Dirk Joritz 著 - Ipsen International GmbH
現代の金属部品は、耐摩耗性や耐腐食性など、これまで以上に高い要求を満たすことが求められている。そのため、比較的安価な原材料を使用しても、それに見合う品質を確保するために、多くの場合、工業的な熱処理が施されています。処理する部品の量や工場の柔軟性に応じて、連続炉やバッチロード炉が使用されます。
連続炉は、例えば自動車産業における大量生産に適しています。バッチロード炉は（シングル）チャンバー炉とも呼ばれ、その高い柔軟性により、バッチごとにプログラム、ひいては処理する部品を交換することができます。このため、商業用熱処理企業などでは、このシステムが非常によく使われています。
焼入れやケースハードニング（浸炭後オイルクエンチ）に使用されるチャンバー炉は、加熱室と直接隣接するオイルバスで構成されています。設計により、2つのグループに分けられます。
- 貫通型クエンチ原理による炉（TQ炉）
- リターンスルークエンチの原理を用いた炉（RTQ炉）
貫通クエンチの原理で動作するTQ炉では、処理される部品が750℃以上で動作する加熱室に直接投入され、そこで加熱され、必要に応じて浸炭されます。その後、部品は焼入れ室に運ばれ、通常はオイルバスで焼入れを行います。これによって表面層が硬化します。その後、部品は炉から取り出されます。
RTQ炉はリターン・スルー焼入れの原理で動作し、処理される部品はまず比較的低温（約120℃から140℃）の焼入れ室に数分間入れられます。その後、バッチは750℃以上で動作する加熱室に入れられ、そこで加熱され、必要に応じて浸炭されます。その後、TQと同様に焼入れ室で部品が硬化されます。その後、部品は炉から取り出されます。
バッチサイズが同じで、実際の熱処理プログラムはどちらの炉でも同じで、得られる結果もごくわずかですが、適切な炉のシステムを選択する際に考慮しなければならない違いがあります。
必要なスペースとコスト
TQ炉は搬入口と搬出口の両方があるため、炉の前後両方に適切な搬入システムを設置する必要があります。そのため、搬入・搬出装置が1つで済むRTQ炉に比べ、より大きなスペースが必要となります。コスト面では、両炉の差は小さいが、TQ炉は装入装置が2基追加されるため、当初は調達がやや高くなる。しかし、熱処理に少なくとも3基のTQ炉を備えたラインを使用すれば、この投資はすぐに償却され、長期的にはTQ方式はRTQ方式より安価になります。
処理時間、スループット。
加熱室での熱処理プログラムは、どちらの炉システムでも同じです。RTQ炉の方が処理時間が長いのは、チャージがクエンチングチャンバー経由で装入され、短時間のフラッシング（約15～20分）にとどまるためです。このため、TQ炉はスループットの点で、前のバッチがオイルバスで硬化している間に次のバッチを加熱室に装填することができるため、若干有利となります。RTQシステムでは、前のバッチが油浴中にある間に次のバッチを急冷却室に入れることも可能です（いわゆるダブルローディング）。しかし、これはオイルバスでの急冷時間が加熱チャンバーに入れる前のパージ時間よりかなり長い場合にのみ可能です。つまり
焼入れ時間が短い場合、次のバッチを処理する前に、まず炉を完全にアンロードする必要があります。
メンテナンスとコントロール。
TQ炉はこの点でも優れています。通常の生産では、搬入・搬出時に加熱室と焼入れ室の両方を覗くことができ、例えばレンガの状態やすすの付着の可能性を観察することが可能です。RTQ炉の場合、操業中は焼入れ室のみが点検可能で、加熱室の点検は生産を停止した場合にのみ可能です。TQ炉は扉が2つあるため、メンテナンスのためのアクセスが容易です。しかし、2つのドアを監視・点検する必要があるため、若干の余分な作業が発生します。
熱処理結果、プロセスフロー。
冒頭で述べたように、TQ炉とRTQ炉の間で熱処理結果に大きな差はない。ただし、いくつかの詳細について触れておくと、TQ炉の装入時には空気が直接加熱室に入ります。つまり、炉内雰囲気は乱れ、ドアを閉めた後でのみ再び構築されます。一方、RTQ炉では、バッチはまず短時間のパージ時間だけ急冷却室に留まります。侵入した空気による悪影響はそこで補われます。加熱室への装入時には、それ以上空気が侵入することはなく、より迅速に炉内雰囲気が回復されます。
加熱室での昇温時間を短くするために、バッチは350℃から450℃の温度まで予熱されることが多い。この場合、RTQ炉の急冷室での滞留時間は、この間にバッチが温度低下するため、むしろ不利になります。このため、望ましい予熱効果が得られません。
まとめると、どちらの方式も得意とする分野があり、どちらか一方を優先する必要はないと言えます。例えば、限られたスペースしか利用できない場合、TQシステムはあまり適さないでしょう。また、予熱が極めて重要な場合、RTQ炉は必ずしもそのコンセプトに合致しません。そのため、個々のお客様のご要望が選択の決め手となります。
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