JP4274514B2 - 熱処理雰囲気炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の熱処理のための変成ガス発生装置を有する熱処理雰囲気炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガス浸炭処理では、変成炉を使用して得られた変成ガスをキャリアガスとして使用している。該変成ガスは、原料ガスとしての炭化水素系ガスと空気または酸化性ガスとの混合ガスを１０５０〜１１００℃に加熱したＮｉ触媒層またはＣｏ触媒層中に通過させて得ている。
【０００３】
例えば、炭化水素系ガスとして、ブタンを用いた場合には、
Ｃ_４ Ｈ_１０＋２Ｏ_２ ＋８Ｎ_２ →４ＣＯ＋Ｈ_２ ＋８Ｎ_２ ・・・（１）
の反応により変成ガスが得られる。かようにして得られた変成ガスは、高温で不安定なＣＯの分解を防ぐためにガス冷却器によって一旦常温付近まで冷却され、浸炭時に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、前記変成炉は浸炭炉と別に構成設置されており、したがって、設置場所が必要になるとともに、レトルト、高温加熱装置、冷却装置等が必要であり、その他、保守に手数を要する等の問題が残されていた。さらに変成炉を一体化した熱処理炉も提案されているが、一体化された変成炉の構成は、前記従来の変成炉と実質的に異なる構造ではなく、加熱装置等を有するものであった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑み、自体に加熱装置を不要とした構造簡単且つ安価で経済的な変成ガス発生装置を有する熱処理雰囲気炉を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、耐熱鋼直管からなり、内部にハニカム構造の触媒が充填され、一端に原料混合ガスの供給口が形成され、他端にサンプルガスの取出口が形成され、さらに前記原料混合ガスの供給口からみて前記触媒充填部分を越えた位置に変成ガスの出口が形成されてなる変成ガス発生装置の、前記原料混合ガスの供給口及びサンプルガスの取出口を炉壁を貫通して炉外に臨ませ、前記触媒充填部分及び変成ガスの出口を炉内に配置してなることを特徴とする熱処理雰囲気炉である。
【０００７】
前記雰囲気熱処理炉の変成ガス発生装置は、自体で加熱装置を有しない。すなわち、後に詳細を説明するように、その主要部である触媒充填部分及び変成ガスの出口が熱処理雰囲気炉内に配置させられて該熱処理雰囲気炉の加熱源が利用される。したがって、構造簡単且つ安価に提供できる。
【０００８】
また、触媒をハニカム構造とすることによって、原料混合ガスが均一且つ効率よく反応に供することが可能になる。このため、触媒の材質については、従来の変成炉で用いられているＮｉ触媒に限定されることなく、白金―ロジウム系の２元系触媒や、白金―ロジウムーパナジウム系の３元系触媒、さらにはＣｏ触媒等の利用が可能である。なお、好ましくは、白金―ロジウム系または白金―ロジウムーパナジウムであり、従来のＮｉ触媒より低温加熱による変成が可能であり、経済的であり、熱処理雰囲気炉の熱源の加熱によって原料混合ガスの変成を有効に行なうことができるので、例えば、ガス軟窒化のためのガス変成（４００℃以上）にも有効利用できる。
【０００９】
前記雰囲気熱処理炉の変成ガス発生装置は、耐熱鋼直管からなり、内部にハニカム構造の触媒が充填され、一端に原料混合ガスの供給口が形成され、他端にサンプルガスの取出口が形成され、さらに前記原料混合ガスの供給口からみて前記触媒充填部分を越えた位置に変成ガスの出口が形成されている。
【００１０】
前記本発明の雰囲気熱処理炉は、前記変成ガス発生装置の、前記原料混合ガスの供給口及びサンプルガスの取出口を炉壁を貫通して炉外に臨ませ、前記触媒充填部分及び変成ガスの出口を炉内に配置してなる。
【００１３】
前記熱処理雰囲気炉では、炉内に配置された触媒充填部分及び変成ガスの出口が熱処理雰囲気炉の熱源で加熱され、炉外の原料混合ガスの供給口から炭化水素系ガスと空気との混合ガスを供給することにより、該原料混合ガスがハニカム構造の触媒中を通過させられて、変成されたガスがその出口から炉内に供給される。
【００１５】
前記のごとく、原料混合ガスの供給は、炉外の原料混合ガスの供給口から行なわれ、熱処理作業の開始に先立ち、あるいは熱処理作業を続行しながら、変成ガスの一部をサンプルガスの取出口から容易に取り出して、分析及び確認することができ、不完全処理品の発生を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、以下に、本発明に実施の一形態を説明する。図１は本発明の熱処理雰囲気炉の要部縦断面図、図２は本発明の熱処理雰囲気炉の要部横断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００１７】
図中、１は熱処理雰囲気炉であり、２は変成ガス発生装置である。なお、熱処理雰囲気炉１は、加熱装置、炉天井部、攪拌装置等が省略され、炉壁１ａ，１ｂ及び炉床１ｃ部のみが開示されている。
【００１８】
前記変成ガス発生装置を構成する耐熱鋼直管３として、４００〜１１００℃に使用される、好ましくは、高温浸炭（１０５０〜１１００℃）に耐えうる鋼直管が使用される。実施例では、１５００℃を超える融点を持つＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系の焼結パイプが使用された。
【００１９】
まず、内径７８ｍｍ、外径７９ｍｍ、長さ１９２２ｍｍの前記耐熱鋼直管３の内部に、外径７６ｍｍ、長さ８８０ｍｍ、６００セルのハニカム構造の白金―ロジウム系の触媒４が充填された。
【００２０】
つぎに、図面実施例では、前記耐熱鋼直管３の一端に原料混合ガスの供給通路５及び供給口６が形成された原料混合ガス用の入口レンガ７が挿入され、さらに他端にサンプルガスの取出し通路８及びサンプルガスの取出口９が形成されたサンプルガス用のレンガ１０が挿入されている。
【００２１】
さらに前記原料混合ガスの供給口６からみて前記触媒４の充填部分を越えた前記耐熱鋼直管３の位置に変成ガスの出口１１が形成される。
【００２４】
つぎに、前記変成ガス発生装置を用いた熱処理雰囲気炉について述べる。図面実施の一形態では、前記変成ガス発生装置２を熱処理雰囲気炉１の炉床１ｃ部に設けている。なお、設置本数は熱処理雰囲気炉１の大きさ、構造等により決定される。また、その設置場所は、必ずしも炉床に限定されるものではなく、炉の構造に応じて適宜決定される。
【００２７】
前記本発明の熱処理雰囲気炉は、図１及び図２に示す通りであり、前記原料混合ガスの供給口６及びサンプルガスの取出口９を炉外に臨ませ、具体的には、原料混合ガスの供給口６を炉壁１ｂに貫通させ、サンプルガスの取出口９を炉壁１ａに貫通させ、且つ前記触媒４の充填部分及び変成ガスの出口１１を炉内に配置して構成される。
【００２８】
そして、変成ガス発生装置２の外に望ませた部分がフランジ１２、ケ−ス受け１３、フランジパッキン１４、ボルト１５等により機密密閉される。前記構成の熱処理雰囲気炉１内を１０５０℃に保ち、前記原料混合ガスの供給口６から、ブタンを毎分３リットル、空気を毎分２８．９リットルを供給した。
【００２９】
なお、前記原料混合ガスの供給は、配管ヘッダ−、オリフィス（いずれも図示せず）によって所定のガス比率を保ち均等に行われる。
【００３０】
前記触媒を通過させた変成ガス成分を分析した結果は、ＣＯ：２３．５％、ＣＯ_２ ：０．１３７％、ＣＨ_４ ：０．０６％、Ｎ_２ ：３８％、Ｈ_２ ：３８％であり、従来の変成ガスとほとんど差異がなく、実用に耐えることが確認された。
【００３１】
なお、前記実施の形態では、通常の浸炭処理について説明したが、必ずしも前記実施例に記載された処理に限定されるものでなく、他の処理においても有効である。例えば、ガス軟窒化処理のように、熱処理雰囲気炉内の温度が６００℃程度の通常の浸炭処理より低い温度での処理でも、ハニカム構造のＮｉ触媒を用いることで、従来と変わらない変成ガスを得ることが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、変成ガス専用の加熱装置、さらに冷却装置等の諸設備が不要であり、構造上簡単且つ安価で経済的な熱処理雰囲気炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の熱処理雰囲気炉の要部縦断面図である。
【図２】 本発明の熱処理雰囲気炉の要部横断面図である。
【図３】 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
１ 熱処理雰囲気炉
２ 変成ガス発生装置
３ 耐熱鋼直管
４ （ハニカム構造の）触媒
５ （原料混合ガスの）供給口
６ （サンプルガスの）取出口
１１（変成ガスの）出口

Claims (2)

1. 耐熱鋼直管からなり、内部にハニカム構造の触媒が充填され、一端に原料混合ガスの供給口が形成され、他端にサンプルガスの取出口が形成され、さらに前記原料混合ガスの供給口からみて前記触媒充填部分を越えた位置に変成ガスの出口が形成されてなる変成ガス発生装置の、前記原料混合ガスの供給口及びサンプリングガスの取出口を炉壁を貫通して炉外に臨ませ、前記触媒充填部分及び変成ガスの出口を炉内に配置してなることを特徴とする熱処理雰囲気炉。
2. 触媒が白金―ロジウム系であることを特徴とする請求項１に記載の熱処理雰囲気炉。

Images