JP2007162055A - Method of generating atmospheric gas for carburizing - Google Patents
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本発明は、浸炭用雰囲気ガス発生方法に関し、詳しくは、鋼材製の部品等の迅速浸炭処理を効果的に行うことができる組成の浸炭用雰囲気ガスを発生させるための方法に関する。 The present invention relates to a carburizing atmosphere gas generation method, and more particularly to a method for generating a carburizing atmosphere gas having a composition capable of effectively performing a rapid carburizing process on a steel part or the like.
一酸化炭素と水素とを含む浸炭用雰囲気ガスを発生させる方法として、炭化水素と二酸化炭素と酸素とを爆発混合気範囲外の混合組成で混合した原料混合ガスを熱変成させることによって前記浸炭用雰囲気ガスを発生させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、原料混合ガスを熱変成させる際の変成炉内での煤の発生を抑制するため、複数の変成炉と水分除去手段とを直列に配置することが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかし、複数の変成炉及び水分除去手段を配置することにより、前記浸炭用雰囲気ガスを安定して発生させることができるが、設備の大型化や複雑化を招くという問題があった。 However, by arranging a plurality of shift furnaces and moisture removing means, the carburizing atmosphere gas can be stably generated, but there is a problem that the equipment is increased in size and complexity.
そこで本発明は、煤の発生を抑制しながら浸炭用雰囲気ガスを効率よく安定して発生させることができる浸炭用雰囲気ガス方法を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a carburizing atmosphere gas method that can efficiently and stably generate carburizing atmosphere gas while suppressing the generation of soot.
上記目的を達成するため、本発明の浸炭用雰囲気ガス発生方法における第1の構成は、ジメチルエーテルに、二酸化炭素、酸素及び空気の少なくとも1種を混合した原料混合ガスを、ニッケル触媒層を有する変成炉に導入し、触媒反応によって一酸化炭素と水素とを含む浸炭用混合ガスを発生させることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a first configuration in the carburizing atmosphere gas generation method of the present invention is a modification in which a raw material mixed gas in which at least one of carbon dioxide, oxygen, and air is mixed with dimethyl ether is provided with a nickel catalyst layer. It is introduced into a furnace and generates a carburized mixed gas containing carbon monoxide and hydrogen by a catalytic reaction.
また、本発明の浸炭用雰囲気ガスの発生方法における第2の構成は、ジメチルエーテルに、二酸化炭素、酸素及び空気の少なくとも1種を混合した原料混合ガスを、燃焼炉で燃焼させることによって一酸化炭素と水素とを含む浸炭用混合ガスを発生させることを特徴としている。 The second configuration of the carburizing atmosphere gas generation method of the present invention is that carbon monoxide is obtained by burning a raw material mixed gas in which at least one of carbon dioxide, oxygen and air is mixed with dimethyl ether in a combustion furnace. It is characterized by generating a carburized mixed gas containing hydrogen and hydrogen.
さらに、本発明の浸炭用雰囲気ガスの発生方法における第3の構成は、ジメチルエーテルに、二酸化炭素、酸素及び空気の少なくとも1種を混合した原料混合ガスを、浸炭炉内に噴射することによって一酸化炭素と水素とを含む浸炭用混合ガスを発生させることを特徴としている。 Furthermore, the third configuration of the method for generating an atmospheric gas for carburizing according to the present invention is such that a raw material mixed gas obtained by mixing dimethyl ether with at least one of carbon dioxide, oxygen and air is injected into a carburizing furnace. It is characterized by generating a carburized mixed gas containing carbon and hydrogen.
本発明の浸炭用雰囲気ガス発生方法によれば、従来の炭化水素に代えてジメチルエーテルを使用したことにより、一酸化炭素と水素との組成比が1:1に近い迅速浸炭用雰囲気ガスを得ることができるとともに、ジメチルエーテルが炭素−炭素結合(C−C)を有していないため、煤が発生しにくく、変成炉での目詰まりの問題も解消でき、浸炭炉内での製品への煤の付着もなくなる。 According to the carburizing atmosphere gas generation method of the present invention, by using dimethyl ether instead of the conventional hydrocarbon, a quick carburizing atmosphere gas having a composition ratio of carbon monoxide and hydrogen close to 1: 1 is obtained. Since dimethyl ether does not have carbon-carbon bonds (C-C), soot is less likely to be generated, and the problem of clogging in the shift furnace can be eliminated. There is no adhesion.
図1は本発明の浸炭用雰囲気ガス発生方法を実施するための浸炭用雰囲気ガス発生装置の第1形態例を示す系統図である。この浸炭用雰囲気ガス発生装置は、原料となるジメチルエーテル、二酸化炭素及び酸素をそれぞれ供給するジメチルエーテル供給源11、二酸化炭素供給源12及び酸素供給源13と、これらの供給量を調整するための流量調整器14,15,16と,これらを混合して原料混合ガスを得るためのガス混合器17と、ニッケル触媒層を有する変成炉18と、変成炉18での触媒反応によって生成した一酸化炭素と水素とを含む変成ガス(浸炭用混合ガス)を冷却するガス冷却器19と、浸炭用混合ガスの組成分析を行うガス分析計20とを備えており、生成した浸炭用混合ガスは、浸炭炉21に供給されて浸炭用雰囲気ガスとして使用される。
FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of a carburizing atmosphere gas generator for carrying out the carburizing atmosphere gas generation method of the present invention. This carburizing atmosphere gas generator includes a dimethyl
前記変成炉18には、反応温度を調節するための温度センサ22及びヒータ23が設けられており、原料混合ガスの組成に応じて最適な温度で触媒反応が進行するように、通常は1000〜1100℃の範囲、例えば1050℃程度に制御するようにしている。また、酸素供給源13から供給するガスは、酸素を含有する様々なガスを使用することができ、空気を使用することもできる。さらに、二酸化炭素供給源12及び酸素供給源13は、いずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
The shift furnace 18 is provided with a
このように形成した浸炭用雰囲気ガス発生装置において、ジメチルエーテル供給源11から供給されるジメチルエーテルと、酸素供給源13から供給される酸素ガスとを、モル比2:1で混合して変成炉18に導入し、ニッケル触媒によって変成反応させると、次式、
(CH3)2O+0.5O2→2CO+3H2
から、2モルの一酸化炭素と3モルの水素とが生成するので、一酸化炭素濃度40%、水素濃度60%の変成ガスが得られる。
In the carburizing atmosphere gas generator thus formed, dimethyl ether supplied from the dimethyl
(CH 3 ) 2 O + 0.5O 2 → 2CO + 3H 2
From this, 2 mol of carbon monoxide and 3 mol of hydrogen are produced, so that a modified gas having a carbon monoxide concentration of 40% and a hydrogen concentration of 60% is obtained.
また、ジメチルエーテル供給源11から供給されるジメチルエーテルと、二酸化炭素供給源12から供給される二酸化炭素とを、モル比1:1で混合して変成炉18に導入し、ニッケル触媒によって変成反応させると、次式、
(CH3)2O+CO2→3CO+3H2
から、3モルの一酸化炭素と3モルの水素とが生成するので、一酸化炭素濃度50%、水素濃度50%の変成ガスが得られる。
Further, when dimethyl ether supplied from the dimethyl
(CH 3 ) 2 O + CO 2 → 3CO + 3H 2
From this, 3 mol of carbon monoxide and 3 mol of hydrogen are produced, so that a modified gas having a carbon monoxide concentration of 50% and a hydrogen concentration of 50% is obtained.
酸素供給源13から空気を供給し、体積比でジメチルエーテルの2.38倍の空気と混合させて変成反応させると、2モルの一酸化炭素と3モルの水素と1.88モルの窒素とが生成するので、一酸化炭素濃度29%、水素濃度44%、窒素濃度27%の変成ガスが得られる。
When air is supplied from the
なお、ジメチルエーテルに混合するガスは、酸素のみ、空気のみを使用した場合、爆発濃度範囲がそれぞれ3.9〜61%、3.4〜27%であるため、爆発することがない二酸化炭素を用いることが安全上望ましい。また、ジメチルエーテルに混合するガスは、二酸化炭素のみ、酸素のみ、空気のみのいずれかであってもよいが、これらの2種以上をジメチルエーテルに混合してもよく、また、変成炉18の温度が高いときには吸熱反応の二酸化炭素を供給し、温度が低いときには発熱反応の酸素を供給するようにしてもよい。 The gas mixed with dimethyl ether uses carbon dioxide that does not explode because the explosion concentration ranges are 3.9 to 61% and 3.4 to 27%, respectively, when only oxygen and air are used. It is desirable for safety. The gas mixed with dimethyl ether may be carbon dioxide only, oxygen only, or air only, but two or more of these may be mixed with dimethyl ether, and the temperature of the transformation furnace 18 may be Carbon dioxide for endothermic reaction may be supplied when the temperature is high, and oxygen for exothermic reaction may be supplied when the temperature is low.
図2は、浸炭用雰囲気ガス発生装置の第2形態例を示す系統図である。なお、以下の説明において、前記第1形態例で示した浸炭用雰囲気ガス発生装置における構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 2 is a system diagram showing a second embodiment of the carburizing atmosphere gas generator. In the following description, the same components as those in the carburizing atmosphere gas generator shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この浸炭用雰囲気ガス発生装置は、ガス混合器17で混合した原料混合ガスを燃焼炉31の燃焼器32に導入して燃焼させることにより、変成反応を進行させて前記同様の組成を有する浸炭用混合ガスを発生させるようにしている。
This carburizing atmosphere gas generator introduces the raw material mixed gas mixed in the
図3は、浸炭用雰囲気ガスを浸炭炉内で発生させる方法の一形態例を示す系統図である。この方法では、ジメチルエーテル供給源11、二酸化炭素供給源12及び酸素供給源13からそれぞれ供給され、流量調整器14,15,16で流量調節されてガス混合器17で混合した原料混合ガスを、750℃以上に保持された浸炭炉21内に直接噴射し、浸炭炉21内で原料混合ガスの変成反応を進行させることにより、前記同様の組成を有する浸炭用混合ガスを発生させるようにしている。
FIG. 3 is a system diagram showing an example of a method for generating the carburizing atmosphere gas in the carburizing furnace. In this method, a raw material mixed gas supplied from a dimethyl
上記各形態例に示すように、ジメチルエーテルに、二酸化炭素、酸素及び空気の少なくとも1種を混合した原料混合ガスを、ニッケル触媒層を有する変成炉18に導入して触媒反応させたり、燃焼炉31で燃焼させたり、750℃以上に保持された浸炭炉21内に直接噴射したりすることにより、煤の発生を抑制しながら一酸化炭素と水素とのモル比が1:1に近い組成の浸炭用混合ガスを発生させることができる。この浸炭用混合ガスを浸炭炉内での浸炭用雰囲気ガスとして使用することにより、浸炭反応速度の向上が図れ、鋼材製の部品等の迅速浸炭処理を効果的に行うことができる。
As shown in the above embodiments, a raw material mixed gas obtained by mixing dimethyl ether with at least one of carbon dioxide, oxygen and air is introduced into a shift furnace 18 having a nickel catalyst layer to cause a catalytic reaction, or a
さらに、浸炭用雰囲気ガス中の一酸化炭素濃度を高めることができるので、迅速かつ安定した浸炭処理を行うことができ、例えば、孔を有する部品を浸炭処理する場合には孔の奥にまで十分に均一に浸炭することができたり、細かい部品を積み重ねてベルト搬送しながら浸炭する場合にはベルト上の部品の積み重ね厚さを増すことができたりするという効果が得られる。また、本発明方法は、簡単な装置構成で容易に実施でき、既存装置の転用も可能であるというメリットも有している。 Furthermore, since the carbon monoxide concentration in the atmosphere gas for carburizing can be increased, a quick and stable carburizing process can be performed. For example, when carburizing a part having a hole, it is sufficiently deep into the hole. Can be carburized uniformly, or when stacking fine parts and carburizing while conveying the belt, the stacking thickness of the parts on the belt can be increased. In addition, the method of the present invention has an advantage that it can be easily implemented with a simple apparatus configuration, and the existing apparatus can be diverted.
11…ジメチルエーテル供給源、12…二酸化炭素供給源、13…酸素供給源、14,15,16…流量調整器、17…ガス混合器、18…変成炉、19…ガス冷却器、20…ガス分析計、21…浸炭炉、22…温度センサ、23…ヒータ、31…燃焼炉、32…燃焼器
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