JP2007131936A

JP2007131936A - 真空浸炭炉のバーンアウト方法

Info

Publication number: JP2007131936A
Application number: JP2005328641A
Authority: JP
Inventors: Satoru Harai; 哲原井; Yoshiyuki Iwagami; 良行岩上
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】断熱材をバーンアウトする手段として、空気だけによりバーンアウトを行い、かつバーンアウト終了時期をセンサー類により監視して、容易にバーンアウト終了時点を判定できる真空浸炭炉のバーンアウト方法を提供。
【解決手段】加熱室４の温度を 850〜 950°Ｃに設定して、真空ポンプ10により加熱室４内を排気し、加熱室４内圧力が圧力計16で5 〜40Kpa 以下になった時点で空気を加熱室４内に注入してバーンアウトし、加熱室４内圧力が50〜90Kpa で空気を止め開閉弁９を開け排気し、その後、炉内圧力が5 〜40Kpa になったら再び空気を注入してバーンアウトすることを繰り返す。その間、加熱室内からの排気ガスを監視して、排気ガスのＣＯ₂濃度が減少し、Ｏ₂濃度が増加を続け、かつ断熱材内部の温度下降が急に落ち出した時点をバーンアウト終了したと判断する。
【選択図】図３

Description

本発明は、アルミナ・シリカ系セラミックス断熱材により加熱室が断熱されている加熱室を有する真空浸炭炉において、断熱材に含浸した煤や炭化水素ガスの重合物を空気を導入し燃焼させる方法いわゆるバーンアウトに関する。

真空浸炭は炭化水素系ガスを減圧高温化で分解させた炭素を鉄表面で反応させる浸炭方法である。鉄と反応しなかった炭素が煤化し、また炭化水素系ガスの重合物などが断熱材内部に含浸し時間経過と共に断熱性が悪くなる。これにより過剰な炉の温度維持エネルギーの消費と炉の立上げ時間の延長が発生する。そこで定期的に断熱材断熱材に含浸した煤や炭化水素ガスの重合物に空気を導入し燃焼させる方法、いわゆるバーンアウト、が行われる。例えば特許文献１から３は、かかる真空浸炭炉のバーンアウト方法を開示する。
特開昭56-5976 号公報特開昭56-98468号公報特開平2-115357号公報

特許文献１、２に記載する真空浸炭炉のバーンアウト方法では、炉内の構成部品が酸化に弱い例えば黒鉛質のもので構成されており、酸素を含有する空気を導入し燃焼させることができないため、ＣＯ₂を導入し、Ｃ＋ＣＯ₂→２ＣＯの反応により真空浸炭炉のバーンアウトを行う方法である。上記の反応によりバーンアウト中は有毒なＣＯが発生するため、排気の方法には十分注意が必要であるし、ＣＯ₂ガス源を準備する必要がある。またＣＯ₂ガスを窒素等の不活性なガスで希釈する必要がある。さらに、特許文献１、２に記載するものでは、バーンアウト終了時期についての記載がなく、どの位バーンアウトが必要か不詳である。一定時間バーンアウトをするシーケンスの場合、炉の操業度により、長時間バーンアウトが必要な場合は不十分なバーンアウト状態となり、バーンアウトが短時間でよい場合は無駄なバーンアウト時間を費やすことになった。

特許文献３に記載する真空浸炭炉のバーンアウト方法は、酸素を含有する空気を導入してバーンアウトを行う方法であるが、空気と同時に窒素も導入することが記載してあるため、バーンアウト時においても窒素源を準備する必要がある。またこのものは、浸炭方法でもガス浸炭によるものである。さらに特許文献３に記載するものでは、ＣＯ₂が減少し始めたかＣＯが零になったらバーンアウト終了とするが、経験的に、ＣＯ₂は徐々に減少し始めどの時点で終了か見極めできないのが実態であり、どの位バーンアウト時間が必要かを見極めることは困難であった。

本発明の課題は、真空浸炭炉の加熱室内の断熱材をバーンアウトする手段として空気だけによりバーンアウトを行い、かつバーンアウト終了時期をセンサー類により監視して、容易かつ確実にバーンアウト終了時点を判定できる真空浸炭炉のバーンアウト方法を提供することにある。

このため本発明によると、アルミナ・シリカ系セラミックス断熱材により加熱室が断熱されている加熱室を有する真空浸炭炉において、断熱材に含浸した煤や炭化水素ガスの重合物を空気を導入し燃焼させる方法いわゆるバーンアウトであって、真空浸炭作業を完了した後に、ａ，加熱室の温度を 850〜 950°Ｃに設定して、加熱室内の排気を行い、
ｂ，加熱室内の圧力が5 〜40Kpa になった時点で、加熱室の大きさに応じた所定量の空気を加熱室内に導入し炉内の断熱材のバーンアウトを行い、
ｃ，加熱室内の圧力が50〜90Kpa になった時点で前記空気導入を止め加熱室内の排気を行い、
ｄ，加熱室内の圧力が50〜90Kpa に到達する前に、加熱室内の温度が1,000 〜1,100 ℃になったときには、前記空気導入を止め、加熱室内の排気を行い、
ｅ，加熱室内の排気中に加熱室内の圧力が5 〜40Kpa になった時点で、加熱室内の排気を止め再び空気を導入し加熱室内をバーンアウトする、
ｆ，上記ａ乃至ｅを繰り返し、
その間に、加熱室内の排気工程で排気中のＣＯ₂濃度とＯ₂濃度を測定するセンサーを付属し、断熱材内部の温度を測定する温度センサーを取付け、排気ガスのＣＯ₂濃度、Ｏ₂濃度の監視及び断熱材内部の温度監視を行い、
加熱室内からの排気ガスを監視して、排気ガスのＣＯ₂濃度が減少し、Ｏ₂濃度が増加を続け、かつ断熱材内部の温度下降が急に落ち出した時点をバーンアウト終了したと判断し、その時点で空気導入を止め、排気を継続し、排気ガスのＯ₂濃度が零近くになったとき次回浸炭処理可能な炉状態とすることを特徴とする真空浸炭炉のバーンアウト方法によって上記本発明の課題を解決した。

本発明では、真空浸炭炉の加熱室内の断熱材をバーンアウトする手段として空気だけによりバーンアウトを行い、かつバーンアウト終了時期をセンサー類により監視して、容易かつ確実にバーンアウト終了時点を判定できる真空浸炭炉のバーンアウト方法を提供するものとなった。

本発明の実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施形態で使用する真空浸炭炉の概略側面ブロック断面図、図２（ａ）は図１の加熱室内の断熱材内部に設置した温度計の設置位置を示す要部拡大図、（ｂ）は（ａ）の断熱材５の厚さｗに対応した断熱材５内部に設置する温度計14の位置と断熱材内部の温度勾配を示す。図３は図１の加熱室内でバーンアウトを実施したときの、加熱室内の炉内温度、断熱材内部の温度、排気ガスのＣＯ₂濃度とＯ₂濃度のテストデータであり、左目盛りは温度、右目盛りは濃度、横軸は時間を示す。浸炭作業の工程は、図１において、入口扉１を開き図示しないワークを冷却室２内へ搬入し、入口扉１を閉め冷却室２を排気する。冷却室２の所定の排気を行った後、中間扉３を開きワークを加熱室４内の断熱５材枠内へ搬入し中間扉３を閉じる。その状態で、ワークを加熱し浸炭・拡散・降温工程の後、中間扉３を開きワークを冷却室２へ搬出し、中間扉３を閉じた後、ワークを油槽６に浸漬し焼入れ後ワークを引上げ、入口扉１を開き炉外に搬出する。

本発明の実施形態の真空浸炭炉のバーンアウト方法は、アルミナ・シリカ系セラミックス断熱材５により加熱室が断熱されている加熱室４を有する真空浸炭炉において、断熱材５に含浸した煤や炭化水素ガスの重合物を空気を導入し燃焼させる方法いわゆるバーンアウトであって、上記真空浸炭作業を完了した後に、
ａ，加熱室の温度を 850〜 950°Ｃに設定して、バーンアウト開始時は、図１の入口扉１及び中間扉３を締めた状態で開閉弁 7、8を閉じ、開閉弁９を開いた状態で、真空ポンプ10により加熱室４内を排気し、加熱室内は 850〜 950°Ｃに維持する。
ｂ，加熱室４内圧力が圧力計16で5 〜40Kpa 以下になった時点で開閉弁９を閉じ、開閉弁Ｃを開き空気を加熱室４内に注入してバーンアウトする。空気注入量は断熱材の内部表面積により決定する。
ｃ，断熱材に蓄積された煤・重合物は断熱材内部表面から徐々に内部へ燃焼していくが、炉内圧力が50〜90Kpa になった時点で開閉弁９を開け炉内の排気を行う。50〜90Kpa は炉内温度が高くなりすぎないよう大気圧のほぼ1/2 位から大気圧以下の圧力とした。
ｄ，また炉内温度が1,000 〜1,100 °Ｃになったら排気系の機器を損なうおそれがあるため、空気注入を止める。
ｅ，その後、炉内圧力が5 〜40Kpa になったら再び空気を注入してバーンアウトし、炉内圧力が50〜60Kpa になると空気を止め、開閉弁９を開け排気する。
ｆ，上記ａ乃至ｅを繰り返す。
その間排気時排気系配管11途中から分岐して配置された、排気ガスのＣＯ₂濃度計12とＯ₂濃度計13により、排気ガスのＣＯ₂濃度とＯ₂濃度の監視をする。
同時に断熱材内部に設置した温度計14により断熱材内部の温度を監視する。

図２は断熱材に設置する温度計14の位置と断熱材内部の温度勾配を示したもので、本実施例は炉内温度930 ℃として、シリカ・アルミナセラミックス断熱材により断熱した状態である。新品時の断熱性は、断熱材内部で930 °Ｃ、断熱材外側では約80℃である。
断熱材内部に設置する温度計14の位置は断熱材内部の断熱効果で新品時の500 ℃前後になる地点が望ましい。発明者らの実験では、500 °Ｃ以下では断熱材に煤・重合物が蓄積しないことを確認してあり、断熱材内部の500 °Ｃ以下になる、この地点を監視することにより後述のバーンアウト終了の判断が可能になる。
図３は図１の加熱室内でバーンアウトを実施したときの、加熱室内の炉内温度、断熱材内部の温度、排気ガスのＣＯ₂濃度及びＯ₂濃度のテストデータであり左目盛りは温度、右目盛りは濃度、横軸は時間を示す。
炉内温度は850 ℃に設定し空気を注入すると炉内温度はいったん上昇しその後下がる。断熱材内部温度もいったん上昇するがその後下がる。炉内温度は下がり続けるが断熱材温度の下降は炉内ほど急激でなく徐々に下がる傾向になる。これは断熱材内部の煤・重合物が炭を燃焼させたように燃焼しているためである。
排気ガスのＣＯ₂濃度は徐々に下がり続け、Ｏ₂濃度は徐々に上がり続ける。ＣＯ₂濃度が零近くになり、Ｏ₂濃度が増加を続け20％近くになったら断熱材の温度は急激に下がる。そして500 ℃以下になった時点でバーンアウトを終了とみなす。
その時点で空気導入を止め、排気を継続し排気ガスのＯ₂濃度が零近くになったとき次回浸炭処理可能な炉状態とした。この時点での断熱材の重量測定した結果、新品時とほとんど変わらないことを確認した。

本発明により、空気だけによりバーンアウトを行い、かつバーンアウト終了時期をセンサー類により監視して、容易かつ確実ににバーンアウト終了時点を判定できるようになり、これまで真空浸炭炉の加熱室内の断熱材のバーンアウトは操業度合いに関わらず一定時間行うことが一般的であったが、本発明により操業度の高い場合と低い場合はそれなりの必要な最適時間でバーンアウトができるようになった。

本発明の実施形態で使用する真空浸炭炉の概略側面ブロック断面図。（ａ）は図１の加熱室内の断熱材内部に設置した温度計の設置位置を示す要部拡大図、（ｂ）は（ａ）の断熱材５の厚さｗに対応した断熱材５内部に設置する温度計14の位置と断熱材内部の温度勾配を示す。図１の加熱室内でバーンアウトを実施したときの、加熱室内の炉内温度、断熱材内部の温度、排気ガスのＣＯ₂濃度及びＯ₂濃度のテストデータであり、左目盛りは温度、右目盛りは濃度、横軸は時間を示す。

符号の説明

１：入口扉、２：冷却室、３：中間扉、４：加熱室、５：断熱材、10：真空ポンプ
12：ＣＯ₂濃度計、13：Ｏ₂濃度計、14：断熱材内部温度計、15：加熱室内温度計
16：加熱室内圧力計

Claims

アルミナ・シリカ系セラミックス断熱材により加熱室が断熱されている加熱室を有する真空浸炭炉において、断熱材に含浸した煤や炭化水素ガスの重合物を空気を導入し燃焼させる方法いわゆるバーンアウトであって、真空浸炭作業を完了した後に、
ａ，加熱室の温度を 850〜 950°Ｃに設定して、加熱室内の排気を行い、
ｂ，加熱室内の圧力が5 〜40Kpa になった時点で、加熱室の大きさに応じた所定量の空気を加熱室内に導入し炉内の断熱材のバーンアウトを行い、
ｃ，加熱室内の圧力が50〜90Kpa になった時点で前記空気導入を止め加熱室内の排気を行い、
ｄ，加熱室内の圧力が50〜90Kpa に到達する前に、加熱室内の温度が1,000 〜1,100 ℃になったときには、前記空気導入を止め、加熱室内の排気を行い、
ｅ，加熱室内の排気中に加熱室内の圧力が5 〜40Kpa になった時点で、加熱室内の排気を止め再び空気を導入し加熱室内をバーンアウトする、
ｆ，上記ａ乃至ｅを繰り返し、
その間に、加熱室内の排気工程で排気中のＣＯ₂濃度とＯ₂濃度を測定するセンサーを付属し、断熱材内部の温度を測定する温度センサーを取付け、排気ガスのＣＯ₂濃度、Ｏ₂濃度の監視及び断熱材内部の温度監視を行い、
加熱室内からの排気ガスを監視して、排気ガスのＣＯ₂濃度が減少し、Ｏ₂濃度が増加を続け、かつ断熱材内部の温度下降が急に落ち出した時点をバーンアウト終了したと判断し、その時点で空気導入を止め、排気を継続し、排気ガスのＯ₂濃度が零近くになったとき次回浸炭処理可能な炉状態とすることを特徴とする真空浸炭炉のバーンアウト方法。