JP2003073798A

JP2003073798A - 浸炭雰囲気の制御方法

Info

Publication number: JP2003073798A
Application number: JP2001272210A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kurahashi; 和宏倉橋; Hiroyuki Shinmachi; 裕幸新町; Shinpei Miura; 新平三浦; Jiro Takebe; 二朗建部; Kazuhiko Kobayashi; 和彦小林; Akio Maeda; 章雄前田; Hideaki Asano; 秀昭浅野; Masahiro Okumiya; 正洋奥宮
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】エンリッチガスの導入量が不足してしまうこ
とを抑制することができ，浸炭時間を短縮することがで
きる浸炭雰囲気の制御方法を提供すること。【解決手段】エンリッチガス７の導入量を調節し，カ
ーボンポテンシャルを制御して，浸炭ゾーン１２内の被
処理材８に浸炭を施す。炉内雰囲気ガス中の酸素濃度を
ジルコニア式酸素センサ３により測定し，制御部５はカ
ーボンポテンシャルＣＰを算出する。実際に得ようとす
るカーボンポテンシャルの目標値をＣＰｒとして，エン
リッチガス７の導入開始後の所定期間ｔ１においては，
ＣＰがＣＰｒ＋αの値に近づくように導入弁６０の開度
を調節し，所定期間ｔ１の後はＣＰがＣＰｒの値に近づ
くように導入弁６０の開度を調節する。これにより，エ
ンリッチガス７の導入量を調節し，炉内の浸炭雰囲気を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，高能率の浸炭を施すことができ
る浸炭雰囲気の制御方法に関する。

【０００２】

【従来技術】例えば，鋼部品の耐ピッチング性，耐摩耗
性等の機械的性質を向上させる手段として，浸炭が広く
行われている。この浸炭法としては，浸炭剤として炭化
水素系ガスよりなるエンリッチガスを用いて浸炭雰囲気
を制御する方法がある。従来の浸炭雰囲気の制御方法
を，図４を用いて簡単に説明する。同図は，横軸に時
間，縦軸に温度をとり，炉内温度Ｔおよびエンリッチガ
スの導入タイミングＣ等を示したものである。

【０００３】同図より知られるごとく，従来の浸炭雰囲
気の制御方法においては，まず予め処理温度Ｔ₀まで昇
温しておいた浸炭炉の炉内に被処理材を送入する
（Ａ）。この被処理材の送入時に炉扉が開かれるので，
炉内温度が低下する。次いで，炉内温度が処理温度Ｔ₀
に回復した時点（Ｂ）に，エンリッチガスの導入を開始
（Ｃ）する。

【０００４】そして，上記エンリッチガスの導入によ
り，炉内のカーボンポテンシャルは上昇し，その後，上
記カーボンポテンシャルの値を最適に制御することによ
り，最適な浸炭雰囲気の制御を行っている。なお，通
常，炉内には，酸化防止のための吸熱型雰囲気ガスが常
時導入される。また，浸炭終了時（Ｄ）には，通常は焼
入れ処理がなされる。

【０００５】ところで，上記浸炭を左右する炉内雰囲気
ガスの状態，即ち炉内の浸炭雰囲気は，カーボンポテン
シャルを算出して制御を行う。このカーボンポテンシャ
ルを求める方法としては，例えば，酸素センサを用いて
炉内の酸素濃度を測定することにより求める方法があ
る。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記酸素セン
サは，炉内の酸素濃度を直接検出することができるが，
炉内雰囲気ガス中の炭化水素濃度の影響を大きく受けて
しまう。そして，酸素センサにより測定した酸素濃度を
基に算出した見かけ上のカーボンポテンシャルは，炭化
水素濃度が高い場合には実際のカーボンポテンシャル値
よりも高い値に算出されてしまう。そのため，浸炭処理
の初期においては，特に炉内の炭化水素濃度が高くなる
ので，算出される見かけ上のカーボンポテンシャルＣＰ
が実際よりも高くなって，必要な量よりもエンリッチガ
スの導入量を抑えるような制御が行われてしまう。その
ため，エンリッチガスが不足して，浸炭の処理時間を長
期化させてしまう。

【０００７】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，エンリッチガスの導入量が不足してしま
うことを抑制することができ，浸炭時間を短縮すること
ができる浸炭雰囲気の制御方法を提供しようとするもの
である。

【０００８】

【課題の解決手段】本発明は，浸炭炉の炉内に被処理材
を送入し，次いで，炉内温度を昇温すると共にエンリッ
チガスを炉内に導入してカーボンポテンシャルを調整し
ながら上記被処理材を浸炭する際の浸炭雰囲気を制御す
る方法において，炉内雰囲気ガス中の酸素濃度をジルコ
ニア式酸素センサにより測定し，該酸素濃度を基にして
見かけ上のカーボンポテンシャルＣＰを算出するＣＰ算
出手段を用い，上記エンリッチガスの導入を開始した
後，該エンリッチガスの導入量を調節するに当たって
は，実際に得ようとするカーボンポテンシャルの値をＣ
Ｐｒとした場合，上記エンリッチガスの導入開始後所定
期間においては，上記ＣＰ算出手段により算出されたＣ
ＰがＣＰｒ＋αの値に近づくように上記エンリッチガス
の導入量を調節し，その後，上記ＣＰ算出手段により算
出されたＣＰがＣＰｒの値に近づくように上記エンリッ
チガスの導入量を調節することを特徴とする浸炭雰囲気
の制御方法にある（請求項１）。

【０００９】本発明における浸炭雰囲気の制御方法にお
いては，炉内雰囲気ガス中の酸素濃度をジルコニア式酸
素センサによって測定する。このジルコニア式酸素セン
サは，炉内雰囲気ガス中における炭化水素濃度に影響を
受けやすい特性を有している。また，酸素センサは，炉
内の酸素濃度を直接検出することができるため，カーボ
ンポテンシャルの算出に時間遅れをあまり生じない。

【００１０】上記浸炭炉にエンリッチガスを導入した後
には，このエンリッチガスは炉内に供給するキャリアガ
ス等と混合され，炉内雰囲気ガスとなる。この炉内雰囲
気ガスは，浸炭を行うときの条件（例えば，エンリッチ
ガスの組成，エンリッチガスの導入量，炉内温度等）に
よって逐次変化する。そして，上記炉内雰囲気ガス中の
炭化水素濃度は，浸炭の初期，即ち上記エンリッチガス
の導入開始後の所定期間において増大する。これは，例
えば，メタンの濃度が増大することによって起こってい
ると考えられる。

【００１１】この場合，上記ジルコニア式酸素センサ
は，この増大した炭化水素濃度の影響を受けるため，実
際の酸素濃度よりもあたかも高い濃度の酸素が存在する
ように検出してしまう。この結果，このジルコニア式酸
素センサに基づいてＣＰを算出するＣＰ算出手段は，カ
ーボンポテンシャルＣＰの値を実際よりも高い値として
算出してしまう。

【００１２】そこで，本発明においては，上記エンリッ
チガスの導入開始後の所定期間においては，実際に得よ
うとする，即ち目標とするカーボンポテンシャルの真の
値をＣＰｒとし，ＣＰに基づく制御の目標値をＣＰ制御
目標値とする。そして，浸炭雰囲気の制御においては，
ＣＰｒを直接採用するのではなく，この値に所定値を加
えたＣＰｒ＋αをＣＰ制御目標値として，上記ＣＰがＣ
Ｐｒ＋αの値に近づくようにエンリッチガスの導入量を
調節する。そのため，上記浸炭の初期において，エンリ
ッチガスが不足して浸炭が遅くなることを抑制すること
ができる。

【００１３】また，上記所定期間を経過した後は，炭化
水素濃度が低下してきて上記ＣＰ算出手段による算出値
が実際のカーボンポテンシャルに近づいてくる。そのた
め，その後は過剰なエンリッチガスの導入を防止するた
め，エンリッチガスの導入量は，上記ＣＰが上記ＣＰｒ
の値に近づくように調節する。このように，本発明の浸
炭雰囲気の制御方法によれば，浸炭開始初期におけるエ
ンリッチガスの導入量が不足してしまうことを抑制する
ことができ，浸炭時間を短縮することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】上述した本発明における好ましい
実施の形態につき説明する。上記エンリッチガスとして
は，例えば，都市ガス，天然ガス，ブタンガス，プロパ
ンガス，メタンガス等を用いることができる。上記浸炭
炉の炉内には，常時，いわゆるキャリアガスを供給して
おくことができる。このキャリアガスとしては，吸熱反
応を行うガスを導入して，被処理材の表面が酸化するこ
とを防止することができる。

【００１５】上記αの値は，上記エンリッチガスの導入
量が多くなると，上記浸炭炉の炉内に煤が発生すること
に鑑み，この煤の発生を抑制できる範囲で大きな値とす
ることができる。このαの値は，実験的に求めることが
できる。また，上記エンリッチガスの導入量の調節は，
上記浸炭炉に設けた導入弁の開度を調節することにより
行うことができる。この場合，この導入弁の開度を調節
して，容易に上記浸炭雰囲気の制御を行うことができ
る。

【００１６】また，上記ＣＰがＣＰｒ＋α又はＣＰｒに
近づくように上記エンリッチガスの導入量を調節するに
当たっては，ＣＰｒ＋α又はＣＰｒを含む領域に比例帯
を有する比例制御により調節することが好ましい（請求
項２）。この場合，上記ＣＰがＣＰｒ＋α又はＣＰｒに
近づいたとき，ＣＰとＣＰｒ＋α又はＣＰｒとの間の差
分の大きさに比例して上記エンリッチガスの導入量を調
節することができる。そのため，エンリッチガスの導入
量の調節をきめ細かく行うことができ，より精度よくカ
ーボンポテンシャル値を調整することができる。なお，
上記比例制御を用いて導入量を調節するに当たっては，
エンリッチガスの導入を導入弁により行い，導入弁の開
度を変化させて調節を行う方法，導入弁の開時間を変化
させて調節を行う方法等がある。

【００１７】また，上記ＣＰｒの値は，２段階あるいは
３段階以上変化させ，最初の段階ほど大きい値とするこ
とが好ましい（請求項３）。上記浸炭は，上記実際に得
ようとするカーボンポテンシャルの真の目標値ＣＰｒを
最初の段階ほど大きい値とする多段階に設定して行うこ
とができる。

【００１８】そして，例えば，２段階のＣＰｒを設定す
る場合には，最初の段階では高い値のＣＰｒ（ＣＰｒ１
とする）を定め，表面層への浸炭量を多くし，後の段階
ではＣＰｒ１よりも低い値のＣＰｒ（ＣＰｒ２とする）
を定め，表面層の炭素を内部へ拡散させると共に浸炭深
さを深くする。そして，この場合においても，上記のご
とく，浸炭の初期には，ＣＰｒ＋αをＣＰ制御目標値と
するので，実際にはＣＰｒ＋α（ＣＰｒ１＋α）→ＣＰ
ｒ（ＣＰｒ１）→ＣＰｒ（ＣＰｒ２）と３段階にＣＰ制
御目標値が変化することとなる。これにより，浸炭を効
率的に行って，一層浸炭時間を短縮することができる。

【００１９】また，上記エンリッチガスの導入は炉内雰
囲気ガス中の炭化水素濃度を測定しながら行い，その濃
度が所定値以上又は所定値よりも大きい間は，上記ＣＰ
算出手段により算出されたＣＰがＣＰｒ＋αの値に近づ
くように上記エンリッチガスの導入量を調節し，上記炭
化水素濃度が所定値より小さい又は所定値以下になった
後には上記ＣＰ算出手段により算出されたＣＰがＣＰｒ
の値に近づくように上記エンリッチガスの導入量を調節
することが好ましい（請求項４）。

【００２０】上記炭化水素濃度を測定することにより，
上記浸炭炉の炉内の炭化水素濃度が実際に上記所定値以
上又は所定値よりも大きくなっている間（時間帯）を認
知することができる。そのため，この時間帯を，上記エ
ンリッチガスの導入開始後の所定期間として，上記ＣＰ
がＣＰｒ＋αの値に近づくようにエンリッチガスの導入
量を調節することができる。

【００２１】また，炭化水素濃度を測定することによ
り，炭化水素濃度が高くなることによってジルコニア式
酸素センサが高い酸素濃度を検出してしまった誤差量を
認知することもできる。そのため，この誤差量を加味し
て，上記αの値を正確に設定することができる。それ
故，エンリッチガスの導入開始後の所定期間を最適に決
定することができると共に，炉内の実際の炭化水素濃度
の変化を加味して，上記エンリッチガスの導入量を最適
にすることができる。

【００２２】

【実施例】以下に，図面を用いて本発明の実施例につき
説明する。（実施例１）本例の制御方法は，浸炭炉１の炉内に被処
理材８を送入し，次いで，炉内温度を昇温すると共に導
入弁６０を開いてエンリッチガス７を炉内に導入してカ
ーボンポテンシャルを制御しながら上記被処理材８を浸
炭する際の浸炭雰囲気を制御する方法である。本例にお
いては，炉内雰囲気ガス中の酸素濃度をジルコニア式酸
素センサ３により測定し，該酸素濃度を基にして見かけ
上のカーボンポテンシャルＣＰを算出するＣＰ算出手段
５１を用いる。

【００２３】そして，上記導入弁６０を開いて上記エン
リッチガス７の導入を開始し，その後，上記導入弁６０
の開度を調節することによりエンリッチガス７の導入量
を調節し，上記炉内の浸炭雰囲気を制御する。即ち，実
際に得ようとするカーボンポテンシャルの値をＣＰｒと
して，上記エンリッチガス７の導入開始後の所定期間ｔ
１においては，上記ＣＰ算出手段５１により算出された
ＣＰがＣＰｒ＋αの値に近づくように上記導入弁６０の
開度を調節することによりエンリッチガス７の導入量を
調節する。そして，その後（所定期間ｔ１の経過後），
上記ＣＰ算出手段５１により算出されたＣＰがＣＰｒの
値に近づくように上記導入弁６０の開度を調節すること
によりエンリッチガス７の導入量を調節する。

【００２４】以下に，これを詳説する。図１に示すごと
く，本例においては，上記浸炭炉１は，昇温ゾーン１
１，浸炭ゾーン１２，拡散ゾーン１３及び降温ゾーン１
４の各ゾーンを有する。また，この浸炭炉１の後工程に
は，各種の処理が行われる装置１５及び浸炭後の被処理
材８に焼き入れを行う焼入れ槽１６が設置してある。上
記昇温ゾーン１１は，上記被処理材８を送入して昇温さ
せるゾーンである。この昇温ゾーン１１において，被処
理材８は浸炭を行うのに適した温度に昇温される。

【００２５】上記浸炭ゾーン１２及び拡散ゾーン１３
は，上記昇温ゾーン１１で昇温された被処理材８に浸炭
を行うゾーンである。浸炭ゾーン１２及び拡散ゾーン１
３には上記ジルコニア式酸素センサ３が設けてあり，こ
のジルコニア式酸素センサ３で検出した酸素濃度のデー
タが制御部５に送信されるようになっている。この制御
部５の内部には上記ＣＰ算出手段５１を有しており，該
ＣＰ算出手段５１は上記酸素濃度のデータよりカーボン
ポテンシャルＣＰを算出する。

【００２６】また，上記浸炭ゾーン１２及び拡散ゾーン
１３には，エンリッチガス７の供給源７０が，配管６１
及び導入弁６０を介して接続されている。また，導入弁
６０は，上記制御部５の内部に有する流量コントローラ
５２の指示に従って開度を調節し，浸炭ゾーン１２又は
拡散ゾーン１３に導入するエンリッチガス７の導入量を
変化させる。また，制御部５は，ＣＰ算出手段５１によ
ってＣＰを算出すると共に，流量コントローラ５２によ
って導入弁６０の開度を調節してＣＰを制御する。

【００２７】また，上記浸炭ゾーン１２及び拡散ゾーン
１３には，浸炭の際のいわゆるキャリアガス２が雰囲気
ガス発生装置２１より供給されるようになっている。ま
た，上記浸炭炉１の各ゾーン１１〜１４には，図示しな
い温度センサが配設されている。この温度センサにより
炉内雰囲気ガスの温度（炉内温度）を定期的に測定し，
この炉内温度を所望の温度に保つようになっている。

【００２８】本例においては，実際に得ようとするカー
ボンポテンシャルの目標値ＣＰｒを２段階に変化させて
浸炭を行う。そして，第１段階をＣＰｒ１，第２段階を
ＣＰｒ２として，浸炭ゾーン１２においてはカーボンポ
テンシャルの目標値をＣＰｒ１，拡散ゾーン１３におい
てはカーボンポテンシャルの目標値をＣＰｒ２とする。
また，目標値ＣＰｒ１は目標値ＣＰｒ２よりも大きな値
としている。これにより，第１段階（浸炭の初期の段
階）では被処理材８の表面側に近い部分ほど浸炭量が多
い状態を形成し，第２段階（浸炭の終わりの段階に行く
につれて）では所望の浸炭量及び浸炭深さを有する浸炭
被膜を形成するように拡散させることができる。

【００２９】図２は，浸炭処理の時間ｔに対するカーボ
ンポテンシャルの真の目標値ＣＰｒ及びＣＰ制御目標値
の設定を示すグラフである。同図に示すごとく，上記浸
炭ゾーン１２においては，カーボンポテンシャルの真の
目標値ＣＰｒはＣＰｒ１とするが，エンリッチガス７の
導入開始後，炉内雰囲気ガスにおける炭化水素濃度が高
くなっているときを所定期間ｔ１として，エンリッチガ
スの導入量のＣＰ制御目標値はＣＰｒ１＋αとする。そ
して，上記ＣＰがＣＰｒ１＋αに近づくようにエンリッ
チガスの導入量を調節する。その後，上記所定期間ｔ１
を経過した後の期間ｔ２においては，カーボンポテンシ
ャルの真の目標値であるＣＰｒ（ＣＰｒ１）そのものを
ＣＰ制御目標値とする。そして，上記ＣＰがＣＰｒ１に
近づくようにエンリッチガスの導入量を調節する。

【００３０】上記期間ｔ２の経過後は，上記拡散ゾーン
１３に被処理材８を移動させ，拡散ゾーン１３におい
て，カーボンポテンシャルの真の目標値ＣＰｒをＣＰｒ
２に低下させ，この値をＣＰ制御目標値として浸炭を行
う。そして，上記ＣＰがＣＰｒ２に近づくようにエンリ
ッチガスの導入量を調節する。

【００３１】本例においては，上記エンリッチガス７に
は都市ガスを使用する。この都市ガスには，メタン，エ
タン，プロパン，ブタン等の各種の炭化水素が含まれて
いる。

【００３２】また，上記ジルコニア式酸素センサ３は，
浸炭炉１の炉内における浸炭ゾーン１２及び拡散ゾーン
１３にそれぞれ設けてあり，炉内において酸素濃度の検
出を行う。この酸素センサ３は，固体電解質としてのジ
ルコニアを利用して，炉内雰囲気ガス中の酸素分圧と大
気中の酸素分圧との差により起電力を発生させ，この起
電力から上記炉内雰囲気ガス中の酸素分圧を算出するよ
う構成されている。このように，ジルコニア式酸素セン
サ３は，炉内に設けることができるため，炉内の酸素濃
度を直接検出することができ，カーボンポテンシャルの
算出に時間遅れをあまり生じない。また，ジルコニア式
酸素センサ３は，炉内雰囲気ガス中における炭化水素濃
度に影響を受けやすい特性を有している。

【００３３】図３は，見かけ上のカーボンポテンシャル
ＣＰに対する導入弁６０の開度を示す説明図である。同
図に示すごとく，上記見かけ上のカーボンポテンシャル
ＣＰが，ＣＰｒ１＋α，ＣＰｒ１又はＣＰｒ２に近づく
ように導入弁６０の開度を調節するに当たっては，以下
の比例帯Ａを有する比例制御により上記導入弁６０の開
度を制御する。例えば，上記浸炭ゾーン１２において，
ＣＰｒ＋αを目標にして制御を行う場合は，ＣＰがＣＰ
ｒ＋αの近傍の領域（幅）を比例帯Ａとし，ＣＰがこの
比例帯Ａの範囲にあるときには，導入弁６０の開度を比
例的に変化させる比例制御を行う。なお，比例帯Ａの値
は，任意の値とすることができ，経験的に求めておくこ
とができる。

【００３４】そして，上記比例帯Ａを有する比例制御に
基づくと，上記導入弁６０の開度は，ＣＰの値が比例帯
Ａの範囲にあるときは，（ＣＰｒ＋α＋０．５Ａ−Ｃ
Ｐ）／Ａ×１００［％］とし，ＣＰの値がＣＰｒ＋α−
０．５Ａよりも小さい範囲にあるときは，最大（例えば
１００％）とし，また，ＣＰの値が，ＣＰｒ＋α＋０．
５Ａよりも大きい範囲にあるときは，最小（例えば０
％）とする。つまり，比例制御は，上記ＣＰが比例帯Ａ
の範囲にあるときには，ＣＰとＣＰｒ＋αとの間の差分
の大きさに比例して上記導入弁６０の開度の調節を行
う。なお，この比例制御は，上記浸炭ゾーン１２におい
てＣＰｒ１を目標にして制御を行う場合，上記拡散ゾー
ン１３においてＣＰｒ２を目標にして制御を行う場合に
ついても同様に用いることができる。

【００３５】次に，上記浸炭炉１において被処理材８に
浸炭を行う方法につき説明する。まず，昇温ゾーン１１
の炉内を浸炭に適した温度まで昇温しておき，被処理材
８をこの昇温ゾーン１１に送入して，昇温させる。次い
で，この昇温を行った被処理材８を上記浸炭ゾーン１２
に搬送する。なお，浸炭ゾーン１２と拡散ゾーン１３に
は，雰囲気ガス発生装置２よりキャリアガスを常時供給
しておく。また，上記浸炭炉１の各ゾーン１１〜１４の
炉内温度は所望の温度に保たれている。

【００３６】そして，浸炭ゾーン１２においては，上記
導入弁６０を開けてエンリッチガス７の供給源７０より
エンリッチガス７を炉内に導入して，浸炭を開始する。
この浸炭ゾーン１２においては，カーボンポテンシャル
の真の目標値ＣＰｒはＣＰｒ１とする。そして，上記所
定期間ｔ１の間は，導入弁６０の開度のＣＰ制御目標値
はＣＰｒ１＋αとして，上記ＣＰがＣＰｒ１＋αに近づ
くように導入弁６０の開度を調節して浸炭雰囲気を制御
する。次いで，上記所定期間ｔ１を経過した後，期間ｔ
２の間は，導入弁６０の開度のＣＰ制御目標値はＣＰｒ
１として，上記ＣＰがＣＰｒ１に近づくように導入弁６
０の開度を調節して浸炭雰囲気を制御する。

【００３７】次いで，上記被処理材８を拡散ゾーン１３
に搬送する。拡散ゾーン１３においては，カーボンポテ
ンシャルの真の目標値ＣＰｒはＣＰｒ２とする。そし
て，期間ｔ３の間，導入弁６０の開度のＣＰ制御目標値
はＣＰｒ２として，上記ＣＰがＣＰｒ２に近づくように
導入弁６０の開度を調節して浸炭雰囲気を制御する。

【００３８】次いで，上記浸炭を行った被処理材８は上
記降温ゾーン１４に搬送される。そして，この降温ゾー
ン１４で被処理材８を降温させ，浸炭処理を完了させ
る。その後，被処理材８は，各種の処理が行われる装置
１５に搬送されて各処理が行われると共に，焼入れ槽１
５に搬送されて焼入れ処理が行われる。

【００３９】上記浸炭ゾーン１２にエンリッチガス７を
導入した後には，このエンリッチガス７は炉内に供給さ
れたキャリアガス等と混合され，炉内雰囲気ガスとな
る。この炉内雰囲気ガスは，浸炭を行うときの条件（例
えば，エンリッチガス７の組成，エンリッチガス７の導
入量，炉内温度等）によって逐次変化する。そして，浸
炭ゾーン１２における炉内雰囲気ガス中の炭化水素濃度
は，浸炭の初期，即ち上記エンリッチガス７の導入開始
後の所定期間ｔ１において増大する。

【００４０】この場合，上記ジルコニア式酸素センサ３
は，この増大した炭化水素濃度の影響を受けるため，実
際の酸素濃度よりもあたかも高い濃度の酸素が存在する
ように検出してしまう。この結果，このジルコニア式酸
素センサ３に基づいてＣＰを算出するＣＰ算出手段５１
は，カーボンポテンシャルＣＰの値を実際よりも高い値
として算出してしまう。

【００４１】そこで，本例においては，上記エンリッチ
ガス７の導入開始後の所定期間ｔ１においては，実際に
得ようとする，即ち目標とするカーボンポテンシャルの
真の値をＣＰｒ１とした場合，ＣＰｒ１を直接ＣＰ制御
目標値とするのではなく，このＣＰｒ１に所定値の値α
を加えたＣＰｒ１＋αをＣＰ制御目標値として，上記Ｃ
ＰがＣＰｒ１＋αの値に近づくように導入弁６０の開度
を調節する。そのため，上記浸炭の初期において，エン
リッチガス７が不足して浸炭が遅くなることを抑制する
ことができる。

【００４２】また，上記所定期間ｔ１を経過した後は，
炭化水素濃度が低下してきて上記ＣＰ算出手段５１によ
る算出値が実際のカーボンポテンシャルに近づいてく
る。そのため，その後は過剰なエンリッチガス７の導入
を防止するため，ＣＰｒ１をＣＰ制御目標値として，上
記ＣＰがＣＰｒ１の値に近づくように導入弁６０の開度
を調節する。このように，本例の浸炭雰囲気の制御方法
によれば，浸炭開始初期におけるエンリッチガス７の導
入量が不足してしまうことを抑制することができ，浸炭
時間を短縮することができる。

【００４３】（実施例２）本例は，上記浸炭炉１におけ
る浸炭ゾーン１２に，炉内雰囲気ガス中の炭化水素濃度
の測定を行う炭化水素センサを設け，この炭化水素セン
サにより炉内の炭化水素濃度を検出しながら，上記浸炭
雰囲気の制御を行う方法である。また，本例において
は，上記炭化水素センサにより検出した値に対する所定
値，即ち浸炭ゾーン１２の炉内において煤の発生を抑制
することができる値を求めておく。

【００４４】そして，上記炭化水素濃度が所定値以上又
は所定値よりも大きい間を上記所定期間ｔ１として，上
記ＣＰ算出手段５１により算出されたＣＰが上記ＣＰｒ
１＋αの値に近づくように上記導入弁６０の開度を調節
する。また，炭化水素濃度が所定値より小さい又は所定
値以下になった後，即ち所定期間ｔ１を経過した後は，
上記ＣＰがＣＰｒ１の値に近づくように上記導入弁６０
の開度を調節する。なお，その他は上記実施例１と同様
である。

【００４５】本例においては，上記炭化水素濃度を測定
することにより，上記浸炭炉１の炉内の炭化水素濃度が
実際に上記所定値以上又は所定値よりも大きくなってい
る間（時間帯）を認知することができる。そして，この
時間帯を，上記エンリッチガス７の導入開始後の所定期
間ｔ１として，上記ＣＰがＣＰｒ１＋αの値に近づくよ
うに導入弁６０の開度を調節することができる。

【００４６】また，炭化水素濃度を測定することによ
り，炭化水素濃度が高くなることによってジルコニア式
酸素センサ３が高い酸素濃度を検出してしまった誤差量
を認知することもできる。そのため，この誤差量を加味
して，上記αの値を正確に設定することができる。それ
故，本例によれば，エンリッチガス７の導入開始後の所
定期間ｔ１を最適に決定することができると共に，炉内
の実際の炭化水素濃度の変化を加味して，上記導入弁の
開度を最適に調節することができる。その他，上記実施
例１と同様の作用効果を得ることができる。

【００４７】（実施例３）本例は，上記実施例１におけ
る浸炭雰囲気の制御方法を行ったとき，どれだけ浸炭処
理に所要する時間を短縮することができるかを示す例で
ある。表１及び表２は，浸炭処理における各工程，即ち
昇温，浸炭（浸炭１，２），拡散，均熱の工程に要する
所要時間を示すものである。表１は，実施例１における
浸炭雰囲気の制御方法（浸炭を２回に分けている）を示
し，表２は，従来の浸炭雰囲気の制御方法を示す。

【００４８】また，表１及び表２においては，浸炭炉１
の各ゾーン１１〜１４における浸炭温度（炉内温度），
カーボンポテンシャルの真の目標値ＣＰｒ，ＣＰ制御目
標値の各条件に対する所要時間を示す。本例において
は，上記浸炭ゾーン１２におけるカーボンポテンシャル
の真の目標値ＣＰｒ１は１．２，上記拡散ゾーン１３に
おけるカーボンポテンシャルの真の目標値ＣＰｒ２は
０．７５としている。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】上記表１において，浸炭ゾーン１２におけ
る合計の所要時間は，第１段階では３０分，第２段階で
は３０分となり，６０分となる。一方，表２において，
浸炭ゾーン１２における所要時間は９０分となる。これ
らより，上記浸炭ゾーン１２における浸炭を行うために
必要となる所要時間は，上記実施例１における浸炭雰囲
気の制御方法を行うことにより短縮できることがわか
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における，浸炭炉の構成を示す説明
図。

【図２】実施例１における，浸炭雰囲気の制御方法を示
すグラフで，時間ｔに対するカーボンポテンシャルの目
標値ＣＰｒの設定を示すグラフ。

【図３】実施例１における，ＣＰに対する導入弁の開度
を示す説明図。

【図４】従来例における，エンリッチガスの導入開始タ
イミングを示す説明図。

【符号の説明】

１．．．浸炭炉，１２．．．浸炭ゾーン，１３．．．拡散ゾーン，２．．．キャリアガス，３．．．ジルコニア式酸素センサ，５．．．制御部，５１．．．ＣＰ算出手段，５２．．．流量コントローラ，６０．．．導入弁，７．．．エンリッチガス，８．．．被処理材，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者倉橋和宏愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者新町裕幸愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者三浦新平愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者建部二朗東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者小林和彦東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者前田章雄大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者浅野秀昭大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者奥宮正洋愛知県名古屋市天白区高島１−501シティーコーポしまだＡ302 Ｆターム(参考） 2G004 BL14 BL19 BM02 BM05 4K028 AA01 AC04 AC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浸炭炉の炉内に被処理材を送入し，次い
で，炉内温度を昇温すると共にエンリッチガスを炉内に
導入してカーボンポテンシャルを調整しながら上記被処
理材を浸炭する際の浸炭雰囲気を制御する方法におい
て，炉内雰囲気ガス中の酸素濃度をジルコニア式酸素セ
ンサにより測定し，該酸素濃度を基にして見かけ上のカ
ーボンポテンシャルＣＰを算出するＣＰ算出手段を用
い，上記エンリッチガスの導入を開始した後，該エンリ
ッチガスの導入量を調節するに当たっては，実際に得よ
うとするカーボンポテンシャルの値をＣＰｒとした場
合，上記エンリッチガスの導入開始後所定期間において
は，上記ＣＰ算出手段により算出されたＣＰがＣＰｒ＋
αの値に近づくように上記エンリッチガスの導入量を調
節し，その後，上記ＣＰ算出手段により算出されたＣＰ
がＣＰｒの値に近づくように上記エンリッチガスの導入
量を調節することを特徴とする浸炭雰囲気の制御方法。
【請求項２】請求項１において，上記ＣＰがＣＰｒ＋
α又はＣＰｒに近づくように上記エンリッチガスの導入
量を調節するに当たっては，ＣＰｒ＋α又はＣＰｒを含
む領域に比例帯を有する比例制御により調節することを
特徴とする浸炭雰囲気の制御方法。
【請求項３】請求項１又は２において，上記ＣＰｒの
値は，２段階あるいは３段階以上変化させ，最初の段階
ほど大きい値とすることを特徴とする浸炭雰囲気の制御
方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項において，
上記エンリッチガスの導入は炉内雰囲気ガス中の炭化水
素濃度を測定しながら行い，その濃度が所定値以上又は
所定値よりも大きい間は，上記ＣＰ算出手段により算出
されたＣＰがＣＰｒ＋αの値に近づくように上記エンリ
ッチガスの導入量を調節し，上記炭化水素濃度が所定値
より小さい又は所定値以下になった後には上記ＣＰ算出
手段により算出されたＣＰがＣＰｒの値に近づくように
上記エンリッチガスの導入量を調節することを特徴とす
る浸炭雰囲気の制御方法。