JP4876291B2 - 熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents
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Description
熱処理炉3の浸炭室12に類似した雰囲気として、炉温の目標値を950℃、CP(起電力値法(酸素センサ法)による測定値、以下同様)の目標値を1.1%とした雰囲気を、約60分間維持した(図8参照、処理A1)。続いて、拡散室13に類似した雰囲気として、炉温の目標値を950℃、CPの目標値を0.8%とした雰囲気を、約45分間維持した(処理A2)。続いて、焼入室14に類似した雰囲気として、炉温の目標値を850℃、CPの目標値を0.75%とした雰囲気を、約30分間維持した(処理A3)。なお、変成ガス中のCO2の濃度は、0.20%とした。
比較実験1では、炉温とCPの目標値の変動を上記実験1と同様に設定し、さらに、図9に示したように、CPを間欠的に減少、復帰させる操作を行った。即ち、従来の連続式熱処理炉における処理のように、被処理体を搬入出するために開口を開閉する度にCPが減少する現象を再現した。CPの減少は、処理A1においては3回所定時間ごとに行い、処理A2においては2回所定時間ごとに行い、処理A3においては2回所定時間ごとに行った。なお、CPの減少を開始させてから元のCPに戻すまでの間の時間は、それぞれ7分間程度とした。また、CPの減少は、エンリッチガスの供給停止、及び、酸素の導入により実現させた。変成ガス中のCO2の濃度は、実験1と同様に0.20%とした。
比較実験2では、上記比較実験1における処理A1のCP目標値を0.9%とした(図10参照、処理A1’)。また、変成ガス中のCO2の濃度は、0.40%とした。その他の条件は、比較実験1と同様である。
図11は、実験1において得られた炉温とCPの測定値をグラフ化したものである。図12は、比較実験1において得られた炉温とCPの測定値をグラフ化したものである。図13は、比較実験1において得られた炉温とCPの測定値をグラフ化したものである。なお、炉内のCPは、酸素センサの検出値に基づき算出した。炉内に存在するCH4(メタン)の影響等のため、図11、図12、図13におけるCP測定値は、実際の炉内のCP値よりも高い値となっている。図14は、実験1による処理を施した被処理体、比較実験1による処理を施した被処理体、及び、比較実験2による処理を施した被処理体における、それぞれの炭素濃度分布の測定値(平均値)を示している。図14から明らかなように、実験1の処理を施した被処理体では、比較実験1の処理を施した被処理体、及び、比較実験2の処理を施した被処理体と比較して、高い炭素濃度が得られた。また、ECD(被処理体の表面から炭素濃度が約0.4%である位置までの浸炭深さ)の平均値は、実験1の処理を施した被処理体では0.54mm、比較実験1の処理を施した被処理体では0.49mmであり、0.05mmもの差が生じた(図15参照)。上記のことより、処理中のCPの減少を防ぐことで、ECDを改善でき、浸炭処理を効果的に行えることが検証できた。なお、実際の連続式浸炭処理では、CPの減少が起こる頻度、即ち被処理体を搬入出するために開口を開閉する頻度が比較実験1、2より多い場合もあり、そのような場合では、処理中のCPの減少を防ぐことにより得られる効果は、さらに大きくなると考えられ、処理時間の短縮等を図ることが可能であると推察される。また、比較実験1と比較実験2の結果より、浸炭時(処理A1、A1’)におけるCPの目標値を0.9%から1.1%に上昇させることでも、炭素濃度分布が改善され、ECDを0.12mmほど高めることが可能であることがわかった。これより、浸炭時におけるCPを高くすることが、処理効率の向上に有効であることが検証できた。
2 被処理体
3 熱処理室
10 脱脂室
11 予熱室
12 浸炭室
13 拡散室
14 焼入室
16 油槽室
21 搬入口
61、62、63、64 変成ガス供給路
71、72、73、74 変成ガス流量調整弁
82、83、84 エンリッチガス供給路
92、93、94 エンリッチガス流量調整弁
90、100 調節器
122、123、124 PID制御系
Claims (10)
- 炉内に変成ガス及び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、
前記炉内において、予熱室、浸炭室、拡散室、焼入室の雰囲気が互いに連通し、
炉外に設けた油槽室が炉の開口を介して前記炉内と連通し、
前記炉内の雰囲気の一部は、前記炉の被処理体の搬入側のエキセスから排気され、
前記炉内から炉の開口に設けられた扉の孔を介して前記油槽室に流入した雰囲気は、前記油槽室の上部に設けられた前記炉の被処理体の搬出側のエキセスから排気され、
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、
炉の開口を開く直前、炉の開口を開いている間、又は、炉の開口を閉じた後のいずれかにおいて炉内に炉外の雰囲気が流入し始める前に、前記フィードバック制御を停止させ、前記変成ガスの供給流量を、前記フィードバック制御を停止させる直前における供給流量より増加させ、
その後、前記炉の開口を閉じた後において前記開口を開く前の炉圧に戻ったら、前記フィードバック制御を再開させることを特徴とする、熱処理方法。 - 前記炉の開口を閉じた後において前記開口を開く前の炉圧に戻ったら、前記変成ガスの供給流量を、前記フィードバック制御を停止させる直前における供給流量に戻すことを特徴とする、請求項1に記載の熱処理方法。
- 前記フィードバック制御を停止させた際、前記エンリッチガスの供給流量を、前記フィードバック制御を停止させる直前における供給流量より増加させ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。
- 前記開口は、被処理体を炉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、2又は3に記載の熱処理方法。 - 炉内に変成ガス及び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、
前記炉内において、室内の雰囲気が互いに連通している予熱室、浸炭室、拡散室、焼入室を備え、
前記炉の開口を介して前記炉内と連通する油槽室を炉外に備え、
前記開口に孔を有する扉を設け、
前記炉の被処理体の搬入側に、前記炉内の雰囲気の一部を排気する搬入側エキセスを備え、
前記炉の被処理体の搬出側にある前記油槽室の上部に、前記炉内から前記扉の孔を介して流入した雰囲気を排気する搬出側エキセスを備え、
前記変成ガスの供給路に設けられた変成ガス流量調整弁の開度を調節する第一の調節器、及び、前記エンリッチガスの供給路に設けられたエンリッチガス流量調整弁の開度を調節する第二の調節器を備え、
前記第二の調節器を備え、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、
前記第一の調節器は、炉の開口を開く直前、炉の開口を開いている間、又は、炉の開口を閉じた後のいずれかにおいて炉内に炉外の雰囲気が流入し始める前に、前記変成ガス流量調整弁の開度を大きくし、その後、前記炉の開口を閉じた後において前記開口を開く前の炉圧に戻ったら、前記変成ガス流量調整弁の開度を小さくし、
前記第二の調節器は、炉の開口を開く直前、炉の開口を開いている間、又は、炉の開口を閉じた後のいずれかにおいて炉内に炉外の雰囲気が流入し始める前に、フィードバック調節を停止させ、その後、前記炉の開口を閉じた後において前記開口を開く前の炉圧に戻ったら、前記フィードバック調節を再開させることを特徴とする、熱処理装置。 - 炉内に変成ガス及び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、
前記炉内において、室内の雰囲気が互いに連通している予熱室、浸炭室、拡散室、焼入室を備え、
前記炉の開口を介して前記炉内と連通する油槽室を炉外に備え、
前記開口に孔を有する扉を設け、
前記炉の被処理体の搬入側に、前記炉内の雰囲気の一部を排気する搬入側エキセスを備え、
前記炉の被処理体の搬出側にある前記油槽室の上部に、前記炉内から前記扉の孔を介して流入した雰囲気を排気する搬出側エキセスを備え、
前記変成ガスを炉内に供給する第一の変成ガス供給路及び第二の変成ガス供給路を備え、
前記第二の変成ガス供給路に設けられた開閉弁の開閉を調節する第一の調節器、及び、前記エンリッチガスの供給路に設けられたエンリッチガス流量調整弁の開度を調節する第二の調節器を備え、
前記第二の調節器を備え、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、
前記第一の調節器は、炉の開口を開く直前、炉の開口を開いている間、又は、炉の開口を閉じた後のいずれかにおいて炉内に炉外の雰囲気が流入し始める前に、前記開閉弁を開き、前記炉の開口を閉じた後において前記開口を開く前の炉圧に戻ったら、前記開閉弁を閉じ、
前記第二の調節器は、炉の開口を開く直前、炉の開口を開いている間、又は、炉の開口を閉じた後のいずれかにおいて炉内に炉外の雰囲気が流入し始める前に、フィードバック調節を停止させ、前記炉の開口を閉じた後において前記開口を開く前の炉圧に戻ったら、前記フィードバック調節を再開させることを特徴とする、熱処理装置。 - 前記第二の調節器は、フィードバック調節を停止させる際、前記エンリッチガス流量調整弁の開度を大きくすることを特徴とする、請求項5又は6に記載の熱処理装置。
- 前記エンリッチガスを炉内に供給する第二のエンリッチガス供給路を備え、
前記第二の調節器は、フィードバック調節を行っている際、前記第二のエンリッチガス供給路に設けられた開閉弁を閉じ、フィードバック調節を停止させている際は、前記第二のエンリッチガス供給路に設けられた開閉弁を開くことを特徴とする、請求項5又は6に記載の熱処理装置。 - 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5〜8のいずれかに記載の熱処理装置。 - 炉内に設けられた浸炭室と拡散室との間に、被処理体を通過させる通過口を設け、
前記通過口を閉じるシャッターを設けたことを特徴とする、請求項5〜9のいずれかに記載の熱処理装置。
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