JP3687695B2

JP3687695B2 - 雰囲気ガス供給方法及び装置

Info

Publication number: JP3687695B2
Application number: JP32077495A
Authority: JP
Inventors: 光康山田; 秀樹岩本; 好信津崎; 隆栗山
Original assignee: 株式会社コベルコマテリアル銅管
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2015-12-08
Also published as: JPH09157737A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属又は合金材を熱処理する雰囲気ガス炉の雰囲気ガス供給方法及び装置に関し、特に雰囲気ガス炉内の雰囲気ガスの化学成分を一定に保持することができる雰囲気ガス供給方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、雰囲気ガス炉内のラジアントチューブから排出された排気ガスを雰囲気ガス炉内に導入し、排気ガスを雰囲気ガスとして再利用している（特開昭６１−７３８２４号公報及び特開昭６１−６７７１５号公報）。このように、排気ガスを雰囲気ガスとして使用することによって、資源を節約することができると共に、排気ガスが高温であるため、排気ガスを加熱する必要がなく、エネルギー消費を節約することができる。
【０００３】
図３は、従来の雰囲気ガス供給装置を示す模式図である。雰囲気ガス炉３１は断熱材３２に覆われており、炉３１内には、金属又は合金製の被熱処理材６１が挿入されている。断熱材３２を貫通して、炉３１内に複数本のラジアントチューブ３３が入り込んでいる。ラジアントチューブ３３の一端３４ａからラジアントチューブ３３内にバーナー３５が挿入されている。一端３４ａは導管３６に接続されており、導管３６は分岐管３７を介して導管３８ａ及び３８ｂに接続されている。導管３８ａには調整弁３９ａが設けられ、導管３８ａ内を通流する燃料ガスの流量を調整できるようになっている。一方、導管３８ｂには調整弁３９ｂが設けられ、導管３８ｂ内を通流する空気の流量を調整することができる。調整弁３９ａ及び３９ｂの開閉度を変化させることにより、空燃比を変化させ、バーナー３５の燃焼状態を最適なものに保つことができる。ラジアントチューブ３３の他端３４ｂには導管４０を介して、Ｈ₂０除去装置４１が設置されている。ラジアントチューブ３３の排気ガスが、除去装置４１を通過することにより、雰囲気ガスとして不必要なＨ₂Ｏが除外され、排気ガスはＤＸガス（ＣＯ：２乃至３体積％、Ｈ₂：２乃至３体積％、ＣＯ₂：１０乃至１２体積％及びＮ₂：残部）となる。Ｈ₂Ｏ除去装置４１は導管４３に接続されており、導管４３には調整弁４４が設けられている。導管４３は断熱材３２を貫通して雰囲気ガス炉３１内に入り込んでおり、雰囲気ガスは導管４３を通流して、炉３１内に供給されるようになっている。
【０００４】
このように構成された雰囲気ガス供給装置において、調整弁３９ａにより燃料ガスの流量を調整すると共に、調整弁３９ｂにより空気の流量を調整した後、導管３８ａから燃料ガスを導入し、また導管３８ｂから空気を導入して、これらの気体を分岐管３７において混合し、得られた混合気を導管３６を介してラジアントチューブ３３内のバーナー３５内に流入させ、混合気を燃焼させる。そうすると、バーナー３５がラジアントチューブ３３を加熱し、ラジアントチューブ３３の熱により炉３１内の雰囲気ガスが高温となる。雰囲気ガスの熱により、被熱処理材６１が熱処理される。また、ラジアントチューブ３３から排気ガスが排出され、この排気ガスはＨ₂Ｏ除去装置４１にてＨ₂Ｏが除去され、ＤＸガスとなる。得られたＤＸガスは、調整弁４４にて流量が調整された後、雰囲気ガスとして導管４３により、炉３１内に供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術には、以下に示す問題点がある。即ち、ラジアントチューブ３３は、炉内の雰囲気ガスを加熱するために設置されたものであるため、燃料ガスの熱量が変動することにより、ラジアントチューブ３３より排出される排気ガスの成分に変動が生じる。このため、適切な化学成分を有する雰囲気ガスを安定して得ることが困難であるという問題点がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、雰囲気ガス炉内の雰囲気ガスを安定させることができる雰囲気ガス供給方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る雰囲気ガス供給方法は、ラジアントチューブが挿入された雰囲気ガス炉内を前記ラジアントチューブ内に配置されたバーナーにより加熱されたガスにより加熱し、前記ラジアントチューブから排出された排気ガスと、雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼により発生した雰囲気ガスとを混合して混合雰囲気ガスとし、この混合雰囲気ガスを前記雰囲気ガス炉内に供給すると共に、前記混合雰囲気ガスの化学成分を測定し、得られた測定結果に基づいて、前記雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼を制御して、前記混合雰囲気ガスの化学成分を制御することを特徴とする。
【０００８】
この場合に、前記混合雰囲気ガスの化学成分のうちＣＯの濃度に基づいて前記バーナーの燃焼を制御することができる。
【０００９】
また、前記雰囲気ガス炉は連続熱処理炉の加熱帯であってもよい。
【００１０】
本発明に係る雰囲気ガス供給装置は、雰囲気ガス炉と、この雰囲気ガス炉内に挿入され内部に配置されたバーナーにより加熱されたガスにより前記雰囲気ガス炉内を加熱するラジアントチューブと、バーナーの燃焼により雰囲気ガスを発生させる雰囲気ガス発生装置と、前記雰囲気ガス発生装置からの雰囲気ガスと前記ラジアントチューブから排気される排気ガスとを混合して混合雰囲気ガスとし、この混合雰囲気ガスを前記雰囲気ガス炉内に導入する配管と、この配管を通流する前記混合雰囲気ガスの化学成分を測定する測定器と、この測定器の測定結果に基づいて前記雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼を制御して前記混合雰囲気ガスの化学成分を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明に係る雰囲気ガス供給方法においては、雰囲気ガス炉内を加熱するラジアントチューブから排出された排気ガスと、雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼により発生した雰囲気ガスとを混合して混合雰囲気ガスとし、この混合雰囲気ガスを雰囲気ガス炉内に供給する。この場合に、混合雰囲気ガスの化学成分を測定し、この測定結果に基づいてバーナーの燃焼を制御する。そうすると、ラジアントチューブに供給される燃料ガスの熱量が変化し、ラジアントチューブから発生する排気ガスの化学成分が変化した場合であっても、バーナーの燃焼を制御することにより、混合雰囲気ガスの化学成分を適切なものとし、雰囲気ガス炉内の雰囲気ガス濃度を安定させることができる。これにより、炉内の被熱処理材の品質を安定させることができると共に、被熱処理材に酸化及び変色が発生することを防止できる。
【００１２】
なお、混合雰囲気ガスの化学成分に含まれる化学成分としては、Ｈ₂、ＣＯ₂及びＣＯ等がある。この場合に、Ｈ₂及び／又はＣＯ₂の濃度を制御することも可能であるが、ＣＯ成分に対する制御装置及び機器の入手が容易であるため、ＣＯ成分を制御することが好ましい。
【００１３】
また、本発明における雰囲気ガス供給方法を連続熱処理炉の加熱帯に適用することができる。純銅製の金属管コイル等を連続処理炉で熱処理する場合には、雰囲気ガスの化学組成の変動により、金属管コイル等に酸化及び変色等が発生しやすいが、本発明を実施することによって、この酸化及び変色を防止し、金属管コイル等を良好に熱処理することができる。
【００１４】
本発明に係る雰囲気ガス供給装置においては、雰囲気ガス供給装置のバーナーを燃焼させ、発生した雰囲気ガスとラジアントチューブから排出された排気ガスとを混合して、混合雰囲気ガスとした後、この混合雰囲気ガスを配管内を通流させて雰囲気ガス炉内に導入する。この場合に、混合雰囲気ガスの化学成分を測定し、この測定結果に基づいて、雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼を制御する。そうすると、上述の雰囲気ガス供給方法と同様に、ラジアントチューブに供給される燃料ガスの熱量が変化し、ラジアントチューブから排出される排気ガスの化学成分が変化した場合であっても、バーナーの燃焼を制御することにより、混合雰囲気ガスの化学成分を適切なものとし、雰囲気ガス炉内の雰囲気ガス濃度を安定させることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例に係る雰囲気ガス供給方法及び装置を示す模式図である。図１において、図３と同一物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。雰囲気ガス発生装置１は雰囲気ガスを発生し、この雰囲気ガス発生装置１のガス供給口にはＨ₂Ｏ除去装置４２が接続されている。このＨ₂Ｏ除去装置４２は分岐管２が接続されている。分岐管２の残りの管端のうち、一方の管端は調整弁４４に接続されており、他方の管端は導管４３に接続されている。雰囲気ガス発生装置１の上部にはバーナー３が設置されている。このバーナー３には導管４が接続され、導管４の途中に燃料弁５が設けられている。導管４により供給される燃料でバーナー３は燃焼し、この燃焼により発生した排気ガスが、雰囲気ガス供給装置１において雰囲気ガスとなる。この雰囲気ガスと調整弁４４を通過してきた雰囲気ガスとが分岐管２において混合され、混合雰囲気ガスとなるようになっている。導管４３には導管４５を介してＣＯ計６が接続されており、ＣＯ計６は前述の混合雰囲気ガスのＣＯ濃度を計測する。ＣＯ計６は信号線７を介して制御手段９に接続されており、制御手段９は信号線８を介して燃料弁５に接続されている。ＣＯ計６にて測定されたＣＯ濃度に応じて、制御手段９は、信号線８を介して、燃料弁５に電気信号を送出し、この電気信号によって燃料弁５の開閉率が調整され、バーナー３の燃焼が制御される。
【００１６】
このように構成された装置において、図３に示す装置と同様に、ラジアントチューブ３３の排気ガスがＨ₂Ｏ除去装置４１にてＨ₂Ｏが除去され、雰囲気ガスとなる。また、雰囲気ガス発生装置１により雰囲気ガスが発生し、この雰囲気ガスはＨ₂Ｏ除去装置４２にてＨ₂Ｏが除去された後、分岐管２において前述の雰囲気ガスと混合されて混合雰囲気ガスとなる。この混合雰囲気ガスが導管４３を通過して炉３１内に供給される。この場合に、混合雰囲気ガスのＣＯ濃度はＣＯ計６により測定され、この測定結果に基づいて、制御手段９が燃料弁５の開閉度を調整して、バーナー３の燃焼が制御される。このため、燃料ガスの熱量が変動し、バーナー３５の燃焼状態が変化して、ラジアントチューブ３３が排出する排気ガスの化学成分が変動した場合であっても、混合雰囲気ガスのＣＯ濃度が常に適切なものとなる。これにより、炉３１内の雰囲気ガスの化学成分が安定するので、被熱処理材６１の品質が安定すると共に、被熱処理材６１に酸化及び変色が発生することを防止することができる。
【００１７】
なお、本実施例では、混合雰囲気ガスの化学成分のうちＣＯについて、その濃度を制御したが、ＣＯ計６の代わりにＨ₂計又はＣＯ₂計を設置し、混合雰囲気ガスの各成分を制御してもよい。また、これらの測定計を併用し、複数の気体の濃度を制御してもよい。
【００１８】
次に、本実施例を連続熱処理炉（光輝焼鈍炉）に適用した場合の結果について説明する。図２は、連続熱処理炉を示す模式図である。図２に示すように、連続熱処理炉は、入側ベスチブル２５ａ、加熱帯２６、冷却帯２７及び出側ベスチブル２５ｂにより構成される。入側ベスチブル２５ａは大気が加熱帯２６内に入ることを防止する部屋であり、出側ベスチブル２５ｂは大気が冷却帯２７内に入ることを防止する部屋である。連続熱処理炉には、被熱処理材６１として純銅製の金属管コイルが装入される。被熱処理材６１は、入側ベスチブル２５ａを通過後、加熱帯２６にて焼鈍され、次いで冷却帯２７ｃにて冷却された後、出側ベスチブル２５ｂを通過して、連続熱処理炉外へ送出される。このような連続熱処理炉の加熱帯２６に本実施例の雰囲気ガス供給方法を適用した。なお、ラジアントチューブ３３から排出された排気ガスの流量は１８０Ｎｍ³／ｈであり、燃料弁５を通過した燃料の流量は１２０乃至１５０Ｎｍ³／ｈであった。
【００１９】
その結果、金属管コイルに特に酸化及び変色といった不良が発生することなく、金属管コイルを良好に熱処理することができた。また、ラジアントチューブ３３における燃料ガスの熱量の変動は１５００ｋｃａｌ／Ｎｍ³であったが、混合雰囲気ガスのＣＯ濃度の変動量を０．５％以内に抑制することができた。なお、本実施例の雰囲気ガス供給方法を実施しない場合は、混合雰囲気ガスのＣＯ濃度の変動量は２．０％と極めて大きくなった。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、雰囲気ガス炉内のラジアントチューブから排出される排気ガスと、雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼により発生した雰囲気ガスとを混合して混合雰囲気ガスとし、この混合雰囲気ガスの化学成分に基づいて、雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼を制御しつつ、混合雰囲気ガスを雰囲気ガス炉内に供給するので、雰囲気ガス炉内の雰囲気ガス濃度が安定し、被熱処理材の酸化及び変色を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における雰囲気ガス供給方法及び装置を示す模式図である。
【図２】連続熱処理炉を示す模式図である。
【図３】従来の雰囲気ガス供給装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１；雰囲気ガス発生装置
２，３７；分岐管
３，３５；バーナー
４，３６，３８ａ，３８ｂ，４０，４３，４５；導管
５；燃料弁
６；ＣＯ計
７，８；信号線
９；制御手段
２５ａ；入側ベスチブル
２５ｂ；出側ベスチブル
２６；加熱帯
２７；冷却帯
３１；雰囲気ガス炉
３２；断熱材
３３；ラジアントチューブ
３４ａ；一端
３４ｂ；他端
３９ａ，３９ｂ，４４；調整弁
４１，４２；Ｈ₂Ｏ除去装置
６１；被熱処理材

Claims

ラジアントチューブが挿入された雰囲気ガス炉内を前記ラジアントチューブ内に配置されたバーナーにより加熱されたガスにより加熱し、前記ラジアントチューブから排出された排気ガスと、雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼により発生した雰囲気ガスとを混合して混合雰囲気ガスとし、この混合雰囲気ガスを前記雰囲気ガス炉内に供給すると共に、前記混合雰囲気ガスの化学成分を測定し、得られた測定結果に基づいて、前記雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼を制御して、前記混合雰囲気ガスの化学成分を制御することを特徴とする雰囲気ガス供給方法。
前記混合雰囲気ガスの化学成分のうちＣＯの濃度に基づいて前記バーナーの燃焼を制御することを特徴とする請求項１に記載の雰囲気ガス供給方法。
前記雰囲気ガス炉は連続熱処理炉の加熱帯であることを特徴とする請求項１又は２に記載の雰囲気ガス供給方法。
雰囲気ガス炉と、この雰囲気ガス炉内に挿入され内部に配置されたバーナーにより加熱されたガスにより前記雰囲気ガス炉内を加熱するラジアントチューブと、バーナーの燃焼により雰囲気ガスを発生させる雰囲気ガス発生装置と、前記雰囲気ガス発生装置からの雰囲気ガスと前記ラジアントチューブから排気される排気ガスとを混合して混合雰囲気ガスとし、この混合雰囲気ガスを前記雰囲気ガス炉内に導入する配管と、この配管を通流する前記混合雰囲気ガスの化学成分を測定する測定器と、この測定器の測定結果に基づいて前記雰囲気ガス発生装置のバーナーの燃焼を制御して前記混合雰囲気ガスの化学成分を制御する制御手段とを有することを特徴とする雰囲気ガス供給装置。