JP2000160239A - 雰囲気ガス発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼の熱処理に使用する変成ガスを、コストの無
駄がなく経済的に有利に製造することができる雰囲気ガ
ス発生装置を提供する。 【解決手段】内部に触媒管１２を通し且つ前記触媒管１
２を加熱する加熱バーナ１３を備えて、前記触媒管１２
に供給した原料ガスと空気の混合ガスから変成ガスを製
造するガス変成炉１０と、前記触媒管１２に前記混合ガ
スを供給する混合ガス供給路２１と、前記触媒管１２か
ら変成ガスを鋼の熱処理炉５１に供給する変成ガス供給
路４１とを有する雰囲気ガス発生装置において、前記ガ
ス変成炉１０に変成ガスを燃焼させるバーナ１３ａを設
け、この変成ガス用加熱バーナ１３ａと前記変成ガス供
給路４１との間を還流路６１で連結するとともに、前記
変成ガス供給路４１の変成ガスが余剰であるか否かを検
出する圧力計４３を備え、この圧力計４３が変成ガスの
余剰を検出したときに前記変成ガス供給路４１の余剰ガ
スを前記変成ガス用加熱バーナ１３ａに案内する安全弁
６２を前記還流路６１に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の熱処理におい
て使用される雰囲気ガスを製造し、熱処理炉へ供給する
雰囲気ガス発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の熱処理においては、熱処理中の鋼の
酸化防止，脱炭防止，浸炭等を目的として、その目的に
応じた種類の雰囲気ガス中で熱処理が行われる。雰囲気
ガスのうち吸熱型ガスは一酸化炭素，水素，窒素が主成
分で、炭化水素系化合物である原料ガスと空気を所定の
比率で混合した混合ガスを、高温の触媒に接触させて変
成することにより製造される。

【０００３】熱処理炉における雰囲気ガスすなわち変成
ガスの必要量は、熱処理の進行状況によって変化し、熱
処理が進行するにしたがって徐々に減少する傾向があ
る。熱処理の内容，条件等により異なるが、熱処理後期
の変成ガスの必要量は熱処理初期の約１／５以下になる
こともある。そこで、余剰の変成ガスが製造されること
を防ぐため、変成ガスの必要量に応じて、ガス変成炉に
供給する混合ガス量を制御することにより、所望の量の
変成ガスを製造し、熱処理炉へ供給するという手法がと
られている。

【０００４】ところが、触媒管中のガスの流量が所定の
基準量より少ないと、触媒管中にガス変成反応の反応副
生物である煤が発生し、触媒能を低下させたり、ガスの
通気性を悪化させたりするので、これらの触媒への悪影
響を防ぐため、触媒管中のガスの流量すなわち混合ガス
の触媒管への供給量は、少なくとも前記基準量が必要で
ある。鋼の熱処理が進行すると熱処理における変成ガス
の必要量が少量となって、熱処理における変成ガスの必
要量が、触媒管に供給した混合ガス量が前記基準量であ
る場合に製造される変成ガスの量より少ないような状態
になることがある。しかし、そのような状態において
も、前記触媒への悪影響を防ぐために、前記基準量の混
合ガスを触媒管へ供給しなければならないため、熱処理
における必要量以上の変成ガスが製造され、余剰の変成
ガス（余剰ガス）が発生していた。

【０００５】そこで、上記のような理由から発生する余
剰ガスを処理するため、従来は次のような雰囲気ガス発
生装置を使用していた。図３に従来の雰囲気ガス発生装
置の一例を示す機器系統図を示す。図３の雰囲気ガス発
生装置は、内部に触媒管１２を通し且つ前記触媒管１２
を加熱する加熱バーナ１３を備えて、前記触媒管１２に
供給した原料ガスと空気の混合ガスから変成ガスを製造
するガス変成炉１０と、前記触媒管１２に前記混合ガス
を供給する混合ガス供給路２１と、前記触媒管１２から
変成ガスを鋼の熱処理炉５１に供給する変成ガス供給路
４１とを有する雰囲気ガス発生装置において、前記変成
ガス供給路４１に、燃焼廃棄用のバーナ７３を備えた廃
棄路７１を連結するとともに、前記変成ガス供給路４１
の変成ガスが余剰であるか否かを検出する検出器である
圧力計４３を備え、この圧力計４３が変成ガスの余剰を
検出したときに前記変成ガス供給路４１の余剰ガスを前
記燃焼廃棄用のバーナ７３に案内する安全弁７２を前記
廃棄路７１に設けた雰囲気ガス発生装置である。

【０００６】上記のような構成の雰囲気ガス発生装置に
おいては、熱処理に必要な変成ガス量が製造される変成
ガス量より少なく、変成ガスに余剰が発生した場合、前
記変成ガス供給路４１内に余剰の変成ガスが蓄積し内圧
が上昇する。前記変成ガス供給路４１の内圧が、装置の
安定した運転や安全性に支障をきたさないような所定の
基準圧を越えると、それを検出した前記圧力計４３から
の信号により前記安全弁７２が開かれ、前記変成ガス供
給路４１内の余剰ガスが、前記廃棄路７１を通って前記
燃焼廃棄用のバーナ７３に案内され燃焼廃棄される。そ
の結果、前記変成ガス供給路４１の内圧が前記基準圧以
下に戻ると、前記圧力計４３からの信号により前記安全
弁７２が閉鎖され、前記燃焼廃棄用のバーナ７３への余
剰ガスの案内が停止される。このような操作が繰り返さ
れることにより、図３のような従来の雰囲気ガス発生装
置においては、装置の安定な運転と安全性を保ちなが
ら、変成ガスの製造，熱処理炉への供給および余剰ガス
の燃焼廃棄が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の雰囲気ガス発生装置は、余剰ガスを燃焼さ
せ廃棄しているので、廃棄した余剰ガスの製造に要した
コストがまったく無駄となり、経済的に不利であるとい
う問題点があった。

【０００８】本発明では、このような従来技術の問題点
を解決し、コストの無駄がなく経済的に有利な雰囲気ガ
ス発生装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち本発明
は、内部に触媒管を通し且つ前記触媒管を加熱する加熱
装置を備えて、前記触媒管に供給した原料ガスと空気の
混合ガスから変成ガスを製造するガス変成炉と、前記触
媒管に前記混合ガスを供給する混合ガス供給路と、前記
触媒管から変成ガスを鋼の熱処理炉に供給する変成ガス
供給路とを有する雰囲気ガス発生装置において、前記ガ
ス変成炉に変成ガスを燃焼させるバーナを設け、このバ
ーナと前記変成ガス供給路との間を還流路で連結すると
ともに、前記変成ガス供給路の変成ガスが余剰であるか
否かを検出する検出器を備え、この検出器が変成ガスの
余剰を検出したときに前記変成ガス供給路の余剰ガスを
前記変成ガス用のバーナに案内する弁を前記還流路に設
けたことを特徴とする雰囲気ガス発生装置である。

【００１０】本発明の雰囲気ガス発生装置は、製造した
変成ガスのうち余剰分を還流路によりガス変成炉の変成
ガス用のバーナへ案内し燃焼させ、その燃焼により発生
する熱を触媒管の加熱、すなわち変成ガスの製造に利用
しているので、加熱用燃料ガスの使用量を低減すること
ができ、その結果、変成ガスの製造コストを下げること
ができる。もちろん、本発明の雰囲気ガス発生装置にお
いては、混合ガスの触媒管への供給量すなわち触媒管中
のガスの流量を、従来の技術の項に前記した基準量以上
に維持するので、ガス変成反応の反応副生物である煤が
触媒管中に蓄積し、触媒能を低下させたり、ガスの通気
性を悪化させたりすることはない。

【００１１】なお、変成ガスが余剰であるか否かを検出
する検出器としては、圧力計がもっともよく使用される
が、余剰であるか否かを検出できるものであれば、どの
ような検出器でも使用できる。また、触媒管を加熱する
加熱装置としては、可燃性ガスを燃焼させるバーナがも
っともよく使用されるが、触媒管を加熱できるならば、
どのような加熱装置でも問題ない。

【００１２】また、原料ガスとしては主に炭化水素化合
物系ガスが使用される。具体的には、メタン，エタン，
プロパン，ブタン，天然ガス，都市ガス等である。触媒
としては、ニッケル触媒や木炭がもっともよく使用され
るが、炭化水素化合物系ガスを吸熱型ガスへ変成させる
触媒能を持っているならば、特に限定されるものではな
い。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る雰囲気ガス製造装置
を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る雰囲気
ガス製造装置の一実施形態を示す機器系統図である。ニ
ッケル系の吸熱型ガス変成触媒を装入した触媒管１２が
ガス変成炉１０の内部に通され、前記触媒管１２と前記
ガス変成炉１０との間には空間があり、この空間によっ
て加熱室１１を形成している。前記ガス変成炉１０には
加熱バーナ１３と変成ガス用加熱バーナ１３ａが配設さ
れており、前記加熱バーナ１３と図示しない加熱用燃料
ガスタンクが、流量調整弁１４を備えた加熱用燃料ガス
供給路１５で連結されている。

【００１４】前記流量調整弁１４によって所望の流量に
調整された加熱用燃料ガスが、前記加熱用燃料ガス供給
路１５を通り前記加熱バーナ１３に供給される。そし
て、前記加熱室１１において燃焼され、その燃焼熱によ
り前記触媒管１２が加熱される。加熱温度はおおよそ１
０００℃である。

【００１５】図示しない原料ガスタンクと図示しない空
気タンクが、それぞれ配管でガス比例混合器２４に連結
されている。前記ガス比例混合器２４，ガス混合ポンプ
２３，逆火防止器２２および前記触媒管１２の端部が、
前記の順番で混合ガス供給路２１によって連結されてい
る。

【００１６】そして、前記ガス比例混合器２４によって
所定の比率に調整された原料ガスと空気が、前記ガス混
合ポンプ２３で混合され、混合ガスとなる。この混合ガ
スは、前記混合ガス供給路２１を通り加熱された前記触
媒管１２に供給され、吸熱型ガスに変成される。前記逆
火防止器２２は前記触媒管１２からの逆火が起きた場合
に、この機器以前の機器への波及を防止する。

【００１７】前記触媒管１２のもう一方の端部と冷却器
３１が配管により連結されており、前記触媒管１２にお
いて製造された変成ガスが前記冷却器３１で冷却され
る。前記冷却器３１と熱処理炉５１が、圧力計４３と流
量調整弁４２を備えた変成ガス供給路４１で連結されて
いる。ここで、前記圧力計４３は前記流量調整弁４２よ
りも上流側（前記触媒管１２に近い側）に位置してい
る。前記冷却器３１において冷却された変成ガスは、前
記変成ガス供給路４１を通り前記流量調整弁４２によっ
て所望の流量に調整され、前記熱処理炉５１に供給され
鋼の熱処理に使用される。

【００１８】前記変成ガス供給路４１の前記圧力計４３
より上流側の部分において、前記変成ガス供給路４１と
前記ガス変成炉１０の前記変成ガス用加熱バーナ１３ａ
が、前記圧力計４３からの信号によりその開閉が制御さ
れる安全弁６２を備えた還流路６１により連結されてい
る。

【００１９】熱処理に必要な変成ガス量が製造される変
成ガス量より少なく、変成ガスに余剰が発生した場合、
前記変成ガス供給路４１内に余剰の変成ガスが蓄積し内
圧が上昇する。前記変成ガス供給路４１の内圧が、装置
の安定した運転や安全性に支障をきたさないような所定
の基準圧を越えると、それを検出した前記圧力計４３か
らの信号により前記安全弁６２が開き、前記変成ガス供
給管４１内の余剰ガスが前記還流路６１を通って前記変
成ガス用加熱バーナ１３ａに案内される。そして、案内
された前記余剰ガスは前記変成ガス用加熱バーナ１３ａ
において燃焼され、前記触媒管１２の加熱に使用され
る。その結果、前記変成ガス供給管４１の内圧は下降
し、前記変成ガス供給路４１の内圧が前記基準圧以下に
戻ると、前記圧力計４３からの信号により前記安全弁６
２が閉じ、前記変成ガス供給管４１内の余剰ガスの前記
変成ガス用加熱バーナ１３ａへの案内は停止される。

【００２０】余剰ガスが前記変成ガス用加熱バーナ１３
ａで燃焼され、加熱用燃料ガスとして前記触媒管１２の
加熱に使用された場合は、図示しない温度検出装置によ
り前記触媒管１２内の温度を監視しながら、前記加熱用
燃料ガス供給路１５の前記流量調整弁１４により加熱用
燃料ガスの供給量を低減して、前記触媒管１２内の温度
を所望の温度に制御する。

【００２１】このような操作が繰り返されることによ
り、変成ガス供給路４１の内圧がほぼ一定の値に保持さ
れ、装置の安定な運転と安全性が保たれながら、変成ガ
スの製造，熱処理炉への供給および余剰ガスの加熱用燃
料ガスとしての使用が行われる。

【００２２】したがって、本実施形態の雰囲気ガス発生
装置は、余剰ガスが前記変成ガス用加熱バーナ１３ａで
燃焼され、加熱用燃料ガスとして前記触媒管１２の加熱
に使用されるためコストの無駄がまったくなく、また、
加熱用燃料ガスの使用量を低減することができるので、
変成ガスの製造コストを下げることが可能となり、経済
的に極めて有利である。

【００２３】図２は本実施形態の効果を示すグラフであ
る。グラフの横軸は熱処理炉に供給する変成ガスの量、
縦軸は加熱用燃料ガスの使用量を示している。また、グ
ラフの○印は余剰ガスをガス変成炉の変成ガス用加熱バ
ーナで燃焼させた場合、すなわち本実施形態の雰囲気ガ
ス発生装置の場合で、×印は余剰ガスを燃焼廃棄用バー
ナで燃焼廃棄した場合、すなわち従来の雰囲気ガス発生
装置の場合である。

【００２４】熱処理の初期のような熱処理に必要な変成
ガス量が多い段階では、触媒管１２に供給する混合ガス
の量を制御して必要量のみ供給し、製造された変成ガス
は全て鋼の熱処理に使用されるので、変成ガスには余剰
は発生しない。したがって、触媒管１２の加熱に必要な
燃料ガスは、全て加熱用燃料ガスが使用される。よっ
て、変成ガスに余剰が発生する以前の段階では、本実施
形態の雰囲気ガス発生装置と従来の雰囲気ガス発生装置
に差はなく、図２のグラフの○印と×印は一致している
（グラフの右側部分参照）。

【００２５】一方、熱処理の終期等には、熱処理に必要
な変成ガスの量が製造される変成ガスより少ないことが
あり、変成ガスに余剰が発生する。従来の雰囲気ガス発
生装置の場合には、余剰ガスは燃焼廃棄されるので、加
熱用燃料ガスの使用量は、従来の技術の項に前記した基
準量の混合ガスを触媒管１２に供給したときに必要な量
で一定となる。よって、図２のグラフの×印は、熱処理
炉に供給する変成ガスの量が変化しても加熱用燃料ガス
の使用量が一定である（グラフの左側部分参照）。

【００２６】それに対し、本実施形態の雰囲気ガス発生
装置の場合には、余剰ガスは変成ガス用の加熱バーナ１
３ａで燃焼され、触媒管１２の加熱に使用されるので、
加熱用燃料ガスの使用量が低減される。よって、図２の
グラフの○印は、熱処理炉に供給する変成ガスの量が少
なくなるのに比例して、すなわち余剰ガスの量が多くな
るのに比例して、加熱用燃料ガスの使用量が減少してい
る（グラフの左側部分参照）。

【００２７】図２のグラフの横軸の同じ値における縦軸
の値の差分、すなわち○印と×印の高さの差分は、低減
された加熱用燃料ガスの量を示しており、本実施形態の
雰囲気ガス発生装置が経済的に有利であることを表して
いる。なお、本実施形態においては、圧力計４３は変成
ガス供給路４１に配設したが、還流路６１に配設しても
よい。ただし、その場合は、安全弁６２よりも上流側に
配設する必要がある。

【００２８】また、本実施形態においては、触媒管１２
を加熱する加熱装置として、ガスを燃焼させその燃焼熱
により加熱するバーナを使用したが、余剰ガスを燃焼さ
せる変成ガス用加熱バーナ１３ａ以外は、バーナの代わ
りに電気発熱体のような他の加熱装置を使用して触媒管
１２を加熱しても何ら問題ない。この場合は、余剰ガス
を加熱用燃料ガスとして使用した量に相当する分だけ、
該加熱装置に使用するエネルギー源を低減することがで
き、その結果、変成ガスの製造コストを下げることがで
きる。

【００２９】また、本実施形態の雰囲気ガス発生装置に
おいて使用される流量調整弁は、電磁弁等のような自動
で開閉する方式の弁でもよいし、手動で開閉する方式の
弁でもよい。また、本実施形態の雰囲気ガス発生装置に
おいて使用される冷却器としては、その冷却方式は特に
限定されるものではなく、水冷式，空冷式，油冷式等ど
のような方式の冷却器でも問題なく使用可能である。

【００３０】使用する原料ガスとしては、本実施形態で
は特に具体的に例示しなかったが、課題を解決するため
の手段の項に前記したガスであれば、いずれのガスを使
用してもよい。また、加熱用燃料ガスとしては、原料ガ
スと同様に炭化水素化合物系ガスが使用され、特に天然
ガスや都市ガスがよく使用される。ただし、燃焼したと
きに熱を発生するものであれば、特に限定されるもので
はない。

【００３１】また、本実施形態においては、触媒管の加
熱温度はおおよそ１０００℃であるが、触媒の種類等の
条件の差異により加熱温度が異なる場合があるのはもち
ろんである。かくして、本実施形態の雰囲気ガス発生装
置によれば、鋼の熱処理が進行し、熱処理炉における変
成ガスの必要量が、触媒管に供給した混合ガス量が従来
の技術の項に前記した基準量である場合に製造される変
成ガスの量よりも少量で、変成ガスに余剰が発生する状
態においても、鋼の熱処理に使用する変成ガスをコスト
の無駄がなく経済的に有利に製造することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、余剰の
変成ガスをガス変成炉の変成ガス用加熱バーナに案内し
燃焼させ、触媒の加熱に使用するので、コストの無駄が
まったくなく、また、加熱用燃料ガスの使用量を低減す
ることができる。よって、鋼の熱処理に使用する変成ガ
スを、経済的に有利に製造することができるという優れ
た効果がある。

【００３３】また、混合ガスの供給量すなわち触媒管中
のガスの流量は、少なくとも従来の技術の項に前記した
基準量を維持して変成ガスを製造するので、ガス変成反
応の反応副生物である煤が触媒管中に蓄積し、触媒能を
低下させたり、ガスの流れを低下させたりすることがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る雰囲気ガス発生装置の一実施形態
を示す機器系統図である。

【図２】本発明の雰囲気ガス発生装置の効果を示すグラ
フである。

【図３】従来の雰囲気ガス発生装置の機器系統図であ
る。

【符号の説明】

１０ ガス変成炉 １２ 触媒管 １３ 加熱バーナ １３ａ 変成ガス用加熱バーナ ４１ 変成ガス供給路 ４３ 圧力計 ５１ 熱処理炉 ６１ 還流路 ６２ 安全弁 ７１ 廃棄路 ７２ 安全弁 ７３ 燃焼廃棄用バーナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸川 邦彦 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 Ｆターム(参考） 4K063 AA05 BA02 CA01 DA12 DA14 DA31 DA34

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に触媒管を通し且つ前記触媒管を加
   熱する加熱装置を備えて、前記触媒管に供給した原料ガ
   スと空気の混合ガスから変成ガスを製造するガス変成炉
   と、前記触媒管に前記混合ガスを供給する混合ガス供給
   路と、前記触媒管から変成ガスを鋼の熱処理炉に供給す
   る変成ガス供給路とを有する雰囲気ガス発生装置におい
   て、前記ガス変成炉に変成ガスを燃焼させるバーナを設
   け、このバーナと前記変成ガス供給路との間を還流路で
   連結するとともに、前記変成ガス供給路の変成ガスが余
   剰であるか否かを検出する検出器を備え、この検出器が
   変成ガスの余剰を検出したときに前記変成ガス供給路の
   余剰ガスを前記変成ガス用のバーナに案内する弁を前記
   還流路に設けたことを特徴とする雰囲気ガス発生装置。