JP2006063389A - 連続浸炭炉および連続浸炭方法 - Google Patents

Abstract

【課題】雰囲気中の一酸化炭素濃度を工程毎（ゾーン毎）に精度良く制御可能な連続浸炭炉および連続浸炭方法を提供する。
【解決手段】対象物の移動経路に沿って、対象物を予熱する予熱ゾーン５と、予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭ゾーン６と、対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散ゾーン７と、炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入ゾーン８と、を具備する連続浸炭炉１に、所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、浸炭ゾーンおよび拡散ゾーンに供給する高濃度側ＲＸガス供給手段１０と、該高濃度側ＲＸガス供給手段により浸炭ゾーンおよび拡散ゾーンに供給されるＲＸガスよりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、予熱ゾーンおよび焼入ゾーンに供給する低濃度側ＲＸガス供給手段１２と、を具備した。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物に浸炭を行う連続浸炭炉および連続浸炭方法に関する。

従来、鉄鋼材料の靱性を確保しつつ表面の耐摩耗性を向上させる方法として、気体浸炭法が知られている。
気体浸炭法は鉄鋼材料の表面硬化法の一種であり、（１）予熱工程において、対象物たる機械部品等の温度を上昇させ、（２）浸炭工程において、対象物の表面に一酸化炭素を含む浸炭性のガス（以下、「ＲＸガス」という。）を接触させて該表面から炭素を浸透させ、（３）拡散工程において、該対象物を所定の温度に保持して該対象物に浸透した炭素を拡散させ、（４）焼入工程において、炭素を拡散した対象物に焼入れを施す、という一連の工程を経て行われる。なお、対象物の組成や対象物に要求される機械的性質等によっては、拡散工程と焼入工程との間に対象物を所定の温度に保持する均熱工程を行う場合もある。
気体浸炭法は、対象物の表面近傍の炭素濃度をバルクよりも高濃度として焼入れを施すことにより表面近傍に高硬度のマルテンサイト組織を形成し、バルクの靭性を確保しつつ表面の耐摩耗性を向上させるものである。
上記気体浸炭法は、通常、連続浸炭炉と呼ばれる炉により行われる。連続浸炭炉は、炉内において対象物を移動させる移動経路に沿って、上記予熱工程を行うための予熱ゾーン、浸炭工程を行うための浸炭ゾーン、拡散工程を行うための拡散ゾーン、焼入工程を行うための焼入ゾーンを具備する。

連続浸炭炉により行われる気体浸炭法においては、炉内の雰囲気中の一酸化炭素濃度を精度良く制御することが対象物の品質を決める重要な要素となっている。
すなわち、炉内の雰囲気中の一酸化炭素濃度と、対象物中の炭素の濃度との間には密接な関係があり、同じ温度であれば雰囲気中の一酸化炭素濃度が高いほど対象物に固溶する炭素濃度は高くなる傾向がある。以下、ある温度における雰囲気中の一酸化炭素と平衡状態にある対象物の表面近傍の固溶炭素濃度（ｗｔ％）を「カーボンポテンシャル」という。

浸炭工程においては、所要時間を短くして生産性を向上させるという観点から見れば、雰囲気中の一酸化炭素濃度を極力高くしてカーボンポテンシャルを大きくすることが望ましい。
一方、対象物の機械的性質を好適なものとするという観点から見れば、対象物の表面近傍の炭素濃度を共晶点付近の０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲とすることが好ましいため、焼入工程およびその前工程となる拡散工程の雰囲気中の一酸化炭素濃度を、カーボンポテンシャルが０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲となる濃度に制御することが望ましい。

上記の如き制御を行うために、従来の連続浸炭炉においては、浸炭工程および拡散工程にＲＸガスおよびエンリッチガスを供給していた。
エンリッチガスは、主にメタン、エタン、プロパンやブタン等の炭化水素からなるガスであり、浸炭反応により生じる二酸化炭素、酸素、水と反応して一酸化炭素と水素を生成し、雰囲気中の一酸化炭素濃度を所望の範囲に保持する（換言すれば、雰囲気のカーボンポテンシャルを所望の範囲に保持する）。例えば、特許文献１および特許文献２に記載の如くである。
特開昭６２−５０４５７号公報 特開２００３−１４７５０６号公報

しかし、従来の連続浸炭炉は、炉内の各工程に略同じ濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを供給する構成であったために、エンリッチガスを追加的に供給するだけでは炉内の一酸化炭素濃度を工程毎に精度良く制御することが困難であった。
すなわち、連続浸炭炉の炉内には一部工程間に開閉式の隔壁が設けられているものもあるが、基本的には対象物および雰囲気が流通可能な構成であるため、浸炭工程および拡散工程の一酸化炭素濃度を上昇させると、予熱工程および焼入工程の一酸化炭素濃度も上昇する傾向がある。

また、ＲＸガスのカーボンポテンシャルは、同じ一酸化炭素濃度であれば雰囲気温度が低いほど大きくなる傾向がある。そのため、浸炭工程および拡散工程より雰囲気の温度が低く、かつ、対象物中の炭素の拡散が十分に可能な温度域となる予熱工程の後期や焼入工程の雰囲気中の一酸化炭素濃度が上昇すると、予熱工程や焼入工程においても浸炭反応が促進されるという現象が起こる。
そして、従来の連続浸炭炉の場合、一度雰囲気中の一酸化炭素濃度が上昇するとすぐに低下させることが困難であるため、予熱工程や焼入工程でも浸炭が促進され、対象物中の炭素濃度が所望の炭素濃度より高くなってしまうという問題がある。

さらに、エンリッチガスは、ＲＸガス中の酸素や二酸化炭素、水等と反応する過程で煤を発生し、連続浸炭炉に設けられている排気口に付着する。また、焼入工程において、焼入れに用いる油に対象物を浸漬する際に発生する油煙も煤の原因となる。そして、煤により排気口の開口面積が変化すると、各排気口からの排気量が変化し、ひいては連続浸炭炉内のガスの流れが経時的に変化してしまう。
このような煤に起因する炉内におけるガスの流れの経時変化は、各工程の一酸化炭素濃度を精度良く制御する（換言すれば、各工程の雰囲気中の一酸化炭素濃度を所望の範囲に保持する）ことを更に困難としている。

本発明は以上の如き状況に鑑み、雰囲気中の一酸化炭素濃度を工程毎（ゾーン毎）に精度良く制御可能な連続浸炭炉および連続浸炭方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、対象物の移動経路に沿って、
対象物を予熱する予熱ゾーンと、
予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭ゾーンと、
対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散ゾーンと、
炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入ゾーンと、
所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、浸炭ゾーンおよび拡散ゾーンに供給する高濃度側ＲＸガス供給手段と、
該高濃度側ＲＸガス供給手段により浸炭ゾーンおよび拡散ゾーンに供給されるＲＸガスよりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、予熱ゾーンおよび焼入ゾーンに供給する低濃度側ＲＸガス供給手段と、を具備するものである。

請求項２においては、前記連続浸炭炉の予熱ゾーン側の雰囲気を排気する予熱側排気口と、
前記連続浸炭炉の焼入ゾーン側の雰囲気を排気する焼入側排気口と、
前記予熱ゾーンの雰囲気の一酸化炭素濃度を検出する予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段と、
前記焼入ゾーンの雰囲気の一酸化炭素濃度を検出する焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段と、
該予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段により検出された予熱ゾーンの雰囲気の一酸化炭素濃度および焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段により検出された焼入ゾーンの雰囲気の一酸化炭素濃度に基づいて予熱ゾーンおよび焼入ゾーンのカーボンポテンシャルをそれぞれ算出し、該算出した予熱ゾーンおよび焼入ゾーンのカーボンポテンシャルに基づいて予熱側排気口および焼入側排気口の排気量をそれぞれ調整するとともに前記低濃度側ＲＸガス供給手段が予熱ゾーンおよび焼入ゾーンに供給するＲＸガスの供給量をそれぞれ調整し、浸炭ゾーンの雰囲気のカーボンポテンシャルを１．０ｗｔ％から１．２ｗｔ％の範囲に保持するとともに、前記予熱ゾーン、拡散ゾーンおよび焼入ゾーンの雰囲気のカーボンポテンシャルを０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲に保持する演算手段と、を具備するものである。

請求項３においては、対象物の移動経路に沿って、
対象物を予熱する予熱工程と、
予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭工程と、
対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散工程と、
炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入工程と、
を具備する連続浸炭方法であって、
所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを浸炭工程および拡散工程に供給するとともに、該浸炭工程および拡散工程に供給されるＲＸガスよりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、予熱工程および焼入工程に供給するものである。

請求項４においては、予熱工程の雰囲気の一酸化炭素濃度および焼入工程の雰囲気の一酸化炭素濃度に基づいて予熱工程および焼入工程のカーボンポテンシャルをそれぞれ算出し、該算出した予熱工程および焼入工程のカーボンポテンシャルに基づいて予熱工程側の排気量および焼入れ工程側の排気量をそれぞれ調整するとともに予熱工程および焼入工程に供給するＲＸガスの供給量をそれぞれ調整し、浸炭工程の雰囲気のカーボンポテンシャルを１．０ｗｔ％から１．２ｗｔ％の範囲に保持するとともに前記予熱工程、拡散工程および焼入工程の雰囲気のカーボンポテンシャルを０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲に保持するものである。

請求項５においては、対象物の移動経路に沿って、
対象物を予熱する予熱工程と、
予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭工程と、
対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散工程と、
炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入工程と、
を具備する連続浸炭方法であって、所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを浸炭工程および拡散工程に供給するとともに、該浸炭工程および拡散工程に供給されるＲＸガスよりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、予熱工程に供給するものである。

請求項６においては、対象物の移動経路に沿って、
対象物を予熱する予熱工程と、
予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭工程と、
対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散工程と、
炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入工程と、
を具備する連続浸炭方法であって、
所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを浸炭工程および拡散工程に供給するとともに、該浸炭工程および拡散工程に供給されるＲＸガスよりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、焼入工程に供給するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、このように構成することにより、炉内の雰囲気のカーボンポテンシャル（一酸化炭素濃度）をゾーン毎に精度良く制御することが可能であり、浸炭処理の安定性が向上する。換言すれば、対象物表面の炭素濃度のばらつきを抑え、対象物の品質を安定させることが可能である。

請求項２においては、煤等が予熱側排気口や焼入側排気口に付着して排気量が減少しても、その分だけ予熱側排気口や焼入側排気口の開度を大きくして所望の排気量に保持することが可能であり、炉内の雰囲気のカーボンポテンシャル（一酸化炭素濃度）をゾーン毎に精度良く制御することが可能である。

請求項３においては、炉内の雰囲気のカーボンポテンシャル（一酸化炭素濃度）を工程毎に精度良く制御することが可能であり、浸炭処理の安定性が向上する。換言すれば、対象物表面の炭素濃度のばらつきを抑え、対象物の品質を安定させることが可能である。

請求項４においては、煤等が予熱側排気口や焼入側排気口に付着して排気量が減少しても、その分だけ予熱側排気口や焼入側排気口の開度を大きくして所望の排気量に保持することが可能であり、炉内の雰囲気のカーボンポテンシャル（一酸化炭素濃度）を工程毎に精度良く制御することが可能である。

請求項５においては、炉内の雰囲気のカーボンポテンシャル（一酸化炭素濃度）を工程毎に精度良く制御し、特に予熱工程における浸炭反応を抑制することが可能であり、浸炭処理の安定性が向上する。換言すれば、対象物表面の炭素濃度のばらつきを抑え、対象物の品質を安定させることが可能である。

請求項６においては、炉内の雰囲気のカーボンポテンシャル（一酸化炭素濃度）を工程毎に精度良く制御し、特に焼入工程における浸炭反応を抑制することが可能であり、浸炭処理の安定性が向上する。換言すれば、対象物表面の炭素濃度のばらつきを抑え、対象物の品質を安定させることが可能である。

以下では本発明に係る連続浸炭炉の実施の一形態である連続浸炭炉１の全体構成について説明する。
連続浸炭炉１は、主に炉体２、搬入扉３、搬入ゾーン４、予熱ゾーン５、浸炭ゾーン６、拡散ゾーン７、焼入ゾーン８、搬出扉９、高濃度側ＲＸガス供給手段１０、エンリッチガス供給手段１１、低濃度側ＲＸガス供給手段１２、予熱側排気口１３、焼入側排気口１４、予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段１５、焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段１６、演算手段１７、ＣＯ_２濃度検出手段１８、等で構成される。
ここで、本明細書における「対象物」は、鉄鋼材料からなり、連続浸炭炉１により表面に浸炭処理が施される機械部品等を指すものとする。なお、以下の説明では対象物を構成する材料の例として、約０．２ｗｔ％の炭素を含有し、その他適宜Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等を添加した浸炭用鋼を用いて説明するが、本発明に係る対象物を構成する材料は上記組成の浸炭用鋼に限定されず、鉄鋼材料に広く適用可能である。

炉体２は連続浸炭炉１の本体を成す部材であり、その内部には細長い空間が形成される。炉体２の内部空間には対象物を搬入口から搬出口まで移動させるための移動経路が形成され、該移動経路に沿って順に搬入ゾーン４、予熱ゾーン５、浸炭ゾーン６、拡散ゾーン７、焼入ゾーン８が形成される。
なお、対象物を移動経路に沿って移動させる方法としては、いわゆるトレイプッシャ型（対象物を積載したトレイを順に搬入口から炉内に搬入し、後から搬入されたトレイに押されて移動経路の上流側から下流側に向けて移動させるもの）やコンベア型（炉内に設けられたローラーコンベアまたはベルトコンベア等により対象物を移動経路の上流側から下流側に向けて移動させるもの）等が挙げられるが、本発明はいずれの方法も適用可能であり、限定されない。

搬入ゾーン４は対象物の搬入口を具備し、連続浸炭炉１の内部空間のうち、対象物が最初に搬入される領域である。
搬入ゾーン４の搬入口には搬入扉３が設けられ、搬入ゾーン４と予熱ゾーン５との間には開閉扉２１が設けられる。外部から搬入ゾーン４に対象物を搬入する際には、開閉扉２１を閉じた状態で搬入扉３を開ける。
開閉扉２１は、搬入扉３を開けて対象物を搬入ゾーン４に搬入する際に、連続浸炭炉１の内部の雰囲気が搬入扉３から外部に大量に放出されたり、あるいは外気が連続浸炭炉１の内部に大量に巻き込まれたりすることを防止し、搬入ゾーン４の雰囲気温度および雰囲気の組成の安定化を図るために設けられる。なお、開閉扉２１には通気孔２１ａが設けられ、予熱ゾーン５と搬入ゾーン４との間で雰囲気を流通させることが可能である。
搬入ゾーン４に搬入された対象物は、移動経路に沿って予熱ゾーン５に搬送される。

予熱ゾーン５は、連続浸炭炉１の内部空間のうち、対象物を予熱する（対象物の温度を上昇させる）予熱工程を行う領域である。予熱ゾーン５には図示せぬヒータが設けられる。予熱ゾーン５には配管１２ａが接続され、後述する低濃度側ＲＸガス供給手段１２から該配管１２ａを通じてＲＸガスが供給される。
予熱ゾーン５に搬入された対象物は、所定時間経過後、移動経路に沿って浸炭ゾーン６に搬送される。

浸炭ゾーン６は、連続浸炭炉１の内部空間のうち、予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭工程を行う領域である。浸炭ゾーン６には図示せぬヒータが設けられ、浸炭ゾーン６の雰囲気温度は９００℃から９５０℃の範囲に保持される。浸炭ゾーン６には配管１０ａが接続され、後述する高濃度側ＲＸガス供給手段１０から該配管１０ａを通じてＲＸガスが供給される。
浸炭ゾーン６に搬入された対象物は、所定時間経過後、移動経路に沿って拡散ゾーン７に搬送される。

拡散ゾーン７は、連続浸炭炉１の内部空間のうち、対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散工程を行う領域である。拡散ゾーン７には図示せぬヒータが設けられ、拡散ゾーン７の雰囲気温度は９５０℃に保持される。拡散ゾーン７には配管１０ｂが接続され、後述する高濃度側ＲＸガス供給手段１０から該配管１０ｂを通じてＲＸガスが供給される。
拡散ゾーン７に搬入された対象物は、所定時間経過後、移動経路に沿って焼入ゾーン８に搬送される。

焼入ゾーン８は、連続浸炭炉１の内部空間のうち、炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入工程を行う領域である。
焼入ゾーン８と外部との間には搬出扉９が設けられ、焼入ゾーン８と拡散ゾーン７との間には開閉扉２２が設けられる。また、焼入ゾーン８の中途部には開閉扉２３が設けられ、開閉扉２２と開閉扉２３との間に挟まれた領域である待機室８ａと、開閉扉２３と搬出扉９との間に挟まれた領域である焼入室８ｂとに区画される。
なお、開閉扉２２および開閉扉２３には通気孔２２ａおよび通気孔２３ａがそれぞれ設けられ、拡散ゾーン７と焼入ゾーン８（待機室８ａおよび焼入室８ｂ）との間で雰囲気を流通させることが可能である。

拡散ゾーン７から待機室８ａに対象物を搬入する際には、開閉扉２３を閉じた状態で開閉扉２２を開く。待機室８ａから焼入室８ｂに対象物を搬入する際には、開閉扉２２および搬出扉９を閉じた状態で開閉扉２３を開く。焼入室８ｂから外部に対象物を搬入する際には、開閉扉２３を閉じた状態で搬出扉９を開く。

待機室８ａおよび焼入室８ｂにはそれぞれ図示せぬヒータが設けられ、拡散ゾーン７にて拡散工程を行った後の対象物の温度を、対象物（浸炭用鋼）のバルク部分がオーステナイトとフェライトの二相領域となる８５０℃に保持し、組織の微細化（靭性の向上）を行っている。これは、対象物の組成（添加元素の種類）等によっては、対象物を浸炭工程および拡散工程にてオーステナイト単相領域となる９００℃から９５０℃に保持している間に、該対象物のバルク部分のオーステナイト組織が粗大化し、靭性が低下する場合があるためである。
焼入室８ｂには油槽２４が設けられ、該油槽２４には焼入れ用の油が貯溜されている。該油槽２４に浸漬することにより、対象物に焼入れが施される。
焼入ゾーン８（より厳密には、待機室８ａ）には配管１２ｂが接続され、後述する低濃度側ＲＸガス供給手段１２から該配管１２ｂを通じてＲＸガスが供給される。焼入ゾーン８に搬入された対象物は、所定時間経過後（焼入れが施された後）、外部に搬出される。

高濃度側ＲＸガス供給手段１０は、所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガス（以下、「高濃度側ＲＸガス」という）を浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７に供給するものである。
本実施例の高濃度側ＲＸガス供給手段１０は、ブタンと二酸化炭素を反応させることにより、一酸化炭素と水素の混合気体たる高濃度側ＲＸガスを発生させる（式１）。
Ｃ_４Ｈ_１０＋ＣＯ_２→ＣＯ＋Ｈ_２ （式１）
式１に示す如く、高濃度側ＲＸガスに含まれる一酸化炭素の濃度は約５０ｍｏｌ％である。
浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７への高濃度側ＲＸガスの供給量は、それぞれ一気圧換算で３００リットル／分である。
なお、本実施例ではブタンと二酸化炭素を反応させて高濃度側ＲＸガスを発生させる構成としたが、他の方法（例えば、プロパンと二酸化炭素を反応させる等）で高濃度側ＲＸガスを発生させても良い。また、高濃度側ＲＸガスの組成のうち、一酸化炭素以外の成分については水素のみに限定されず、窒素やアルゴン等の不活性ガスや、これらの混合物が含まれても良い。

エンリッチガス供給手段１１は、浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７にエンリッチガス（本実施例ではブタン）を供給するものである。エンリッチガス供給手段１１の配管１１ａおよび配管１１ｂは、それぞれ前記高濃度側ＲＸガス供給手段１０の配管１０ａおよび配管１０ｂの中途部と接続され、エンリッチガスは高濃度側ＲＸガスと混合した状態で浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７に供給される。
なお、本実施例ではエンリッチガスとしてブタンを用いたが、エンリッチガスとして他の炭化水素（メタン、エタン、プロパン等）を用いても略同様の効果を奏する。

低濃度側ＲＸガス供給手段１２は、高濃度側ＲＸガス供給手段１０により浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７に供給されるＲＸガス（高濃度側ＲＸガス）よりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガス（以下、「低濃度側ＲＸガス」という）を予熱ゾーン５および焼入ゾーン８に供給するものである。
本実施例の高濃度側ＲＸガス供給手段１０は、ブタンと空気を反応させることにより、一酸化炭素と水素と窒素の混合気体たる低濃度側ＲＸガスを発生させる（式２）。
Ｃ_４Ｈ_１０＋１０（１／５ＣＯ_２＋４／５Ｎ_２）→４ＣＯ＋５Ｈ_２＋８Ｎ_２ （式２）
式２に示す如く、高濃度側ＲＸガスに含まれる一酸化炭素の濃度は約２３ｍｏｌ％である。
予熱ゾーン５および焼入ゾーン８への低濃度側ＲＸガスの定常運転時の供給量は、それぞれ一気圧換算で１０リットル／分である。
なお、本実施例ではブタンと空気を反応させて低濃度ＲＸガスを発生させる構成としたが、他の方法（例えば、プロパンと空気を反応させる等）で低濃度側ＲＸガスを発生させても良い。また、低濃度側ＲＸガスの組成のうち、一酸化炭素以外の成分については水素と窒素のみに限定されず、アルゴン等の不活性ガスが含まれても良い。

予熱側排気口１３は連続浸炭炉１の予熱ゾーン側の雰囲気を外部に排出するものである。
ここで、「予熱ゾーン側」とは、連続浸炭炉１の内部空間のうち、移動経路の上流側となる領域、より具体的には搬入ゾーン４および予熱ゾーン５を指す。本実施例の場合、予熱側排気口１３は搬入ゾーン４に設けられる。
予熱側排気口１３には開閉蓋１３ａが設けられており、該予熱側排気口１３の開度（開口面積）を変更することにより、排気量を調整することが可能である。
なお、予熱側排気口１３から排気される雰囲気は排気時に燃焼され、周囲に一酸化炭素を放出することがない。

焼入側排気口１４は連続浸炭炉１の焼入ゾーン側の雰囲気を外部に排出するものである。
ここで、「焼入ゾーン側」とは、連続浸炭炉１の内部空間のうち、移動経路の下流側となる領域、より具体的には焼入ゾーン８を指す。本実施例の場合、焼入側排気口１４は焼入ゾーン８（より厳密には、焼入室８ｂ）に設けられる。
焼入側排気口１４には開閉蓋１４ａが設けられており、該焼入側排気口１４の開度（開口面積）を変更することにより、排気量を調整することが可能である。
なお、焼入側排気口１４から排気される雰囲気は排気時に燃焼され、周囲に一酸化炭素を放出することがない。

予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段１５は予熱ゾーン５の雰囲気の一酸化炭素濃度を検出するものである。また、焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段１６は焼入ゾーン８の雰囲気の一酸化炭素濃度を検出するものである。予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段１５および焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段１６の実施例としては、非分散形赤外線分析法を用いたＣＯ濃度測定装置やガスクロマトグラフを用いたＣＯ濃度測定装置等が挙げられる。

演算手段１７は予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段１５および焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段１６と接続される。
演算手段１７は、予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段１５により検出された予熱ゾーン５の雰囲気の一酸化炭素濃度、および、焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段１６により検出された焼入ゾーン８の雰囲気の一酸化炭素濃度、に基づいて予熱ゾーンおよび焼入ゾーンのカーボンポテンシャルをそれぞれ算出する。演算手段１７は、算出した予熱ゾーン５および焼入ゾーン８のカーボンポテンシャルに基づいて、予熱側排気口１３および焼入側排気口１４の排気量をそれぞれ調整するとともに前記低濃度側ＲＸガス供給手段１２が予熱ゾーン５および焼入ゾーン８に供給するＲＸガスの供給量をそれぞれ調整する。

より具体的には、演算手段１７は、予熱ゾーン５の雰囲気の一酸化炭素濃度が上昇して、該雰囲気のカーボンポテンシャル（の算出値）が０．９ｗｔ％以上となった場合には、予熱側排気口１３の開度を大きくする、または、焼入側排気口１４の開度を小さくする、または、予熱側排気口１３の開度を大きくするとともに焼入側排気口１４の開度を小さくする。
このように操作することにより、予熱ゾーン５の雰囲気の一酸化炭素濃度を所定の濃度（２０〜２３ｍｏｌ％）まで低下させ、該雰囲気のカーボンポテンシャルを０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲に保持することが可能である。
なお、上記操作と合わせて低濃度側ＲＸガス供給手段１２が予熱ゾーン５に供給する低濃度ＲＸガスの供給量を増加させることも可能である。

また、演算手段１７は、焼入ゾーン８の雰囲気の一酸化炭素濃度が上昇して、該雰囲気のカーボンポテンシャル（の算出値）が０．９ｗｔ％以上となった場合には、予熱側排気口１３の開度を小さくする、または、焼入側排気口１４の開度を大きくする、または、予熱側排気口１３の開度を小さくするとともに焼入側排気口１４の開度を大きくする。
このように操作することにより、焼入ゾーン８の雰囲気の一酸化炭素濃度を所定の濃度（２０〜２３ｍｏｌ％）まで低下させ、該雰囲気のカーボンポテンシャルを０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲に保持することが可能である。
なお、上記操作と合わせて低濃度側ＲＸガス供給手段１２が焼入ゾーン８に供給する低濃度ＲＸガスの供給量を増加させることも可能である。

本実施例の演算手段１７は、予熱ゾーン５および焼入ゾーン８の雰囲気の一酸化炭素濃度がいずれも上昇して、該雰囲気のカーボンポテンシャル（の算出値）がいずれも０．９ｗｔ％以上となった場合には、低濃度側ＲＸガス供給手段１２が予熱ゾーン５および焼入ゾーン８に供給するＲＸガスの単位時間当たりの供給量を増加させる。
このように操作することにより、予熱ゾーン５および焼入ゾーン８の雰囲気の一酸化炭素濃度を所定の濃度（２０〜２３ｍｏｌ％）まで低下させ、該雰囲気のカーボンポテンシャルを０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲に保持することが可能である。

ＣＯ_２濃度検出手段１８は、浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７の雰囲気の二酸化炭素濃度を検出するものである。ＣＯ_２濃度検出手段１８はエンリッチガス供給手段１１に接続される。エンリッチガス供給手段１１はＣＯ_２濃度検出手段１８により検出された浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７の雰囲気の二酸化炭素濃度が所定の濃度以下となり、浸炭ゾーン６の雰囲気のカーボンポテンシャルが１．０ｗｔ％以下となった場合には、浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７にエンリッチガスを供給する。
ＣＯ_２濃度検出手段１８の実施例としては、非分散形赤外線分析法を用いたＣＯ_２濃度測定装置やガスクロマトグラフを用いたＣＯ_２濃度測定装置等が挙げられる。

本実施例におけるエンリッチガスであるブタンは、以下の式３、式４および式５に示す如く、雰囲気中の酸素、二酸化炭素、および水と反応して、一酸化炭素と水素を生成する。
Ｃ_４Ｈ_１０＋２Ｏ_２→４ＣＯ＋５Ｈ_２ （式３）
Ｃ_４Ｈ_１０＋４ＣＯ_２→８ＣＯ＋５Ｈ_２ （式４）
Ｃ_４Ｈ_１０＋４Ｈ_２Ｏ→４ＣＯ＋９Ｈ_２ （式５）
この反応は、以下の式６、式７および式８で表される浸炭反応の副産物たる酸素、二酸化炭素、および水を雰囲気から除去するとともに雰囲気に一酸化炭素を供給するものであるため、浸炭反応を促進させる。
２ＣＯ＋Ｆｅ→Ｆｅ［Ｃ］＋ＣＯ_２ （式６）
２ＣＯ＋２Ｆｅ→２Ｆｅ［Ｃ］＋Ｏ_２ （式７）
ＣＯ＋Ｆｅ＋Ｈ_２→Ｆｅ［Ｃ］＋Ｈ_２Ｏ （式８）

以上の如く、本発明に係る連続浸炭炉の実施の一形態である連続浸炭炉１は、
対象物の移動経路に沿って、
対象物を予熱する予熱ゾーン５と、
予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭ゾーン６と、
対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散ゾーン７と、
炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入ゾーン８と、
所定の濃度（約５０ｍｏｌ％）の一酸化炭素を含むＲＸガスを、浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７に供給する高濃度側ＲＸガス供給手段１０と、
該高濃度側ＲＸガス供給手段１０により浸炭ゾーン６および拡散ゾーン７に供給されるＲＸガスよりも低い濃度（約２３ｍｏｌ％）の一酸化炭素を含むＲＸガスを、予熱ゾーン５および焼入ゾーン８に供給する低濃度側ＲＸガス供給手段と、を具備するものである。

このように構成することにより、炉内の雰囲気のカーボンポテンシャル（一酸化炭素濃度）をゾーン（工程）毎に精度良く制御することが可能であり、浸炭処理の安定性が向上する。換言すれば、対象物表面の炭素濃度のばらつきを抑え、対象物の品質を安定させることが可能である。

また、本発明に係る連続浸炭炉の実施の一形態である連続浸炭炉１は、
予熱ゾーン側の雰囲気を排気する予熱側排気口１３と、
焼入ゾーン側の雰囲気を排気する焼入側排気口１４と、
予熱ゾーン５の雰囲気の一酸化炭素濃度を検出する予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段１５と、
焼入ゾーン８の雰囲気の一酸化炭素濃度を検出する焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段１６と、
該予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段１５により検出された予熱ゾーン５の雰囲気の一酸化炭素濃度および焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段１６により検出された焼入ゾーン８の雰囲気の一酸化炭素濃度に基づいて予熱ゾーン５および焼入ゾーン８のカーボンポテンシャルをそれぞれ算出し、該算出した予熱ゾーン５および焼入ゾーン８のカーボンポテンシャルに基づいて予熱側排気口１３および焼入側排気口１４の排気量をそれぞれ調整するとともに低濃度側ＲＸガス供給手段１２が予熱ゾーン５および焼入ゾーン８に供給するＲＸガスの供給量をそれぞれ調整し、浸炭ゾーン６の雰囲気のカーボンポテンシャルを１．０ｗｔ％から１．２ｗｔ％の範囲に保持するとともに、予熱ゾーン５、拡散ゾーン７および焼入ゾーン８の雰囲気のカーボンポテンシャルを０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲に保持する演算手段１７と、を具備するものである。

このように構成することにより、煤等が予熱側排気口１３や焼入側排気口１４に付着して排気量が減少しても、その分だけ予熱側排気口１３や焼入側排気口１４の開度を大きくして所望の排気量に保持することが可能であり、炉内の雰囲気のカーボンポテンシャル（一酸化炭素濃度）をゾーン（工程）毎に精度良く制御することが可能である。

なお、本実施例では、予熱ゾーン５と焼入ゾーン８の両方に低濃度側ＲＸガスを供給する構成としたが、予熱ゾーン５にのみ低濃度側ＲＸガスを供給する構成としても、予熱工程における浸炭反応を抑制して、浸炭処理後の対象物表面の炭素濃度を所望の範囲に精度良く制御することが可能である。また、焼入ゾーン８にのみ低濃度側ＲＸガスを供給する構成としても、焼入工程における浸炭反応を抑制して、浸炭処理後の対象物表面の炭素濃度を所望の範囲に精度良く制御することが可能である。

本発明に係る連続浸炭炉の実施の一形態を示す模式図。

符号の説明

１ 連続浸炭炉
５ 予熱ゾーン
６ 浸炭ゾーン
７ 拡散ゾーン
８ 焼入ゾーン
１０ 高濃度側ＲＸガス供給手段
１２ 低濃度側ＲＸガス供給手段

Claims (6)

1. 対象物の移動経路に沿って、
   対象物を予熱する予熱ゾーンと、
   予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭ゾーンと、
   対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散ゾーンと、
   炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入ゾーンと、
   所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、浸炭ゾーンおよび拡散ゾーンに供給する高濃度側ＲＸガス供給手段と、
   該高濃度側ＲＸガス供給手段により浸炭ゾーンおよび拡散ゾーンに供給されるＲＸガスよりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、予熱ゾーンおよび焼入ゾーンに供給する低濃度側ＲＸガス供給手段と、
   を具備する、ことを特徴とする連続浸炭炉。
2. 前記連続浸炭炉の予熱ゾーン側の雰囲気を排気する予熱側排気口と、
   前記連続浸炭炉の焼入ゾーン側の雰囲気を排気する焼入側排気口と、
   前記予熱ゾーンの雰囲気の一酸化炭素濃度を検出する予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段と、
   前記焼入ゾーンの雰囲気の一酸化炭素濃度を検出する焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段と、
   該予熱ゾーンＣＯ濃度検出手段により検出された予熱ゾーンの雰囲気の一酸化炭素濃度および焼入ゾーンＣＯ濃度検出手段により検出された焼入ゾーンの雰囲気の一酸化炭素濃度に基づいて予熱ゾーンおよび焼入ゾーンのカーボンポテンシャルをそれぞれ算出し、該算出した予熱ゾーンおよび焼入ゾーンのカーボンポテンシャルに基づいて予熱側排気口および焼入側排気口の排気量をそれぞれ調整するとともに前記低濃度側ＲＸガス供給手段が予熱ゾーンおよび焼入ゾーンに供給するＲＸガスの供給量をそれぞれ調整し、浸炭ゾーンの雰囲気のカーボンポテンシャルを１．０ｗｔ％から１．２ｗｔ％の範囲に保持するとともに、前記予熱ゾーン、拡散ゾーンおよび焼入ゾーンの雰囲気のカーボンポテンシャルを０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲に保持する演算手段と、
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の連続浸炭炉。
3. 対象物の移動経路に沿って、
   対象物を予熱する予熱工程と、
   予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭工程と、
   対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散工程と、
   炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入工程と、
   を具備する連続浸炭方法であって、
   所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを浸炭工程および拡散工程に供給するとともに、
   該浸炭工程および拡散工程に供給されるＲＸガスよりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、予熱工程および焼入工程に供給することを特徴とする連続浸炭方法。
4. 予熱工程の雰囲気の一酸化炭素濃度および焼入工程の雰囲気の一酸化炭素濃度に基づいて予熱工程および焼入工程のカーボンポテンシャルをそれぞれ算出し、該算出した予熱工程および焼入工程のカーボンポテンシャルに基づいて予熱工程側の排気量および焼入れ工程側の排気量をそれぞれ調整するとともに予熱工程および焼入工程に供給するＲＸガスの供給量をそれぞれ調整し、浸炭工程の雰囲気のカーボンポテンシャルを１．０ｗｔ％から１．２ｗｔ％の範囲に保持するとともに前記予熱工程、拡散工程および焼入工程の雰囲気のカーボンポテンシャルを０．８ｗｔ％から０．９ｗｔ％の範囲に保持することを特徴とする請求項３に記載の連続浸炭方法。
5. 対象物の移動経路に沿って、
   対象物を予熱する予熱工程と、
   予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭工程と、
   対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散工程と、
   炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入工程と、
   を具備する連続浸炭方法であって、
   所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを浸炭工程および拡散工程に供給するとともに、
   該浸炭工程および拡散工程に供給されるＲＸガスよりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、予熱工程に供給することを特徴とする連続浸炭方法。
6. 対象物の移動経路に沿って、
   対象物を予熱する予熱工程と、
   予熱した対象物に炭素を浸透させる浸炭工程と、
   対象物に浸透した炭素を拡散させる拡散工程と、
   炭素を拡散した対象物に焼入れを施す焼入工程と、
   を具備する連続浸炭方法であって、
   所定の濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを浸炭工程および拡散工程に供給するとともに、
   該浸炭工程および拡散工程に供給されるＲＸガスよりも低い濃度の一酸化炭素を含むＲＸガスを、焼入工程に供給することを特徴とする連続浸炭方法。

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