JP2023117175A - 雰囲気制御方法及び雰囲気炉 - Google Patents

Abstract

【課題】雰囲気ガスに不活性ガス及び水素ガスを用い、雰囲気を無脱炭とすることが可能な雰囲気炉及びその雰囲気制御方法を提供する。【解決手段】雰囲気ガスに不活性ガス及び水素ガスを用いて被処理物を熱処理する雰囲気炉の炉内の雰囲気を無脱炭にする雰囲気制御方法であり、炉内における酸素分圧をＰＯ２（ａｔｍ）、水分分圧をＰＨ２Ｏ（ａｔｍ）、水素分圧をＰＨ２（ａｔｍ）とし、酸素分圧（ＰＯ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（ＰＨ２／ＰＨ２Ｏ）の少なくとも一方を対象として、熱処理の温度域において、炉内の雰囲気を無脱炭にする対象の範囲を無脱炭領域と定め、無脱炭領域を除いた対象の範囲を調節領域と定めて、熱処理時の炉内における対象を計測して計測値を取得し、計測値が調節領域である場合に、炉内への水素ガスの供給量を調節して、調節により、計測値が無脱炭領域になるように、対象を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、雰囲気ガスに不活性ガス及び水素ガスを用いて被処理物を熱処理する雰囲気炉及びその炉内の雰囲気を無脱炭にする雰囲気制御方法に関する。

金属を材料に用いた被処理物は、内部応力の除去、硬さの調整、加工性の向上などの目的に応じて熱処理を施される。この熱処理は、炉内を雰囲気ガスで満たした雰囲気炉を使用し、炉内で被処理物を高温度に加熱した後、冷却することにより、金属組織の構造を変化させることで実施される。
通常、雰囲気ガスには、特許文献１に記載のように、プロパンガス等を変成して得られるＲＸガスなどの石油系ガスが使用されている。こうしたＲＸガスなどの石油系ガスは、一酸化炭素を含み、一酸化炭素を炭素源として被処理物の表面に炭素が添加される「浸炭」が生じる。このため、特許文献１は、炉内の雰囲気のカーボンポテンシャル値を調整して浸炭をコントロールしている。
また、特許文献２に記載のように、カーボンポテンシャル値は、浸炭のみならず、被処理物の表面から炭素が喪われる、所謂「脱炭」にも影響を及ぼす。特許文献２は、熱処理を施される被処理物の機械的性質や金属組織を自在に操るべく、カーボンポテンシャル値を調整するため、熱処理炉内雰囲気のカーボンポテンシャル値を、操作者等により簡単に把握させることを可能にしている。

特開２０１０－２８５６４２号公報 特開２０２１－６３２８８号公報

上述したように、雰囲気ガスに石油系ガスを使用する雰囲気炉は、雰囲気中の炭素当量を示すカーボンポテンシャル値に配慮し、これを調整して、浸炭や脱炭をコントロールしている。
近時は、カーボンニュートラル等といった環境配慮への意識の高まりから、脱炭素を要求されており、雰囲気ガスとして水素ガスや不活性ガスのような炭素を含まないガスの使用が検討されている。
雰囲気ガスに炭素を含まないガスを使用した場合には、カーボンポテンシャル値に依拠せずに浸炭や脱炭をコントロールする手段が必要となり、特に、被処理物の酸化を防止するため、雰囲気を無脱炭とすることが望まれる。

本発明は、このような従来技術が有していた問題点を解決しようとするものであり、雰囲気ガスに不活性ガス及び水素ガスを用い、雰囲気を無脱炭とすることが可能な雰囲気炉及びその雰囲気制御方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するべく、請求項１に記載の発明は、雰囲気ガスに不活性ガス及び水素ガスを用いて被処理物を熱処理する雰囲気炉の炉内の雰囲気を無脱炭にする雰囲気制御方法であって、
前記炉内における酸素分圧をＰ_Ｏ２（ａｔｍ）、水分分圧をＰ_Ｈ２Ｏ（ａｔｍ）、水素分圧をＰ_Ｈ２（ａｔｍ）とし、
前記酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、前記水分分圧に対する前記水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を対象として、
前記熱処理の温度域において、前記炉内の雰囲気を無脱炭にする前記対象の範囲を無脱炭領域と定め、前記無脱炭領域を除いた前記対象の範囲を調節領域と定めて、
熱処理時の炉内における前記対象を計測して計測値を取得し、
前記計測値が前記調節領域である場合に、前記炉内への前記水素ガスの供給量を調節して、
前記調節により、前記計測値が前記無脱炭領域になるように、前記対象を制御する、ことを要旨とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の範囲において、前記対象が前記酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の場合、
前記無脱炭領域は、前記酸素分圧が４．５×１０^－２３（ａｔｍ）未満の範囲（Ｐ_Ｏ２＜４．５×１０^－２３）であり、
前記調節領域は、前記酸素分圧が４．５×１０^－２３（ａｔｍ）以上２．０×１０^－１９（ａｔｍ）以下の範囲（４．５×１０^－２３≦Ｐ_Ｏ２≦２．０×１０^－１９）であることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の範囲において、前記対象が前記比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の場合、
前記無脱炭領域は、前記比が４５を超える範囲（４５＜（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ））であり、
前記調節領域は、前記比が１．０以上４５以下の範囲（１≦（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）≦４５）であることを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記炉内への前記水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）と前記不活性ガスの供給量（Ｖ_Ｉｎ）を合計したガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）について、前記調節による前記水素ガスの供給量の変更に応じて、前記炉内への前記不活性ガスの供給量を増減させることにより、前記ガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）を一定値とすることを要旨とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の雰囲気制御方法を用い、炉内の雰囲気を無脱炭にして被処理物を熱処理する雰囲気炉であって、
前記被処理物を出し入れする開口部が設けられた炉体と、
前記炉体の炉内の温度を調整する炉温調整手段と、
前記炉体に接続された水素ガス供給系、及び前記水素ガス供給系に接続された第１制御弁と、
前記炉体に接続された不活性ガス供給系、及び前記不活性ガス供給系に接続された第２制御弁と、
前記炉体の炉内における酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）に対する水素分圧（Ｐ_Ｈ２）の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を計測する計測器と、
前記計測器による計測値に基づき、前記第１制御弁を操作して、前記水素ガス供給系による前記炉体の炉内への水素ガスの供給量を調節する制御器と、を備えることを要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記炉体は炉内に、前記被処理物を加熱する加熱室と、前記被処理物を冷却する冷却室と、を備え、
前記水素ガス供給系は、前記加熱室へ水素ガスを供給し、
前記不活性ガス供給系は、複数に分岐して前記加熱室及び前記冷却室へ不活性ガスを供給することを要旨とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記加熱室における水素ガスの濃度は、３ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であることを要旨とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記加熱室に前記被処理物を入れる前記開口部を入口側開口部とし、
前記加熱室において、前記水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）と前記不活性ガスの供給量（Ｖ_Ｉｎ）を合計したガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）は、前記入口側開口部の開口面積１ｄｍ^２あたり、４ｍ^３／ｈ以上８ｍ^３／ｈ以下であることを要旨とする。
請求項９に記載の発明は、請求項５乃至８のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却室は、前記加熱室と隣接して設けられた主冷却室と、前記主冷却室に隣接して設けられたスロート室と、を備え、
前記スロート室は、前記主冷却室との間の開口部を開閉する第１扉と、
前記開口部として前記被処理物を炉内から出す出口側開口部を開閉する第２扉と、
を備え、
前記制御器は、前記第２扉の開閉を操作して、前記出口側開口部の開放時に前記不活性ガス供給系から前記スロート室へ不活性ガスを供給することを要旨とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記スロート室への前記不活性ガスの供給量（Ｖ_Ｉｎ）は、前記出口側開口部の開口面積１ｄｍ^２あたり、４ｍ^３／ｈ以上８ｍ^３／ｈ以下であることを要旨とする。

本発明によれば、雰囲気ガスに不活性ガス及び水素ガスを用い、雰囲気を無脱炭とすることが可能な雰囲気炉及びその雰囲気制御方法を提供することができる。

実施形態の雰囲気制御方法の一例を示すフローチャート。 実施例の雰囲気炉を示す概略説明図。

ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

［１］雰囲気制御方法
本発明の雰囲気制御方法は、雰囲気ガスに不活性ガス及び水素ガスを用いて被処理物を熱処理する雰囲気炉の炉内の雰囲気を無脱炭にする雰囲気制御方法であって、
前記炉内における酸素分圧をＰ_Ｏ２（ａｔｍ）、水分分圧をＰ_Ｈ２Ｏ（ａｔｍ）、水素分圧をＰ_Ｈ２（ａｔｍ）とし、
前記酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、前記水分分圧に対する前記水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を対象として、
前記熱処理の温度域において、前記炉内の雰囲気を無脱炭にする前記対象の範囲を無脱炭領域と定め、前記無脱炭領域を除いた前記対象の範囲を調節領域と定めて、
熱処理時の炉内における前記対象を計測して計測値を取得し、
前記計測値が前記調節領域である場合に、前記炉内への前記水素ガスの供給量を調節して、
前記調節により、前記計測値が前記無脱炭領域になるように、前記対象を制御する、ことを特徴とする。

（１）雰囲気炉、被処理物、及び雰囲気ガス
本発明の雰囲気制御方法は、雰囲気ガスを用いることにより、雰囲気炉の炉内の雰囲気を無脱炭とし、その雰囲気中で被処理物を熱処理する場合の、雰囲気を無脱炭にするための制御方法である。
被処理物の熱処理としては、具体的に、焼なまし（焼鈍）、焼入れ、焼ならし、焼戻し、焼成、乾燥等が挙げられる。これら熱処理を無脱炭の雰囲気で行う炉であれば、雰囲気炉は、構成、炉内容積、加熱方式や冷却方式等の熱処理方式、バッチ式や連続式等の処理プロセスなどについて、特に限定されない。

被処理物は、上述の熱処理を施されるものであれば、特に限定されない。
被処理物として、例えば、金属を材料に用いた管材、線材、板材、柱材等の製品や部品、ガラスやセラミックス等を材料に用いた製品や部品などが挙げられる。これらの中でも、金属を材料に用いたものは、熱処理時における酸化や脱炭が生じやすく、雰囲気を無脱炭とした熱処理の被処理物として有用である。

雰囲気ガスには、不活性ガス及び水素ガスが使用される。
不活性ガスは、被処理物に対して不活性であるから、熱処理時の高温度条件下で被処理物と化学反応等することがない。このため、不活性ガスは、炉内における被処理物の酸化と還元を抑える、つまり炉内を無脱炭及び無浸炭の雰囲気とすることができる。
不活性ガスとしては、具体的に、窒素（Ｎ_２）ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス等を挙げることができる。これらの中でも窒素（Ｎ_２）ガスは、入手が容易であり、有用である。窒素（Ｎ_２）ガスの中でも、ＰＳＡ（圧力変動吸着）式窒素ガス製造装置によって得られた窒素（Ｎ_２）ガス（以下、「Ｎ_２ＰＳＡガス」と記載する）は、純度が高く、ランニングコストを抑えることができ、特に有用である。

水素（Ｈ_２）ガスは、炉内の雰囲気中に存在する酸素（Ｏ_２）による被処理物の酸化を抑える、つまり炉内を無脱炭の雰囲気とすることができる。
即ち、水素（Ｈ_２）ガスは、雰囲気中の酸素（Ｏ_２）と反応し、その酸素（Ｏ_２）を奪うことにより、雰囲気を脱酸素状態にする。また、水素（Ｈ_２）ガスは、酸素（Ｏ_２）と反応して、水分（Ｈ_２Ｏ）を生成する。
水素（Ｈ_２）ガスは、石油系ガスを変成して得られたＲＸガス等の還元性ガスと比較すると、還元力が還元性ガスに相当し、さらに一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）等のカーボン類を含まないため、脱炭素の観点から有用である。

（２）制御対象
本発明の雰囲気制御方法は、上述のように、炉内の雰囲気を無脱炭にするための制御方法である。
そして、雰囲気制御方法において、制御の対象は、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を対象とする。
以下には、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を対象とすることについて、説明する。

雰囲気中における浸炭と脱炭について説明する。
浸炭及び脱炭は、被処理物、特に金属を材料とするものについて、材料に含まれる炭素（Ｃ）が一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、酸素（Ｏ_２）、及び水（Ｈ_２Ｏ）の各ガスと反応することにより発生する。
浸炭は、以下の反応式（ａ１）に従って進行する。
２ＣＯ → Ｃ＋ＣＯ_２ ・・・（ａ１）
脱炭は、以下の反応式（ａ２）、（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ）に従って進行する。
Ｃ＋ＣＯ_２ → ２ＣＯ ・・・（ａ２）
Ｃ＋１／２Ｏ_２ → ＣＯ ・・・（ｂ１）
Ｃ＋Ｏ_２ → ＣＯ_２ ・・・（ｂ２）
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ_２ ・・・（ｃ）
上記の反応式（ａ１）、（ａ２）、（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ）は、何れも平衡反応であり、その平衡定数であるＫは、以下の式（ｄ）で求められる。
（ＣＯ×Ｈ_２Ｏ）／（Ｈ_２×ＣＯ_２）＝Ｋ ・・・（ｄ）

上記の反応式（ａ１）、（ａ２）、（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ）は、式（ｄ）で求められるＫ（平衡定数）に従い、雰囲気中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、酸素（Ｏ_２）、及び水（Ｈ_２Ｏ）の各ガスの量（ｖｏｌ％）次第で逆反応を起こす。
このため、熱処理時には、雰囲気中に一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、酸素（Ｏ_２）、及び水（Ｈ_２Ｏ）の各ガスが含まれる場合、浸炭及び脱炭の何れもが発生し得る。

雰囲気制御方法において、雰囲気ガスには、上述したように不活性ガス及び水素（Ｈ_２）ガスが使用される。
不活性ガス及び水素（Ｈ_２）ガスを使用した雰囲気ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）を含まないので、浸炭について、上述の反応式（ａ１）の進行を妨げることができる。
つまり、雰囲気ガスへの不活性ガス及び水素（Ｈ_２）ガスの使用は、実質的な無浸炭を達成することができる。

また、不活性ガス及び水素（Ｈ_２）ガスを使用した雰囲気ガスは、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含まない。よって、脱炭に関し、上述の反応式（ａ２）の進行を妨げることができる。
さらに、脱炭に関し、上述の反応式（ｂ１）、（ｂ２）は、雰囲気ガスへの水素（Ｈ_２）ガスの使用により雰囲気中の酸素（Ｏ_２）が奪われるため、進行を妨げることができる。

即ち、水素（Ｈ_２）ガスは、雰囲気中の酸素（Ｏ_２）と反応し、以下の反応式（ｅ）に従って水分（Ｈ_２Ｏ）を生成する。
Ｈ_２＋１／２Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ ・・・（ｅ）
上記の反応式（ｅ）は、雰囲気中の酸素（Ｏ_２）を奪うための反応であり、言い換えると、被処理物の炭素（Ｃ）と酸素（Ｏ_２）との化学反応である上述の反応式（ｂ１）、（ｂ２）の進行を妨げるための反応である。
また、脱炭に関し、上述の反応式（ｃ）における水分（Ｈ_２Ｏ）は、主として上記の反応式（ｅ）に従って生成された水分（Ｈ_２Ｏ）に由来する。
従って、雰囲気ガスとして水素（Ｈ_２）ガスを使用する場合、雰囲気中における酸素（Ｏ_２）の量（ｖｏｌ％）を調節する、特には酸素（Ｏ_２）の量（ｖｏｌ％）を低減することにより、上述の反応式（ａ２）、（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ）の進行が妨げられて、雰囲気を無脱炭にすることができる。

雰囲気中における酸素（Ｏ_２）の量（ｖｏｌ％）は、炉内の酸素分圧〔Ｐ_Ｏ２〕（ａｔｍ）によって計測することができる。
また、雰囲気ガスとして水素（Ｈ_２）ガスを使用した場合、上述したように、雰囲気中の酸素（Ｏ_２）は、上記の反応式（ｅ）のように、水素（Ｈ_２）と反応して水分（Ｈ_２Ｏ）を生成する。このため、酸素分圧〔Ｐ_Ｏ２〕（ａｔｍ）は、炉内の水分分圧〔Ｐ_Ｈ２Ｏ〕（ａｔｍ）に対する水素分圧〔Ｐ_Ｈ２〕（ａｔｍ）の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）によって計測することができる。
雰囲気制御方法は、雰囲気ガスに不活性ガス及び水素（Ｈ_２）ガスを使用し、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を対象として制御することにより、雰囲気を実質的な無浸炭とし、かつ無脱炭の雰囲気とすることができる。

酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を制御の対象とする場合、その制御は、雰囲気ガスとして炉内へ供給される水素ガスの供給量の調節により実行することができる。
つまり、水素分圧（Ｐ_Ｈ２）は、水素ガスの供給量を調節することにより、所望の値となるように制御することができる。
酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）と水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）について、炉内の酸素（Ｏ_２）は、上述の反応式（ｅ）に示したように、水素（Ｈ_２）と反応して奪われ、その反応により水分（Ｈ_２Ｏ）が生成される。このため、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）と水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）は、水素ガスの供給量を調節することにより、所望の値となるように制御することができる。

水素ガスの供給量の調節により、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を制御する場合、炉内の圧力（以下、「炉圧」と記載する）は、一定とすることが望ましい。
つまり、上述の対象の制御は、水素ガスの供給量の調節によって行われる場合、その調節による水素ガスの供給量の変更に応じて炉圧が変化すると、対象の計測について正確性が損なわれる可能性がある。

炉圧は、炉内への水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）と不活性ガスの供給量（Ｖ_Ｉｎ）を合計したガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）を一定値とすることにより、一定とすることができ、変化を防止することができる。
具体的に、ガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）は、調節による水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）の変更に応じて、炉内への不活性ガス（Ｖ_Ｉｎ）の供給量を増減させることにより、一定値とすることができる。

例えば、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が高い場合、上述の反応式（ｂ１）、（ｂ２）が進行しないように、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）を増加し、反応式（ｅ）を進行させて炉内の酸素（Ｏ_２）を減少させるが、その際、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）を増加した分、不活性ガス（Ｖ_Ｉｎ）の供給量を減少し、ガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）を一定値に保持する。
また、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が低い場合、ランニングコストを低減する観点から、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）を減少させるが、その際、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）を減少した分、不活性ガス（Ｖ_Ｉｎ）の供給量を増加し、ガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）を一定値に保持する。

（３）無脱炭領域及び調節領域
本発明の雰囲気制御方法は、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を対象として制御するにあたり、その対象の範囲について、無脱炭領域及び調節領域を定めることができる。
無脱炭領域は、被処理物の熱処理の温度域において、炉内の雰囲気を無脱炭にすることができる対象の範囲である。
調節領域は、被処理物の熱処理の温度域において、無脱炭領域を除いた対象の範囲である。つまり、調節領域は、炉内の雰囲気が無脱炭ではない（炉内の雰囲気が脱炭である）ため、雰囲気を無脱炭（無脱炭領域）にするように対象の調節が実行される範囲である。

無脱炭領域について、炉内の雰囲気を無脱炭にする条件（以下、「無脱炭条件」と記載する）を満たす酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）は、エリンガムダイアグラムを使用して簡略的な指標（目安）を求めることができ、さらに、上述の反応式（ｂ１）及び（ｂ２）の平衡式から計算して求めることができる。
なお、エリンガムダイアグラムは、横軸を温度、縦軸を生成ギブスエネルギーとして、種々の酸化物について、各温度における標準生成ギブスエネルギーをプロットしたグラフである（図示略）。

（３－１）酸素分圧について
無脱炭条件を満たす酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）は、圧平衡定数（Ｋｐ）を利用し、上述の反応式（ｂ１）及び（ｂ２）の平衡式から計算して求めることができる。
なお、圧平衡定数（Ｋｐ）とは、気相での化学平衡を気体の分圧で表した平衡定数である。
上述の反応式（ｂ１）について、その平衡状態は、以下の式（ｂ１’）である。
Ｃ＋１／２Ｏ_２ ＝ ＣＯ ・・・（ｂ１’）
式（ｂ１’）において、雰囲気中に含まれる気体（ガス）は、酸素（Ｏ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）であり、反応式（ｂ１）の平衡式として、気相での化学平衡における平衡式は、一酸化炭素（ＣＯ）の分圧をＰ_ＣＯ、圧平衡定数をＫｐ１として、以下の式（Ｂ１’）で示すことができる。
Ｋｐ１ ＝ （Ｐ_ＣＯ）／〔Ｐ_Ｏ２ ^{（１／２）}〕 ・・・（Ｂ１’）
上記の式（Ｂ１’）を変換すると以下の式（Ｂ１）が得られる。
Ｐ_Ｏ２ ＝ ［（Ｐ_ＣＯ）／（Ｋｐ１）］^２ ・・・（Ｂ１）
そして、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）は、圧平衡定数（Ｋｐ）を利用し、上記の式（Ｂ１）から求めることができる。

上記の式（Ｂ１）について、一酸化炭素の分圧（Ｐ_ＣＯ）は、実質的に標準気圧（＝１ａｔｍ）を代入する。つまり、式（Ｂ１）は、実質的に下記の式（Ｂ１）とすることができる。
Ｐ_Ｏ２ ＝ ［１／（Ｋｐ１）］^２ ・・・（Ｂ１）
圧平衡定数（Ｋｐ１）は、平衡定数（Ｋ）と下記式（１）の関係を有し、平衡定数（Ｋ）は下記式（２）の計算式で求めることができる。
Ｋｐ１ ＝ Ｋ×（ＲＴ）^{〔１－［１＋（１／２）］〕}・・・（１）
Ｋ ＝ ｅｘｐ（－ΔＧ／ＲＴ）・・・（２）
但し、式（１）、（２）において、Ｒは気体定数、Ｔは熱力学温度（Ｋ：ケルビン）、ΔＧは反応ギブズエネルギー（Ｊ：ジュール）を示す。

熱処理の温度域は、金属を材料に用いた被処理物の場合、通常、６５０℃～９５０℃の範囲とすることができる。
熱処理の温度域（６５０℃～９５０℃）の各温度について、圧平衡定数（Ｋｐ１）と、式（Ｂ１）から実際に計算して求めた酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を、表１に示す。
なお、表１には、圧平衡定数（Ｋｐ１）と酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の数値について、「（α）×１０^（±β）」を「（α）Ｅ（±β）」として記載する。

無脱炭条件を満たす酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）に関し、上述の反応式（ｂ２）について、その平衡状態は、以下の式（ｂ２’）である。
Ｃ＋Ｏ_２ ＝ ＣＯ_２ ・・・（ｂ２’）
式（ｂ２’）において、雰囲気中に含まれる気体（ガス）は、酸素（Ｏ_２）と二酸化炭素（ＣＯ_２）であり、反応式（ｂ２）の気相での化学平衡における平衡式は、二酸化炭素（ＣＯ_２）の分圧をＰ_ＣＯ２、圧平衡定数をＫｐ２として、以下の式（Ｂ２’）で示すことができる。
Ｋｐ２ ＝ （Ｐ_ＣＯ２）／（Ｐ_Ｏ２） ・・・（Ｂ２’）
上記の式（Ｂ２’）を変換すると、以下の式（Ｂ２）が得られる。
Ｐ_Ｏ２ ＝ （Ｐ_ＣＯ２）／（Ｋｐ２） ・・・（Ｂ２）
そして、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）は、圧平衡定数（Ｋｐ）を利用し、上記の式（Ｂ２）から求めることができる。

上記の式（Ｂ２）について、二酸化炭素の分圧（Ｐ_ＣＯ２）は、実質的に標準気圧（＝１ａｔｍ）を代入する。つまり、式（Ｂ２）は、実質的に下記の式（Ｂ２）とすることができる。
Ｐ_Ｏ２ ＝ １／（Ｋｐ２） ・・・（Ｂ２）
圧平衡定数（Ｋｐ２）は、平衡定数（Ｋ）と下記式（１’）の関係を有する。なお、平衡定数（Ｋ）は上記式（２）の計算式で求めることができる。
Ｋｐ２ ＝ Ｋ×（ＲＴ）^{〔１－［１＋１］〕}・・・（１’）
但し、式（１’）において、Ｒは気体定数、Ｔは熱力学温度（Ｋ：ケルビン）、ΔＧは反応ギブズエネルギー（Ｊ：ジュール）を示す。

上述の熱処理の温度域（６５０℃～９５０℃）の各温度について、圧平衡定数（Ｋｐ２）と、式（Ｂ２）から実際に計算して求めた酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を、表２に示す。
なお、表２には、圧平衡定数（Ｋｐ２）と酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の数値について、「（α）×１０^（±β）」を「（α）Ｅ（±β）」として記載する。

表１及び表２に示された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）は、上述した熱処理の温度域における各温度で、上述の反応式（ｂ１）又は（ｂ２）が進行するのに必要とされる雰囲気中の酸素の量の指標とすることができる。
酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）について、上述の反応式（ｂ１）による表１と、上述の反応式（ｂ２）による表２とを比較すると、以下が分かる。
熱処理の温度域（６５０℃～９５０℃）で７００℃以下（温度が６５０℃及び７００℃）の場合、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）は、上述の反応式（ｂ２）による表２の方が低く、反応が進行するのに必要とされる酸素の量が少ないため、Ｃ＋Ｏ_２ → ＣＯ_２の反応が強くなる（進行しやすくなる）ことが分かる。
なお、表２中では、各温度の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）について、表１に比べて値が低いものに斜線を付す。
熱処理の温度域（６５０℃～９５０℃）で７５０℃以上（温度が７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃、９５０℃）の場合、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）は、上述の反応式（ｂ１）による表１の方が低く、反応が進行するのに必要とされる酸素の量が少ないため、Ｃ＋１／２Ｏ_２ → ＣＯの反応が強くなる（進行しやすくなる）ことが分かる。
なお、表１中では、各温度の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）について、表２に比べて値が低いものに斜線を付す。

従って、表１及び表２を利用する等して、熱処理時の温度域（６５０℃～９５０℃）で反応式（ｂ１）、（ｂ２）の進行を妨げることができる酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の範囲を求めることにより、無脱炭領域を設定することができる。
具体的に、無脱炭領域は、熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の場合、各温度で表１及び表２に示された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）よりも低い値とすればよく、４．５×１０^－２３（ａｔｍ）未満の範囲（Ｐ_Ｏ２＜４．５×１０^－２３）とすることができる。これは、表１及び表２に示された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の中で、表２に示された温度６５０℃の場合の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が最低値であるという観点による。
また、調節領域は、熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の場合、各温度で表１及び表２に示された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を外した値とすればよく、４．５×１０^－２３（ａｔｍ）以上２．０×１０^－１９（ａｔｍ）以下の範囲（４．５×１０^－２３≦Ｐ_Ｏ２≦２．０×１０^－１９）とすることができる。これは、表１及び表２に示された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の中で、表１に示された温度９５０℃の場合の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が最高値であり、表２に示された温度６５０℃の場合の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が最低値であるという観点による。

酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）について、上述したように、炉内の酸素は、炉内への水素ガスの供給によって奪う（減少させる）ことができる。このため、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）は、炉内への水素ガスの供給量で調節することができる。
酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の制御の具体的な方法として、熱処理の各温度ごとに、平衡値に合わせた酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）になるように、水素ガス供給量を適宜調節する方法を挙げることができる。より具体的に、熱処理時の温度が９５０℃であれば酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が１．９９×１０^－１９未満（Ｐ_Ｏ２＜１．９９×１０^－１９）、７００℃であれば酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が３．７７×１０^－１０未満（Ｐ_Ｏ２＜３．７７×１０^－１０）となるように水素ガス供給量を適宜調節する。この方法は、水素ガスの使用量を抑えることができるという利点を有する。
あるいは、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の制御の具体的な方法として、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が常に４．５×１０^－２３未満（Ｐ_Ｏ２＜４．５×１０^－２３）となるように、水素ガス供給量を調節する方法を挙げることができる。これは、熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の場合、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を常に４．５×１０^－２３未満（Ｐ_Ｏ２＜４．５×１０^－２３）とすれば、その温度域の全てで無脱炭条件を有効に満たすことができるためである（表１、表２を参照）。この方法は、例えば、熱処理の温度ごとに酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の制御値を変更する等の煩雑さを解消し、制御を簡易化できるという利点を有する。

（３－２）水分分圧に対する水素分圧の比について
無脱炭条件を満たす水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）は、上述のように求めた酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を利用し、上述の反応式（ｅ）の平衡式から計算して求めることができる。
即ち、上述の反応式（ｅ）について、その平衡状態は、以下の式（ｅ’）である。
２Ｈ_２＋Ｏ_２ ＝ ２Ｈ_２Ｏ ・・・（ｅ’）

式（ｅ’）に基づき、反応式（ｅ）の気相での化学平衡における平衡式は、圧平衡定数をＫｐ３として、以下の式（Ｅ’）で示すことができる。
Ｋｐ３ ＝ （Ｐ_Ｈ２Ｏ）^２／〔（Ｐ_Ｈ２）^２×Ｐ_Ｏ２〕 ・・・（Ｅ’）
上記の式（Ｅ’）を変換すると、以下の式（Ｅ）が得られる。
（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ） ＝ 〔１／（Ｋｐ３×Ｐ_Ｏ２）〕^{（１／２）} ・・・（Ｅ）
そして、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）は、圧平衡定数（Ｋｐ）と酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を利用し、上記の式（Ｅ）から求めることができる。
なお、圧平衡定数（Ｋｐ３）は、平衡定数（Ｋ）と下記式（１"）の関係を有し、平衡定数（Ｋ）は上記式（２）の計算式で求めることができる。
Ｋｐ３ ＝ Ｋ×（ＲＴ）^{〔２－（２＋１）}・・・（１"）
但し、式（１"）において、Ｒは気体定数、Ｔは熱力学温度（Ｋ：ケルビン）、ΔＧは反応ギブズエネルギー（Ｊ：ジュール）を示す。

上述の熱処理の温度域（６５０℃～９５０℃）の各温度について、圧平衡定数（Ｋｐ３）と、表１及び表２に示された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）とを利用し、式（Ｅ）から実際に計算して求めた比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）を、表３に示す。
なお、表３には、圧平衡定数（Ｋｐ３）と酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の数値について、「（α）×１０^（±β）」を「（α）Ｅ（±β）」として記載する。

表３に示された比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）は、上述した熱処理の温度域における各温度で、上述の反応式（ｅ）の進行によって雰囲気中から奪われた酸素の量の指標とすることができる。
表３に示された比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）について、表１に示された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を利用して得られた値と、表２に示された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を利用して得られた値と、を比較すると、以下が分かる。
熱処理の温度域（６５０℃～９５０℃）で７００℃以下（温度が６５０℃及び７００℃）の場合、上述したとおり、Ｃ＋Ｏ_２ ＝ ＣＯ_２に関する反応が強くなる（進行しやすくなる）。比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）は、表２の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を利用して得られた値の方が高く、Ｃ＋Ｏ_２ ＝ ＣＯ_２に関して反応の進行を妨げるには、雰囲気中からより多くの酸素を奪えるように、水素分圧（Ｐ_Ｈ２）を高める等して、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の値を高くすることが好ましいことが分かる。
熱処理の温度域（６５０℃～９５０℃）で７５０℃以上（温度が７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃、９５０℃）の場合、上述したとおり、Ｃ＋１／２Ｏ_２ ＝ ＣＯに関する反応が強くなる（進行しやすくなる）。比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）は、表１の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を利用して得られた値の方が高く、Ｃ＋１／２Ｏ_２ ＝ ＣＯに関して反応の進行を妨げるには、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の値をより高くすることが好ましいことが分かる。
なお、表３中では、各温度の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）について、表１の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を利用したものと、表２の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を利用したものとを比較し、値が低いものに斜線を付す。

従って、表３を利用する等して、熱処理時の温度域（６５０℃～９５０℃）で反応式（ｅ）を進行させることができる比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の範囲を求めることにより、無脱炭領域を設定することができる。
具体的に、無脱炭領域は、熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の場合、各温度で表３に示された比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）よりも高い値とすればよく、４５を超える範囲（４５＜（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ））とすることができる。これは、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）について値の高いものほど雰囲気中からより多くの酸素を奪えること、表３に示された温度９５０℃でＣ＋１／２Ｏ_２ ＝ ＣＯに関する比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）が最高値であることの観点による。
また、調節領域は、熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の場合、各温度で表３に示された比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）を外した値とすればよく、１．０以上４５以下の範囲（１≦（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）≦４５）とすることができる。これは、上記した比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の最高値に関する観点に加え、表３に示された温度６５０℃でＣ＋Ｏ_２ ＝ ＣＯ_２に関する比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）が最低値であることの観点による。

水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）について、水素分圧（Ｐ_Ｈ２）は、炉内への水素ガスの供給量により簡易に調節することができる。
このため、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の制御の具体的な方法として、熱処理の各温度ごとに、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の平衡値に合わせて、水素ガス供給量を適宜調節し、水素分圧（Ｐ_Ｈ２）を平衡値に応じた値に調節する方法を挙げることができる。より具体的に、熱処理時の温度が９５０℃であれば比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）が４４．５超（４４．５＜Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）となるように水素ガス供給量を調節する、９００℃であれば比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）が２４．８超（２４．８＜Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）、７００℃であれば比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）が１．４超（１．４＜Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）となるように、水素ガス供給量を適宜調節する。この方法は、水素ガスの使用量を抑えることができるという利点を有する。
あるいは、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の制御の具体的な方法として、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）が常に４５超（４５＜（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ））となるように、水素ガス供給量を調節し、水素分圧（Ｐ_Ｈ２）を平衡値に応じた値に調節する方法を挙げることができる。これは、熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の場合、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）を４５超（４５＜（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ））とすれば、その温度域の全てで無脱炭条件を有効に満たすことができるためである（表３を参照）。この方法は、例えば、熱処理の温度ごとに比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の制御値を変更する等の煩雑さを解消し、制御を簡易化できるという利点を有する。

（４）雰囲気制御方法
図１は、雰囲気制御方法の具体例を示すフローチャートである。
この雰囲気制御方法は、制御の対象について、上述したように、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方とする。
そして、雰囲気制御方法は、炉内の雰囲気を無脱炭とするため、図１のフローチャートに示す作業を実行し、対象である酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を、無脱炭領域となるように制御する。
なお、図１中において、制御の対象である酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧に対する水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方は、単に「対象」と記載する。

具体的に、雰囲気制御方法では、まず、雰囲気炉の炉内において、対象を計測して計測値を取得する（ステップＳ１１）。
具体的には、対象が酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の場合、酸素分析計等の計測器を用い、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が計測される。計測器を用いて計測された計測値（酸素分圧（Ｐ_Ｏ２））は、制御器等に入力されて、そのまま利用することができる。
対象が比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の場合、水分（Ｈ_２Ｏ）であれば露点計等の計測器、水素（Ｈ_２）であれば水素分析計等の計測器を用い、水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）及び水素分圧（Ｐ_Ｈ２）が計測される。計測器を用いて計測された計測値（水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）及び水素分圧（Ｐ_Ｈ２））は、演算器や制御器等に入力されて、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）を演算し、その演算によって得られた比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）を利用することができる。

対象を計測して計測値を取得した（ステップＳ１１）後、制御器等において、計測値が無脱炭領域であるか否かについて判断する（ステップＳ１２）。
計測値が無脱炭領域である場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）等が維持されて、作業を終了する。
そして、計測値が無脱炭領域でない場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、計測値が調節領域であると判断される（ステップＳ１３）。

計測値が調節領域である（ステップＳ１３）場合、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）を調節する（ステップＳ１４）。
水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）の調節について、例えば、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が高い場合（Ｏ_２リッチ）、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）を増し、炉内の酸素（Ｏ_２）を奪うことで、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を下げる。
一方、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）が低い場合（Ｏ_２リーン）、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）を減らし、水素ガスの使用量を低減する。
水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）を調節（ステップＳ１４）した後は、再度、対象を計測して計測値を取得し（ステップＳ１１）、計測値が無脱炭領域であるか否かについて判断する（ステップＳ１２）。
再度取得した計測値が無脱炭領域である場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、作業を終了する。再度取得した計測値が無脱炭領域でない場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、計測値が調節領域であると判断（ステップＳ１３）し、計測値が無脱炭領域となるまで。水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）の調節（ステップＳ１４）を繰り返し行う。

［２］雰囲気炉
本発明の雰囲気炉は、上記した雰囲気制御方法を用い、炉内の雰囲気を無脱炭にして被処理物を熱処理する雰囲気炉１０であって、
前記被処理物Ｗを出し入れする開口部１１３が設けられた炉体１１と、
前記炉体１１の炉内の温度を調整する炉温調整手段と、
前記炉体１１に接続された水素ガス供給系１３、及び前記水素ガス供給系１３に接続された第１制御弁１４と、
前記炉体１１に接続された不活性ガス供給系１５、及び前記不活性ガス供給系１５に接続された第２制御弁１６Ａと、
前記炉体１１の炉内における酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）に対する水素分圧（Ｐ_Ｈ２）の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を計測する計測器と、
前記計測器による計測値に基づき、前記第１制御弁１４を操作して、前記水素ガス供給系１３による前記炉体１１の炉内への水素ガスの供給量を調節する制御器１８と、を備えることを特徴とする（図２参照）。

雰囲気炉１０は、上記の雰囲気制御方法を用い、炉内の雰囲気を無脱炭にして被処理物を熱処理するものであれば、特に限定されないが、具体例として、図２に示す構成のものを挙げることができる。
図２に示す、雰囲気炉１０は、被処理物Ｗを熱処理する際の加熱と冷却を連続して行なう連続式のものである。
この雰囲気炉１０は、被処理物Ｗを加熱及び冷却する炉体１１と、炉体１１の炉外から炉内に被処理物Ｗを搬入する搬入テーブル１０Ａと、炉体１１の炉内から炉外に被処理物Ｗを搬出する搬出テーブル１０Ｂと、を備えている。
以下、雰囲気炉１０が備える各構成について、それぞれ説明する。

（１）炉体
炉体１１は、その炉内に被処理物Ｗを収容し、熱処理するためのものである。
炉体１１は、炉内に、被処理物Ｗを加熱する加熱室１１１と、被処理物Ｗを冷却する冷却室１１２と、を備えている。
さらに、冷却室１１２は、加熱室１１１と隣接して設けられた主冷却室として、被処理物Ｗを強制的に冷却する第１冷却室１１２Ａ及び被処理物Ｗを冷却する第２冷却室１１２Ｂと、主冷却室に隣接して設けられたスロート室１１２Ｃと、を備えている。
加熱室１１１と第１冷却室１１２Ａ及び第２冷却室１１２Ｂとスロート室１１２Ｃとには、被処理物Ｗを出し入れする開口部１１３がそれぞれ設けられている。加熱室１１１、第１冷却室１１２Ａ、第２冷却室１１２Ｂ、及びスロート室１１２Ｃは、開口部１１３を介して互いに連通している。
また、加熱室１１１、第１冷却室１１２Ａ、第２冷却室１１２Ｂ、及びスロート室１１２Ｃには、炉内で被処理物Ｗを搬送するコンベア等の搬送装置（図示略）が設けられている。

炉体１１の炉内に収容された被処理物Ｗは、炉体１１の上流側に配された加熱室１１１で加熱された後、炉体１１の下流側に配された冷却室１１２で冷却されることにより、熱処理を施される。
また、冷却室１１２において、被処理物Ｗは、炉体１１の上流側から下流側へ向かって順番に、第１冷却室１１２Ａで急冷され、第２冷却室１１２Ｂで冷却される、というように、複数の段階に分けて冷却される。
冷却室１１２で冷却された被処理物Ｗは、最も下流側に配されたスロート室１１２Ｃにおいて、炉内から開口部１１３を介して炉外へ搬出される。

冷却室１１２で最も下流側に配されたスロート室１１２Ｃは、主冷却室である第２冷却室１１２Ｂとの間の開口部１１３を開閉する第１扉１０Ｃと、開口部１１３として被処理物Ｗを炉内から出す出口側開口部を開閉する第２扉１０Ｄと、を備えている。
つまり、スロート室１１２Ｃは、第２冷却室１１２Ｂと連通する上流側の開口部１１３が第１扉１０Ｃによって開閉自在とされており、炉外に向かって開放された下流側の開口部１１３が第２扉１０Ｄによって開閉自在とされている。

第１扉１０Ｃは、スロート室１１２Ｃの炉内に外気（酸素）が入り込んだ場合、その外気（酸素）が炉体１１の上流側、具体的には第２冷却室１１２Ｂ、第１冷却室１１２Ａ、加熱室１１１の炉内へ流れ込むことを抑制するものである。第１扉１０Ｃは、被処理物Ｗの第２冷却室１１２Ｂからスロート室１１２Ｃへ搬送時には開口部１１３を開放するが、それ以外の通常時は開口部１１３を閉塞している。
第２扉１０Ｄは、開口部１１３を介して外気（酸素）が炉体１１の炉内へ入り込むことを抑制するものである。第２扉１０Ｄは、スロート室１１２Ｃを介した被処理物Ｗの炉外への抽出時には開口部１１３を開放するが、それ以外の通常時は開口部１１３を閉塞している。

なお、図２には連続式の雰囲気炉１０の炉体１１を示したが、これに限らず、炉体１１は、バッチ式の雰囲気炉の炉体とすることもできる。
バッチ式の雰囲気炉は、被処理物Ｗを熱処理する際の加熱と冷却を断続的に行う炉である。バッチ式の雰囲気炉において、炉体１１は、加熱室１１１と冷却室１１２等のように、必ずしも炉内を複数室に区分けする必要はなく、例えば、１室のみで加熱と冷却を行うように構成することができる。

（２）炉温調整手段
炉温調整手段は、炉体１１の炉内を被処理物の熱処理に適した温度とするためのものである（図２参照）。
具体的に、炉温調整手段として、炉体１１の加熱室１１１には、炉内を昇温するヒータ１２Ａが設けられており、第１冷却室１１２Ａには、炉内を降温するクーラ１２Ｂが設けられている。

ヒータ１２Ａ及びクーラ１２Ｂは、炉内を昇温又は降温できるものであれば、特に限定されないが、熱交換式のものは、昇温又は降温のためのガスが炉内に散逸されないので、カーボンニュートラルの観点で有用である。
熱交換式のヒータ１２Ａ及びクーラ１２Ｂの具体例として、管状の熱交換チューブの内部に、燃焼ガス等の熱媒や空気等の冷媒を通し、熱交換によって炉内の雰囲気ガスを昇温又は降温する、ラジアントチューブ型バーナーやクーリングチューブ等が挙げられる。

炉温調整手段であるヒータ１２Ａ及びクーラ１２Ｂは、熱電対等の炉内の温度（以下、「炉温」と記載する）を計測可能な計測器や、昇温又は降温のＯＮ／ＯＦＦを制御する温度調節計などを備えることができる。
即ち、炉温調整手段であるヒータ１２Ａ及びクーラ１２Ｂは、熱電対によって計測された炉温に応じて、温度調節計でＯＮ／ＯＦＦ操作することにより、炉内を略一定の炉温に保持することができる。

ヒータ１２Ａによって昇温された加熱室１１１の炉温は、被処理物Ｗや目的とする熱処理に応じたものとされ、特に限定されないが、被処理物Ｗが金属を材料に用いたものである場合、通常、６５０℃～９５０℃の範囲とすることができる。
なお、この加熱室１１１の炉温は、上述した熱処理の温度域に相当する。

（３）水素ガス供給系
水素ガス供給系１３は、炉体１１の炉内へ、雰囲気ガスとして水素（Ｈ_２）ガスを供給するためのものである。
具体的に、水素ガス供給系１３は、水素（Ｈ_２）ガスを貯留する水素タンク１３Ａから伸びて、炉体１１に接続されている。
また、水素ガス供給系１３は、炉体１１の加熱室１１１に接続することにより、加熱室１１１へ水素（Ｈ_２）ガスを供給することができる。
加熱室１１１に供給された水素（Ｈ_２）ガスは、開口部１１３を介することにより、冷却室１１２、具体的には第１冷却室１１２Ａ、第２冷却室１１２Ｂ、及びスロート室１１２Ｃへ供給することができる。

上述のように、水素ガス供給系１３を加熱室１１１に接続し、加熱室１１１に水素（Ｈ_２）ガスを供給する場合、水素（Ｈ_２）ガスの使用量を抑えることができる。
つまり、炉体１１の炉内において、加熱室１１１と冷却室１１２は開口部１１３を介して連通しており、雰囲気ガスとして加熱室１１１に供給された水素（Ｈ_２）ガスは、加熱室１１１から冷却室１１２へと炉内を下流側へ向かって流れる。
また、雰囲気ガスとして水素（Ｈ_２）ガスを使用する主な目的は、炉内に残る酸素（Ｏ_２）を奪って炉内の雰囲気を無脱炭にすることであり、その酸素（Ｏ_２）を奪うのに大量の水素（Ｈ_２）ガスは必要とされない。
このため、炉内の最も上流側に配された加熱室１１１に、必要十分な量の水素（Ｈ_２）ガスを供給することで、炉内の雰囲気を無脱炭にすることが可能であり、水素（Ｈ_２）ガスの使用量を抑えることができる。

水素ガス供給系１３には、第１制御弁１４が接続されている。この第１制御弁１４は、電動弁等で構成されており、制御器１８と電気的に接続されている。
第１制御弁１４は、炉内の雰囲気が無脱炭となるように、制御器１８によって開度を変更操作されて、炉内への水素（Ｈ_２）ガスの供給量を調節している。

加熱室１１１への水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）は、炉内の雰囲気等に応じて適宜調節され、特に限定されないが、不活性ガスの供給量（Ｖ_Ｉｎ）との合計であるガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）で調節することが好ましい。
また、加熱室１１１は、被処理物Ｗを炉内に搬入する入口側の開口部１１３が開放されており、この入口側の開口部１１３から外気（酸素）が入り込まないようにするため、ガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）は、入口側の開口部１１３の開口面積に応じた量とすることが好ましい。
具体的に、ガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）は、開口部１１３の開口面積１ｄｍ^２あたり、４ｍ^３／ｈ以上８ｍ^３／ｈ以下とすることができ、好ましくは５ｍ^３／ｈ以上７ｍ^３／ｈ以下であり、より好ましくは５．５ｍ^３／ｈ以上６．５ｍ^３／ｈ以下である。
水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）は、上記したガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）の範囲内となるように調節される。

加熱室１１１に水素（Ｈ_２）ガスを供給する場合、その供給量の調節により、加熱室１１１における水素ガスの濃度は、加熱室１１１の容積全体を１００ｖｏｌ％として、３ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下とすることができる。
また、水素ガスの濃度は、好ましくは５ｖｏｌ％以上２５ｖｏｌ％以下、より好ましくは１０ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下とすることができる。
加熱室１１１における水素ガスの濃度を上記範囲とすることにより、炉内において加熱室１１１から下流側の冷却室１１２へ好適に水素（Ｈ_２）ガスを流すことができ、炉内に残る酸素（Ｏ_２）を好適に奪うことができ、水素（Ｈ_２）ガスの使用量を抑えてランニングコストの向上を図ることができる。

（４）不活性ガス供給系
不活性ガス供給系１５は、炉体１１の炉内へ、雰囲気ガスとして不活性ガスを供給するためのものである。
具体的に、雰囲気炉１０は、ＰＳＡ（圧力変動吸着）式窒素ガス製造装置１５Ａと、ＰＳＡ式窒素ガス製造装置１５Ａに接続された窒素タンク１５Ｂとを備えている。ＰＳＡ式窒素ガス製造装置１５Ａは、不活性ガスである窒素（Ｎ_２）ガスを製造し、この窒素（Ｎ_２）ガスが窒素タンク１５Ｂに貯留される。
不活性ガス供給系１５は、窒素タンク１５Ｂから伸びて炉体１１に接続されている。

具体的に、不活性ガス供給系１５は、窒素タンク１５Ｂと炉体１１との間で第１供給系１５１と第２供給系１５２の２系路に分岐している。
不活性ガス供給系１５の第１供給系１５１は、加熱室１１１に接続されており、第２供給系１５２は、冷却室１１２のスロート室１１２Ｃに接続されている。

第１供給系１５１と第２供給系１５２には、減圧弁１５Ｃがそれぞれ接続されている。
減圧弁１５Ｃは、ＰＳＡ式窒素ガス製造装置１５Ａで製造されて窒素タンク１５Ｂに貯留された窒素（Ｎ_２）ガスが高圧な状態であるため、炉内に供給する窒素（Ｎ_２）ガスを減圧するべく設けられたものである。

加熱室１１１に接続された第１供給系１５１には、第２制御弁１６Ａが接続されている。この第２制御弁１６Ａは、電磁弁等で構成されており、制御器１８と電気的に接続されている。
第２制御弁１６Ａは、制御器１８によって開度を操作され、第１制御弁１４による炉内への水素（Ｈ_２）ガスの供給量の調節時に、水素（Ｈ_２）ガスの供給量に応じて、窒素（Ｎ_２）ガスの供給量を調節するものである。

加熱室１１１への不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）の供給量（Ｖ_Ｉｎ）は、上述したように、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）との合計であるガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）で調節することが好ましい。
ガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）は、開口部１１３の開口面積１ｄｍ^２あたり、４ｍ^３／ｈ以上８ｍ^３／ｈ以下とすることができ、好ましくは５ｍ^３／ｈ以上７ｍ^３／ｈ以下であり、より好ましくは５．５ｍ^３／ｈ以上６．５ｍ^３／ｈ以下である。
不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）の供給量（Ｖ_Ｉｎ）は、上記したガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）の範囲内となるように調節される。

スロート室１１２Ｃに接続された第２供給系１５２は、第２扉１０Ｄによって開閉される出口側の開口部１１３の近傍位置に接続されている。
第２供給系１５２には、第３制御弁１６Ｂが接続されている。この第３制御弁１６Ｂは、電磁弁等で構成されており、第２扉１０Ｄによる開口部１１３の開閉と連動して開閉操作される。
詳述すると、第３制御弁１６Ｂは、第２扉１０Ｄによる開口部１１３の開放時に、第２供給系１５２を開き、スロート室１１２Ｃへ不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）を供給する。
第２扉１０Ｄによるスロート室１１２Ｃの出口側の開口部１１３の開放時に、スロート室１１２Ｃへ不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）を供給する場合、開口部１１３から炉外へ不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）が流れようとすることで、開口部１１３からスロート室１１２Ｃへ外気（酸素）が入り込むことを抑制することができる。
第３制御弁１６Ｂは、第２扉１０Ｄによる開口部１１３の閉塞時において、第２供給系１５２を閉じるように操作され、スロート室１１２Ｃへの不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）の供給を停止する。これにより、不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）を効率的に利用することができる。

第２供給系１５２によるスロート室１１２Ｃへの不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）の供給量（Ｖ_Ｉｎ）は、開口部１１３からスロート室１１２Ｃへ外気（酸素）が入り込むことを抑制できるように、開口部１１３の開口面積に応じた量とすることが好ましい。
具体的に、スロート室１１２Ｃへの不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）の供給量（Ｖ_Ｉｎ）は、開口部１１３の開口面積１ｄｍ^２あたり、４ｍ^３／ｈ以上８ｍ^３／ｈ以下とすることができる。
また、供給量（Ｖ_Ｉｎ）は、開口部１１３の開口面積１ｄｍ^２あたり、好ましくは５ｍ^３／ｈ以上７ｍ^３／ｈ以下、より好ましくは５．５ｍ^３／ｈ以上６．５ｍ^３／ｈ以下である。

（５）計測器、制御器
炉体１１の加熱室１１１には、計測器として、炉内の水素分圧（Ｐ_Ｈ２）を計測する水素分析計１７Ａと水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）を計測する露点計１７Ｂ、及び炉内の酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を計測する酸素分析計１７Ｃが接続されている。
計測器である水素分析計１７Ａ及び露点計１７Ｂと酸素分析計１７Ｃとは、制御器１８と電気的に接続されている。
制御器１８は、演算機能を有しており、水素分析計１７Ａ及び露点計１７Ｂによってそれぞれ計測された水素分圧（Ｐ_Ｈ２）及び水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）を取得し、水素分圧（Ｐ_Ｈ２）及び水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）から計測値として比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）を演算することができる。
また、制御器１８は、酸素分析計１７Ｃよって計測された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を計測値として取得することができる。

制御器１８には、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）及び比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）について、上述の無脱炭領域が予め記憶されている。
また、制御器１８には、上記の雰囲気制御方法に係るプログラムが格納されており、計測値として取得した酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、あるいは比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）を、予め記憶された無脱炭領域と対比し、計測値が無脱炭領域であるか、又は調節領域であるかを判断することができる。

制御器１８は、計測値である酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）あるいは比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）が調節領域であると判断した場合、第１制御弁１４の開度を操作し、水素ガス供給系１３による炉体１１の加熱室１１１への水素（Ｈ_２）ガスの供給量を調節することができる。
また、制御器１８は、水素（Ｈ_２）ガスの供給量を調節した場合、その調節に応じて、第２制御弁１６Ａの開度を操作し、不活性ガス供給系１５による炉体１１の加熱室１１１への不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）の供給量を調節することができる。

制御器１８は、第３制御弁１６Ｂ及び第２扉１０Ｄと電気的に接続されている。
制御器１８は、スロート室１１２Ｃからの被処理物Ｗの搬出時に、開口部１１３が開放されるように第２扉１０Ｄを操作し、その操作に連動して第３制御弁１６Ｂを操作し、第２供給系１５２からスロート室１１２Ｃへ不活性ガスを供給することができる。

（６）雰囲気炉における熱処理と雰囲気制御
上記の雰囲気炉１０において、被処理物Ｗは、搬入テーブル１０Ａから炉体１１の炉内に搬入され、炉内で熱処理をされた後、炉体１１の炉内から搬出テーブル１０Ｂへ搬出される。
被処理物Ｗの熱処理は、炉体１１の炉内において、被処理物Ｗを加熱した後、冷却して実施される。
被処理物Ｗの加熱は、ヒータ１２Ａによって加熱室１１１を所定の温度域（６５０℃～９５０℃の範囲）に昇温し、その加熱室１１１で被処理物Ｗを加熱することにより行われる。
被処理物Ｗの冷却は、冷却室１１２の主冷却室において、クーラ１２Ｂによって加熱室１１１よりも低温度とされた第１冷却室１１２Ａで被処理物Ｗを急冷して、第２冷却室１１２Ｂで被処理物Ｗを、第１冷却室１１２Ａにおける温度よりもさらに低温度になるまで冷却する。その後、第２冷却室１１２Ｂからスロート室１１２Ｃへ被処理物Ｗを移送する。

スロート室１１２Ｃは、被処理物Ｗの炉内からの抽出時において、雰囲気を無脱炭とした炉内、具体的には加熱室１１１及び冷却室１１２に外気（酸素）が流れ込むことを抑制して、炉内の無脱炭の雰囲気を保持するために設けられたものである。
即ち、スロート室１１２Ｃでは、被処理物Ｗが移送された後、第１扉１０Ｃが閉じることにより、スロート室１１２Ｃから主冷却室（第２冷却室１１２Ｂ及び第１冷却室１１２Ａ）へのガスの流動が規制される。
次いで、第２扉１０Ｄが開き、被処理物Ｗは、スロート室１１２Ｃ内を急速搬送され、スロート室１１２Ｃから炉外へと短時間で抽出される。このように、スロート室１１２Ｃ内で被処理物Ｗを急速搬送して、炉外への抽出のために第２扉１０Ｄが開かれている時間を可能な限り短くすることにより、炉外からスロート室１１２Ｃ内への外気（酸素）の侵入が抑制される。
さらに、第２扉１０Ｄが開いている間、スロート室１１２Ｃには、第２供給系１５２による不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）の供給が常に行われる。この不活性ガス（窒素（Ｎ_２）ガス）の供給により、炉外からスロート室１１２Ｃへの外気（酸素）の侵入が好適に抑制される。

被処理物Ｗの熱処理時には、炉体１１の炉内の雰囲気が無脱炭となるように、制御器１８による雰囲気制御が実行される。
雰囲気制御において、制御器１８は、第１制御弁１４を操作し、水素ガス供給系１３から加熱室１１１へ水素ガスを供給する。加熱室１１１へ供給された水素ガスは、開口部１１３を介して第１冷却室１１２Ａ、第２冷却室１１２Ｂ、スロート室１１２Ｃへ順次供給されるとともに、各室で酸素（Ｏ_２）を奪い、炉内の雰囲気を無脱炭とする。
炉内の雰囲気を無脱炭とする際、制御器１８は、水素分析計１７Ａ及び露点計１７Ｂによって計測された水素分圧（Ｐ_Ｈ２）及び水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）を取得し、水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）に対する水素分圧（Ｐ_Ｈ２）の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）を演算して、計測値として取得する（図１、ステップＳ１１を参照）。
あるいは、制御器１８は、酸素分析計１７Ｃによって計測された酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）を計測値として取得する（図１、ステップＳ１１を参照）。

制御器１８は、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）及び／又は酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の計測値を、予め記憶された上記熱処理の温度域における無脱炭領域と比較し、計測値が無脱炭領域であるか判断する（図１、ステップＳ１２を参照）。
制御器１８は、計測値が無脱炭領域である場合（図１、ステップＳ１２；Ｙｅｓを参照）、加熱室１１１への水素ガスの供給量を、そのまま維持する。
制御器１８は、計測値が無脱炭領域でない場合（図１、ステップＳ１２；Ｎｏを参照）、計測値が調節領域であると判断する（図１、ステップＳ１３を参照）。

具体的には、比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の場合、熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の範囲において、無脱炭領域は、比が４５を超える範囲（４５＜（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ））とすることができ、調節領域は、比が１．０以上４５以下の範囲（１≦（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）≦４５）とすることができる。
また、酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の場合、熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の範囲において、無脱炭領域は、酸素分圧が４．５×１０^－２３（ａｔｍ）未満の範囲（Ｐ_Ｏ２＜４．５×１０^－２３）とすることができ、調節領域は、酸素分圧が４．５×１０^－２３（ａｔｍ）以上２．０×１０^－１９（ａｔｍ）以下の範囲（４．５×１０^－２３≦Ｐ_Ｏ２≦２．０×１０^－１９）とすることができる。

制御器１８は、計測値が調節領域である場合、第１制御弁１４を操作し、水素ガス供給系１３による加熱室１１１への水素ガスの供給量を調節する（図１、ステップＳ１４を参照）。
そして、制御器１８は、計測値が無脱炭領域となるように、第１制御弁１４の操作によって水素ガスの供給量を調節し、炉内の雰囲気を無脱炭とする。

水素ガスの供給量の調節は、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）と不活性ガスの供給量（Ｖ_Ｉｎ）との合計であるガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）が所定量となるようにして行われる。
具体的に、ガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）は、加熱室１１１の入口側の開口部１１３の開口面積１ｄｍ^２あたり、４ｍ^３／ｈ以上８ｍ^３／ｈ以下とすることができる。
加熱室１１１への水素ガスの供給は、加熱室１１１における水素ガスの濃度が、加熱室１１１の容積全体を１００ｖｏｌ％として、３ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下となるように、水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）を調節して行われる。
また、被処理物Ｗの熱処理中の加熱室１１１には、水素ガス又は不活性ガス、あるいは水素ガス及び不活性ガスが、上記ガス供給総量の範囲内で常時供給される。これにより、入口側の開口部１１３を介した加熱室１１１への外気（酸素）の流入が防止され、炉内の雰囲気が無脱炭に維持される。

熱処理された被処理物Ｗをスロート室１１２Ｃから炉外へ搬出する際、制御器１８は、第２扉１０Ｄを開放する操作と連動して、第３制御弁１６Ｂを操作し、第２供給系１５２を開いて、スロート室１１２Ｃに不活性ガスである窒素ガスを供給する。
スロート室１１２Ｃに供給された窒素ガスは、第２扉１０Ｄによって開放されたスロート室１１２Ｃの出口側の開口部１１３から炉外へ流出する。これにより、出口側の開口部１１３を介して炉外からスロート室１１２Ｃへ外気（酸素）が流入することが防止され、炉内の雰囲気が無脱炭に維持される。

本発明は、雰囲気ガスに不活性ガス及び水素ガスを用いて被処理物を熱処理する雰囲気炉と、雰囲気炉の炉内の雰囲気を無脱炭にする雰囲気制御方法について、広範な製品で利用することができ、特にカーボンニュートラルの観点で有用である。

１０；雰囲気炉、１０Ａ；搬入テーブル、１０Ｂ；搬出テーブル、１０Ｃ；第１扉、１０Ｄ；第２扉、
１１；炉体、１１１；加熱室、１１２；冷却室、１１２Ａ；第１冷却室、１１２Ｂ；第
２冷却室、１１２Ｃ；スロート室、１１３；開口部、
１２Ａ；ヒータ、１２Ｂ；クーラ、
１３；水素ガス供給系、１３Ａ；水素タンク、１４；第１制御弁、
１５；不活性ガス供給系、１５Ａ；ＰＳＡ式窒素ガス製造装置、１５Ｂ；窒素タンク、１５Ｃ；減圧弁、１５１；第１供給系、１５２；第２供給系、
１６Ａ；第２制御弁、１６Ｂ；第３制御弁、
１７Ａ；水素分析計、１７Ｂ；露点計、１７Ｃ；酸素分析計、
１８；制御器、
Ｗ；被処理物。

Claims (10)

1. 雰囲気ガスに不活性ガス及び水素ガスを用いて被処理物を熱処理する雰囲気炉の炉内の雰囲気を無脱炭にする雰囲気制御方法であって、
   前記炉内における酸素分圧をＰ_Ｏ２（ａｔｍ）、水分分圧をＰ_Ｈ２Ｏ（ａｔｍ）、水素分圧をＰ_Ｈ２（ａｔｍ）とし、
   前記酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、前記水分分圧に対する前記水素分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を対象として、
   前記熱処理の温度域において、前記炉内の雰囲気を無脱炭にする前記対象の範囲を無脱炭領域と定め、前記無脱炭領域を除いた前記対象の範囲を調節領域と定めて、
   熱処理時の炉内における前記対象を計測して計測値を取得し、
   前記計測値が前記調節領域である場合に、前記炉内への前記水素ガスの供給量を調節して、
   前記調節により、前記計測値が前記無脱炭領域になるように、前記対象を制御する、ことを特徴とする雰囲気制御方法。
2. 前記熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の範囲において、前記対象が前記酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）の場合、
   前記無脱炭領域は、前記酸素分圧が４．５×１０^－２３（ａｔｍ）未満の範囲（Ｐ_Ｏ２＜４．５×１０^－２３）であり、
   前記調節領域は、前記酸素分圧が４．５×１０^－２３（ａｔｍ）以上２．０×１０^－１９（ａｔｍ）以下の範囲（４．５×１０^－２３≦Ｐ_Ｏ２≦２．０×１０^－１９）である請求項１に記載の雰囲気制御方法。
3. 前記熱処理の温度域が６５０℃～９５０℃の範囲において、前記対象が前記比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の場合、
   前記無脱炭領域は、前記比が４５を超える範囲（４５＜（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ））であり、
   前記調節領域は、前記比が１．０以上４５以下の範囲（１≦（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）≦４５）である請求項１に記載の雰囲気制御方法。
4. 前記炉内への前記水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）と前記不活性ガスの供給量（Ｖ_Ｉｎ）を合計したガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）について、前記調節による前記水素ガスの供給量の変更に応じて、前記炉内への前記不活性ガスの供給量を増減させることにより、前記ガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）を一定値とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の雰囲気制御方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の雰囲気制御方法を用い、炉内の雰囲気を無脱炭にして被処理物を熱処理する雰囲気炉であって、
   前記被処理物を出し入れする開口部が設けられた炉体と、
   前記炉体の炉内の温度を調整する炉温調整手段と、
   前記炉体に接続された水素ガス供給系、及び前記水素ガス供給系に接続された第１制御弁と、
   前記炉体に接続された不活性ガス供給系、及び前記不活性ガス供給系に接続された第２制御弁と、
   前記炉体の炉内における酸素分圧（Ｐ_Ｏ２）、及び、水分分圧（Ｐ_Ｈ２Ｏ）に対する水素分圧（Ｐ_Ｈ２）の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）の少なくとも一方を計測する計測器と、
   前記計測器による計測値に基づき、前記第１制御弁を操作して、前記水素ガス供給系による前記炉体の炉内への水素ガスの供給量を調節する制御器と、を備えることを特徴とする雰囲気炉。
6. 前記炉体は炉内に、前記被処理物を加熱する加熱室と、前記被処理物を冷却する冷却室と、を備え、
   前記水素ガス供給系は、前記加熱室へ水素ガスを供給し、
   前記不活性ガス供給系は、複数に分岐して前記加熱室及び前記冷却室へ不活性ガスを供給する請求項５に記載の雰囲気炉。
7. 前記加熱室における水素ガスの濃度は、３ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下である請求項６に記載の雰囲気炉。
8. 前記加熱室に前記被処理物を入れる前記開口部を入口側開口部とし、
   前記加熱室において、前記水素ガスの供給量（Ｖ_Ｈ２）と前記不活性ガスの供給量（Ｖ_Ｉｎ）を合計したガス供給総量（Ｖ_Ｈ２＋Ｖ_Ｉｎ）は、前記入口側開口部の開口面積１ｄｍ^２あたり、４ｍ^３／ｈ以上８ｍ^３／ｈ以下である請求項６又は７に記載の雰囲気炉。
9. 前記冷却室は、前記加熱室と隣接して設けられた主冷却室と、前記主冷却室に隣接して設けられたスロート室と、を備え、
   前記スロート室は、前記主冷却室との間の開口部を開閉する第１扉と、
   前記開口部として前記被処理物を炉内から出す出口側開口部を開閉する第２扉と、
   を備え、
   前記制御器は、前記第２扉の開閉を操作して、前記出口側開口部の開放時に前記不活性ガス供給系から前記スロート室へ不活性ガスを供給する請求項５乃至８のいずれか一項に記載の雰囲気炉。
10. 前記スロート室への前記不活性ガスの供給量（Ｖ_Ｉｎ）は、前記出口側開口部の開口面積１ｄｍ^２あたり、４ｍ^３／ｈ以上８ｍ^３／ｈ以下である請求項９に記載の雰囲気炉。

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