JP2018162475A - 浸炭炉の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】常圧ガス雰囲気の浸炭炉において、浸炭炉排ガスが有するエネルギーを安全に有効利用可能な浸炭炉の運転方法を提供する。【解決手段】浸炭炉から排出される炉内雰囲気ガスを少なくとも含む燃料ガスを、前記浸炭炉に設けられたラジアントチューブバーナに供給し、燃焼させて、前記ラジアントチューブバーナから回収した熱によって前記浸炭炉内の前記炉内雰囲気ガスを加熱する、常圧ガス雰囲気での浸炭炉の運転方法であって、浸炭炉内の圧力が大気圧以下とならないように前記浸炭炉から炉内雰囲気ガスを排出するとともに、排出された前記炉内雰囲気ガスを回収して、ラジアントチューブバーナに燃料ガスとして供給する、浸炭炉の運転方法を選択する。【選択図】なし

Description

本発明は、浸炭炉の運転方法に関する。

浸炭処理は、低炭素鋼を浸炭ガス中で加熱し、鋼材表面から炭素を拡散させて鋼材表層部のカーボン濃度を高めることで、鋼材表層部にマルテンサイト化された硬化層を形成する処理方法であり、鋼材表面の硬化技術として古くから知られている。

一般的に、浸炭処理技術として、電力を用いて加熱される浸炭炉内の常圧ガス雰囲気下でのガス浸炭法が知られている。浸炭炉内に供給する浸炭用雰囲気ガスとしては、メタン、プロパン、ブタン等の炭化水素系ガスを高温加熱されたニッケル触媒などで反応させて生成した変成ガスが用いられる。変成ガスには、ＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ_２（水素）ガス等の可燃性ガスが多く含まれている。

浸炭用雰囲気ガスは、浸炭炉に供給された後、鋼材である被処理体を浸炭処理するが、炉内に供給した浸炭用雰囲気ガス（以下、「炉内雰囲気ガス」とも記す）のほとんどは処理に寄与しないまま大気中に排気されて有効に利用されていないのが現状である。また、炉内雰囲気ガスは、上述したように可燃性ガスを多く含んでいるため、炉外に排気された後は燃焼させて大気中に放散させているのが一般的であり、エネルギー利用の観点から多くの無駄が生じているという課題があった。

上記課題を解決するための技術として、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１には、リサイクル装置として圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）を用いて浸炭炉から排出された炉内雰囲気ガス（以下、「浸炭炉排ガス」とも記す）を再精製し、再び浸炭用雰囲気ガスとして供給する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示された方法では、吸着塔やそれに充填する吸着材、昇圧装置などが必要となるため、装置が煩雑化し、設備コストの上昇を招くという問題点があった。

また、浸炭炉排ガスを有効利用する他の方法として、特許文献２が知られている。特許文献２には、減圧下の浸炭炉にラジアントチューブバーナを設置し、浸炭炉排ガスをラジアントチューブバーナの燃焼加熱源として用いることで、浸炭炉内雰囲気を加熱するエネルギーに有効利用する方法が開示されている。

特開２００８−２６７７７８号公報 特開２００４−３３２０７６号公報

しかしながら、特許文献２に開示された方法は、減圧下の浸炭炉に適用されるものであり、常圧ガス雰囲気の浸炭炉には適応できないという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、常圧ガス雰囲気の浸炭炉において、浸炭炉排ガスが有するエネルギーを安全に有効利用可能な浸炭炉の運転方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
［１］ 浸炭炉から排出される炉内雰囲気ガスを少なくとも含む燃料ガスを、前記浸炭炉に設けられたラジアントチューブバーナに供給し、燃焼させて、前記ラジアントチューブバーナから回収した熱によって前記浸炭炉内の前記炉内雰囲気ガスを加熱する、常圧ガス雰囲気での浸炭炉の運転方法であって、
浸炭炉内の圧力が大気圧以下とならないように前記浸炭炉から炉内雰囲気ガスを排出するとともに、
排出された前記炉内雰囲気ガスを回収し、ラジアントチューブバーナに燃料ガスとして供給する、浸炭炉の運転方法。
［２］ 前記浸炭炉から排出される炉内雰囲気ガスと、前記浸炭炉に供給する浸炭用雰囲気ガスとを熱交換する、前項［１］に記載の浸炭炉の運転方法。

本発明の浸炭炉の運転方法は、常圧ガス雰囲気の浸炭炉において、浸炭炉排ガスが有するエネルギーを安全に有効利用できる。

本発明を適用した一実施形態である浸炭炉の運転方法に適用可能な浸炭炉を備えた浸炭装置の構成の一例を示す系統図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である浸炭炉の運転方法について、これに適用可能な浸炭炉を備えた浸炭装置の構成と併せて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜浸炭装置＞
先ず、本発明を適用した一実施形態である浸炭炉の運転方法に適用可能な浸炭炉を備えた浸炭装置の構成について説明する。図１は、本発明を適用した一実施形態である浸炭炉の運転方法に適用可能な浸炭炉を備えた浸炭装置の構成の一例を示す系統図である。

図１に示すように、本実施形態に用いる浸炭装置１は、浸炭炉２、ラジアントチューブバーナ３、炉内圧力測定孔４、熱交換器５、ポンプ６、各種ガスに対応する流量計７〜９、自動調整弁１０〜１３、切替弁１４〜１８、差圧発信器１９、制御装置２０〜２２、各種ガスの供給及び排出経路Ｌ１〜Ｌ７、圧力測定用の管路Ｌ８、及び各信号線Ｃ１〜Ｃ６を備えて概略構成されている。

浸炭装置１は、浸炭炉２の内部空間（以下、単に「炉内」とも記す）２Ａに被処理材Ｓを収納した後、炉内２Ａに浸炭用雰囲気ガスを導入し、炉内２Ａを加熱することによって被処理材Ｓを浸炭処理する装置である。

浸炭処理の対象となる被処理材Ｓとしては、特に限定されるものではなく、各種の金属材料（鋼材）に対して適用することができる。特に、鉄系の金属材料が好ましく、特に好ましいのは、クロムモリブデン鋼などの合金鋼である。浸炭装置１を用いて被処理材Ｓを浸炭処理することにより、母材に炭素が固溶することで、その後の焼入処理により少なくともその表層部に、母材より硬度の高い炭素固溶硬化層を形成することができる。

浸炭炉２は、炉内２Ａに収納した被処理材Ｓを浸炭処理するために、浸炭用雰囲気ガスを炉内２Ａに導入できるとともに、炉内２Ａを加熱できるように構成されている。浸炭炉２には、炉内２Ａの主加熱源として電気加熱器（図示略）が設けられており、補助加熱源としてラジアントチューブバーナ３が設けられている。なお、本実施形態で用いる浸炭炉２は、バッチ式及び連続式運転のどちらにも対応することが可能である。また、浸炭用雰囲気ガスとしては、特に限定されるものではなく、ＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ_２（水素）ガス等の可燃性ガスを多く含む、浸炭処理に一般的に用いられる変成ガスを用いることができる。

浸炭炉２の炉壁２Ｂには、浸炭用雰囲気ガス供給源Ａから供給される浸炭用雰囲気ガスの導入口２ａと、浸炭炉２の外側に炉内雰囲気ガスを排出する排気口２ｂとが設けられている。導入口２ａには浸炭用雰囲気ガス供給路Ｌ１が、排気口２ｂには炉内雰囲気ガス排出路Ｌ２が、それぞれ接続されている。

また、浸炭炉２の炉壁２Ｂには、導出口２ｃが設けられている。これにより、浸炭炉２の外部に炉内雰囲気ガスを導出できる。導出口２ｃには、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３が接続されている。これにより、浸炭炉２から導出された炉内雰囲気ガスを、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内に回収することができる。

炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３には、導出口２ｃ側（一次側）から順に、切替弁１４、熱交換器５、自動調整弁１０、ポンプ６、流量計７、及び切替弁１５が設けられている。

熱交換器５は、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内の炉内雰囲気ガスと、浸炭用雰囲気ガス供給路Ｌ１内の浸炭用雰囲気ガスとを熱交換するために設けられている。炉内２Ａから炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内に導出される炉内雰囲気ガスは、炉内２Ａで加熱されて高温であるため、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３の後段に設けられた自動調整弁１０、ポンプ６、及び流量計７に導入する前に冷却する必要がある。そこで、熱交換器５において浸炭炉２に供給する前の浸炭用雰囲気ガスと熱交換することにより、炉内雰囲気ガスを冷却することができる。一方、熱交換器５において炉内２Ａから導出された高温の炉内雰囲気ガスと熱交換することにより、浸炭炉２に供給する前の浸炭用雰囲気ガスを加熱することができる。このように、熱交換器５によって、炉内２Ａから導出される炉内雰囲気ガスと、浸炭炉２に供給前の浸炭用雰囲気ガスとを熱交換することにより、炉内２Ａから導出される炉内雰囲気ガスが有する熱エネルギーを回収できるため、浸炭炉２を加熱するために必要なエネルギーを削減することができる。

熱交換器５の種類や構造は、特に限定されるものではなく、浸炭炉２の大きさや浸炭炉２から導出された炉内雰囲気ガスの回収量に応じて適宜選択することができる。具体的には、プレート式等の熱交換器を用いることができる。

自動調整弁１０は、炉内２Ａから炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３に導出する炉内雰囲気ガスの導出量を調整するために設けられている。また、自動調整弁１０は、信号線Ｃ２を介して制御装置２０と電気的に接続されている。これにより、本実施形態に用いる浸炭装置１では、制御装置２０から発信された制御信号に応じて自動調整弁１０の開度を調整することにより、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３に導出する炉内雰囲気ガスの導出量を自動的に調整することができる。

ポンプ６は、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内を吸引することにより、炉内２Ａの炉内雰囲気ガスを炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内に導出するために設けられている。ポンプ６の種類や構造は、特に限定されるものではなく、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３の大きさや炉内雰囲気ガスの回収量に応じて適宜選択することができる。具体的には、市販されているダイヤフラムポンプ等を用いることができる。

流量計７は、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内の炉内雰囲気ガスの流量を測定するために設けられている。流量計７は、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内の炉内雰囲気ガスの流量を測定可能であれば、特に限定されるものではない。具体的には、市販されている熱線式流量計等を用いることができる。また、流量計７は、信号線Ｃ３を介して制御装置２１と電気的に接続されている。これにより、本実施形態に用いる浸炭装置１では、流量計７で測定した炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内の炉内雰囲気ガスの流量の値を、信号線Ｃ３を介して制御装置２１に送ることができる。

切替弁１４，１５の種類や構造は、流路を開状態と閉状態とに切り替えることが可能であれば、特に限定されるものではない。具体的には、切替弁１４，１５としては、一般的な開閉弁を用いることができる。本実施形態に用いる浸炭装置１では、切替弁１４を炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３の入口側に設けて、ポンプ６の運転停止時等に閉状態とすることで、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３から炉内２Ａへの流体の逆流を防ぐことができる。また、切替弁１５を炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３の出口側に設けて、ポンプ６の運転停止時等に閉状態とすることで、可燃性ガス供給路Ｌ４から炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３への可燃性ガスの流入を防ぐことができる。

可燃性ガス供給路Ｌ４は、可燃性ガス供給源Ｂから都市ガス、プロパン等の一般的な可燃性ガスを燃料ガスとしてラジアントチューブバーナ３に供給するためのガス流路である。可燃性ガス供給路Ｌ４には、可燃性ガス供給源Ｂ側（一次側）から順に、調整弁１２、流量計８、及び切替弁１６が設けられている。

調整弁１２は、ラジアントチューブバーナ３によって炉内２Ａを加熱するために必要な可燃性ガスの供給量を制御するために設けられている。

流量計８は、可燃性ガス供給路Ｌ４内の可燃性ガスの流量を測定するために設けられている。流量計８としては、上述した流量計７と同様のものを用いることができる。また、流量計８は、信号線Ｃ５を介して制御装置２２と電気的に接続されている。これにより、本実施形態に用いる浸炭装置１では、流量計８で測定した可燃性ガス供給路Ｌ４内の可燃性ガスの流量の値を、信号線Ｃ５を介して制御装置２２に送ることができる。

切替弁１６としては、上述した切替弁１４，１５と同様のものを用いることができる。本実施形態に用いる浸炭装置１では、切替弁１６を可燃性ガス供給路Ｌ４の出口側に設けることで、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３から可燃性ガス供給路Ｌ４への炉内雰囲気ガスの流入を防ぐことができる。

炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３と、可燃性ガス供給路Ｌ４とは、合流した後にラジアントチューブバーナ３に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路Ｌ５を構成する。これにより、炉内２Ａから回収した炉内雰囲気ガス中の、浸炭処理に用いられなかったＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ_２（水素）ガス等の可燃性ガスを、ラジアントチューブバーナ３に燃料ガスとして供給できる。このように、炉内２Ａから排出される炉内雰囲気ガスをラジアントチューブバーナ３の燃料ガスとして再利用することができるため、浸炭炉２を加熱するために必要なエネルギーを削減することができる。

また、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３及び可燃性ガス供給路Ｌ４に設けられた切替弁１５，１６の開閉状態を操作することにより、燃料種を切り替えて一般的な可燃性ガスをラジアントチューブバーナ３の燃料ガスとして供給することができる。さらに、本実施形態に用いる浸炭装置１では、炉内雰囲気ガスと、一般的な可燃性ガスとを同時にラジアントチューブバーナ３の燃料ガスとして供給し、混焼することができる。

ラジアントチューブバーナ３は、浸炭炉２の炉壁２Ｂを貫通するように設けられている。ラジアントチューブバーナ３は、炉内２Ａの気体成分に影響を及ぼさない補助加熱源として用いられている。本実施形態において、ラジアントチューブバーナ３の種類や構造は、特に限定されるものではなく、浸炭炉２の構造や大きさに応じて適宜選択することができる。

ラジアントチューブバーナ３には、上述した燃料ガス供給路Ｌ５、空気や酸素等の支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給路Ｌ６、及び燃焼後の排ガスを排気する排気路Ｌ７が、それぞれ接続されている。

支燃性ガス供給路Ｌ６は、支燃性ガス供給源Ｃから空気や酸素等の一般的な支燃性ガスをラジアントチューブバーナ３に供給するためのガス流路である。支燃性ガス供給路Ｌ６は、途中で第１分岐路Ｌ６Ａと第２分岐路Ｌ６Ｂとに分岐した後、再び合流して、ラジアントチューブバーナ３に接続される。

第１分岐路Ｌ６Ａには、支燃性ガス供給源Ｃ側（一次側）から順に、切替弁１７、及び自動調整弁１１が設けられている。切替弁１７としては、上述した切替弁１４〜１６と同様のものを用いることができる。

自動調整弁１１は、支燃性ガス供給源Ｃから第１分岐路Ｌ６Ａを介してラジアントチューブバーナ３に供給する支燃性ガスの供給量を調整するために設けられている。また、自動調整弁１１は、信号線Ｃ４を介して制御装置２１と電気的に接続されている。これにより、本実施形態に用いる浸炭装置１では、制御装置２１から発信された制御信号に応じて自動調整弁１１の開度を調整することにより、第１分岐路Ｌ６Ａを介してラジアントチューブバーナ３に供給する支燃性ガスの供給量を自動的に調整することができる。
換言すると、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内からラジアントチューブバーナ３に供給される炉内雰囲気ガスを燃焼するために、第１分岐路Ｌ６Ａからの支燃性ガスの供給量が適正な範囲となるように、制御装置２１によって自動調整弁１１の開度が制御される。

第２分岐路Ｌ６Ｂには、支燃性ガス供給源Ｃ側（一次側）から順に、切替弁１８、及び自動調整弁１３が設けられている。切替弁１８としては、上述した切替弁１４〜１７と同様のものを用いることができる。

自動調整弁１３は、支燃性ガス供給源Ｃから第２分岐路Ｌ６Ｂを介してラジアントチューブバーナ３に供給する支燃性ガスの供給量を調整するために設けられている。また、自動調整弁１３は、信号線Ｃ６を介して制御装置２２と電気的に接続されている。これにより、本実施形態に用いる浸炭装置１では、制御装置２２から発信された制御信号に応じて自動調整弁１３の開度を調整することにより、第２分岐路Ｌ６Ｂを介してラジアントチューブバーナ３に供給する支燃性ガスの供給量を自動的に調整することができる。
換言すると、可燃性ガス導出路Ｌ４内からラジアントチューブバーナ３に供給される可燃性ガスを燃焼するために、第２分岐路Ｌ６Ｂからの支燃性ガスの供給量が適正な範囲となるように、制御装置２２によって自動調整弁１３の開度が制御される。

第１分岐路Ｌ６Ａと第２分岐路Ｌ６Ｂとが合流した後の支燃性ガス供給路Ｌ６には、ラジアントチューブバーナ３に供給する支燃性ガスの流量を測定するための流量計９が設けられている。流量計９としては、上述した流量計７，８と同様のものを用いることができる。本実施形態に用いる浸炭装置１では、炉内雰囲気ガス及び可燃性ガスをラジアントチューブバーナ３の燃料ガスとして用いて混焼する場合、それぞれを適正に燃焼するための支燃性ガス量が制御された上で供給される。

炉内圧力測定孔４は、炉内２Ａの圧力と大気圧との差圧を測定するために、浸炭炉２の炉壁２Ｂを貫通するように設けられた管路（孔）である。炉内圧力測定孔４は、管路Ｌ８を介して差圧発信器１９に接続されている。

差圧発信器１９は、炉内圧力測定孔４から得られた炉内２Ａの圧力と大気圧との差圧を測定し、電気信号として発信するものである。また、差圧発信器１９は、信号線Ｃ１を介して制御装置２０と電気的に接続されている。これにより、本実施形態に用いる浸炭装置１では、差圧発信器１９で測定された炉内２Ａと大気圧との差圧を、信号線Ｃ１を介して制御装置２０に送ることができる。さらに、制御装置２０から信号線Ｃ２を介して上記差圧に応じた制御信号を自動調整弁１０に送ることにより、自動調整弁１０の開度を自動的に調整することができる。

＜浸炭炉の運転方法＞
次に、本実施形態の浸炭炉の運転方法（すなわち、上述した浸炭装置１の運転方法）の一例について説明する。
本実施形態の浸炭装置１の運転方法（以下、単に「運転方法」とも記す）は、浸炭炉２から排出される炉内雰囲気ガスを少なくとも含む燃料ガスを、浸炭炉２に設けられたラジアントチューブバーナ３に供給して燃焼させて、ラジアントチューブバーナ３から回収した熱によって炉内２Ａの炉内雰囲気ガスを加熱する、常圧ガス雰囲気での運転方法である。その際、炉内２Ａの圧力が大気圧以下とならないように浸炭炉２から炉内雰囲気ガスを排出するとともに、排出された炉内雰囲気ガスを回収し、ラジアントチューブバーナ３に燃料ガスとして供給する。

具体的には、先ず、浸炭炉２の炉内２Ａに被処理材Ｓを収納する。次いで、浸炭炉２の炉内２Ａを主加熱源である電気加熱器を用いて加熱する。炉内２Ａの温度としては、一般的な浸炭温度である９３０℃とすることが好ましい。

次に、炉内２Ａの温度が浸炭温度に達したことを確認した後、切替弁１４〜１８が閉状態、ポンプ６が停止状態であることを確認した上で、浸炭用雰囲気ガス供給源Ａから浸炭用雰囲気ガス供給路Ｌ１を介して浸炭用雰囲気ガスを浸炭炉２の炉内２Ａに導入する。炉内２Ａへの浸炭用雰囲気ガスの導入量は、特に限定されるものではなく、浸炭炉２の規模や被処理材Ｓの材質等に応じて適宜選択することができる。

炉内２Ａへの浸炭用雰囲気ガスの導入により、炉内２Ａの圧力は大気圧以上となる。炉内２Ａの浸炭炉ガスを吸引する前の圧力（炉内２Ａと大気圧との初期差圧）としては、大気圧以上であれば、特に限定されるものではない。炉内２Ａと大気圧との初期差圧としては、例えば、ゲージ圧で２００〜３００Ｐａの範囲とすることができる。炉内２Ａの初期差圧を大気圧以上に維持することで、炉外からの空気の混入を防ぐことができるため、品質が安定した浸炭処理を安全に行うことができる。

浸炭炉２の炉内２Ａの雰囲気が浸炭用雰囲気ガスとなった後、被処理材Ｓの浸炭処理を開始する。なお、浸炭処理中、導入口２ａから浸炭炉２の炉内２Ａに導入された浸炭用雰囲気ガスは、被処理材Ｓの浸炭処理に用いられた後、炉内雰囲気ガスとして排気口２ｂから炉内雰囲気ガス排出路Ｌ２に排出される。

本実施形態の運転方法では、被処理材Ｓの浸炭処理が開始され、差圧発信器１９によって炉内２Ａの圧力と大気圧との初期差圧が２００〜３００Ｐａであることを確認した後、ポンプ６の運転を開始するとともに、切替弁１４，１５，１７を開状態とする。これにより、浸炭炉２の炉外に排出されていた炉内雰囲気ガスを炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内に回収する。

ここで、本実施形態の運転方法では、差圧発信器１９によって炉内２Ａの圧力と大気圧との差圧を測定し、その値に応じて自動調整弁１０の開度を操作する。これにより、炉内２Ａの圧力を大気圧以上（例えば５０Ｐａ程度）に維持しながら、ポンプ６によって炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内に吸引する炉内雰囲気ガスの流量を制御することができる。

次いで、熱交換器５において、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内に回収した炉内雰囲気ガスと、浸炭用雰囲気ガス供給路Ｌ１内の浸炭用雰囲気ガスとを熱交換する。これにより、炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内の炉内雰囲気ガスを冷却するとともに、浸炭用雰囲気ガス供給路Ｌ１内の浸炭用雰囲気ガスを加熱する。

次いで、流量計７によって炉内雰囲気ガス導出路Ｌ３内の炉内雰囲気ガスの流量を測定し、その値によって第１分岐路Ｌ６Ａ（支燃性ガス供給路Ｌ６）に設けた自動調整弁１１の開度を操作する。これにより、ラジアントチューブバーナ３に供給する支燃性ガスの流量を適正量に制御することができる。

次に、ラジアントチューブバーナ３において、燃料ガスとして供給された炉内雰囲気ガスと支燃性ガスとを燃焼させる。本実施形態の運転方法では、従来廃棄していた炉内雰囲気ガスを、浸炭処理の品質等に影響がないように安全に回収し、補助加熱源であるラジアントチューブバーナ３の燃料ガスとして再利用することができる。また、ラジアントチューブバーナ３を用いて浸炭炉２の炉内２Ａを補助加熱することができるため、主加熱源である電気加熱による消費電力を低減することができる。

なお、ラジアントチューブバーナ３への炉内雰囲気ガスの供給量が不足する場合、切替弁１６，１８を開状態とすることにより、可燃性ガス供給源Ｂから可燃性ガスを燃料ガスとしてラジアントチューブバーナ３へ供給することができる。その際、流量計８によって可燃性ガス供給路Ｌ４内の可燃性ガスの流量を測定し、その値によって第２分岐路Ｌ６Ｂ（支燃性ガス供給路Ｌ６）に設けた自動調整弁１３の開度を操作する。これにより、ラジアントチューブバーナ３に供給する支燃性ガスの流量を燃料ガスの種類に応じてそれぞれ適正量に制御することができる。

以上説明したように、本実施形態の浸炭装置１の運転方法では、浸炭炉２の炉外に排出していた炉内雰囲気ガスを回収し、補助加熱源であるラジアントチューブバーナ３の燃料ガスとして再利用するため、浸炭炉２を加熱するために必要なエネルギーを削減できる。また、炉内雰囲気ガスを回収する際、炉内２Ａの圧力を大気圧以上に維持することで、炉内２Ａへの空気の混入を防ぐため、品質が安定した浸炭処理を安全に行うことができる。したがって、本実施形態の浸炭装置１の運転方法によれば、常圧ガス雰囲気の浸炭炉２において、浸炭炉排ガスが有するエネルギーを安全に有効利用できる。

また、本実施形態の浸炭装置１の運転方法では、熱交換器５において炉内２Ａから導出される炉内雰囲気ガスと、浸炭炉２に供給前の浸炭用雰囲気ガスとを熱交換することで、炉内２Ａから導出される炉内雰囲気ガスが持つ熱エネルギーを回収できるため、浸炭炉２を加熱するために必要なエネルギーを削減することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態の浸炭装置１の運転方法では、補助加熱源であるラジアントチューブバーナ３を停止した状態から運転を開始する態様を一例として説明したが、これに限定されない。

具体的には、浸炭炉２の炉内２Ａに被処理材Ｓを収納し、切替弁１４，１５，１７が閉状態、切替弁１６，１８が開状態、ポンプ６が停止状態であることを確認した後、浸炭用雰囲気ガスを浸炭炉２の炉内２Ａに導入する。次いで、ラジアントチューブバーナ３に可燃性ガス供給源Ｂから可燃性ガスと、支燃性ガスとを供給して燃焼させることで、炉内２Ａを主加熱源である電気加熱器とともに、運転開始時から加熱する態様としてもよい。

以下、本発明の効果を、具体例を用いて詳細に説明する。
本発明の以下に示す実施例では、図１に示す構成の浸炭装置１を用いて行った。
また、浸炭炉２は常圧バッチ式とし、主加熱源として電気加熱器を用い、補助加熱源としてラジアントチューブバーナ３を用いた。
なお、浸炭炉２に供給する浸炭炉雰囲気ガスとして、ＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ_２（水素）ガスを多く含む変成ガスを用いるとともに、炉内２Ａと大気圧との初期差圧を２５０Ｐａとした。

（実施例１）
浸炭炉２に浸炭炉雰囲気ガスを供給するとともに、炉内２Ａと大気圧との差圧を３０Ｐａに維持しながら回収した炉内雰囲気ガスをラジアントチューブバーナ３へ供給し、燃料ガスとして再利用しながら、浸炭炉２の炉内２Ａを９３０℃に保持した。

（実施例２）
浸炭炉２に浸炭炉雰囲気ガスを供給するとともに、炉内２Ａと大気圧との差圧を３０Ｐａに維持しながら回収した炉内雰囲気ガスをラジアントチューブバーナ３へ供給し、燃料ガスとして再利用しながら、浸炭炉２の炉内２Ａを９３０℃に保持した。
さらに、熱交換器５において炉内２Ａから導出される炉内雰囲気ガスと、浸炭炉２に供給前の浸炭用雰囲気ガスとを熱交換して、炉内２Ａから導出される炉内雰囲気ガスの熱エネルギーを回収した。

（比較例）
浸炭炉２に浸炭炉雰囲気ガスを供給するとともに、炉内雰囲気ガスを再利用することなく、主加熱源である電気加熱器のみを用いて、浸炭炉２の炉内２Ａを９３０℃に保持した。

表１に、浸炭炉２の炉内２Ａを９３０℃に保持した際に使用した電力使用量を、比較例を１とした場合の実施例１及び実施例２の比率を示す。

表１に示すように、実施例１及び実施例２では、電力使用量が１未満であり、炉内２Ａから回収した炉内雰囲気ガスをラジアントチューブバーナ３へ供給し、燃料ガスとして再利用することによって電力使用量を削減できることが分かった。
また、実施例２では、炉内２Ａから導出される炉内雰囲気ガスと、浸炭炉２に供給前の浸炭用雰囲気ガスとを熱交換して、炉内２Ａから導出される炉内雰囲気ガスの熱エネルギーを回収することで、電力使用量をより削減できることが分かった。

なお、実施例１及び実施例２では、炉内２Ａと大気圧との差圧を３０Ｐａに維持しながら炉内雰囲気ガスを回収したので、炉内２Ａに大気が混入することなく、安全に運転することができた。

１…浸炭装置
２…浸炭炉
２Ａ…炉内（浸炭炉の内部空間）
２Ｂ…炉壁
２ａ…導入口
２ｂ…排気口
２ｃ…導出口
３…ラジアントチューブバーナ
４…炉内圧力測定孔４
５…熱交換器
６…ポンプ
７〜９…流量計
１０〜１３…自動調整弁（調整弁）
１４〜１８…切替弁
１９…差圧発信器
２０〜２２…制御装置
Ａ〜Ｃ…供給源
Ｃ１〜Ｃ６…信号線
Ｌ１〜Ｌ７…流路
Ｌ８…管路
Ｓ…被処理材

Claims (2)

1. 浸炭炉から排出される炉内雰囲気ガスを少なくとも含む燃料ガスを、前記浸炭炉に設けられたラジアントチューブバーナに供給し、燃焼させて、前記ラジアントチューブバーナから回収した熱によって前記浸炭炉内の前記炉内雰囲気ガスを加熱する、常圧ガス雰囲気での浸炭炉の運転方法であって、
   浸炭炉内の圧力が大気圧以下とならないように前記浸炭炉から炉内雰囲気ガスを排出するとともに、
   排出された前記炉内雰囲気ガスを回収し、ラジアントチューブバーナに燃料ガスとして供給する、浸炭炉の運転方法。
2. 前記浸炭炉から排出される炉内雰囲気ガスと、前記浸炭炉に供給する浸炭用雰囲気ガスとを熱交換する、請求項１に記載の浸炭炉の運転方法。

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