JP4521257B2 - 熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は，鋼材の熱処理方法及び熱処理装置に関する。

鋼材の熱処理では雰囲気制御が重要であり，かかる雰囲気制御は，熱処理雰囲気のＣＰ（カーボンポテンシャル）を制御することによって行われる。

従来，鋼材の浸炭熱処理において，ＣＰに基づいてエンリッチガス（ＣｍＨｎガス）の供給量を制御することによりＣＰを一定の値に安定させる方法が開示されている（例えば，特許文献１参照）。また，比例制御，ＰＩＤ制御などのフィードバック制御によってＣＰを安定させる方法が開示されている（例えば，特許文献２参照）。

特公平５−１５７８２号公報 特開２００３−０１３１３６号公報

しかしながら，従来の熱処理炉にあっては，被処理体を搬入出するときに，炉の開口を開くと，炉内に空気が侵入して，ＣＰが大きく減少するため，制御応答（ＣＰ）がオーバーシュートする問題があった。さらに，制御応答が不安定になってハンチングが起こったり，目標値になるまでに時間がかかったりすることがあった。

本発明の目的は，ＣＰが大きく減少しても，ＣＰを目標値に安定して回復させることができる熱処理方法及び熱処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明によれば，炉内にエンリッチガスを供給し，前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理方法であって，炉内のカーボンポテンシャルに基づいて前記エンリッチガスの供給流量を操作することにより，カーボンポテンシャルをフィードバック制御し，炉の開口を開いているとき，及び，炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になるまでまたは所定時間の間は，前記フィードバック制御を停止させ，前記フィードバック制御を停止させる直前におけるエンリッチガスの供給流量を維持し，炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になったらまたは所定時間経過したら，前記フィードバック制御を行うことを特徴とする，熱処理方法が提供される。

前記開口は，被処理体を炉内に搬入するための搬入口であって，前記炉の搬入口を閉じた状態で，前記炉の搬入口の外側に設けた搬入室の入口を開き，被処理体を搬入室に搬入し，前記搬入室の入口を閉じた後，前記炉の搬入口を開いて被処理体を炉内に搬入することとしても良い。

前記開口は，被処理体を炉内から搬出するための搬出口であって，前記炉の搬出口の外側に設けた油槽室の出口を閉じた状態で，前記炉の搬出口を開き，被処理体を前記油槽室に搬入し，前記炉の搬出口を閉じた後，前記油槽室の出口を開いて被処理体を前記油槽室から搬出することとしても良い。

前記フィードバック制御は，ＰＩＤ制御であっても良い。また，炉内に存在する被処理体の表面積が多いほど，前記エンリッチガスの最大供給流量を多くするようにしても良い。

また，本発明によれば，炉内にエンリッチガスを供給し，前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理装置であって，炉内のカーボンポテンシャルに基づいて前記エンリッチガスの供給路に設けられた流量調整弁の開度を調節する調節器を備えるとともに，前記カーボンポテンシャルをフィードバック制御するフィードバック制御系が構成され，前記調節器は，炉の開口を開いているとき，及び，炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になるまでまたは所定時間の間は，前記調節器の調節を停止させ，炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になったらまたは所定時間経過したら，前記調節器の調節を行い，前記流量調整弁は，前記調節器の調節を停止している間，前記調節器の調節を停止させる直前における開度を維持することを特徴とする，熱処理装置が提供される。

前記開口は，被処理体を炉内に搬入するための搬入口であって，前記炉の搬入口の外側に，搬入室を設けても良い。前記開口は，被処理体を炉内から搬出するための搬出口であって，前記炉の搬出口の外側に，油槽室を設けても良い。前記フィードバック制御は，ＰＩＤ制御であっても良い。

本発明によれば，炉の開口を開いたときはフィードバック制御を停止して，エンリッチガスの供給流量を一定にすることにより，ＣＰが不安定になることを防止でき，また，ＣＰの目標値に迅速に回復させることができる。複雑な制御の設定を行うことなく，簡単にＣＰの安定を図ることができる。炉内に存在する被処理体の表面積に応じてエンリッチガスの最大供給流量を変化させることにより，浸炭深さを適切にすることができる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１に示すように，本発明にかかる熱処理方法としての浸炭処理方法を実施する熱処理装置としての浸炭処理装置１は，鋼材品である被処理体２の熱処理を行う熱処理炉３を備えている。熱処理炉３の前方（図１において左方）には，搬入室５が設けられている。熱処理炉３の後方（図１において右方）には，油槽室６が設けられている。熱処理炉３内には，予熱室１１，浸炭室１２，拡散室１３，降温室１４，均熱室１５が，後方に向かってこの順に設けられている。予熱室１１，浸炭室１２，拡散室１３，降温室１４，均熱室１５内の雰囲気は，互いに連通した状態になっている。

搬入室５には，被処理体２を搬入室５内に搬入するための入口２１が形成されており，入口２１を開閉する扉２２が設けられている。また，搬入室５の上部には，エキセス２３が備えられている。

熱処理炉３の前部には，被処理体２を搬入室５から熱処理炉３に搬入するための開口としての搬入口３１が形成され，搬入口３１を開閉する扉３２が設けられている。前述した搬入室５は，搬入口３１の外側に設けられており，搬入口３１を介して熱処理炉３と連通するようになっている。扉３２には，孔３２ａが設けられている。熱処理炉３の後部には，被処理体２を熱処理炉３から搬出して油槽室６に搬入するための開口としての搬出口３３が形成され，搬出口３３を開閉する扉３４が設けられている。前述した油槽室６は，搬出口３３の外側に設けられており，搬出口３３を介して熱処理炉３と連通するようになっている。扉３４には，孔３４ａが設けられている。

熱処理炉３内の下部には，被処理体２を搬入口３１から搬出口３３に向かって搬送するローラコンベア３５が設けられている。被処理体２は，ローラコンベア３５によって予熱室１１，浸炭室１２，拡散室１３，降温室１４，均熱室１５を順に通過するように搬送される。

また，熱処理炉３には，エンリッチガスとして例えば都市ガスなどを供給するエンリッチガス供給回路４１，ＲＸガス（ＣＯガス）供給回路４２，空気を供給する空気供給回路４３，及び，窒素（Ｎ_２）ガス供給回路４４が接続されている。

エンリッチガス供給回路４１は，浸炭室１２にエンリッチガスを供給する供給路５２，拡散室１３にエンリッチガスを供給する供給路５３，及び，均熱室１５にエンリッチガスを供給する供給路５５を備えている。供給路５２，５３，５５には，流量調整弁６２，６３，６５がそれぞれ介設されている。流量調整弁６２，６３，６５は，調節器６８の出力信号によって開度が調節されるようになっている。

ＲＸガス供給回路４２は，予熱室１１にＲＸガスを供給する供給路７１，浸炭室１２にＲＸガスを供給する供給路７２，拡散室１３にＲＸガスを供給する供給路７３，及び，均熱室１５にＲＸガスを供給する供給路７５を備えている。空気供給回路４３は，予熱室１１に空気を供給する供給路８１，浸炭室１２に空気を供給する供給路８２，及び，降温室１４に空気を供給する供給路８４を備えている。窒素ガス供給回路４４は，予熱室１１に窒素ガスを供給する供給路９１，浸炭室１２に窒素ガスを供給する供給路９２，及び，降温室１４に窒素ガスを供給する供給路９４を備えている。

予熱室１１，浸炭室１２，拡散室１３，降温室１４，均熱室１５の上部には，炉内雰囲気を攪拌するファン１００がそれぞれ備えられている。また，図示はしないが，予熱室１１，浸炭室１２，拡散室１３，降温室１４，均熱室１５において，ローラコンベア３５の両側には，ヒータが設けられている。浸炭室１２，拡散室１３，及び，均熱室１５には，酸素（Ｏ_２）センサ１０１，１０２，１０３がそれぞれ設けられている。酸素センサ１０１，１０２，１０３の検出値は，調節器６８に送信されるようになっている。

調節器６８は，酸素センサ１０１，１０２，１０３の検出値に基づいて，浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５における各ＣＰを計算する機能を有し，また，浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５内の各ＣＰに基づいて流量調整弁６２，６３，６５の各開度をそれぞれ調節するＰＩＤ（比例・積分・微分）調節計の機能を有する。即ち，調節器６８は，計算により求めた浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５内の各ＣＰをそれぞれの目標値と比較し，各ＣＰがそれぞれ目標値になるように，流量調整弁６２，６３，６５の各操作量を求め，流量調整弁６２，６３，６５に対して操作信号を送信する。そして，調節器６８の操作信号に応じて流量調整弁６２，６３，６５の開度がそれぞれ調節され，これにより，供給路５２，５３，５５からの各エンリッチガス供給流量がそれぞれ調節される。即ち，酸素センサ１０１，調節器６８及び流量調整弁６２を備えたフィードバック制御系としてのＰＩＤ制御系１０５と，酸素センサ１０２，調節器６８及び流量調整弁６３を備えたフィードバック制御系としてのＰＩＤ制御系１０６と，酸素センサ１０３，調節器６８及び流量調整弁６５を備えたフィードバック制御系としてのＰＩＤ制御系１０７とが構成されており，浸炭室１２におけるＣＰはＰＩＤ制御系１０５によって制御され，拡散室１３におけるＣＰはＰＩＤ制御系１０６によって制御され，均熱室１５におけるＣＰはＰＩＤ制御系１０７によって制御されるようになっている。

油槽室６の下部には，油槽１１５が備えられている。また，被処理体２を油槽室６内から搬出するための出口１１６が形成されており，出口１１６を開閉する扉１１７が設けられている。また，油槽室６の上部には，エキセス１１８が備えられている。

なお，熱処理炉３内の雰囲気は，扉３２の孔３２ａ，扉３４の孔３４ａを介して搬入室５及び油槽室６に流入して，エキセス２３，１１８から排気されるようになっている。熱処理炉３内の炉圧は，エキセス２３，１１８の開度を制御することにより制御されるようになっている。

また，浸炭処理装置１には，浸炭処理装置１における工程を制御するシーケンサ１２０が備えられている。前述した調節器６８は，シーケンサ１２０にネットワーク等を介して接続されている。シーケンサ１２０は，浸炭処理装置１の状態に応じて，調節器６８に対してＰＩＤ調節を中止させたり，再開させたりする命令を送信することができる。例えば，熱処理炉３の搬入口３１や搬出口３３を開いたとき，シーケンサ１２０は，調節器６８に対してＰＩＤ調節を停止させる命令を与える。これにより，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７の各ＰＩＤ制御が停止されるようになっている。

図２は，搬入室５の入口２１及び油槽室６の出口１１６を閉じた状態で搬入口３１及び搬出口３３を開いたときの，熱処理炉３内の圧力の変化を示している。図３及び図４は，そのときの浸炭室１２におけるＣＰの変化，供給路５２からのエンリッチガスの供給流量の変化をそれぞれ示している。搬入室５の入口２１及び油槽室６の出口１１６を閉じた状態で，熱処理炉３の搬入口３１又は搬出口３３が開きはじめると（図２においてＳ１），搬入室５内又は油槽室６内の低温の雰囲気が熱処理炉３内からの輻射熱によって加熱されて急激に膨張し，図２に示すように，熱処理炉３内の圧力が上昇する。その後，搬入口３１又は搬出口３３が閉まりはじめると（図２においてＳ２），熱処理炉３内の圧力が急激に下降する。搬入口３１又は搬出口３３が閉じられると（図２においてＳ３），熱処理炉３内の圧力が下降し続けた後，熱処理炉３の外部から空気が吸い込まれる。そのため，図３に示すように，浸炭室１２内のＣＰが急激に下降する。このようにＣＰが急激に減少するときに，ＰＩＤ制御系１０５のＰＩＤ制御をそのまま継続すると，図４において一点鎖線で示すように，供給路５２からのエンリッチガスの供給流量を急激に増加させるように制御され，図３において一点鎖線で示すように，浸炭室１２のＣＰがオーバーシュートする。そして，ＣＰが不安定になってハンチングが起こったり，目標値になるまでに時間がかかったりするなどの問題が生じて，制御が良好に行われなくなる。これに対し，浸炭室１２のＣＰが急激に減少するときに，ＰＩＤ制御系１０５のＰＩＤ制御を停止させると，ＣＰが不安定に変化することはない。図４において実線で示すように，エンリッチガス供給流量を一定の値に維持して供給すると，図３において実線で示すように，ＣＰが徐々に上昇して，ＣＰの目標値に近づく。そして，浸炭室１２のＣＰがほぼ目標値に達した後に，ＰＩＤ制御系１０５のＰＩＤ制御を再開させれば，ＣＰが不安定になるおそれはない。また，ＰＩＤ制御を継続させた場合と比較して，ＣＰを目標値に早く回復させることができる。以上のような理由により，シーケンサ１２０は，熱処理炉３の搬入口３１や搬出口３３を開く命令を与えると同時に，調節器６８に対してＰＩＤ調節を停止させる命令を与え，ＰＩＤ制御系１０５のＰＩＤ制御を停止させ，浸炭室１２のＣＰが不安定に変化することを防止するようになっている。同様に，搬入口３１や搬出口３３を開くとき，ＰＩＤ制御系１０６，１０７のＰＩＤ制御を停止させ，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰが不安定に変化することを防止して，目標値に早く回復できるようにしている。

なお，シーケンサ１２０の命令に従って調節器６８がＰＩＤ調節を停止させると，流量調整弁６２，６３，６５では，ＰＩＤ調節を停止させる直前における流量調整弁６２，６３，６５の開度がそのまま維持されるようになっている。即ち，供給路５２，５３，５５からの各エンリッチガス供給流量が，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７によるＰＩＤ制御を停止させる直前の値にそれぞれ維持されるようになっている。

また，調節器６８は，シーケンサ１２０の命令に従ってＰＩＤ調節を停止させた後，搬入口３１又は搬出口３３が開閉されてから暫く時間が経過したら，ＰＩＤ調節を行うようになっている。即ち，調節器６８は，搬入口３１と搬出口３３を開いているとき，及び，搬入口３１と搬出口３３を閉じてから浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰが目標値になるまでまたは所定時間の間は，ＰＩＤ調節を停止させ，搬入口３１と搬出口３３を閉じてから浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰが目標値になったら，ＰＩＤ調節を再開するようになっている。これにより，ＰＩＤ調節を再開したとき，各ＣＰを安定して制御することができる。なお，ＰＩＤ調節を再開させるタイミングについては，例えば搬入口３１及び搬出口３３を閉じて浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰが下がった後にそれぞれの目標値に近づくまでの平均的な時間を例えば所定時間として，実験により予め確認しておき，浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰが回復したらＰＩＤ調節が開始されるように設定すれば良い。例えば，ＰＩＤ調節を停止させてから所定時間が経過したら自動的にＰＩＤ調節を再開させるように，調節器６８の設定を行っても良い。また，搬入口３１及び搬出口３３が閉じられたら，シーケンサ１２０から調節器６８に対して，ＰＩＤ調節を再開させる信号が送信され，その信号を受信してから所定時間が経過したら，調節器６８がＰＩＤ調節を自動的に再開させるように設定しても良い。なお，所定時間とは，前述したＣＰが目標値に近づくまでの平均的な時間には限定されない。各ＣＰの目標値は，ＣＰの目標値そのものでもよいが，ＣＰ目標値に近い値でも良い。例えば具体的には，ＣＰの目標値より±０．２５％程度の値，±０．１％程度の値，±０．０５％程度の値等である。また，ＰＩＤ制御を再開させるタイミングは，前述のように予め所定時間を設定することにより決めておいても良いが，その他，例えば，調節器６８で検出した各ＣＰの計測値が目標値又は目標値に近い値に達したときに，調節器６８が自動的にＰＩＤ調節を再開させるように設定しても良い。

次に，以上のように構成された浸炭処理装置１を用いた被処理体２の浸炭処理工程について説明する。

先ず，未だ処理されていない被処理体２を搬入する前の浸炭処理装置１では，熱処理炉３内で先に搬入された複数の被処理体２が処理されている。予熱室１１，浸炭室１２，拡散室１３，降温室１４，均熱室１５での炉内雰囲気の組成，温度，圧力等は，それぞれ所望の値に調節された状態になっている。ＲＸガスは，ＲＸガス供給回路４２の供給路７２，７３，７５から，それぞれ一定の供給流量で供給されている。エンリッチガスは，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７によって供給流量が調節されながら，エンリッチガス供給回路４１の供給路５２，５３，５５から熱処理炉３内に供給されている。調節器６８は，酸素センサ１０１，１０２，１０３の検出値に基づいて浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰを計算し，流量調整弁６２，６３，６５の各開度を操作している。こうしてエンリッチガス供給流量が調節されることにより，浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰが，ほぼ所定の目標値に維持されている。なお，浸炭室１２のＣＰの目標値は，例えば約１．０％程度であり，拡散室１３のＣＰの目標値は，例えば約０．８％程度であり，均熱室１５のＣＰの目標値は，例えば約１．０％程度である。また，熱処理炉３内の雰囲気は，扉３２の孔３２ａ，扉３４の孔３４ａを介して搬入室５及び油槽室６に流入して，エキセス２３，１１８から排気されており，熱処理炉３内の炉圧は，例えば約８ｍｍＡｑ程度に調節されている。さらに，熱処理炉３内の雰囲気は，図示しないヒータによって加熱されており，例えば，予熱室１１の温度は約９３０℃程度，浸炭室１２の温度は約９３０℃〜９５０℃程度，拡散室１３の温度は約９３０℃〜９５０℃程度，降温室１４の温度は約９３０℃〜８５０℃程度，均熱室１５の温度は約８５０℃程度に調節されている。

このように熱処理炉３内の雰囲気が調整されている状態において，搬入室５の入口２１を開いて，被処理体２を搬入室５に搬入する。搬入室５の入口２１を開くときは，熱処理炉３の搬入口３１は閉じたままにしておく。搬入室５に被処理体２を搬入したら，搬入室５の入口２１を閉じる。

次に，熱処理炉３の搬入口３１を開いて被処理体２を搬入室５から熱処理炉３内へ移動させると同時に，搬出口３３を開いて均熱室１５での処理が終了した被処理体２を熱処理炉３内から油槽室６に移動させるが，搬入口３１及び搬出口３３を開きはじめる直前に，シーケンサ１２０から調節器６８に対して，ＰＩＤ調節を停止させる命令が送信される。これにより，調節器６８がＰＩＤ調節を停止させ，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７の各ＰＩＤ制御が停止する。調節器６８がＰＩＤ調節を停止させると，流量調整弁６２，６３，６５では，ＰＩＤ調節を停止させる直前における開度がそのまま維持される。即ち，エンリッチガス供給回路４１の供給路５２，５３，５５からの各エンリッチガス供給流量が，ＰＩＤ調節を停止させる直前の，一定の値にそれぞれ維持される。

扉３２，３４を上昇させ始め，搬入口３１及び搬出口３３を開きはじめると（図２においてＳ１），熱処理炉３内からの輻射熱によって，搬入室５内の雰囲気と油槽室６内の雰囲気が昇温される。搬入口３１及び搬出口３３を開くとき，搬入室５の入口２１，油槽室６の出口１１６は閉じられており，搬入室５内の雰囲気と油槽室６内の雰囲気が急激に膨張するので，熱処理炉３内の雰囲気が加圧される。

熱処理炉３の搬入口３１，搬出口３３を開いたら，搬入口３１を介して被処理体２を搬入室５から熱処理炉３へ搬入させ，また，均熱室１５での処理が終了した被処理体２を，搬出口３３を介して熱処理炉３から油槽室６へ搬出させる。その後，扉３２，３４を下降させて搬入口３１及び搬出口３３を閉じる。扉３２，３４を降ろし始め，搬入口３１又は搬出口３３が閉まりはじめると（図２においてＳ２），熱処理炉３内の圧力が急激に下降する。搬入口３１又は搬出口３３が閉じられ（図２においてＳ３），その後も，熱処理炉３内の圧力が下降し続ける。そして，搬入口３１及び搬出口３３を開く前の圧力よりも低下し，熱処理炉３の外部よりも負圧になる。すると，扉３２の孔３２ａ，扉３４の孔３４ａ等を介して，外部から熱処理炉３内に空気が吸い込まれはじめ，熱処理炉３内の圧力が上昇し始める。熱処理炉３内に空気が侵入することにより，図３に示すように，浸炭室１２内のＣＰが，目標値に対して大幅に下降する。同様に，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰも，それぞれの目標値に対して大幅に下降する。このように熱処理炉３内のＣＰが減少する間，ＰＩＤ制御系１０５によるＰＩＤ制御は停止されており，図４に示すように，供給路５２からエンリッチガスがそれぞれ一定の流量で供給されている。そして，熱処理炉３内の圧力が回復して空気が吸い込まれなくなると，図３において実線で示すように，浸炭室１２のＣＰが，オーバーシュートすることなく安定的に目標値に近づく。同様に，熱処理炉３内のＣＰが減少する間，ＰＩＤ制御系１０６，１０７によるＰＩＤ制御が停止され，供給路５３，５５からエンリッチガスがそれぞれ一定の流量で供給されることにより，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰが安定的にそれぞれの目標値に近づく。この場合，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７のＰＩＤ制御を継続させた場合と比較して，浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰを目標値に早く回復させることができる。また，各ＣＰが不安定になってハンチングが起こるおそれがなく，各ＣＰを安定した状態で回復させることができる。

調節器６８は，ＰＩＤ調節を停止させてから暫く時間が経過したら，再びＰＩＤ調節を開始する。調節器６８がＰＩＤ調節を開始するとき，酸素センサ１０１，１０２，１０３の検出値に基づいて計算された各ＣＰは，ほぼ目標値に近い値になっているので，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７による制御応答が不安定になったりハンチングが起こったりするおそれはなく，浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５の各ＣＰを，それぞれの目標値に安定させることができる。

こうして，熱処理炉３内の圧力やＣＰ等が調節されながら，被処理体２が順次処理される。熱処理炉３内に搬入された被処理体２は，ローラコンベア３５に載せられ，ローラコンベア３５の駆動によって予熱室１１，浸炭室１２，拡散室１３，降温室１４，均熱室１５に順次通過させられ，予備加熱，浸炭処理，拡散処理，降温，均熱処理が順次行われる。

なお，被処理体２を予熱室１１から浸炭室１２に移動させるとき，浸炭室１２から拡散室１３に移動させるとき，拡散室１３から降温室１４に移動させるとき，及び，降温室１４から均熱室１５に移動させるときには，熱処理炉３の搬入口３１，搬出口３３がその都度開かれ，新たな被処理体２が搬入室５から予熱室１１に搬入されると同時に，均熱室１５での処理が終了した被処理体２が油槽室６に搬出されて，搬入口３１，搬出口３３が閉じられる。こうして，予熱室１１，浸炭室１２，拡散室１３，降温室１４，均熱室１５に被処理体２が連続して供給され，連続して処理されるようになっている。これらのときも，搬入口３１及び搬出口３３を開く直前に，その都度シーケンサ１２０から調節器６８に対して，ＰＩＤ調節を停止させる命令が送信され，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７の各ＰＩＤ制御が一時停止させられるようになっている。そして，供給路５２，５３，５５からエンリッチガスがそれぞれ一定の流量で供給され，熱処理炉３内のＣＰが目標値になったらまたは所定時間が経過すると，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７によるＰＩＤ制御が再び開始される。従って，ＣＰを安定した状態で早く回復させることができるので，予熱室１１，浸炭室１２，拡散室１３，降温室１４，均熱室１５における各処理が良好に行われる。

均熱室１５での均熱処理が終了したら，熱処理炉３の搬出口３３を開いて被処理体２を熱処理炉３から油槽室６へ移動させる。前述したように，搬出口３３を開くときは，油槽室６の出口１１６は閉じておく。被処理体２を熱処理炉３から油槽室６へ搬入したら，搬出口３３を閉じる。そして，油槽室６において，油槽１１５に浸漬させて油焼き入れを行い，油槽１１５から引き上げた後，出口１１６を開いて搬出させる。なお，出口１１６を開くときは，熱処理炉３の搬出口３３は閉じた状態にしておく。以上のようにして，浸炭処理装置１における一連の処理が終了する。

かかる浸炭処理方法及び浸炭処理装置１によれば，熱処理炉３の搬入口３１又は搬出口３３を開いているとき，及び，熱処理炉３の搬入口３１又は搬出口３３を閉じてから熱処理炉３内のＣＰが目標値になるまでまたは所定時間の間は，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７による各ＰＩＤ制御を停止させ，各ＰＩＤ制御を停止させる直前における供給路５２，５３，５５からのエンリッチガスの供給流量を維持することにより，熱処理炉３内のＣＰが不安定に変化せず，ＣＰを目標値に早く回復させることができる。そして，搬入口３１又は搬出口３３を閉じてから，熱処理炉３内のＣＰが目標値になったらまたは所定時間経過が経過したら，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７による各ＰＩＤ制御を行うことにより，ＣＰの制御を安定した状態で行うことができる。従って，熱処理炉３における被処理体２の処理が良好に行われ，処理の信頼性を向上させることができる。複雑な制御の設定を行うことなく，簡単にＣＰの制御の安定化を図ることができる。

以上，本発明の好適な実施の形態の一例を示したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば，本実施の形態においては，ＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７によってＰＩＤ制御が行われることとしたが，その他のフィードバック制御によってＣＰを制御することとしても良い。例えば，調節器６８はＰＩ（比例・積分）調節計の機能を有することとし，浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５における各ＣＰは，酸素センサ１０１，１０２又は１０３，調節器６８，流量調整弁６２，６３又は６５によって構成されたフィードバック制御系としてのＰＩ制御系によってそれぞれ制御されることとしても良い。

エンリッチガスの最大供給流量は，通常，熱処理炉３内に収納可能な最大個数の被処理体２が存在している状態に基づいて設定されているが，この場合，熱処理炉３内に存在する被処理体２の個数が少ないときなど，被処理体２の表面積の合計が少ないときに，炭素が過剰に供給されて浸炭深さが深くなりすぎる問題がある。また，本実施の形態では，酸素センサ１０１，１０２，１０３の検出値に基づいてＣＰを求めるようにしたが，この場合，エンリッチガスの供給流量が浸炭される炭素の量と比較して多いと，酸素センサ１０１，１０２，１０３の検出値に基づいて計算されたＣＰの信頼性が低下する問題がある。そこで，図５に示すように，熱処理炉３内に存在する被処理体２の表面積の合計が多いほど，エンリッチガスの最大供給流量を多くするようにしても良い。この場合，被処理体２の表面積が少ないときに，浸炭深さが深くなりすぎることを防止できる。また，酸素センサ１０１，１０２，１０３の検出値に基づくＣＰの信頼性を向上させることができるので，ＣＰを確実に制御することができるようになる。また，エンリッチガスの消費量を低減でき，省コストを図ることができる。

図５に示す例では，熱処理炉３内に被処理体２が１個しか存在しないときは，供給路５２，５３，５５からのエンリッチガスの最大供給流量をそれぞれ１Ｌ／ｍｉｎにし，熱処理炉３内に存在する被処理体２の個数に比例して，エンリッチガスの最大供給流量を増加させ，熱処理炉３内に被処理体２が１３個存在しているとき，即ち，熱処理炉３内に収納できる最大個数の被処理体２が存在しているときは，供給路５２，５３，５５からのエンリッチガスの最大供給流量をそれぞれ４Ｌ／ｍｉｎにするようになっている。なお，エンリッチガスの供給流量は，流量調整弁６２，６３，６５の開度に比例し，流量調整弁６２，６３，６５の開度が１００％であるとき，エンリッチガスの供給流量が４Ｌ／ｍｉｎであり，例えば流量調整弁６２，６３，６５の開度が２５％のときは，エンリッチガスの供給流量が２５％（１Ｌ／ｍｉｎ）になるように構成されている。

また，シーケンサ１２０は，熱処理炉３に対して搬入出した被処理体２の数から，熱処理炉３内に存在している被処理体２の個数を把握しており，その個数に応じて，流量調整弁６２，６３，６５の開度を調整するための調節器６８の出力信号に対して，出力リミットを設定する機能を有する。そして，シーケンサ１２０から調節器６８に対して，該出力リミットが送信されるようになっている。

調節器６８の出力リミットが設定されていない状態では，流量調整弁６２，６３，６５の開度は，調節器６８からの出力に比例して増加し，調節器６８の出力が１００％のとき，流量調整弁６２，６３，６５の開度が１００％になるように設定されている。調節器６８の出力リミットが例えば５０％に設定されると，調節器６８で計算された出力が５０％以下のときは，計算されたとおりの出力が送信されるが，調節器６８で計算された出力が５０％を超えるときは，５０％の出力が送信されるようになっている。従って，流量調整弁６２，６３，６５の開度が５０％以下の範囲に抑えられるようになっている。同様に，調節器６８の出力リミットが例えば２５％に設定された場合は，調節器６８の出力が２５％以下に設定され，流量調整弁６２，６３，６５の開度が２５％以下に設定されるようになっている。

かかる構成において，例えば，浸炭処理装置１の稼動を開始させた直後など，未だ被処理体２が搬入されていないときは，シーケンサ１２０から調節器６８に対して，出力リミットを２５％にする命令が送信され，流量調整弁６２，６３，６５の開度が２５％より上昇しないようにする。即ち，エンリッチガスの最大供給流量が約１Ｌ／ｍｉｎに設定される。この状態でＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７によるＰＩＤ制御が行われ，ＣＰが目標値（例えば浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５においてそれぞれ約１．０％，０．８％，１．０％程度）になるように制御され，また，熱処理室３内の圧力が例えば約８ｍｍＡｑ程度に調節される。

このように雰囲気が調整された熱処理炉３に最初の被処理体２が搬入され，処理が開始される。次に，２個目の被処理体２を熱処理炉３に搬入したら，出力リミットを上昇させ，エンリッチガスの最大供給流量を上昇させる。この状態でＰＩＤ制御系１０５，１０６，１０７によるＰＩＤ制御が行われ，ＣＰが目標値（例えば浸炭室１２，拡散室１３，均熱室１５においてそれぞれ約１．０％，０．８％，１．０％程度）になるように制御される。また，熱処理室３内の圧力は排気量の調節により，例えば約８ｍｍＡｑ程度に維持される。このように，熱処理炉３内に被処理体２が２個存在しているときは，エンリッチガスの最大供給流量を増加させることにより，供給可能な炭素の量を増加させることができる。従って，各被処理体２に十分に浸炭させることができる。

こうして，熱処理炉３内に搬入した被処理体２の数が増加するたびに，調節器６８の出力リミットを上昇させ，エンリッチガスの最大供給流量を多くしていく。そして，熱処理炉３内の被処理体２の個数が最大（１３個）になったら，調節器６８の出力リミットが解除されるようになっている。また，例えば浸炭処理装置１の稼動を終了させるときなど，新たな被処理体２の搬入を停止させ，熱処理炉３から被処理体２の個数が減少していくときは，被処理体２の個数に応じてエンリッチガスの最大供給流量を減少させていく。このように，エンリッチガスの最大供給流量を，熱処理炉３内に存在する被処理体２の個数，即ち，熱処理炉３内に存在する被処理体２の表面積に応じて変化させることにより，雰囲気中の炭素の量を多すぎない量に調節することができるので，浸炭深さを適切にすることができる。また，酸素センサ１０１，１０２，１０３の検出値に基づくＣＰの信頼性，及び，ＣＰの制御の信頼性を向上させることができる。

なお，上記の実施形態では，熱処理炉３内の被処理体２の個数に応じてエンリッチガスの最大供給流量を多くするようにしたが，例えば被処理体２の大きさが大きいほど，即ち，熱処理炉３内に存在する被処理体２の表面積に応じて，エンリッチガスの最大供給流量を多くするようにしても良い。

浸炭処理装置の構成を説明する概略断面図である。 熱処理炉内の圧力の変化を説明するグラフである。 浸炭炉内のＣＰの変化を説明するグラフである。 浸炭炉へのエンリッチガスの供給流量の変化を説明するグラフである。 別の実施形態において，被処理体の個数とエンリッチガスの最大供給流量の関係を説明するグラフである。

符号の説明

１ 浸炭処理装置
２ 被処理体
３ 熱処理炉
５ 搬入室
６ 油槽室
２１ 搬入室の入口
３１ 熱処理炉の搬入口
３３ 熱処理炉の搬出口
６８ 調節器
１０５，１０６，１０７ ＰＩＤ制御系
１１６ 油槽室の出口

Claims (9)

1. 炉内にエンリッチガスを供給し，前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理方法であって，
   炉内のカーボンポテンシャルに基づいて前記エンリッチガスの供給流量を操作することにより，カーボンポテンシャルをフィードバック制御し，
   炉の開口を開いているとき，及び，炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になるまでまたは所定時間の間は，前記フィードバック制御を停止させ，前記フィードバック制御を停止させる直前におけるエンリッチガスの供給流量を維持し，
   炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になったらまたは所定時間が経過したら，前記フィードバック制御を行うことを特徴とする，熱処理方法。
2. 前記開口は，被処理体を炉内に搬入するための搬入口であって，
   前記炉の搬入口を閉じた状態で，前記炉の搬入口の外側に設けた搬入室の入口を開き，被処理体を搬入室に搬入し，
   前記搬入室の入口を閉じた後，前記炉の搬入口を開いて被処理体を炉内に搬入することを特徴とする，請求項１に記載の熱処理方法。
3. 前記開口は，被処理体を炉内から搬出するための搬出口であって，
   前記炉の搬出口の外側に設けた油槽室の出口を閉じた状態で，前記炉の搬出口を開き，被処理体を前記油槽室に搬入し，
   前記炉の搬出口を閉じた後，前記油槽室の出口を開いて被処理体を前記油槽室から搬出することを特徴とする，請求項１又は２に記載の熱処理方法。
4. 前記フィードバック制御は，ＰＩＤ制御であることを特徴とする，請求項１，２又は３に記載の熱処理方法。
5. 炉内に存在する被処理体の表面積が多いほど，前記エンリッチガスの最大供給流量を多くすることを特徴とする，請求項１，２，３又は４に記載の熱処理方法。
6. 炉内にエンリッチガスを供給し，前記炉内で被処理体を熱処理する熱処理装置であって，
   炉内のカーボンポテンシャルに基づいて前記エンリッチガスの供給路に設けられた流量調整弁の開度を調節する調節器を備えるとともに，前記カーボンポテンシャルをフィードバック制御するフィードバック制御系が構成され，
   前記調節器は，炉の開口を開いているとき，及び，炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になるまでまたは所定時間の間は，前記調節器の調節を停止させ，炉の開口を閉じてから炉内のカーボンポテンシャルが目標値になったらまたは所定時間が経過したら，前記調節器の調節を行い，
   前記流量調整弁は，前記調節器の調節を停止している間，前記調節器の調節を停止させる直前における開度を維持することを特徴とする，熱処理装置。
7. 前記開口は，被処理体を炉内に搬入するための搬入口であって，
   前記炉の搬入口の外側に，搬入室を設けたことを特徴とする，請求項６に記載の熱処理装置。
8. 前記開口は，被処理体を炉内から搬出するための搬出口であって，
   前記炉の搬出口の外側に，油槽室を設けたことを特徴とする，請求項６又は７に記載の熱処理装置。
9. 前記フィードバック制御は，ＰＩＤ制御であることを特徴とする，請求項６，７又は８に記載の熱処理装置。

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