的长边方向突出的突出部33a。通过这样形成突出部33a，也形成有凹部33b。凹部33b以覆盖发热体21的曲线部前表面和反射板端部的背面的方式形成。

如图3所示，各突出部33a具有覆盖发热体21的曲线部21b的长度。因此，即使发热体21要向炉内侧移动，也能够利用该突出部33a(以下称作“曲线支承部33a”)限制发热体21的曲线部21b的移动。由此，能够防止加热器20自加热器支承构件30脱离。

此外，在像图3所示那样的主视状态下，曲线支承部33a并未全部覆盖发热体21的曲线部21b，而只覆盖曲线部21b的一部分。由此，发热体21的曲线部21b露出的面积增加，能够增加向炉内侧释放的热量。

此外，曲线支承部33a设有多个，但各曲线支承部33a是以与发热体21的相邻的曲线部21b之间的间隔p相同的间隔设置的。因此，在加热器的主视状态下各曲线部21b露出的面积彼此相等。由此，能够使从发热体21向炉内侧释放的热量均匀。其结果是，能够保持炉内气氛均热，能够提高渗碳处理质量。

此外，通过设为发热体21的曲线部21b和反射板32的端部配置于凹部33b这样的结构，能够容易地设定形成在发热体21和反射板32之间的间隙。此外，通过曲线部21b配置于凹部33b，能够防止由发热体21的热膨胀引起加热器20自设定位置偏离。

另外，优选在发热体21和反射板32之间形成有5mm以上的间隙。由此，能够提高使后述的辐射热反射的效果。另一方面，发热体21和反射板32之间的间隙优选为200mm以下。若间隙大于200mm，则需要增大炉内容积，会导致炉大型化。发热体21和反射板32之间的间隙更优选为5mm以上且100mm以下。

此外，优选在后板31和反射板32之间形成有5mm以上且200mm以下的间隙。若后板31和反射板32之间的间隙变大，则会导致炉的大型化。后板31和反射板32之间的间隙更优选为5mm以上且10mm以下。

此外，如图4所示，在后板31的背面安装有固定配件34的顶端部。固定配件34的顶端部成为两叉形状，其成为贯通后板31的状态。此外，在固定配件34的各顶端部分别安装有平板构件36。另一方面，如图1所示，固定配件34的后端部成为安装于炉壁5的外壁6或者埋入耐热砖3中的状态。通过这样安装固定配件34，能够防止后板31向前倒伏。由此，能够防止加热器单元10向炉内侧倒伏。

此外，在反射板32上设有用于支承发热体21的直线部21a的直线支承部32a。在图6所示那样的侧视状态下，直线支承部32a突出到发热体21的相邻的直线部21a之间地形成。

此外，如图3、图6所示，在加热器20的发热部g和第1绝热件7a之间设有用于支承反射板32的反射板支承块35。位于反射板32的最下方位置的直线支承部32a成为其下表面与反射板支承块35相接触的状态。由此，反射板32在铅垂方向上的位置受到约束。另外，反射板支承块35例如由作为耐火砖的sk38形成。

此外，反射板32的各直线支承部32a也具有防止发热体21的异常加热的作用。在发热体21形成为波纹状的情况下，热量在发热体21的曲线部21b的内侧集中，因此，容易发生异常加热。相对于此，本实施方式的各直线支承部32a以各直线支承部32a的长度与发热体21的直线部21a的长度相等的方式形成。由此，能够借助直线支承部32a易于将集中在曲线部21b的内侧的热量排出。其结果是，能够防止发热体21的曲线部21b的异常加热。

本实施方式的加热器单元10像上述那样地构成。

在这样的加热器单元10中也与以往同样地从发热体21以放射状释放热量。即，释放出的热量不仅向炉内侧释放，也向后板侧(外壁侧)释放。但是，本实施方式的加热器单元10在发热部g的后板31侧设有用于反射辐射热的反射板32。因此，释放到后板31侧的辐射热会被反射板32反射。由此，能够抑制后板31的背面(外壁侧的表面)的温度上升。

其结果是，加热器单元10和第1绝热件7a之间的温度成为容易发生熏黑的温度。即，在加热器单元10和第1绝热件7a之间变得容易发生熏黑，而在第1绝热件7a和第2绝热件7b之间变得不易发生熏黑。由此，能够防止产生由熏黑的发展引起第1绝热件7a的翘起、脱落等。

另一方面，在加热器单元10和第1绝热件7a之间熏黑持续发展。因此，仍然需要实施定期的烧尽。但是，加热器单元10在其后板31上安装有固定配件34，因此，该加热器单元10不会向炉内侧倒伏。此外，在本实施方式中，能够利用曲线支承部33a限制加热器20的发热体21向炉内侧移动。

因此，即使熏黑发展了一定程度，也不会产生发热体21向炉内侧脱落等问题，而能够进行期望的热处理。其结果是，与以往相比能够减少实施烧尽作业的频率。由此，能够增加到下一次维护为止工件w的渗碳处理量，能够提高生产率。

另外，加热器20的发热体21、反射板32以及后板31优选在像图4所示那样的俯视状态下互相平行地配置。由此，从发热体21释放出的辐射热和被反射板32反射的辐射热的热量分布变得均匀，炉内气氛的温度分布也变得均匀。其结果是，能够防止渗碳处理时的温度不均。并且，也能够抑制后板31接受的传热量的偏差，也能够抑制在后板背面产生的碳颗粒的析出量的偏差。

以上，说明了本发明优选的实施方式，但本发明并不限定于该例子。如果是本领域技术人员，则能够在权利要求书所述的技术思想的范围内想到各种变更例或者修改例，这是很明显的，应理解为这些变更例或者修改例当然也属于本发明的技术范围。

例如，在上述实施方式中，设为由后板31、反射板32以及支承构件33构成加热器支承构件30的结构，但加热器支承构件30的构成和各构件的固定方法并不限定于在上述实施方式中说明的方式。只要加热器20的发热部g安装于具有反射构件的加热器支承构件30，就能够获得在上述实施方式中说明的防止在绝热件之间发生熏黑的效果。此外，反射构件也可以不是板形状。此外，构成炉壁5的绝热件7也可以是单层结构。

此外，在上述实施方式中，加热器20的发热体使用了康泰尔丝，但发热体并不限定于此。例如，也可以使用在配置为波纹状的辐射管的终端部使气体燃烧的、所谓的气体燃烧器方式的发热体。在这种情况下，由于在加热器20的发热部g的背面侧设有反射板32，因此，也能够降低后板31的背面侧的温度。

此外，在上述实施方式中，渗碳炉1的工件搬入方向是铅垂方向，但本发明的加热器单元10也可以应用于工件搬入方向是水平方向的渗碳炉。此外，也可以使加热器20、加热器支承构件30在像图3所示那样的主视状态下形成为带有曲率，应用于圆形的炉。此外，加热器单元10并不限定于应用于连续式渗碳炉，也可以应用于批量式渗碳炉。

产业上的可利用性

本发明可以应用于对工件进行渗碳处理的渗碳炉。

附图标记说明

1、渗碳炉；2、搬入口；3、耐热砖；4、搬出口；5、炉壁；6、外壁；7、绝热件；7a、第1绝热件；7b、第2绝热件；8、分隔门；9、热处理室；9a、第1升温室；9b、第2升温室；9c、第1渗碳室；9d、第2渗碳室；9e、第3渗碳室；9f、扩散室；9g、降温室；9h、淬火室；10、加热器单元；20、加热器；21、发热体；21a、发热体的直线部；21b、发热体的曲线部；22、引线；30、加热器支承构件；31、后板；32、反射板；32a、直线支承部；33、支承构件；33a、曲线支承部；33b、凹部；34、固定配件；35、反射板支承块；36、平板构件；g、发热部；h、水平方向；p、曲线部之间的间隔；t、工件输送方向；v、垂直方向；w、工件。