JPS61213319A - 金属体の冷却方法およびその装置 - 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、高温の金属塊または板を急冷する方法およ
びその装置に関し、特に空気によって流動化する粉粒体
の流動層中に金属塊または板を浸すことにより、大きな
冷却速度で均−且つ清浄に冷却する方法およびその装置
に関する０〔従来技術〕 塊状または板状の金属（以下金属体という）の急冷方法
としては熔融塩に浸す方法が公知であり且つ広く応用さ
れている。しかしこの方法は、冷却後の金属体の表面に
熔融塩が付着し、これを除去するための作業が必要であ
るばかり−ではなく、空気の汚染を来すために作業環境
が悪く衛生上に問題がある。

溶融塩急冷方法の上記欠点を無くすために空気または不
活性ガスによりて流動化する粉粒体流動層中に高温金属
体を浸漬する方法が提案された。

すなわち特願昭５６−１３８９１８　（特開昭　５８−
３９７２７号）おいては、アルミナ粒またはジルコニア
粒の流動層中に所定温度に加熱された金属体、例えば工
具鋼を浸漬する方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

熔融塩を用いる急冷方法は作業性が悪いばかシではなく
環境衛生上問題があり、均質な製品を得るために必要な
自動化した連続操作には不向きである。

一方公知の流動層急冷方法においては、粉粒体の運動が
流動層を上昇する気泡群によって惹き起されるので、そ
の中の粉粒体の混合現象はあまり激しくない。この場合
流動層内の粉粒体は高温金属体表面に接触し、自ら加熱
されることによって金属体を冷却するが、粉粒体の動き
が活発ではないの・で、高温金属体表面に接触している
粉粒体は別の粉粒体が接触してくるまでの短かい時間の
間に高温度になってしまい、流動層としての冷却能力を
著るしく低下させる。このため公知の冷却方法の流動層
においては金属体表面からの熱エネルギー伝達卵力は、
上記熔融塩の場合に比べて一般に小さな値となっている
。更に浸漬された金属体の上表面には粉粒体が堆積して
動かない層を作るので、急冷速度が不均一となり、した
がって同一金属体においても金属組織上の不均質が発生
することになる。

流動層を用いる急冷方法が、作業性・環境衛生上はるか
に優れているにもかかわらず産業上普及しない主な理由
は、急冷速度が金属体の上下面で不均一になり易いこと
と、全体としての冷却速度が溶融塩冷却方法にくらべて
小さいことである。

本発明は前記の現状にかんがみ、冷却能力を著るしく増
加させるとともに、金属体上表面への粉粒体の堆積によ
る金属体冷却の不均質を防止する冷却方法およびその装
置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、流動層中に内板を設置し流動層を内部流動
帯域と外部流動帯域に分け、流動層底部に整流器および
この底部より上方のレベルで流動層容器本体の側部に気
体分散器を設置し、この両方から空気もしくは不活性気
体を送入して容器中に収めている粉粒体を流動化する。

整流器および気体分散器を通じて流動層内に送入する気
体の流量を調節することによって内部流動帯域と外部流
動帯域の間に粉粒体の激しい循環を生起させ、高温に加
熱された金属体を内部流動帯域中に吊り下げ急速に冷却
し、冷却期間中に整流器および気体分散器に送入する気
体の流量の比率を適宜変更することによって内部流動帯
域と外部流動帯域間の粉粒体循環の方向を逆転して金属
体の表面の均一な冷却を行なうことを要旨とする高温金
属体の冷却方法およびその装置である。

〔実施例〕

この発明の詳細を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例で流動層の縦断面図である
。流動層は容器本体１と下部容器２によりて構成され、
下部容器２内に気体整流器３．容器本体１と下部容器２
との間に気体分散器４が設置される。気体整流器３およ
び気体分散器４の構造は任意であシ、たとえば多孔質板
、多孔オリフィス板、ノズル、スリットなど、要はその
位置において空気もしくは不活性気体を実質的には均一
に流動層に送入できるものであればよい。下部容器２に
はそれに設置した気体整流器３より下側に気体送入口８
を設ける。また、気体分散器４部に気体室２１を設け、
この気体室２１に通じる気体送入口９を設ける。流動層
中に内板５を設置し、流動層容器の内部を内部流動帯域
６と外部流動帯域７に分ける。この際内板５の下端は気
体分散器４のレベルよりも下方であることが好ましい。

流動層の容器中には平均粒径３０ミクロン及至４ｍ＋の
範囲にある鉄系粉粒体、銅球、カーポランダム粒、アル
ミナ粒、砂粒、耐火物粒、セラミック粒などの粉粒体を
収めるが、との粉粒体は流動化性が良く、且つ熱拡散係
数の大きな物質であればよく、その種類に拘束されない
。

気体として空気もしくは不活性気体が送入口８および気
体整流器３を通じて流動層の容器底部より送入され、主
として内部流動帯域６にある粉粒体を流動化する。一方
送入口９および気体分散器４を通じて送入される空気も
しくは不活性気体は外部流動帯域７中にある粉粒体を流
動化する０この際、送入口８および送入口９を通じて送
入する空気もしくは不活性気体の流量および流量比を適
宜調節することにより、流動層の内部流動帯域６におけ
る平均空隙率と外部流動帯域７における平均空隙率の間
に差が生じ、平均空隙率の小さい帯域の下部から内板５
の下端部をまわって平均空隙率の大きい帯域の下部に移
動する起動力が生じる。従りて平均空隙率の大きい帯域
の上部から平均空隙率の小さい帯域の上部へ向って粉粒
体が内板５の上端を越えてゆき、その結果として両帯域
の間に激しい粉粒体の循環が生起する０塊状・板状その
他任意の形状と寸法をもつ金属体１０は所定の高温度に
加熱・保持されたのち、保持能１１に入れられ、吊り下
げ線１２を用いて内部流動帯域６の中に吊り下げられる
。本実施例における保持能１１は粉粒体と金属体１０と
の接触を充分にするため、底部が粗い金網によって構成
されている。

高温の金属体１０が内部流動帯域６に吊り下げられて短
時間の冷却が行なわれたあと、送入口８および送入口９
から送入する空気あるいは不活性気体の流量比を変化さ
せ、急に粉粒体の循環方向を逆転させて金属体１０の全
表面での冷却速度を均一にさせる。金属体１０の形状に
よっては上記の循環方向の逆転を行なう必要のない場合
があるが、棒状・塊状の金属体においてはその上面にお
いて粉粒体が堆積し急冷効果を阻害するから、必要によ
っては冷却期間中複数回の循環方向の逆転を行なう。

第１図は本発明の実施例の一つを示すものであって、本
発明の方法はこれに拘束されるものではない。例えば気
体分散器４は第１図のものに限らず第２図（ａ）のよう
に容器本体と下部容器２とが同じ内径であり、その間に
設置してもよく、また第２図（ｂ）のように容器の側壁
に複数個のノズルまたはスリットを設置したものであっ
ても差支えない。

また保持、籠１１は第１図のものに限らず、例えば第３
図（ａ）のように複数個の金属体１０を保持するもめで
あっても、または８３図（ｂ）　、　（ｅ）のように底
部の粗い金網が平面状でないものであっても、さらには
第３図（ｄ）　、　（ｅ）のように金属体１０を簡単に
吊り下げるものであってもよい。要は金属体の寸法と形
状に応じ、適宜保持して内部流動帯域に吊り下げるもの
であればその形状や方式に拘束されない。

公知の流動層においては高温の金属体が低い温度の粉粒
体と接触し、これに熱エネルギーを与えて冷却されるが
、粉粒体は逆に加熱されるので、そのま＼では流動層の
温度が上昇してゆき、所定の温度に保つことが出来ず、
従って冷却速度もコントロールすることはできない。そ
こで連続的に実質的にはソ一定温度の流動層によって高
温金属体を冷却するために、第４図（ａ）のように容器
本体１の外表面に冷却ジャケット１５を設け、冷却媒体
好ましくは常温の水を送入口１４よりジャケットに送入
して容器本体の壁面を通じて外部流動帯域７にある粉粒
体を冷却し、両帯域間の激しい粉粒体循環の作用によっ
て流動層全体を実質的に所定温度に保つことができる。

冷却の終った冷却媒体は出口１５から外部に出てゆく。

この際、必要によりては下部容器２の外表面にもジャケ
ット１６゜冷却媒体送入口１７．冷却媒体出口１８を設
置することもできる。

また第４図（ｂ）のように外部流動帯域７中に冷却管１
９を設置し、その内部に水などの冷却媒体を流通させて
粉粒体を冷却し、流動層全体を実質的に所定温度に保つ
こともできる。さらには第４図（ｃ）のように流動層の
任意の位置に水滴送入口２０゜７において粉粒体と接触
させ、その蒸発熱によらて粉粒体を冷却することもでき
る。この際、水滴化の方法、水滴供給の位置およびその
数については任意である。

第１図、第２図、第３図、第４図は本発明における実施
例の流動層容器および保持値の縦断面図を示したもので
あるが、流動層の横断面の形状は円、正方形、直方形（
矩形）のいずれでもよく、また目的によっては他の任意
のものであってもよい。内板５は各断面形状の容器本体
に対して実質的に同心状である筒状のものであってもよ
く、また正方形、直方形（矩形）などの断面形状の容器
本体に対しては、その相対する２面に平行な２つの平板
であっても差支えない。

次に本発明の一実施例である循環流動層を用いた２段オ
ーステンパー処理の実験例についてする。

実験材である金属体は表−１訃よび第５図に示す化学成
分および形状である。この金属体を加熱炉で８７５℃〜
９００℃に加熱し２時間保持しオーステナイト化した後
、本発明の一実施例である第１図に示す循環流動層に浸
漬・急冷しオーステンパー処理を行なう。（−次冷却と
いう。）この流動層の冷却流動媒体は、外寸法が１００
μ〜４００μの鉄系粉粒体であり、常温の空気にて循環
流動している。この−次冷却は金属体を約１００秒間流
動層に浸漬し、この後引上げ恒温炉に入れ３８０℃〜４
００℃に２時間保持しベーナイト変態を完了させた後、
放冷する。（二次冷却という。）これらの処理を行りた
金属体の組織観察した結果、２１φ。

３０φ、４２φ各段部共、表面、中心部の全てにわたっ
てパーライト、マルシンサイト相は観察されず羽毛状の
ベーナイト組織であった。また、表−２に上記操作にて
処理を行った金属体の機械的性質を示す。

表−１化学成分 表−２機械的性質 〔発明の効果〕 この発明は流動層中に内板を設置することによシ、内部
流動帯域と外部流動帯域の間に粉粒体の循環を行なわせ
るので、高温金属体に接触する粉粒体の流量が大きく、
従りて大きな冷却速度を得ることができる。さらに、粉
粒体循環の方向を速やかに逆転することが出来るので、
高温金属体の上表面に粉粒体の堆積が生ずるのを防止し
て、金属体全面に互ってむらのない冷却を行なうことが
出来、さらには金属体の連続急冷を自動的に且つ清浄に
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す縦断面図。 第２図は第１図における気体分散器の他の実施例を示す
縦断面図、第３図は第１図における保持値の他の実施例
を示す図、第４図は本発明の他の実施例を示す図である
。第５図は実験に用いた金属体の形状を示す。単位は晴
である。 １：容器本体　　　２；下部容器 ３：気体整流器　　　　４：気体分散器５　：内　　　
　板　　　　　６　：内部流動帯域７　：外部流動帯域
　　　　　１０：金　属　体１１：保持籠　　２３，２
！１．２３：隔板＋７画 −５シ戸？”ｉ（ｔス一） 才と！（１炙） 七ヒ３Ｔ！；４（ｔ’）　　　　　　　　　　　　オニ
３面　（Ａ）　　　　　　　　　　　青３＠　ＣＣ）＋
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Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉粒体を流動化する流動層において、流動層を内
   部流動帯域と外部流動帯域とに分け、流動層の底部に気
   体整流器を設置し流動層の側部で前記気体整流器より上
   方に気体分散器を設置し、前記気体整流器および気体分
   散器から気体を送入することによって内部流動帯域と外
   部流動帯域の間に粉粒体の循環を生起せしめ、高温に加
   熱された金属体を内部流動帯域に送り込み冷却すること
   を特徴とする高温金属体の冷却方法。
2. （２）気体整流器と気体分散器を通して送入する気体の
   流量および流量比を調節して粉粒体の循環方向を正転お
   よび逆転する特許請求の範囲第１項に記載の金属体の冷
   却方法。
3. （３）流動層は容器本体と下部容器とから成り、前記容
   器本体と下部容器の間に気体分散器を設置し、前記下部
   容器の下部に気体整流器を設置し、前記流動層内に内板
   を設置し、前記内板の下端は気体整流器の上方でかつ気
   体分散器の下方に来るようにし、前記気体整流器および
   気体分散器から気体を送入することによって前記内板の
   外部の流動帯域と内部の流動帯域の間に粉粒体の循環が
   行なわれることを特徴とする金属体の冷却装置。