JP2010001567A - 金属材料を熱処理するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱処理室2.1を備えた加熱室2及び焼き入れ室8を有する工業用炉1内で金属材料を熱処理するための方法に於いて、シールドガスをリサイクルするために、a)工業用炉の加熱室のための、構造的に又は機能的に熱処理室に関連して配置され、かつ触媒床3.1を備えた準備室3に於いて、二酸化炭素、酸素及び水蒸気を、反応ガスとして送り込まれた炭化水素と触媒反応させることにより、一酸化炭素及び水素に変換し、b)触媒床の触媒により、前記反応を加速させ、c)前記反応の後に、シールドガスを制御されたCポテンシャル状態とし、d)このようにして処理された前記シールドガスを、熱処理室から準備室に再循環させる。
【選択図】図1
Description
− 耐火性のライニング、
− Ni、Cu、Mn、Cr、Fe或いはPtからなる金属触媒、
− セラミックライニング上に設けられた触媒層、
− 網状の触媒ライニング、
− 触媒を備えた攪拌機或いは
− 表面積が拡大された触媒ライニング等が公知となっている。
− シールドガスの節約及び熱損失の低減、
− 浸炭のための炭化水素或いは天然ガスの適切な供給及び
− シールドガスのCポテンシャルの制御並びに制御されない或いは望ましくない反応の排除が望まれる。
− 最少量の一酸化炭素、水素及び窒素に加えて、所定量の二酸化炭素、酸素及び水蒸気を含むシールドガスからなる第1の処理媒体と、
− 浸炭処理に利用可能な反応ガスからなる第2の処理媒体とを用いて、
シールドガスの節約及び熱損失の低減のためにシールドガスをリサイクルし、浸炭のための炭化水素或いは天然ガスの適切な供給を行い、シールドガスのCポテンシャルの制御並びに制御されない或いは望ましくない反応の排除を行なうことにある。
a)前記工業用炉の加熱室のための、構造的に又は機能的に前記熱処理室に関連して配置され、かつ触媒床を備えた準備室に於いて、前記二酸化炭素、酸素及び水蒸気を、前記反応ガスとして送り込まれた炭化水素と触媒反応させることにより、一酸化炭素及び水素に変換し、
b)前記触媒床の触媒により、前記反応を加速させ、
c)前記反応の後に、前記シールドガスを制御されたCポテンシャル状態とし、
d)このようにして処理された前記シールドガスを、前記熱処理室から前記準備室に再循環させることにより達成される。
2CO −> C + CO2
CO + H2 −> C + H2O
CO −> C + 0.5O2
により表され、Cポテンシャルが低下し、CO2、H2O及びO2の体積%が増大するような反応として行なうことができる。
2CH4 + O2 −> 2CO + 4H2
CH4 + CO2 −> 2CO + 2H2
CH4 + H2O −> CO + 3H2
により表され、Cポテンシャルが低下し、CO2、H2O及びO2の体積%が増大するような反応として行なうことができる。
a)ガス分析を行うように構成され、かつ前記準備室に対応するCポテンシャル制御を行なうCポテンシャル制御部と、
b)再循環されるシールドガスを、制御された量の空気及び反応ガスを供給すると共に循環させる循環装置と、
c)圧力制御部を備え、圧力低下のためのガス吸収の機能を果たす、燃焼部のためのガス密封弁と、
d)前記した要素a)〜c)が、制御回路に機能的に接続されていることを特徴とするものであって良い。
− 頻繁なスキャベンジング過程のために、冷却処理室或いは焼き入れ室の燃焼部に於けるガスの消費が多大となり、
− 天然ガス等からなる反応ガスの濃度を高めようとしても炭素レベルが低下し、
− システムが開放的であることにより、シールドガスのエネルギ熱損や、その他の熱損が大きく、
− スキャベンジング過程のために、浸炭処理に必要となる炭素成分フローのためのコストが増大する。
a)触媒床3.1に関連して設けられた、O2センサ5.1、COアナライザ5.2及び温度センサ5.3を有するCポテンシャル制御部5と、
b)再循環されるシールドガスを、制御された量の空気11及び天然ガス10と共に循環させる循環装置4と、
c)圧力制御部6.2を備え、圧力低下のためのガス抜きの機能を果たす、燃焼部6のためのガス密封弁6.1とを有する。
2CO −> C + CO2
CO + H2 −> C + H2O
CO −> C + 0.5O2
2CH4 + O2 −> 2CO + 4H2
CH4 + CO2 −> 2CO + 2H2
CH4 + H2O −> CO + 3H2
2 加熱室
2.1 熱処理室
2.2 第1の供給部
3 準備室
3.1 触媒床
3.2 第2の供給部
4 循環装置
5 Cポテンシャル制御部
5.1 O2センサ
5.2 COアナライザ
5.3 温度センサ
6 燃焼部
6.1 密封弁
6.2 圧力制御装置
7 内部ドア
8 焼き入れ室
9 外部ドア
10 供給炭化水素
11 供給空気
R 制御回路
Claims (22)
- 最少量の一酸化炭素、水素及び窒素に加えて、所定量の二酸化炭素、酸素及び水蒸気を含むシールドガスからなる第1の処理媒体と、浸炭処理に利用可能な反応ガスからなる第2の処理媒体とを用いて、熱処理室(2.1)を備えた加熱室(2)及び焼き入れ室(8)を有する工業用炉(1)内で金属材料を熱処理するための方法であって、
前記シールドガスをリサイクルするために、
a)前記工業用炉(1)の加熱室(2)のための、構造的に又は機能的に前記熱処理室(2.1)に関連して配置され、かつ触媒床(3.1)を備えた準備室(3)に於いて、前記二酸化炭素、酸素及び水蒸気を、前記反応ガスとして送り込まれた炭化水素と触媒反応させることにより、一酸化炭素及び水素に変換し、
b)前記触媒床(3.1)の触媒により、前記反応を加速させ、
c)前記反応の後に、前記シールドガスを制御されたCポテンシャル状態とし、
d)このようにして処理された前記シールドガスを、前記熱処理室(2.1)から前記準備室(3)に再循環させることを特徴とする方法。 - 前記触媒床(3.1)の前記触媒として、ニッケル、白金、パラジウム又はロジウムが用いられることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 浸炭処理に於ける炭素の移動の各相について、反応ガスからなる炭素を、ガス浸炭のために必要な量だけ供給することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記反応ガスとして天然ガスが用いられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の方法。
- 前記熱処理室(2.1)に於けるガス浸炭を
2CO −> C + CO2
CO + H2 −> C + H2O
CO −> C + 0.5O2
により表され、Cポテンシャルが低下し、CO2、H2O及びO2の体積%が増大するような反応として行ない、
前記準備室(3)に於いて、前記触媒床(3.1)上で、ガス濃縮反応を
2CH4 + O2 −> 2CO + 4H2
CH4 + CO2 −> 2CO + 2H2
CH4 + H2O −> CO + 3H2
により表され、Cポテンシャルが低下し、CO2、H2O及びO2の体積%が増大するような反応として行なうことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載の方法。 - Cポテンシャルが、ガス分析及び温度計測により制御されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1に記載の方法。
- 前記加熱室(2)の前記熱処理室(2.1)に於けるCポテンシャルが、前記触媒床(3.1)への炭化水素の供給により制御されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1に記載の方法。
- 前記加熱室(2)の前記熱処理室(2.1)に於けるCポテンシャルが、前記熱処理室(2.1)への炭化水素の供給により制御され、前記炭化水素を再循環させて、前記触媒床(3.1)上で反応させることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1に記載の方法。
- シールドガスは、許容以上の圧力上昇があった場合には、その作動圧力を制御するために、或いは短時間のスキャベンジングが必要となった場合には、燃焼部(6)に導かれて、着火・燃焼されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1に記載の方法。
- 作動圧力が1〜10mbarであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1に記載の方法。
- 作動圧力の低下に従って、対応するよう反応ガス及び空気或いはシールドガスの供給を調節することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1に記載の方法。
- 水素の過剰分が発生した場合には、それを除去することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1に記載の方法。
- 等温過程的な煤の発生等の好ましくない反応を回避するために、供給ガスの強制循環を実行することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1に記載の方法。
- 前記加熱室(2)から、供給ガスを冷却することなく再循環的に引き出すことにより、供給ガスの強制循環を実行することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1に記載の方法。
- 前記焼き入れ室(8)から、供給ガスを再循環的に引き出すことにより、供給ガスの強制循環を実行することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1に記載の方法。
- 熱処理室(2.1)を備えた加熱室(2)及び該熱処理室に構造的に又は機能的に関連して配置され、かつ触媒床(3.1)を備えた準備室(3)並びに焼き入れ室(8)を有する工業用炉(1)内で金属材料を熱処理するための方法を実行するための装置であって、
a)ガス分析を行うように構成され、かつ前記準備室(3)に対応するCポテンシャル制御を行なうCポテンシャル制御部(5)と、
b)再循環されるシールドガスを、制御された量の空気及び反応ガスと共に循環させる循環装置(4)と、
c)圧力制御部(6.2)を備え、圧力低下のためのガス吸収の機能を果たす、燃焼部(6)のためのガス密封弁(6.1)と、
d)前記した要素a)〜c)が、制御回路(R)に機能的に接続されていることを特徴とする装置。 - 前記加熱室(2)から供給ガスを引き出すために、前記加熱室(2)から前記焼き入れ室(8)に至る気密内部ドア(7)が設けられていることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記加熱室(2)から供給ガスを引き出すために、前記加熱室(2)と前記焼き入れ室(8)との間に気密内部ドア(7)が設けられ、前記焼き入れ室(8)に気密外部ドア(9)が設けられていることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記熱処理室(2.1)が、シールドガスの供給及び又は炭化水素の供給のための第1の供給部(2.2)を有することを特徴とする請求項16乃至18のいずれか1に記載の装置。
- 前記準備室(3)が、炭化水素の供給のための第2の供給部(3.2)を有することを特徴とする請求項16乃至18のいずれか1に記載の装置。
- 触媒床(3.1)を備えた前記準備室(3)が、前記加熱室(2)から局部的に分離されていることを特徴とする請求項16乃至20のいずれか1に記載の装置。
- 前記Cポテンシャル制御部(5)が、O2センサ(5.1)、COアナライザ(5.2)及び温度センサ(5.3)を有することを特徴とする請求項16乃至21のいずれか1に記載の装置。
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