JP2007270338A - 窒化炉および窒化処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化炉であって、窒化処理を行う均熱室に略円筒状のセラミックス製ラジアントチューブを設けたガス加熱方式であり、セラミックス製ラジアントチューブの直径が60〜140mmとし、且つ均熱室の内容積に対してセラミックス製ラジアントチューブの体積が1.0%以上を占める窒化炉。
【選択図】なし
Description
窒化炉の炉体100において、被処理物(図示しない)の搬入口61から搬出口65に向かって、昇温室2、均熱室3、冷却室4、油冷却室5が設けられており、それぞれの室はシャッター62、63、64で仕切られており、被処理物が通過する時に開閉される。昇温室2、均熱室3、冷却室4にはローラーハース7が設けられており、被処理物を順次搬送する。油冷却室5にはローラーハースは設けられておらず、被処理物を油層51に浸漬するためのリフターが設置されている。
昇温室2、均熱室3、冷却室4にはそれぞれ加熱用のヒータ21、31、32、33、34,41が設置されており、このうち均熱室の加熱用ヒータ31、32、33、34はセラミックス製ラジアントチューブヒータが設けられており、均熱室3には、室内の雰囲気を攪拌するためのファン35、36が設けられている。
また、搬入口61に被処理物を投入するための入口コンベア1が設けられている。
均熱室2には、アンモニアガスとRX変成ガスがそれぞれ均熱室2に設けられたガス供給口(図示しない)から導入され、被処理物は500〜600℃の温度で窒化処理が実施される。
このセラミックス製ラジアントチューブバーナの体積は、均熱室の内容積に対して1.0%以上、好ましくは1.5%以上が良い。
また、セラミックス製ラジアントチューブバーナの表面積(m2)(炉内に暴露されている部分)の数値は、均熱室の内容積(m3)の数値に対して0.8%以上、好ましくは1.0%以上が好ましい。両者は単位は異なるが、単位を無視して値のみを比較する。該セラミックス製ラジアントチューブが均熱室の内容量(体積)に対し前記所定の表面積以上を有することが、本発明の制御に好ましい。
セラミックス製のアウターチューブ10の中に、セラミックス製のインナーチューブ11を設けられ、炉の雰囲気とはアウターチューブ10が接するため、ニッケルやクロムのようなアンモニア分解に関する触媒作用を防止することができる。
インナーチューブ11の中にバーナノズル15が設定され、バーナノズル15に燃焼用ガス導入口12、燃焼空気入口14からそれぞれガスと空気16が供給され、スパークプラグ(図示しない)による火花により点火されガスが燃焼する。燃焼済みのガスは排気出口13から排気17される。
本発明者らは様々な面から検討した結果、燃焼用空気と燃料ガスとの混合が悪くなり、燃焼しない場合が生じることを見出し、前記比例制御やPID制御が不能となることがわかった。そして、この問題を、燃焼用空気比を高くすることにより、不完全燃焼を防ぎ、前記制御が良好に実施できることを見出した。
30kW/m3以下であれば、セラミックス製ラジアントチューブの表面温度を700℃以下とすることが容易である。好ましくは25kW/m3以下、さらに好ましくは20kW/m3以下である。
次に実施例により本発明の好適な例を説明する。
前記セラミックス製チューブバーナの先端(表2の1400mm)から900mmを前記均熱室内に暴露した状態で、炉内雰囲気温度を600℃に設定して、ガスの組成を変えたものを準備し、ガスの供給量を一定にした結果を表1、表2に示す。このセラミックス製ラジアントチューブバーナの体積は、均熱室の内容積に対して約3.4%であった。また、セラミックス製ラジアントチューブバーナの表面積(m2)の数値は、均熱室の内容積(m3)の数値に対して約1.1%であった。
実施例1は燃焼用空気比が1.58のもので、炉内雰囲気を600℃に保持したときに、セラミックス製チューブバーナの表面温度が、最も低い先端で622℃、最も高い先端から800mmの位置(表中600mm)の部分が685℃で700℃を下回ることができた。また、発生するNOx値は問題ないレベルであった。
これに対し、燃焼空気比がそれぞれ1.17、1.29の比較例1、比較例2においては、いずれも外管の表面温度がセラミックス製チューブバーナの先端を除いては700℃を超えていた。
このときの「ガス燃焼量/均熱室の容積」は表1の通りだった。
複数あるセラミックス製ラジアントチューブバーナの体積の和は、均熱室の内容積に対して約1.8%であった。また、セラミックス製ラジアントチューブバーナの表面積(m2)の数値は、均熱室の内容積(m3)の数値に対して約1.4%であった。
この中に昇温室、均熱室、冷却室の順に所定のワークを順次投入した。窒化する均熱室の雰囲気の温度は570℃に設定し、セラミックス製ラジエントバーナで燃焼させる燃焼用空気比を1.6とし、炉内の雰囲気温度を熱電対により測定し、混合ガスの供給流量を可変することによるPID制御により、温度を制御した。このときチューブ表面温度は700℃以下に保持された。
アンモニアガスとRX変成ガスは50:50で投入されたが、炉内の残留アンモニア量を測定すると、アンモニアの分解は数%〜10%以内の範囲に抑えられた。
Claims (6)
- 昇温室と均熱室と冷却室を有する窒化炉であって、窒化処理を行う均熱室に略円筒状のセラミックス製ラジアントチューブを設けたガス加熱方式であり、該セラミックス製ラジアントチューブの直径が60〜140mmであって、且つ均熱室の内容積に対してセラミックス製ラジアントチューブの体積が1.0%以上を占める、窒化炉。
- 前記均熱室の炉体の天井部および側壁が、炉殻層と、前記炉殻層の内側に設けた断熱層と、前記断熱層の内側に設けたセラミックスファイバー層とによって構成されたことを特徴とする、請求項1に記載の窒化炉。
- 前記セラミックス製ラジアントチューブ材質はSiCを主成分としたセラミックスであることを特徴とする、請求項1または2に記載の窒化炉。
- 前記窒化炉を用いた窒化処理方法において、均熱室にアンモニアガスとRXガス又は窒素ガスを導入し、前記セラミックス製ラジアントチューブバーナにより雰囲気ガスを500〜600℃に加熱して被処理物を窒化処理する際に、セラミックス製ラジアントバーナチューブの表面温度を700℃以下に保つことを特徴とする、窒化処理の方法。
- 前記セラミックス製ラジアントチューブバーナの加熱制御において、バーナの出力を比例制御またはPID制御で行うことを特徴とする、請求項4に記載の窒化処理の方法。
- 前記セラミックス製ラジアントチューブバーナの加熱において、バーナに供給されるガスの組成を変えることにより、均熱室における「バーナの燃焼量/均熱室の内容積」が、30kW/m3以下とすることを特徴とする、請求項4または5に記載の窒化処理。
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