JP4125626B2 - 浸炭処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は,鋼材部品等の処理材を浸炭処理するのに用いる浸炭処理装置に係り、特に、処理材を浸炭処理する処理炉内にCOを含むキャリアガスを供給し、加熱,浸炭,拡散の工程を経て処理材を浸炭処理するにあたり、高速で安定した浸炭処理が安価に行えるようにした点に特徴を有するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から低炭素鋼や低合金鋼等の鋼材部品における強度を高めるため、その表面から炭素を内部に拡散浸透させる浸炭処理が施されている。
【0003】
そして、このように鋼材部品等の処理材を浸炭処理するにあたっては、様々な方法が使用されており、例えば、図1に示すように、処理炉2内に処理材1を導入し、この処理炉2内にキャリアガス供給装置10からCOを含むキャリアガスを供給し、この処理炉2内において処理材1を加熱させる加熱工程と、このように加熱された処理材1に炭素を付与して浸炭させる浸炭工程と、このように処理材1に付与された炭素を表面炭素濃度が所要値になるように処理材1の内部に拡散させる拡散工程と、このように炭素が内部に拡散された処理材1の温度を下げる降温工程とを経て、処理材1を浸炭処理することが行われている。
【0004】
ここで、上記のように処理炉2内にキャリアガス供給装置10からCOを含むキャリアガスを供給するにあたり、従来においては、原料ガスを反応させてCOを含むキャリアガスを生成するキャリアガス生成装置11として、一般にRhやPt等の貴金属触媒やNi触媒を収容させた反応筒11aを加熱装置11bによって加熱させるようにしたものを用いるようにしている。
【0005】
そして、ガス供給管12によって導かれたLNGやLPG等の炭化水素ガスと、空気供給管13によって導かれた空気とをガスミキサー14により混合させ、このように混合させた混合ガスを上記のように加熱された反応筒11a内に導き、この混合ガスを上記の触媒により反応させてCOを含むキャリアガスを生成し、このキャリアガスを処理炉2内に供給するようにしている。
【0006】
しかし、上記のようにLNGやLPG等の炭化水素ガスと空気とを混合させた混合ガスを用いてCOを含むキャリアガスを生成した場合、空気中にはN2が多く含まれているため、一般にキャリアガス中におけるCO濃度は20〜25体積%程度にしかならず、このようにCO濃度が20〜25体積%になった低CO濃度のキャリアガスを用いた場合、処理材1に対する浸炭速度が遅くて、浸炭処理に多くの時間を要するという問題があった。
【0007】
このため、従来においては、処理炉2内に上記のキャリアガスとは別にLNGやLPG等の炭化水素ガスを導入する等により、処理炉2内におけるカーボンポテンシャルを高めて、処理材1に対する浸炭速度を速め、処理時間を短縮させることが行われている。
【0008】
しかし、上記のようにCO濃度が20〜25体積%になったキャリアガスを導入させた処理炉2内に、LNGやLPG等の炭化水素ガスを導入させる等によって処理炉2内におけるカーボンポテンシャルを温度と鋼種によって決定される飽和値近くまで高める場合、カーボンポテンシャルを適切に制御することが困難であり、処理炉2内におけるカーボンポテンシャルが飽和値を越えて高くなりすぎ、煤が発生する等の問題があった。
【0009】
また、従来においても、上記のキャリアガスにおけるCO濃度を高めると、処理材1に対する浸炭速度が向上することが分かっており、近年においては、処理材1を浸炭処理するにあたり、高CO濃度のキャリアガスを使用することが検討されるようになった(例えば、特許文献1〜6参照。)。
【0010】
しかし、高CO濃度のキャリアガスを生成するのにはコストが高くつき、常にこのような高CO濃度のキャリアガスを用いて処理材を浸炭処理するようにした場合、ランニングコストが非常に高くつくという問題があった。
【0011】
【特許文献1】
特開平11−21661号公報
【特許文献2】
特開2000−256824号公報
【特許文献3】
特開2001−152312号公報
【特許文献4】
特開2001−152313号公報
【特許文献5】
特開2001−152314号公報
【特許文献6】
特開2001−278610号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、鋼材部品等の処理材を浸炭処理する場合における上記のような様々な問題を解決することを課題とするものであり、特に、処理材を浸炭処理する処理炉内にCOを含むキャリアガスを供給し、加熱,浸炭,拡散の工程を経て処理材を浸炭処理するにあたり、高速で安定した浸炭処理が安価に行えるようにすることを課題とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明における浸炭処理装置においては、上記のような課題を解決するため、処理材を浸炭処理する処理炉と、この処理炉内にCOを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置とを備えた浸炭処理装置において、上記のキャリアガス供給装置に、原料ガスを反応させてCOを含むキャリアガスを生成するキャリアガス生成装置と、少なくとも炭化水素ガスとCO 2 ガスとを混合させた第1原料ガスを上記のキャリアガス生成装置に供給する第1原料ガス供給装置と、少なくとも炭化水素ガスと空気とを混合させた第2原料ガスを上記のキャリアガス生成装置に供給する第2原料ガス供給装置と、上記のキャリアガス生成装置に供給する原料ガスを上記の第1原料ガス供給装置と第2原料ガス供給装置との間で切り換える切換装置とを設けた。
【0020】
ここで、上記の第1原料ガス供給装置から少なくとも炭化水素ガスとCO2ガスとを混合させた第1原料ガスをキャリアガス生成装置に供給してキャリアガスを生成すると、高CO濃度のキャリアガスが得られるようになり、例えば、炭化水素ガスとしてメタンガスを用い、このメタンガスとCO2ガスとを混合させた第1原料ガスをキャリアガス生成装置に供給してキャリアガスを生成した場合には、CO濃度が約50体積%、H2濃度が約50体積%になった浸炭速度の最も速いキャリアガスが得られるようになる。
【0021】
一方、上記の第2原料ガス供給装置から少なくとも炭化水素ガスと空気とを混合させた第2原料ガスをキャリアガス生成装置に供給してキャリアガスを生成すると、空気中にはN2が多く含まれているため、得られたキャリアガス中におけるCO濃度が低くなり、例えば、炭化水素ガスとしてメタンガスを用い、このメタンガスと空気とを混合させた第2原料ガスをキャリアガス生成装置に供給してキャリアガスを生成した場合には、CO濃度が約20体積%になったキャリアガスが得られるようになる。
【0022】
そして、上記のような浸炭処理装置において、処理材を浸炭処理するにあたっては、上記の切換装置によりキャリアガス生成装置に供給する原料ガスを上記の第1原料ガス供給装置と第2原料ガス供給装置との間で切り換え、浸炭時には上記の第1原料ガス供給装置からキャリアガス生成装置に第1原料ガスを供給して高CO濃度のキャリアガスを生成し、この高CO濃度のキャリアガスを処理炉に供給する一方、浸炭時以外には上記の第2原料ガス供給装置からキャリアガス生成装置に第2原料ガスを供給してCO濃度が低いキャリアガスを生成し、この低CO濃度の低いキャリアガスを処理炉に供給する。
【0023】
このようにすると、処理材に対する浸炭速度が速まって処理時間が短縮されると共に、処理炉内におけるカーボンポテンシャルを適切に制御することも容易に行えて、煤が発生するのも防止できるようになり、また常に高CO濃度のキャリアガスを供給する場合に比べて、ランニングコストも低減される。なお、浸炭時に処理炉内に供給するキャリアガスとしては、CO濃度が35〜60体積%の範囲になったキャリアガスを用いることが好ましい。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態に係る浸炭処理装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る浸炭処理方法及び浸炭処理装置は下記の実施形態に示すものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
【0025】
この実施形態に係る浸炭処理装置においても、図2に示すように、処理炉2内に処理材1を導入し、この処理炉2内にキャリアガス供給装置10からCOを含むキャリアガスを供給し、上記の処理炉2内において処理材1を加熱させる加熱工程と、このように加熱された処理材1に炭素を付与して浸炭させる浸炭工程と、このように処理材1に付与された炭素を処理材1の内部に拡散させる拡散工程と、このように炭素が内部に拡散された処理材1の温度を下げる降温工程とを行うようにしている。
【0026】
また、この実施形態においても、上記のように処理炉2内にキャリアガス供給装置10からCOを含むキャリアガスを供給するにあたり、原料ガスを反応させてCOを含むキャリアガスを生成するキャリアガス生成装置11として、RhやPt等の貴金属触媒やNi触媒を収容させた反応筒11aを加熱装置11bによって加熱させるようにしたものを用いている。
【0027】
また、この実施形態においては、第1電磁弁15aが設けられた第1ガス供給管12aを通して導かれたLNGやLPG等の炭化水素ガスと、第2電磁弁15bが設けられたCO2ガス供給管16を通して導かれたCO2ガスとを第1ガスミキサー14aにより混合させるようにする一方、第3電磁弁15cが設けられた第2ガス供給管12bを通して導かれたLNGやLPG等の炭化水素ガスと、第4電磁弁15dが設けられた空気供給管13を通して導かれた空気とを第2ガスミキサー14bにより混合させるようにしている。
【0028】
そして、上記の第1ガスミキサー14aによって混合させた炭化水素ガスとCO2ガスとからなる第1原料ガス、或いは上記の第2ガスミキサー14bによって混合させた炭化水素ガスと空気とからなる第2原料ガスを、上記のキャリアガス生成装置11に供給してCOを含むキャリアガスを生成するようにしている。
【0029】
ここで、第1ガスミキサー14aによって混合させた炭化水素ガスとCO2ガスとからなる第1原料ガスをキャリアガス生成装置11に供給してCOを含むキャリアガスを生成すると、前記のようにCO濃度が50体積%程度になった高CO濃度のキャリアガスが得られるようになる。
【0030】
一方、第2ガスミキサー14bによって混合させた炭化水素ガスと空気とからなる第2原料ガスをキャリアガス生成装置11に供給してCOを含むキャリアガスを生成すると、空気中にN2が多く含まれているため、前記のようにCO濃度が20体積%程度になった低CO濃度のキャリアガスが得られるようになる。
【0031】
なお、炭化水素ガスとして例えばC4H10ガスを用いると、C4H10+CO2=8CO+5H2となり、CO濃度が高くなりすぎるため、この場合には、キャリアガス生成装置11によって生成されるキャリアガスにおけるCO濃度を調整するため、図示していないが、例えば、上記の第1ガスミキサー14aに空気や酸素ガスを供給することも可能である。
【0032】
そして、この実施形態において、鋼材部品等の処理材1を浸炭処理するにあたっては、処理炉2内に処理材1を導入し、この処理炉2内において処理材1を加熱させる工程においては、上記の第1電磁弁15aと第2電磁弁15bとを閉じる一方、上記の第3電磁弁15cと第4電磁弁15dとを開け、上記の第2ガス供給管12bと空気供給管13とを通して炭化水素ガスと空気とを第2ガスミキサー14bに導いて混合させるようにする。
【0033】
そして、このように炭化水素ガスと空気とを混合させた第2原料ガスをキャリアガス生成装置11に供給してCO濃度が20体積%程度になった低CO濃度のキャリアガスを生成し、この低CO濃度のキャリアガスを処理炉2内に供給して、上記の処理材1を所定の温度まで加熱させる。
【0034】
次いで、このように加熱された処理材1に炭素を付与して浸炭させる浸炭工程においては、上記の第3電磁弁15cと第4電磁弁15dとを閉じる一方、上記の第1電磁弁15aと第2電磁弁15bとを開け、上記の第1ガス供給管12aとCO2ガス供給管16とを通して炭化水素ガスとCO2ガスとを第1ガスミキサー14aに導いて混合させるようにする。
【0035】
そして、このように炭化水素ガスとCO2ガスとを混合させた第1原料ガスをキャリアガス生成装置11に供給してCO濃度が50体積%程度になった高CO濃度のキャリアガスを生成し、この高CO濃度のキャリアガスを処理炉2内に供給し、上記の処理材1に炭素を付与して浸炭させる。
【0036】
また、このように処理材1に炭素を付与して浸炭させた後は、上記の第1電磁弁15aと第2電磁弁15bとを閉じる一方、上記の第3電磁弁15cと第4電磁弁15dとを開け、上記の加熱工程の場合と同様に、炭化水素ガスと空気とを混合させた第2原料ガスをキャリアガス生成装置11に供給してCO濃度が20体積%程度になった低CO濃度のキャリアガスを生成し、この低CO濃度のキャリアガスを処理炉2内に供給して、処理材1に付与された炭素を処理材1の内部に拡散させる拡散工程と、このように炭素が内部に拡散された処理材1の温度を下げる降温工程とを行うようにする。
【0037】
ここで、鋼材部品等の処理材1に対して例えば0.9mmの有効浸炭深さを得るにあたって、上記の浸炭工程においてCO濃度が20体積%程度になった低CO濃度のキャリアガスを処理炉2内に供給するようにした場合、浸炭工程と拡散工程とに要する合計時間が300分程度になるのに対して、上記の浸炭工程においてCO濃度が50体積%程度になった高CO濃度のキャリアガスを処理炉2内に供給するようにした場合、浸炭工程と拡散工程とに要する合計時間が180分程度になり、浸炭処理時間が大幅に短縮されるようになる。
【0038】
また、上記のように浸炭工程においてCO濃度が50体積%程度になった高CO濃度のキャリアガスを処理炉2内に供給すると、処理炉2内のカーボンポテンシャルを適切に制御することが容易に行え、カーボンポテンシャルが高くなりすぎて煤が発生するのを簡単に防止できるようになると共に、浸炭工程においてのみ高CO濃度のキャリアガスを処理炉2内に供給させると、高CO濃度のキャリアガスの量も少なくてすみ、常に高CO濃度のキャリアガスを供給する場合に比べてランニングコストが低減される。
【0039】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における浸炭処理装置においては、処理炉内にCOを含むキャリアガスを供給し、加熱,浸炭,拡散の工程を経て、鋼材部品等の処理材を浸炭処理するにあたり、上記の処理炉内に供給するキャリアガスにおけるCO濃度を浸炭時にのみ高くするようにしたため、処理材に対する浸炭速度が速まって処理時間が短縮されると共に、カーボンポテンシャルを適切に制御することも容易に行えて、煤が発生するのも簡単に防止できるようになった。
【0040】
また、この発明においては、上記のように浸炭時にのみキャリアガスにおけるCO濃度を高くするようにしたため、常に高CO濃度のキャリアガスを供給する場合に比べて、ランニングコストも大幅に低減されるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】処理材を浸炭処理するのに使用する従来の浸炭処理装置を示した概略説明図である。
【図2】この発明の一実施形態において、処理材を浸炭処理するのに使用する浸炭処理装置を示した概略説明図である。
【符号の説明】
1 処理材
2 処理炉
10 キャリアガス供給装置
11 キャリアガス生成装置
11a 反応筒
11b 加熱装置
12a 第1ガス供給管
12b 第2ガス供給管
13 空気供給管
14a 第1ガスミキサー
14b 第2ガスミキサー
15a〜15d 第1〜第4電磁弁
16 CO2ガス供給管
Claims (2)
- 処理材を浸炭処理する処理炉と、この処理炉内にCOを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置とを備えた浸炭処理装置において、上記のキャリアガス供給装置に、原料ガスを反応させてCOを含むキャリアガスを生成するキャリアガス生成装置と、少なくとも炭化水素ガスとCO 2 ガスとを混合させた第1原料ガスを上記のキャリアガス生成装置に供給する第1原料ガス供給装置と、少なくとも炭化水素ガスと空気とを混合させた第2原料ガスを上記のキャリアガス生成装置に供給する第2原料ガス供給装置と、上記のキャリアガス生成装置に供給する原料ガスを上記の第1原料ガス供給装置と第2原料ガス供給装置との間で切り換える切換装置とを設けたことを特徴とする浸炭処理装置。
- 請求項1に記載した浸炭処理装置において、浸炭時には上記の第1原料ガス供給装置からキャリアガス生成装置に第1原料ガスを供給する一方、浸炭時以外には上記の第2原料ガス供給装置からキャリアガス生成装置に第2原料ガスを供給することを特徴とする浸炭処理装置。
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2003
- 2003-04-17 JP JP2003112258A patent/JP4125626B2/ja not_active Expired - Lifetime
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